CN108709953A - 一种地下水位波动带的模拟装置 - Google Patents

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丁爱中
李岩
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Abstract

本发明提供了一种地下水位波动带的模拟装置，包括：装置基座、水箱升降装置、脱氧水箱及地下水位波动柱；本发明实施例提供的地下水位波动带的模拟装置，由脱氧水箱向地下水位波动柱中提供脱氧水；通过水箱升降装置的升降来控制脱氧水箱的高度，并根据连通器原理，通过脱氧水箱的高度可以控制地下水位波动柱中脱氧水的水位高度；因此可用来调控水位波动带的水位波动。

Description

一种地下水位波动带的模拟装置
技术领域
本发明涉及水污染与修复技术领域，特别是涉及一种地下水位波动带的模拟装置。
背景技术
地下水是一种隐形的淡水资源，在解决水资源短缺问题中扮演重要角色。石油是一种重要的化工原料，很大程度地促进了国民经济发展和人们生活水平提高。然而，伴随石油开采、加工、运输、储存和使用过程，大量石油烃(TPH)通过包气带进入地下水***，造成全球性普遍存在的地下水***石油烃污染问题，对人类健康有直接危害或潜在威胁。地下水原位生物修复技术，无需将地下水抽出，直接利用微生物通过好氧或厌氧生物降解途径将石油烃降解为无毒产物，因其具有高效性、生态友好性和经济可行性而得以广泛应用。
地下水位波动带，也称为地下水-包气带界面，处于包气带和饱和带的过渡地带，由于其特殊的交界位置，既有接近饱和的含水量，又有氧气的存在，微生物活跃，在石油烃原位生物降解过程中发挥着重要的作用。地下水位波动带是水、溶质、微生物的混合区域，与位于其下面的饱和带及位于其上面的包气带之间都存在着物质交换，气体扩散迁移等。由于昼夜性、季节性水位波动(降雨或是抽吸)导致水位高低的变化，会影响石油烃污染物迁移和再分布，还可引起地下水-包气带界面变化、促进氧气传递与捕获、改变土壤介质的物理属性(含水量、电导率和温度等)及微生物群落结构和功能基因丰度。因此，研究地下水位波动带的变化，并研究其变化所引起的微生态变化和石油烃生物降解特性，是一个非常重要的课题。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种地下水位波动带的模拟装置，用于研究地下水位波动带的变化。具体技术方案如下：
一种地下水位波动带的模拟装置，包括：装置基座、水箱升降装置、脱氧水箱及地下水位波动柱；
所述水箱升降装置包括升降盘和升降杆，所述升降盘位于所述升降杆顶部；所述升降杆固定在所述装置基座上；
所述脱氧水箱置于所述升降盘上；所述脱氧水箱设有进水口、出水口及排气口；
所述地下水位波动柱包括：壳体、壳体内部的土壤模拟介质及覆盖于所述壳体顶部开口的透气不透水膜；所述壳体侧壁连通有液位计管；所述地下水位波动柱固定在所述装置基座上；
所述地下水位波动柱预先设定有最大水位高度及最小水位高度；所述最大水位高度和所述最小水位高度将所述地下水位波动柱由上而下划分为第一高度范围、第二高度范围及第三高度范围；在所述壳体壁上，在三个高度分范围内分别至少设置有一个水取样口，每一个水取样口设置有密封阀门；在所述壳体内，在三个高度分范围内分别至少设置有一个氧含量传感器；在所述壳体内，在所述第二高度范围内设置有氧分布传感器，用于确定氧气含量分布；在所述壳体内，在第一高度范围、第二高度范围内分别至少设置有一个土壤模拟介质的物理属性监测元件；所述土壤模拟介质的物理属性包括水含量，优选地，所述土壤模拟介质的物理属性还包括电导率和温度；
所述壳体在第三高度范围内，优选在壳体底部设置有水口，所述水口与所述脱氧水箱的出水口通过管线连接；优选地，在所述管线上设置有水泵。
在本发明的一些具体实施方式中，所述装置基座由上至下包括台面层、中间隔板层及下层隔板层；所述升降杆固定在所述台面层；所述所述地下水位波动柱固定在所述中间隔板层。
在本发明的一些具体实施方式中，所述水箱升降装置还包括：升降控制***，所述升降控制***与所述升降杆电连接，用于控所述升降盘的上升及下降。
在本发明的一些具体实施方式中，所述脱氧水箱的进水口、排气口位于所述脱氧水箱的顶部；所述脱氧水箱的出水口位于所述脱氧水箱的底部。
在本发明的一些具体实施方式中，所述地下水位波动柱的壳体由无色透明材料制成；优选由有机玻璃制成。
在本发明的一些具体实施方式中，所述土壤模拟介质为60-100目的细沙。
在本发明的一些具体实施方式中，在所述第二高度范围内设置有三个水取样口；优选地，所述三个水取样口分别位于所述所述最大水位高度、最小水位高度及二者的中间高度。
在本发明的一些具体实施方式中，所述密封阀门为螺纹式Mininert阀门。
在本发明的一些具体实施方式中，还包括：污染物注入部件，所述污染物注入部件用于将污染物注入所述土壤模拟介质中。
在本发明的一些具体实施方式中，还包括：土壤模拟介质采集部件，所述土壤模拟介质采集部件用于采集所述土壤模拟介质。
本发明实施例提供的地下水位波动带的模拟装置，由脱氧水箱向地下水位波动柱中提供脱氧水；通过水箱升降装置的升降来控制脱氧水箱的高度，并根据连通器原理，通过脱氧水箱的高度可以控制通过地下水位波动柱中脱氧水的水位高度；因此可用来调控水位波动带的水位波动；
通过设置的氧含量传感器可以确定所模拟的相应地下水位的氧含量；通过氧分布传感器可以确定所模拟的相应地下水位的氧气含量分布；通过物理属性监测元件可以确定所模拟的相应地下水位的土壤介质的物理属性；
进一步地，通过向地下水位波动柱中的土壤模拟介质中注入污染物，可以研究地下水位波动带中污染物的生物降解。
当然，实施本发明的任一产品必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种地下水位波动带的模拟装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种地下水位波动带的模拟装置，如图1所示，包括：装置基座10、水箱升降装置20、脱氧水箱30及地下水位波动柱40；
所述水箱升降装置20包括升降盘21和升降杆22，所述升降盘21位于所述升降杆22顶部；所述升降杆22固定在所述装置基座10上；
所述脱氧水箱30置于所述升降盘21上；所述脱氧水箱30设有进水口32、出水口(图中未示出)及排气口31；
所述地下水位波动柱40包括：壳体41、壳体内部的土壤模拟介质42及覆盖于所述壳体顶部开口的透气不透水膜43；所述壳体41侧壁连通有液位计管44；所述地下水位波动柱40固定在所述装置基座10上；
所述地下水位波动柱40预先设定有最大水位高度及最小水位高度；所述最大水位高度及最小水位高度用于脱氧水位波动带的水位高度变化；所述最大水位高度和所述最小水位高度将所述地下水位波动柱由上而下划分为第一高度范围、第二高度范围及第三高度范围；在所述壳体41壁上，在三个高度分范围内分别至少设置有一个水取样口45，每一个水取样口设置有密封阀门；在所述壳体41内，在三个高度分范围内分别至少设置有一个氧含量传感器46；在所述壳体41内，在所述第二高度范围内设置有氧分布传感器47，用于确定不同高度范围内的氧气含量分布；在所述壳体41内，在第一高度范围、第二高度范围内分别至少设置有一个土壤模拟介质的物理属性监测元件48；所述土壤模拟介质的物理属性包括水含量，优选地，所述土壤模拟介质的物理属性还包括电导率和温度；
所述壳体41在第三高度范围内设置有水口，用于水的进/出。所述水口与所述脱氧水箱的出水口通过管线连接。
本发明的基座主要用于安放和/或固定水箱升降装置20、水位波动柱40及其它的相关部件；因此，其具体样式本发明无需进行限定，本领域技术人员可以根据实现需要来设计、选择。在一些具体实施方式中，装置基座10由上至下可以包括台面层11、中间隔板层12及下层隔板层13；所述升降杆22可以固定在所述台面层11；所述所述地下水位波动柱40可以固定在所述中间隔板层。在具体实施过程中，地下水位波动柱40可以穿过台面层11预置的圆孔(略大于波动柱外径)固定在中间隔板层12上。由于地下水位波动柱40一般比较细高、充填土壤模拟介质后又较重，如不加以固定会很危险；而将其穿过台面层11固定于中间隔板层12，可以更有利于地下水位波动柱40的稳定。而下层隔板层可以用于放置诸如可选的蠕动泵等小组件设备。可以理解的是，装置基座10的整体高度设计和布局可以由本领域技术人员根据地下水位波动柱的高度、实验人员取样难易、***整齐美观等因素确定。
在具体实施过程中，升降盘21可以沿着升降杆上升或下降；从而使得脱氧水箱30可以上升或下降，位于不同的高度。为了便于操作，在本发明的一些具体实施方式中，所述水箱升降装置20还包括：升降控制***，所述升降控制***与所述升降杆22电连接，用于控所述升降盘21的上升及下降；更为具体地，所述升降控制***与所述升降杆22可以通过电线连接。
需要说明的是，本发明所采用的水箱升降装置，包括其中的升降控制***均可以采用现有技术来实现，本发明在此不再进行赘述。
在本发明的一些具体实施方式中，脱氧水箱30的进水口32、排气口31可以位于脱氧水箱30的顶部；而脱氧水箱30的出水口可以位于脱氧水箱的底部；在此实施方式中，升降盘21可以设置一个与脱氧水箱30的出水口相对应的孔，以使管线能够通过该孔与脱氧水箱30的出水口相连接；或者当脱氧水箱30的出水口突出于脱氧水箱30的底面时，可以使得突出的出水口嵌入该孔中；这样的设计还可以起到在水平方向上固定脱氧水箱30于升降盘21的作用。
由于地下水的溶解氧浓度较低，在具体实施过程中，可以将自来水、河水等溶解氧浓度较高的水源经氮气脱氧，以模拟地下水中的溶解氧浓度，本文中，将这种用于模拟地下水的氮气脱氧水简称脱氧水；脱氧水从脱氧水箱30的进水口32进入到脱氧水箱30中，脱氧水箱30中的空气可以通过顶部的排气口31排出。进入到脱氧水箱30中的脱氧水从脱氧水箱30的出水口排出，经过管线进入到地下水位波动柱40中。
在本发明中，壳体41主要用于盛装土壤模拟介质42及脱氧水；基于此，本发明对壳体41的形状等无需进行限定；具体地，壳体41可以采用一定高的圆柱体、楞柱体等形状；壳体41的高度可以根据研究实验的要求来确定；壳体41的顶部设有开口，用于向壳体41内装入及从壳体41内采集土壤模拟介质，以及用于将污染物注入所述土壤模拟介质中。在具体实施过程中，所述地下水位波动柱的壳体由无色透明材料制成；优选由有机玻璃制成。
在本发明的一些具体实施方式中，优选在壳体41底部设置水口，以使地下水位波动柱40由底部进/出水，这很好地实现了地下水自主补给模式的地下水位波动，再配合氧含量传感器、可实现地下水位波动带氧气环境随水位波动而发生变化的模拟。
本文中，所说的“透气不透水膜”可以理解为不透水、单向透气的膜；当壳体顶部开口覆盖透气不透水膜后，一方面不透水，可以降低地下水位波动柱中水的挥发；同时单向透气可以使得气体进入地下水位波动柱40中，同时防止地下水位波动柱40中的气体挥发到空气中。这样可以使得空气透过该膜进入到地下水位波动柱中，向其复氧；并阻止地下水位波动柱中的挥发性气体，例如石油烃向外界挥发。在具体实施过程中，透气不透水膜可以采用膨体聚四氟乙烯(ePTFE)膜。更为具体地，可以采用美国戈尔公司的GORE-薄膜。在具体实施过程中，透气不透水膜可以包覆、并通过匝箍固定壳体顶部开口；当然本领域技术人员也可以采用其它方式来实现覆盖；覆盖的具体方式本发明不进行限定。
本发明所采用的土壤模拟介质可以采用具有一定粒径的颗粒状物质；在本发明的一些具体实施方式中，所述土壤模拟介质可以为60-100目的细沙；所说的60-100目的细沙，可以理解为能够通过60目筛网，并且被100目筛网截留的细沙。细沙可以是河沙、或石英砂等；优选为河沙；这是因为发明人发现，河沙与其它材料相比，河沙自身赋有有机质、矿物质等，可为微生物提供生长繁殖所需的营养。这在后续采用本发明的地下水位波动带的模拟装置来研究微生态变化和石油烃生物降解特性具有重要的作用。在具体实施过程中，土壤模拟介质可以填充满地下水位波动柱。当然，本领域技术人员也可以根据实际需要选择合适的土壤模拟介质的填充高度。
壳体41侧壁连通有液位计管44，可以方便观测地下水位波动柱40中的液位。可以理解的是，由于液位计管44需要用于观测最大水位高度和最小水位高度，因此具体实施过程中，液位计管44的最高点应该不低于预先设定的地下水位波动柱40中的脱氧水的最大水位高度，液位计管的最低点应该低于预先设定的地下水位波动柱40中的脱氧水的最小水位高度。
本领域技术人员均知，地面以下分为包气带、饱和带及位于包气带和饱和带之间的地下水位波动带；而且地下水位波动带会由于昼夜性、季节性水位波动(降雨或是抽吸)导致水位高低的变化；为模拟这一自然状况；可以预先设定出脱氧水在地下水位波动柱40中的最大水位高度及脱氧水的最小水位高度；例如，预先设定出脱氧水的最大水位高度为80cm，脱氧水的最小水位高度40cm；所说的“最大水位高度”及“最小水位高度”均是基于地下水位波动柱40的底面来确定的。通过人为控制，可以使得地下水位波动40中的脱氧水的水位在40-80cm之间往复变化，以模拟自然地下水位波动带的水位高低变化。基于脱氧水的最大水位高度及脱氧水的最小水位高度，就可以将地下水位波动40由上而下划分为第一高度范围、第二高度范围及第三高度范围；即高于最大水位高度为第一高度范围，用于模拟包气带；最大水位高度与最小水位高度之间为第二高度范围，用于模拟水位变化的地下水位波动带；低于最小水位高度为第三高度范围，用于模拟饱和带。在应用本发明提供的模拟装置进行研究时，地下水位波动柱40中注入有脱氧水，其水位的最大值为在预定的最大水位高度，最小值为最小水位高度。
对于地下水位波动柱40中的水位在最大水位高度及最小水位高度之间的变化；主要是根据连通器原理，通过水箱升降装置20来调整脱氧水箱30的高度来控制。更为具体地，可以首先在脱氧水箱30中加入脱氧水；脱氧水会通过连接脱氧水箱30及地下水位波动柱40的管线进入到地下水位波动柱40中；根据连通器原理，脱氧水箱30中的水位及地下水位波动柱40中的水位会处于同一水平面，因此，调整脱氧水箱30的高度，最终可以实现脱氧水箱30中水的高度与地下水位波动柱40中的最小水位高度同高；类似地，提升脱氧水箱30的高度，根据连通器原理，最终实现脱氧水箱30中水的高度与地下水位波动柱40中的最大水位高度同高；如此往复，即可实现地下水位波动40中的脱氧水的高度的往复变化。本领域技术人员可以理解的是，对于脱氧水箱30的容积，其需要满足能够容纳实现地下水位波动40中最大水位高度及最小水位高度之间的水的体积量；除此之外，并能富裕一定的水量，以在地下水位波动40达到最大波动高时，脱氧水箱30中还存在一定的液面。
在本发明的一些具体实施方式中，地下水位波动柱40与脱氧水箱30可以均为圆柱形；二者横截面的直径相同；由于地下水位波动柱40中加入60-100目的细沙；考虑到细沙的堆积的空隙率，脱氧水箱30的高度可以设定为地下水位波动柱40预设的最大水位高度和所述最小水位高度之差的一半以上。例如，最大水位高度为80cm，最小水位高度40cm；则脱氧水箱30的高度至少为20cm。
需要说明的是，脱氧水的最大水位高度及脱氧水的最小水位高度均是指通过人工控制，从脱氧水箱中向地水位波动柱中输入的水位高度。可以理解的是，当从脱氧水箱中向地水位波动柱中输入的脱氧水达到最大水位高度或最小水位高度后，由于土壤模拟介质的毛细作用，经过一段时间后，在最大水位高度及最小水位高度之上，也会有脱氧水。所以在第一高度范围内也设置水取样口45；在本发明的一些具体实施方式中，密封阀门可以采用螺纹式Mininert阀门；这种阀门密封性好，结实耐用；例如可以采用VICI(维西)公司的Valve 631201。
在本发明的一些具体实施方式中，在所述第二高度范围内可以设置有三个水取样口，由于水位上升或下降是一个缓慢、渐进的过程，三个取样口虽均位于用于模拟地下水位波动带的第二高度范围，但同一时间水样特性彼此有所差异，设置三个水取样口可示意波动带渐续变化。更佳地，所述三个水取样口分别位于所述所述最大水位高度、最小水位高度及二者的中间高度。所说的中间高度是指最大水位高度与最小水位高度的平均值处的高度；例如最大水位高度为80cm，最小水位高度是40cm，则中间高度是60cm。
本发明在三个高度范围内分别至少设置有一个氧含量传感器46，用于监测所模拟的饱和带、地下水位波动带和包气带氧气含量；具体实施过程中，氧含量传感器可以固定在壳体41的内壁上；氧含量传感器具体可以是侵入式探针氧传感器，该探针氧传感器通过与对应的测氧仪主机相连，实现氧含量的测量。需要说明的是，氧含量传感器及与其相连的测氧仪主机均为现有技术，本发明在此不进行限定。例如，可以采用PreSens公司的测氧仪，第一高度范围、第二高度范围及第三高度范围的氧含量传感器分别采用PSt3型传感器、PSt3型传感器及PSt6型传感器；它们与十通道光纤测氧仪主机(OXY-10 SMA trace)不同的通道相联。
具体实施过程中，氧分布传感器可以固定在壳体41的内壁上；本发明所采用的氧分布传感器可以为光化学传感器膜，例如PreSens公司的RPSU4型光化学传感器膜；并利用VisiSens成像探测器(传感器膜主机)照射RPSU4传感器膜，二维成像氧气分布的动态变化。
本发明在第一高度范围、第二高度范围内分别至少设置有一个土壤模拟介质的物理属性监测元件48；用于实时监测所模拟的包气带(第一高度范围)和地下水位波动带(第二高度范围)中的土壤模拟介质的物理属性，例如含水量、电导率和温度等。具体实施过程中，物理属性监测元件48同样可以预先固定在壳体41的内壁上；物理属性监测元件48可以采用至少能够测量水分的传感器；更为具体地，物理属性监测元件48可以采用美国Acclima公司的TDR315L传感器；其特点是与CR300数据采集器相连后可以同时含水量、温度和电导率等指标。
为了能够加快地下水位波动柱40中的水与脱氧水箱30中的水的往复流动速率，在本发明的一些具体实施方式中，在所述管线上设置有水泵50。更为具体地，水泵50可以采用蠕动泵。在具体实施过程中，水泵50可以置于装置基座10的下层隔板层13上。
通过本发明上述所提供的地下水位波动带的模拟装置，可以模拟出地下水位波动带的水位高低变化；但在实际研究中，还需要进一步地研究、模拟地下水位波动带的变化，并研究其变化所引起的微生态变化和污染污生物降解特性；因此，在本发明的一些具体实施方式中，地下水位波动带的模拟装置还包括：污染物注入部件，所述污染物注入部件用于将污染物注入所述土壤模拟介质中。更为具体地，污染物注入部件可以采用注射泵，例如微量注射泵来实现；注射泵为现有技术，本发明在此不进行限定；本领域技术人员可以根据实际需要选择合适的注射泵。当然，本领域技术人员通过其它的污染物注入部件将污染物注入所述土壤模拟介质中也是可行的。石油烃污染物复杂且不易降解。进入地下水的石油烃污染物以苯系物(BTEX，即苯、甲苯、乙苯和二甲苯)为主；因此，在本发明的具体的实施过程中，可以以苯系物作为污染物的代表，注入到地水下位波动柱的模拟包气带的第一高度范围；更为具体地，所注入的苯系物的质量为土壤模拟介质质量的2％(wt)。实际应用时，可以先将覆盖于所述壳体顶部开口的透气不透水膜与该开口分离，然后用污染物注入部件从地下水位波动柱顶部的开口注入污染物，结束后，再将透气不透水膜覆盖在所述壳体顶部开口上。
为了能够测定污染物迁移、再分布和微生物群落结构、功能基因丰度变化情况，为地下水位波动带污染微生态变化与生物修复机制研究提供科学依据；在本发明的一些具体实施方式中，还可以包括土壤模拟介质采集部件，所述土壤模拟介质采集部件用于采集所述土壤模拟介质。在具体实施过程中，土壤模拟介质采集部件可以采用直推式手动钻杆；更为具体地，直推式手动钻杆可以采用美国AMS公司的产品，型号为HT03-4；直推式手动钻杆钻头小、锋利，便于钻入细沙之中，且对整个地下水位波动柱内***的扰动小。实际应用时，将覆盖于所述壳体顶部开口的透气不透水膜与该开口分离，然后将直推式手动钻杆由地下水位波动柱顶部的开口进入，定期采集土壤模拟介质样品，用于污染物分布和微生物群落结构、功能基因丰度分析。取样结束后，再将透气不透水膜覆盖在所述壳体顶部开口上。
在本发明的一些具体实施方式中，本发明提供的地下水位波动带的模拟装置，包括：装置基座、水箱升降装置、脱氧水箱及地下水位波动柱；
装置基座由上至下可以包括台面层、中间隔板层及下层隔板层；所述升降杆可以固定在所述台面层；所述所述地下水位波动柱可以固定在所述中间隔板层。
所述水箱升降装置包括升降盘、升降杆及升降控制***，所述升降控制***与所述升降杆电连接，用于控所述升降盘的上升及下降。所述升降盘位于所述升降杆顶部；所述升降杆固定在所述装置基座上；
所述脱氧水箱置于所述升降盘上；所述脱氧水箱设有进水口、出水口及排气口；所述脱氧水箱的进水口、排气口位于所述脱氧水箱的顶部；所述脱氧水箱的出水口位于所述脱氧水箱的底部；
所述地下水位波动柱包括：壳体、壳体内部的60-100目的细沙及覆盖于所述壳体顶部开口的透气不透水膜；所述壳体侧壁连通有液位计管；所述地下水位波动柱固定在所述装置基座上；壳体由有机玻璃制成。
所述地下水位波动柱与所述脱氧水箱均为圆柱体；横截面均为直径为24cm的圆；地下水位波动柱的高度为120cm；脱氧水箱的高度为20cm。
预设的最大水位高度为80cm，最小水位高度为40cm。所述最大水位高度和所述最小水位高度将所述地下水位波动柱由上而下划分为第一高度范围、第二高度范围及第三高度范围；在所述壳体壁上，在所述第二高度范围内设置有三个水取样口；其它两个高度分范围内分别设置有一个水取样口，每一个水取样口设置有螺纹式Mininert阀门；在所述壳体内，在三个高度分范围内分别设置有一个氧含量传感器，第一高度范围、第二高度范围及第三高度范围的氧含量传感器分别采用PSt3型传感器、PSt3型传感器及PSt6型痕量氧传感器；在所述壳体内，在所述第二高度范围内设置有光化学传感器膜，用于确定不同高度的氧气含量分布；在所述壳体内，在第一高度范围、第二高度范围内分别设置有一个TDR315L传感器；
所述壳体在第三高度范围内，优选在壳体底部设置有水口，所述水口与所述脱氧水箱的出水口通过管线连接；在所述管线上设置有蠕动泵。
当然还配套有污染物注入部件，及土壤模拟介质采集部件。
以上述具体实施例，简述本发明的地下水位波动带的模拟装置的使用方法：
先将脱氧水由脱氧水箱送入地下水位波动柱，使地下水波动柱内的水位保持在距离柱底40cm的高度处，停留10天。利用污染物注入部件将2％的BTEX类石油烃污染物注入到地下水位波动柱内距离柱底80cm的位置处，停留30天。利用水箱升降装置，设定好脱氧水箱的高度，脱氧水箱内的水经蠕动泵，由底部出水口以一定流速传送给地下水位波动柱，并通过连通器原理调整地下水位波动柱内的水位高低，使地下水位波动柱内的水位由距离柱底40cm上升到距离柱底80cm处，停留30天。重新设定脱氧水箱的高度，将蠕动泵调整为反转模式，再将地下水由地下水位波动柱抽出进入脱氧水箱，使地下水位波动柱内的水位由80cm下降40cm处，停留30天。在此过程中，分别利用PSt3型传感器、PSt3型传感器、PSt6型痕量氧传感器及RPSU4光化学传感器膜和TDR315L传感器在线监测氧气、含水量、电导率和温度变化，并通过水取样口和土壤模拟介质采集部件，每周采集一次地下水和细沙样品，测定石油烃污染物迁移、再分布和微生物群落结构、功能基因丰度变化情况，为地下水位波动带石油烃污染微生态变化与生物修复机制研究提供科学依据。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种地下水位波动带的模拟装置，其特征在于，包括：装置基座、水箱升降装置、脱氧水箱及地下水位波动柱；
所述水箱升降装置包括升降盘和升降杆，所述升降盘位于所述升降杆顶部；所述升降杆固定在所述装置基座上；
所述脱氧水箱置于所述升降盘上；所述脱氧水箱设有进水口、出水口及排气口；
所述地下水位波动柱包括：壳体、壳体内部的土壤模拟介质及覆盖于所述壳体顶部开口的透气不透水膜；所述壳体侧壁连通有液位计管；所述地下水位波动柱固定在所述装置基座上；
所述地下水位波动柱预先设定有最大水位高度及最小水位高度；所述最大水位高度和所述最小水位高度将所述地下水位波动柱由上而下划分为第一高度范围、第二高度范围及第三高度范围；在所述壳体壁上，在三个高度分范围内分别至少设置有一个水取样口，每一个水取样口设置有密封阀门；在所述壳体内，在三个高度分范围内分别至少设置有一个氧含量传感器；在所述壳体内，在所述第二高度范围内设置有氧分布传感器，用于确定氧气含量分布；在所述壳体内，在第一高度范围、第二高度范围内分别至少设置有一个土壤模拟介质的物理属性监测元件；所述土壤模拟介质的物理属性包括水含量，优选地，所述土壤模拟介质的物理属性还包括电导率和温度；
所述壳体在第三高度范围内，优选在壳体底部设置有水口，所述水口与所述脱氧水箱的出水口通过管线连接；优选地，在所述管线上设置有水泵。
2.如权利要求1所述的模拟装置，其特征在于，所述装置基座由上至下包括台面层、中间隔板层及下层隔板层；所述升降杆固定在所述台面层；所述所述地下水位波动柱固定在所述中间隔板层。
3.如权利要求1所述的模拟装置，其特征在于，所述水箱升降装置还包括：升降控制***，所述升降控制***与所述升降杆电连接，用于控所述升降盘的上升及下降。
4.如权利要求1所述的模拟装置，其特征在于，所述脱氧水箱的进水口、排气口位于所述脱氧水箱的顶部；所述脱氧水箱的出水口位于所述脱氧水箱的底部。
5.如权利要求1所述的模拟装置，其特征在于，所述地下水位波动柱的壳体由无色透明材料制成；优选由有机玻璃制成。
6.如权利要求1所述的模拟装置，其特征在于，所述土壤模拟介质为60-100目的细沙。
7.如权利要求1所述的模拟装置，其特征在于，在所述第二高度范围内设置有三个水取样口；优选地，所述三个水取样口分别位于所述所述最大水位高度、最小水位高度及二者的中间高度。
8.如权利要求1所述的模拟装置，其特征在于，所述密封阀门为螺纹式Mininert阀门。
9.如权利要求1-8中任一项所述的模拟装置，其特征在于，还包括：污染物注入部件，所述污染物注入部件用于将污染物注入所述土壤模拟介质中。
10.如权利要求1-8中任一项所述的模拟装置，其特征在于，还包括：土壤模拟介质采集部件，所述土壤模拟介质采集部件用于采集所述土壤模拟介质。
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