CN110274852A - 一种地下水动态模拟实验***及实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地下水动态模拟实验***及实验方法，该实验***包括模拟实验箱、除氧装置、实验装置和辅助器具；该方法包括：一、土柱试样的制备；二、在有氧环境中配制地表水模拟水样；三、模拟缺氧环境；四、在缺氧环境中配制地下水模拟水样；五、地表水渗流模拟实验；六、地下水回渗模拟实验；七、地表水和地下水交互渗流模拟实验；八、测定采集的地表渗流水、地下回渗水和交互渗流水的酸碱度值、溶解氧的含量和抗生素浓度。本发明在模拟试验箱内，利用实验装置和辅助器具能够进行地表水渗流模拟实验、地下水回渗模拟实验以及地表水和地下水交互渗流模拟实验，解决了现有技术中不能准确研究污染物进入地下水的动态过程的问题。
Description
技术领域
本发明属于地下水科学与工程技术领域，具体涉及一种地下水动态模拟实验***及实验方法。
背景技术
地下水资源在我国水资源中占有举足轻重的地位，在维护生态环境安全和经济社会健康发展等方面发挥着不可替代的作用。然而，随着社会经济发展，大量不合理排放的生活污水废物、工业废水废物、农业污染物等，通过土壤包气带向地下传输，导致大量污染物进入地下水环境，引起地下水污染，致使地下水环境污染问题日益复杂。
地下水污染是我国面临的严峻问题，控制和修复地下水污染是保护水资源的重要工作之一，地下水污染就是地下水化学成分、物理性质和生物学特性发生改变而使水质下降的现象。多年来，众多科研工作者不断开展地下水污染防治的科学研究工作，而地下水动态模拟是研究地下水污染的重要手段之一，因此设计合理的地下水动态模拟实验***，准确的模拟地下水环境，对于研究地下水水动力过程、实施地下水污染修复意义重大。现有的地下水研究过程存在以下缺陷：1、地下水中溶解氧含量较低，为厌氧环境，传统的研究方式，直接采集地下水样品，带回室内分析，地下水样研究环境不能满足厌氧条件，导致空气中的氧气进入样品，污染水样，造成实验数据偏差；2、地下环境温度较低，基本是恒温状态，传统采样回的地下水在室温进行研究，随着温度的变化，对地下水中污染物赋存状态可能会有较大的影响，不能准确反映地下水质及污染程度；3、地下环境为黑暗环境，传统采样回的地下水在研究过程中，当阳光照射到地下水样品中时，可能会导致地下水样品发生光化学反应，对地下水中污染程度研究可能会有较大的影响；4、现有的地下水污染研究大多片面的针对地下水中的污染物进行研究，缺乏对地表地下水交互反应的研究，不能准确研究污染物进入地下水的动态过程，因此，应该提供一种可以准确的模拟地下水环境、易于操作、应用范围广泛的地下水动态模拟实验***。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种地下水动态模拟实验***。该模拟实验***在模拟实验箱内能够模拟实际的地下水环境，在模拟试验箱内利用实验装置和辅助器具能够进行地表水渗流模拟实验、地下水回渗模拟实验以及地表水和地下水交互渗流模拟实验，解决了现有技术中不能准确研究污染物进入地下水的动态过程的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种地下水动态模拟实验***，其特征在于：包括用于模拟地下水环境的模拟实验箱、设置在所述模拟实验箱外侧且与所述模拟实验箱连通的除氧装置、设置在所述模拟实验箱内部的实验装置和辅助器具，所述模拟实验箱包括由有机玻璃板制作而成的箱体，所述箱体的外侧覆盖有与所述箱体外形结构相匹配的保温板，所述箱体的侧面上开设有矩形观测窗和两个位于所述矩形观测窗下方且对称布设的操作孔，所述矩形观测窗的顶部设置有遮光帘，两个所述操作孔的孔口位置上分别套装有左手操作手套和右手操作手套，所述箱体上设置有进气接管和出气接管，所述箱体的顶面上设置有进水接管，所述箱体上设置有出水接管，所述箱体上开设有曝气孔，所述箱体上设置有可拆卸带密封圈门，所述除氧装置包括设置在所述箱体外侧的第一氮气瓶、空气循环泵和与所述空气循环泵的回气管连接的盛放有焦性没食子酸的碱性溶液的孟氏洗瓶，所述孟氏洗瓶的出气管通过氮气回流管与所述出气接管连接，所述箱体的外部设置有用于盛放地表水模拟水样的第一地表水模拟水样瓶和第二地表水模拟水样瓶，所述第一地表水模拟水样瓶和所述第二地表水模拟水样瓶分别与两个所述进水接管相连接，所述实验装置包括设置在所述箱体内部用于支撑土柱试样的可移动支架、用于盛放地下水模拟水样的三口烧瓶和与所述三口烧瓶连通的蠕动泵，所述三口烧瓶内插接有氮气导入管，所述氮气导入管穿过所述曝气孔与设置在所述箱体外侧的第二氮气瓶连通，所述三口***下方设置有恒温水浴锅，所述箱体内设置有用于检测所述箱体内氧气含量的复合气体检测仪和用于检测所述箱体内温度的温度变送器，所述箱体内设置有用于通入冷却水的水管。
上述的一种地下水动态模拟实验***，其特征在于：所述进水接管的数量为至少两个，所述出水接管的数量为至少三个，所述进气接管上安装有进气阀，所述出气接管上安装有出气阀，所述进水接管上安装有进水阀，所述出水接管上安装有出水阀，所述箱体上设置有泄压孔，所述泄压孔的孔口位置处安装有泄压阀。
上述的一种地下水动态模拟实验***，其特征在于：所述辅助器具包括设置在所述箱体内设置的三层试管架、用于配制并盛放地下水模拟水样的烧杯和多个用于对所述地下水模拟水样中抗生素的水解率进行测定的锥形瓶，所述三层试管架上放置有多个地表渗流水采集试管、多个地下回渗水采集试管和多个交互渗流水采集试管。
上述的一种地下水动态模拟实验***，其特征在于：所述箱体内设置有水解池，所述水解池内设置有加热棒。
本发明还提供一种地下水动态模拟实验方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一、土柱试样的制备：
向三个体积大小相同的有机玻璃圆管内分别装入在同一河道内的三个不同采集点内采集的且已经自然风干的沉积物，制备成三个体积大小相同的土柱试样，并将三个所述土柱试样分别标记为第一个土柱试样、第二个土柱试样和第三个土柱试样，在所述第一个土柱试样的底部垂直安装有第一底部取样导管，所述第一个土柱试样的侧壁上水平安装有多个沿着所述第一个土柱试样的高度方向等间距布设的第一侧壁取样导管，所述第二个土柱试样的底部垂直安装有第二底部取样导管，所述第二个土柱试样的侧壁上水平安装有多个沿着所述第二个土柱试样的高度方向等间距布设的第二侧壁取样导管，所述第三个土柱试样的底部垂直安装有第三底部取样导管，所述第三个土柱试样的侧壁上水平安装有多个沿着所述第三个土柱试样的高度方向等间距布设的第三侧壁取样导管；
步骤二、在有氧环境中配制地表水模拟水样：
在所述箱体的外部，在容量瓶内配制得到地表水模拟水样；
步骤三、模拟缺氧环境，具体过程包括以下步骤：
步骤301、将步骤一中制备的第一个土柱试样、第二个土柱试样和第三个土柱试样均安装在可移动支架上，使第一个土柱试样和第三个土柱试样分别位于两个所述进水接管的正下方；
步骤302、向所述孟氏洗瓶里注入焦性没食子酸的碱性溶液，且所述焦性没食子酸的碱性溶液的液面高度不低于所述孟氏洗瓶高度的三分之二；向所述三口烧瓶中注入自来水；之后，清点所述箱体内的所述辅助器具的数量；
步骤303、关闭所述可拆卸带密封圈门，清除所述箱体内部的氧气，使所述箱体内的氧气含量低于0.2mg/L；
步骤四、在缺氧环境中配制地下水模拟水样：
在所述箱体的内部，首先，利用恒温水浴锅将所述三口烧瓶内的自来水加热至100℃，打开第二氮气瓶，向所述三口烧瓶内部充入氮气，消除所述三口烧瓶内的自来水中的氧气，使所述三口烧瓶内的自来水形成无氧水；接着，关闭所述恒温水浴锅，将所述三口烧瓶内的无氧水静置降温至箱体内的温度，然后向所述水管内通入冷却水，同时读取所述温度变送器所检测到的所述箱体内的温度，当所述箱体内的温度和三口烧瓶内的无氧水的温度均在16℃～22℃范围内时，停止向所述水管内通入冷却水，再将所述三口烧瓶内的无氧水全部倒入至烧杯内，在所述烧杯内配制得到地下水模拟水样；
步骤五、地表水渗流模拟实验，具体包括以下步骤：
步骤501、向所述第一地表水模拟水样瓶内注入步骤二中配制得到的地表水模拟水样，并将所述第一地表水模拟水样瓶与一个所述进水接管之间接通，铺开遮光帘，使所述箱体的内部处于黑暗状态，此时，将所述第一地表水模拟水样瓶内的所述地表水模拟水样导通至所述第一个土柱试样的顶端，使所述第一地表水模拟水样瓶内的所述地表水模拟水样沿着所述第一个土柱试样的高度方向逐渐向下渗流；
步骤502、在所述第一地表水模拟水样瓶内的所述地表水模拟水样沿着所述第一个土柱试样的高度方向逐渐向下渗流的过程中，得到地表渗流水，需要多次卷起遮光帘，在所述箱体的内部，沿着所述地表水模拟水样的渗流方向由上至下依次在多个第一侧壁取样导管的出口处和第一底部取样导管的出口处采集所述地表渗流水，多次采集的所述地表渗流水分别放置在多个地表渗流水采集试管内，在对多个地表渗流水采集试管进行一一标记后，将多个地表渗流水采集试管放置在三层试管架的第一层；
步骤六、地下水回渗模拟实验，具体包括以下步骤：
步骤601、在所述箱体的内部，向所述三口烧瓶中倒入步骤403中配制得到的地下水模拟水样，将所述蠕动泵的软管的一端与所述三口***任意一个开口端连接，将所述蠕动泵的软管的另一端与安装在第二个土柱试样底部的第二底部取样导管连接，之后，打开所述蠕动泵，铺开遮光帘，由所述蠕动泵抽取所述三口烧瓶内部的步骤403中配制得到的地下水模拟水样，使所述地下水模拟水样沿着所述第二个土柱试样的高度方向逐渐向上回渗；
步骤602、在所述三口烧瓶内的所述地下水模拟水样沿着所述第二个土柱试样的高度方向向上回渗的过程中，得到地下回渗水，需要多次卷起遮光帘，在所述箱体的内部，沿着所述地下水模拟水样的回渗方向由下至上依次在第二底部取样导管的出口处和多个第二侧壁取样导管的出口处采集所述地下回渗水，多次采集的所述地下回渗水分别放置在多个地下回渗水采集试管内，在对多个地下回渗水采集试管进行一一标记后，将多个地下回渗水采集试管放置在三层试管架的第二层；
步骤七、地表水和地下水交互渗流模拟实验，具体包括以下步骤：
步骤701、向所述第二地表水模拟水样瓶内注入步骤二中配制得到的地表水模拟水样，并将所述第二地表水模拟水样瓶与另一个所述进水接管之间连通，铺开遮光帘，使所述箱体的内部处于黑暗状态，此时，将所述第二地表水模拟水样瓶内的所述地表水模拟水样导通至所述第三个土柱试样的顶端，使所述第二地表水模拟水样瓶内的所述地表水模拟水样沿着所述第三个土柱试样的高度方向逐渐向下渗流；
步骤702、待步骤701中所述地表水模拟水样沿着所述第三个土柱试样的高度方向逐渐向下渗流持续24h以后，卷起遮光帘，在所述箱体的内部，将所述蠕动泵的软管的另一端与安装在第二个土柱试样底部的第二底部取样导管之间断开，并将所述蠕动泵的软管的另一端与安装在第三个土柱试样底部的第三底部取样导管连接，之后，打开所述蠕动泵，铺开遮光帘，由所述蠕动泵抽取所述三口烧瓶内部的所述地下水模拟水样，使所述地下水模拟水样沿着所述第三个土柱试样的高度方向逐渐向上回渗；
步骤703、在所述三口烧瓶内的所述地表水模拟水样沿着所述第三个土柱试样的高度方向向上回渗的过程中，得到交互渗流水，需要多次卷起遮光帘，在所述箱体的内部，沿着所述地下水模拟水样的回渗方向由下至上依次在第三底部取样导管的出口处和多个第三侧壁取样导管的出口处采集所述交互渗流水，多次采集的所述交互渗流水分别放置在多个交互渗流水采集试管内，在对多个交互渗流水采集试管进行一一标记后，将多个交互渗流水采集试管放置在三层试管架的第三层；
步骤八、测定采集的地表渗流水、地下回渗水和交互渗流水的酸碱度值、溶解氧的含量和抗生素浓度。
上述的地下水动态模拟实验的方法，其特征在于：步骤303中清除所述矩形箱体1内的氧气具体过程包括以下步骤：
步骤3031、关闭所述可拆卸带密封圈门，使所述箱体呈封闭状态，之后，在所述进气接管上连接第一氮气瓶，向所述箱体内充入氮气，当充入氮气的时间持续3min～5min之后，停止向所述箱体内充入氮气，并拆除第一氮气瓶；
步骤3032、将空气循环泵的进气管与进气接管连接，打开空气循环泵，利用空气循环泵将箱体内的混合气体吸入到孟氏洗瓶内，孟氏洗瓶内的焦性没食子酸的碱性溶液能够与混合气体中的氧气发生反应，流经孟氏洗瓶的混合气体中的氮气通过氮气回流管和出气接管进入箱体内部，复合气体检测仪能够检测箱体内的氧气含量，当箱体内的氧气含量低于0.2mg/L时，关闭空气循环泵。
上述的地下水动态模拟实验的方法，其特征在于：步骤八中，在测定所述地表渗流水、地下回渗水和交互渗流水的酸碱度值、溶解氧的含量和抗生素浓度时，多个地表渗流水采集试管、多个地下回渗水采集试管和多个交互渗流水采集试管需要逐一从所述箱体取出进行测定，在测定的过程中，所述地表渗流水、所述地下回渗水和所述交互渗流水暴露在空气内的时间不超过10min。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的地下水动态模拟实验***通过设置用于模拟地下水环境的模拟实验箱，在模拟实验箱外侧设置与模拟实验箱连通的除氧装置，模拟实验箱包括由有机玻璃板制作而成的箱体，箱体的外侧覆盖有与箱体外形结构相匹配的保温板，实际使用时，利用除氧装置能够除去箱体内部的氧气，在箱体内部形成一个封闭且黑暗的缺氧环境，通过在箱体的侧面上开设有矩形观测窗和两个对称布设的操作孔，两个操作孔位于矩形观测窗的下方，在矩形观测窗的顶部设置遮光帘，并在两个操作孔的孔口位置分别固定安装左手操作手套和右手操作手套，当箱体处于封闭状态时，且箱体内部为缺氧环境时，实验人员在箱体外部仍然能够进行实验操作，实际使用时，实验人员面对两个操作孔，将双手分别伸入左手操作手套内和右手操作手套内，并将双手伸入两个操作孔内，在箱体的内部进行模拟实验的操作，在操作的过程中，实验人员能够通过矩形观测对实验过程进行观察，不会破坏箱体的封闭状态和箱体内部的缺氧环境，满足在无氧条件下模拟地表水和地下水的渗流过程的实验要求。
2、本发明的地下水动态模拟实验***通过在模拟实验箱内部设置实验装置和辅助器具，实验装置包括设置在模拟实验箱内部的可移动支架、三口烧瓶和与三口烧瓶连通的蠕动泵，实际使用时，将土柱试样放置在可移动支架上，可移动支架能够起到支撑土柱试样的作用，当三口烧瓶内盛放有自来水时，在模拟实验箱内缺氧环境下，能够将三口烧瓶内的自来水制备成无氧水，利用无氧水能够制备地下水模拟水样，再利用蠕动泵抽取盛放在三口烧瓶内的地下水模拟水样，使地下水模拟水样从土柱试样的底部向上渗流，从而实现模拟地下水回渗过程的目的。
3、本发明的地下水动态模拟实验***通过在箱体内设置水解池，并在水解池内设置加热棒，当地下水模拟水样配制完成后，在箱体内，还可以对所配制的地下水模拟水样中抗生素的水解率进行测定，主要包括两个测定实验，其中一个测定实验是：在不同温度条件下，对相同体积的地下水模拟水样中抗生素的水解率进行测定；另一个测定实验是：在不同pH条件下，对相同体积的地下水模拟水样中抗生素的水解率进行测定，拓宽了地下水动态模拟实验***的应用范围，便于推广应用。
4、本发明的地下水动态模拟实验方法，在箱体内缺氧环境下，实验装置能够进行三种模拟实验，三种模拟实验分别为地表水渗流模拟实验、地下水回渗模拟实验以及地表水和地下水交互渗流模拟实验，实验方法简单，解决了现有技术中不能准确研究污染物进入地下水的动态过程的问题。
综上动态转化，本发明在模拟实验箱内能够模拟实际的地下水环境，在模拟试验箱内，利用实验装置和辅助器具能够进行地表水渗流模拟实验、地下水回渗模拟实验以及地表水和地下水交互渗流模拟实验，实验方法简单，解决了现有技术中不能准确研究污染物进入地下水的动态过程的问题。
下面通过附图和实施例，对本发明做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明模拟实验箱的结构示意图。
图2为图1的左视图。
图3为图1的俯视图。
图4为本发明第一次清除氧气时的使用状态示意图。
图5为本发明第二次清除氧气时的使用状态示意图。
图6为本发明在三口烧瓶内制备无氧水时的使用状态示意图。
图7为发明实验方法的流程框图。
附图标记说明:
1—箱体； 1-1—操作孔； 1-2—进气接管；
1-3—出气接管； 1-4—进水接管； 1-5—出水接管；
1-6—曝气孔； 1-7—泄压孔； 1-8—可拆卸带密封圈门；
1-9—矩形观测窗； 2-1—左手操作手套； 2-2—右手操作手套；
3—遮光帘； 4—空气循环泵； 4-1—进气管；
4-2—回气管； 5—孟氏洗瓶； 6—氮气回流管；
7—可移动支架； 8—第一土柱试样； 8-1—第一底部取样导管；
8-2—第一侧壁取样导管； 9-1—第一地表水模拟水样瓶；
9-2—第二地表水模拟水样瓶； 10—蠕动泵；
11—三口烧瓶； 12—氮气导入管； 13—恒温水浴锅；
14—第一氮气瓶； 15—第二氮气瓶； 16—三层试管架；
17—地表渗流水采集试管； 18—水解池；
19—加热棒； 20—复合气体检测仪； 21—温度变送器；
22—进气阀； 23—出气阀； 24—进水阀；
25—第二土柱试样； 25-1—第二底部取样导管；
25-2—第二侧壁取样导管； 26—第三土柱试样；
26-1—第三底部取样导管； 26-2—第三侧壁取样导管；
27—地下回渗水采集试管； 28—交互渗流水采集试管；
29—出水阀； 30—泄压阀； 31—水管。
具体实施方式
如图1至图6所示的一种地下水动态模拟实验***，包括用于模拟地下水环境的模拟实验箱、设置在所述模拟实验箱外侧且与所述模拟实验箱连通的除氧装置、设置在所述模拟实验箱内部的实验装置和辅助器具，所述模拟实验箱包括由有机玻璃板制作而成的箱体1，所述箱体1的外侧覆盖有与所述箱体1外形结构相匹配的保温板，所述箱体1的侧面上开设有矩形观测窗1-9和两个位于所述矩形观测窗1-9下方且对称布设的操作孔1-1，所述矩形观测窗1-9的顶部设置有遮光帘3，两个所述操作孔1-1的孔口位置上分别套装有左手操作手套2-1和右手操作手套2-2，所述箱体1上设置有进气接管1-2和出气接管1-3，所述箱体1的顶面上设置有进水接管1-4，所述箱体1上设置有出水接管1-5，所述箱体1上开设有曝气孔1-6，所述箱体1上设置有可拆卸带密封圈门1-8，所述箱体1内设置有用于检测所述箱体1内氧气含量的复合气体检测仪20和用于检测所述箱体1内温度的温度变送器21，所述箱体1内设置有用于通入冷却水的水管31，所述除氧装置包括设置在所述箱体1外侧的第一氮气瓶14、空气循环泵4和与所述空气循环泵4的回气管4-2连接的盛放有焦性没食子酸的碱性溶液的孟氏洗瓶5，所述孟氏洗瓶5的出气管通过氮气回流管6与所述出气接管1-3连接，所述箱体1的外部设置有用于盛放地表水模拟水样的第一地表水模拟水样瓶9-1和第二地表水模拟水样瓶9-2，所述第一地表水模拟水样瓶9-1和所述第二地表水模拟水样瓶9-2分别与两个所述进水接管1-4相连接，所述实验装置包括设置在所述箱体1内部用于支撑土柱试样的可移动支架7、用于盛放地下水模拟水样的三口烧瓶11和与所述三口烧瓶11连通的蠕动泵10，所述三口烧瓶11内插接有氮气导入管12，所述氮气导入管12穿过所述曝气孔1-6与设置在所述箱体1外侧的第二氮气瓶15连通，所述三口烧瓶11的下方设置有恒温水浴锅13。
本实施例中，通过设置用于模拟地下水环境的模拟实验箱，在模拟实验箱外侧设置与模拟实验箱连通的除氧装置，所述模拟实验箱包括由有机玻璃板制作而成的箱体1，箱体1的外侧覆盖有与箱体1外形结构相匹配的保温板，实际使用时，利用除氧装置能够除去箱体1内部的氧气，在箱体1内部形成一个封闭且黑暗的缺氧环境，即能够模拟实际的地下水环境。
本实施例中，通过在箱体1的侧面上开设有矩形观测窗1-9和两个对称布设的操作孔1-1，两个操作孔1-1位于矩形观测窗1-9的下方，在矩形观测窗1-9的顶部设置遮光帘3，并在两个操作孔1-1的孔口位置分别固定安装左手操作手套2-1和右手操作手套2-2，其目的在于：当箱体1处于封闭状态时，且箱体1内部为缺氧环境时，实验人员在箱体1外部仍然能够进行实验操作，实际使用时，实验人员面对两个操作孔1-1，将双手分别伸入左手操作手套2-1内和右手操作手套2-2内，并将双手伸入两个操作孔1-1内，在箱体1的内部进行模拟实验的操作，在操作的过程中，实验人员能够通过矩形观测窗1-9对实验过程进行观察，不会破坏箱体1的封闭状态和箱体1内部的缺氧环境，满足在无氧条件下模拟地表水和地下水的渗流过程的实验要求。
如图4和图5所示，本实施例中，除氧装置包括设置在箱体1外侧的第一氮气瓶14、空气循环泵4和孟氏洗瓶5，孟氏洗瓶5与空气循环泵4的回气管4-2连接，孟氏洗瓶5的出气管通过氮气回流管6与出气接管1-3连接，实际使用时，在利用除氧装置对箱体1内部的氧气进行清除时，主要分为第一次清除氧气和第二次清除氧气，第一次清除氧气的具体过程为：将第一氮气瓶14与进气接管1-2之间连通，打开第一氮气瓶14，向箱体1内部充入氮气，使箱体1内部的氧气不断的从出气接管1-3排出；但是，经过第一次清除氧气之后，箱体1内部仍然会残留少量氧气，使箱体1内部产生同时含有氮气和氧气的混合气体，因此需要进行第二次清除氧气，第而次清除的具体过程为：在完成第一次清除氧气后，将第一氮气瓶14与进气接管1-2之间断开，将空气循环泵4的进气管4-1与进气接管1-2连通，由于空气循环泵4的回气管4-2与孟氏洗瓶5连接，孟氏洗瓶5内盛放有焦性没食子酸的碱性溶液，因此，打开空气循环泵4，空气循环泵4会将箱体1内部的混合气体抽到孟氏洗瓶5内，孟氏洗瓶5内的焦性没食子酸的碱性溶液吸收混合气体中的氧气，又由于孟氏洗瓶5的出气管通过氮气回流管6与出气接管1-3连接，因此，流经孟氏洗瓶5的氮气会通过氮气回流管6和出气接管1-3循环进入箱体1内部，实现了对箱体1内部进一步清除氧气的目的，使箱体1内部形成缺氧环境，同时氮气能够实现的循环传输，使用效果好。
本实施例中，孟氏洗瓶5的数量为两个，两个孟氏洗瓶5相串联，两个孟氏洗瓶5内均盛放有焦性没食子酸的碱性溶液，实际使用时，空气循环泵4抽取的箱体1内部的混合气体依次经过两个孟氏洗瓶5，使混合气体中的氧气得到充分吸收，提高了循环进入箱体1内部的氮气的纯度。
本实施例中，通过在箱体1上设置进气接管1-2和出气接管1-3，能够实现箱体1与除氧装置之间的连通，在进行第一次清除氧气时，需要在进气接管1-2上连接第一氮气瓶14，出气接管1-3作为出气口使用，当第一氮气瓶14通过进气接管1-2向箱体1内充入氮气时，箱体1内的氧气需要从出气接管1-3排出；在进行第二次清除氧气时，则需要将进气接管1-2与第一氮气瓶14之间断开，在进气接管1-2上重新连接空气循环泵4，使空气循环泵4的进气管4-1与进气接管1-2连通，而出气接管1-3作为回气口使用，经过第二次清除氧气过程后的氮气会通过出气接管1-3进入箱体1内，根据实验过程的需求，进气接管1-2和出气接管1-3能够发挥多种功能，拆装方便，使用效果好。
本实施例中，通过在箱体1的外部设置第一地表水模拟水样瓶9-1和第二地表水模拟水样瓶9-2，且第一地表水模拟水样瓶9-1和第二地表水模拟水样瓶9-2分别与两个进水接管1-4相连接，实际使用时，在第一地表水模拟水样瓶9-1和第二地表水模拟水样瓶9-2内部盛放地表水模拟水样，在箱体1的内部设置土柱试样，地表水模拟水样通过进水接管1-4流通至土柱试样上，在土柱试样上进行渗流，从而能够实现模拟地表水渗流的目的。
如图6所示，本实施例中，通过在箱体1内部设置实验装置和辅助器具，实验装置包括设置在箱体1内部的可移动支架7、三口烧瓶11和与三口烧瓶11连通的蠕动泵10，实际使用时，将土柱试样放置在可移动支架7上，可移动支架7能够起到支撑土柱试样的作用，通过在箱体1内部设置有三口烧瓶11，三口烧瓶11内插接有氮气导入管12，三口烧瓶11的下方设置有恒温水浴锅13，且氮气导入管12穿过曝气孔1-6与设置在箱体1外侧的第二氮气瓶15连通，实际使用时，当三口烧瓶11内盛放有自来水时，在箱体1内缺氧环境下，能够将三口烧瓶11内的自来水制备成无氧水，利用无氧水能够制备地下水模拟水样，再利用蠕动泵10抽取盛放在三口烧瓶11内的地下水模拟水样，使地下水模拟水样从土柱试样的底部向上渗流，从而实现模拟地下水回渗过程的目的。
本实施例中，在三口烧瓶11内制备无氧水的具体过程为：首先，利用恒温水浴锅13将三口烧瓶11内的自来水加热至100℃，接着，打开第二氮气瓶15，向三口烧瓶11内部不断充入氮气，消除三口烧瓶11内的自来水中的氧气，使三口烧瓶11内的自来水形成无氧水，通过在箱体1上开设曝气孔1-6，能够实现氮气导入管12与设置在箱体1外侧的第二氮气瓶15连通，结构简单，便于操作，便于推广应用。
本实施例中，箱体1内设置有用于检测所述箱体1内氧气含量的复合气体检测仪20和用于控制所述箱体1内温度的温度变送器21。
本实施例中，通过在箱体1内设置用于检测所述箱体1内氧气含量的复合气体检测仪20，实际使用时，在利用除氧装置对箱体1内部的氧气进行清除时，复合气体检测仪20能够测定箱体1内的氧气含量，当箱体1内氧气含量过高时，即说明箱体1内没有达到厌氧条件，还需要继续进一步清除氧气，当复合气体检测仪20测定箱体1内的氧气含量低于0.2mg/L时，即说明箱体1内的氧气已经大部分全清除，箱体1内满足厌氧环境，则可以停止清除氧气。
本实施例中，复合气体检测仪20为便携式高精度气体浓度检测仪，其型号为JY-MS400。
本实施例中，通过在箱体1内设置用于检测所述箱体1内温度的温度变送器21，并在箱体1内设置用于通入冷却水的水管31，实际使用时，温度变送器21能够对箱体1内的温度进行实时检测，当温度变送器21检测的温度高于22℃时，向水管31内通入冷却水，能够对箱体1内的温度进行调节，能够更好的模拟地下环境。
本实施例中，温度变送器21可参考型号为SBWZ-2480的温度变送器。
本实施例中，能够进行三种模拟实验，三种模拟实验分别为地表水渗流模拟实验、地下水回渗模拟实验以及地表水和地下水交互渗流模拟实验，因此，需要制备三个土柱试样，三个土柱试样分别为第一土柱试样8、第二土柱试样25和第三土柱试样26，且需要在第一个土柱试样8的底部垂直安装第一底部取样导管8-1，在第一个土柱试样8的侧壁上水平安装多个沿着第一个土柱试样8的高度方向等间距布设的第一侧壁取样导管8-2，在第二个土柱试样25的底部垂直安装第二底部取样导管25-1，在第二个土柱试样25的侧壁上水平安装多个沿着第二个土柱试样25的高度方向等间距布设的第二侧壁取样导管25-2，在第三个土柱试样26的底部垂直安装第三底部取样导管26-1，在第三个土柱试样26的侧壁上水平安装多个沿着第三个土柱试样26的高度方向等间距布设的第三侧壁取样导管26-2。
在进行地表水渗流模拟实验时，只需要将盛放在第一地表水模拟水样瓶9-1内的地表水模拟水样通过进水接管1-4流通至第一土柱试样8的顶端，地表水模拟水样会沿着第一土柱试样8的高度方向向下渗流，从而模拟出地表水渗流的过程，地表水模拟水样沿着第一土柱试样8渗流的过程中得到地表渗流水，需要在第一底部取样导管8-1的出口处和多个第一侧壁取样导管8-2的出口处均采集地表渗流水，并测定所采集的地表渗流水的酸碱度值、溶解氧的含量和抗生素浓度。
在进行地下水回渗模拟实验时，首先，向三口烧瓶11中倒入已配制完成的地下水模拟水样，将蠕动泵10的软管的一端与三口烧瓶11的任意一个开口端连接，将蠕动泵10的软管的另一端与安装在第二个土柱试样25底部的取样导管连接，之后，打开蠕动泵10，由蠕动泵10抽取三口烧瓶11内部的地下水模拟水样，使地下水模拟水样沿着第二个土柱试样25的高度方向逐渐向上回渗，从而模拟出地下水回渗的过程，地下水模拟水样沿着第二个土柱试样25回渗的过程中得到地下回渗水，需要在第二底部取样导管25-1的出口处和多个第二侧壁取样导管25-2的出口处均采集地下回渗水，并测定所采集的地下回渗水的酸碱度值、溶解氧的含量和抗生素浓度。
在进行地表水和地下水交互渗流模拟实验时，不仅需要将盛放在第二地表水模拟水样瓶9-2内的地表水模拟水样通过进水接管1-4流通至第三土柱试样26的顶端，地表水模拟水样会沿着第三土柱试样26的高度方向向下渗流，地表水模拟水样沿着第三个土柱试样26的高度方向逐渐向下渗流持续24h以后，将蠕动泵10的软管的另一端与安装在第三个土柱试样26底部的取样导管连接，之后，打开蠕动泵10，由蠕动泵10抽取三口烧瓶11内部的地下水模拟水样，使地下水模拟水样沿着第三个土柱试样26的高度方向逐渐向上回渗，从而实现模拟地表水和地下水交互渗流的过程，在地下水模拟水样沿着第三个土柱试样26的高度方向逐渐向上回渗的过程中得到交互渗流水，需要在第三底部取样导管26-1的出口处和多个第三侧壁取样导管26-2的出口处均采集交互渗流水，并测定所采集的交互渗流水的酸碱度值、溶解氧的含量和抗生素浓度。
如图2所示，本实施例中，通过在箱体1上设置有可拆卸带密封圈门1-8，可拆卸带密封圈门1-8作为箱体1与外界的唯一通道，当箱体1需要处于封闭状态时，可拆卸带密封圈门1-8必须关闭状态，且保证可拆卸带密封圈门1-8的密封性，当在实验准备或实验结束后，实验人员可以手动打开可拆卸带密封圈门1-8。
如图1、图2和图3所示，本实施例中，进水接管1-4的数量为至少两个，出水接管1-5的数量为至少三个，进气接管1-2上安装有进气阀22，出气接管1-3上安装有出气阀23，进水接管1-4上安装有进水阀24，出水接管1-5上安装有出水阀29，箱体1上设置有泄压孔1-7，泄压孔1-7的孔口位置处安装有泄压阀30。
本实施例中，通过在箱体1的顶面上设置进水接管1-4，且进水接管1-4的数量为至少两个，两个进水接管1-4能够分别实现第一地表水模拟水样瓶9-1与箱体1连通的目的以及第二地表水模拟水样瓶9-2与箱体1连通的目的，通过在进水接管1-4上安装进水阀24，实际使用时，两个进水接管1-4能够分别对导通至第一土柱试样8内的地表水模拟水样的流量以及导通至第二土柱试样25内的地表水模拟水样的流量进行控制。
本实施例中，通过在箱体1上设置有出水接管1-5，且出水接管1-5的数量为至少三个，实际使用时，当地表渗流水、地下回渗水和交互渗流水均采集完成后，可以将三个出水接管1-5分别与第一底部取样导管8-1、第二底部取样导管25-1和第三底部取样导管26-1连接，使第一土柱试样8内部残留的地表渗流水、第二土柱试样25内部残留的地下回渗水和第三土柱试样26内部残留的交互渗流水分别通过出水接管1-5排除至箱体1的外部，实验人员不需要在箱体1内部手动采集第一土柱试样8内部残留的地表渗流水、第二土柱试样25内部残留的地下回渗水和第三土柱试样26内部残留的交互渗流水；通过在出水接管1-5上安装有出水阀29，利用出水阀29能够控制出水接管1-5的连通和关闭，操作简单，成本低。
本实施例中，通过在进气接管1-2上安装进气阀22，当通过进气接管1-2向箱体1充入氮气时，进气阀22能够对充入箱体1内的氮气的流量进行控制，当进气接管1-2上连接空气循环泵4时，进气阀22能够控制空气循环泵4的进气管4-1与进气接管1-2之间的连通和断开；通过在出气接管1-3上安装有出气阀23，无论出气接管1-3作为回气口使用，或者作为出气口使用时，出气阀23能够控制出气接管1-3的连通和关闭，操作简单，使用效果好。
本实施例中，通过在箱体1上设置有泄压孔1-7，并在泄压孔1-7的孔口位置处安装泄压阀30，在利用除氧装置对箱体1内部进行除氧时，打开泄压阀30，能够保证箱体1内部的压力平衡。
如图6所示，本实施例中，所述辅助器具包括设置在所述箱体1内设置的三层试管架16、用于配制并盛放地下水模拟水样的烧杯和多个用于对所述地下水模拟水样中抗生素的水解率进行测定的锥形瓶，所述三层试管架16上放置有多个地表渗流水采集试管17、多个地下回渗水采集试管27和多个交互渗流水采集试管28。
本实施例中，通过在箱体1内设置三层试管架16，并在三层试管架16上放置多个地表渗流水采集试管17、多个地下回渗水采集试管27和多个交互渗流水采集试管28，实际使用时，根据需要选取多个地表渗流水采集试管17、多个地下回渗水采集试管27或多个交互渗流水采集试管28作为地表渗流水、地下回渗水或交互渗流水的采集容器，由于在整个实验的过程中，箱体1内部必须保持缺氧环境，因此，在对箱体1内部进行除氧之前，三层试管架16、多个地表渗流水采集试管17、多个地下回渗水采集试管27和多个交互渗流水采集试管28均必须已经放置在箱体1内，同时，必须保证地表渗流水采集试管17的数量、地下回渗水采集试管27的数量和多个交互渗流水采集试管28的数量均满足实验要求，严禁在实验过程中打开可拆卸带密封圈门1-8，使箱体1内部的缺氧环境受到破坏。
如图4和图5所示，本实施例中，箱体1内设置有水解池18，水解池18内设置有加热棒19。
本实施例中，通过在箱体1内设置水解池18，并在水解池18内设置加热棒19，实际使用时，当地下水模拟水样配制完成后，配置完成的地下水模拟水样中含有的三种不同抗生素，三种不同抗生素分别为土霉素、诺氟沙星和磺胺甲恶唑，且土霉素、诺氟沙星和磺胺甲恶唑的含量均为10mg/L；在箱体1内，还可以对所配制的地下水模拟水样中抗生素的水解率进行测定，主要包括两个测定实验，其中一个测定实验是：在不同温度条件下，对相同体积的地下水模拟水样中抗生素的水解率进行测定；另一个测定实验是：在不同pH条件下，对相同体积的地下水模拟水样中抗生素的水解率进行测定。
在不同温度条件下，对相同体积的地下水模拟水样中三种不同抗生素的水解率进行测定时，具体的操作过程为：首先，取三个锥形瓶，并将三个锥形瓶分别标记为第一锥形瓶、第二锥形瓶和第三锥形瓶；其次，向第一锥形瓶、第二锥形瓶和第三锥形瓶内均倒入50mL的地下水模拟水样，接着，将第一锥形瓶放置在水解池18中，并利用加热棒19将第一锥形瓶内的地下水模拟水样加热至15℃，静置24h后，对第一锥形瓶内的地下水模拟水样中抗生素的含量进行测定，经测定，第一锥形瓶内的地下水模拟水样中土霉素的半衰期为15.3天，诺氟沙星的半衰期为27.8天，磺胺甲恶挫的半衰期为79.7天；即第一锥形瓶内的地下水模拟水样中土霉素的水解率为0.0452/天，诺氟沙星的水解率为0.0249/天，磺胺甲恶挫的水解率为0.00870/天；然后，将第二锥形瓶放置在水解池18中，并利用加热棒19将第二锥形瓶内的地下水模拟水样加热至20℃，静置24h后，对第二锥形瓶内的地下水模拟水样中抗生素的含量进行测定，经测定，第二锥形瓶内的地下水模拟水样中土霉素的半衰期为12.74天，诺氟沙星的半衰期为21.4天，磺胺甲恶挫的半衰期为64.2天；即第二锥形瓶内的地下水模拟水样中土霉素的水解率为0.0544/天，诺氟沙星的水解率为0.0324/天，磺胺甲恶挫的水解率为0.0108/天；最后，将第三锥形瓶放置在水解池18中，并利用加热棒19将第三锥形瓶内的地下水模拟水样加热至25℃，静置24h后，对第三锥形瓶内的地下水模拟水样中抗生素的含量进行测定，经测定，第三锥形瓶内的地下水模拟水样中土霉素的半衰期为8.51天，诺氟沙星的半衰期为18.6天，磺胺甲恶挫的半衰期为60.3天；即第三锥形瓶内的地下水模拟水样中土霉素的水解率为0.0814/天，诺氟沙星的水解率为0.0372/天，磺胺甲恶挫的水解率为0.0115/天；根据测定结果能够得出，当地下水模拟水样的温度为25℃时，地下水模拟水样中三种抗生素的半衰期都最短，水解率最大，即地下水模拟水样中抗生素的水解效果最好，便于推广应用。
在不同pH条件下，对相同体积的地下水模拟水样中三种不同抗生素的水解率进行测定时，具体的操作过程为：首先，取三个锥形瓶，并将三个锥形瓶分别标记为第四锥形瓶、第五锥形瓶和第六锥形瓶；其次，向第四锥形瓶、第五锥形瓶和第六锥形瓶内均倒入50mL的地下水模拟水样；其次，向第四锥形瓶内的地下水模拟水样中加入柠檬酸溶液，调节第四锥形瓶内的地下水模拟水样的pH，使第四锥形瓶内的地下水模拟水样的pH＝5，静置24h后，对第四锥形瓶内的地下水模拟水样中抗生素的含量进行测定，经测定，第四锥形瓶内的地下水模拟水样中土霉素的半衰期为13.49天，诺氟沙星的半衰期为18.66天，磺胺甲恶挫的半衰期为44.43天，即第四锥形瓶内的地下水模拟水样中土霉素的水解率为0.0514/天，诺氟沙星的水解率为0.0331/天，磺胺甲恶挫的水解率为0.0156/天；接着，向第五锥形瓶内的地下水模拟水样中加入磷酸溶液，调节第五锥形瓶内的地下水模拟水样的pH，使第五锥形瓶内的地下水模拟水样的pH＝7，静置24h后，对第五锥形瓶内的地下水模拟水样中抗生素的含量进行测定，经测定，第五锥形瓶内的地下水模拟水样中土霉素的半衰期为12.98天，诺氟沙星的半衰期为18.17天，磺胺甲恶挫的半衰期为41.76天，即第五锥形瓶内的地下水模拟水样中土霉素的水解率为0.0534/天，诺氟沙星的水解率为0.0324/天，磺胺甲恶挫的水解率为0.0166/天；最后，向第六锥形瓶内的地下水模拟水样中加入四硼酸溶液，调节第六锥形瓶内的地下水模拟水样的pH，使第六锥形瓶内的地下水模拟水样的pH＝9，静置24h后，对第六锥形瓶内的地下水模拟水样中抗生素的含量进行测定，经测定，第六锥形瓶内的地下水模拟水样中土霉素的半衰期为12.14天，诺氟沙星的半衰期为17.24天，磺胺甲恶挫的半衰期为32.39天，即第六锥形瓶内的地下水模拟水样中土霉素的水解率为0.0571/天，诺氟沙星的水解率为0.0353/天，磺胺甲恶挫的水解率为0.0214/天；根据测定结果能够得出，当地下水模拟水样的在碱性条件下时，地下水模拟水样中抗生素的水解率更大，即地下水模拟水样中抗生素的水解效果最好，实验方法简单，利用箱体1内的缺氧环境，能够实现对地下水模拟水样中抗生素水解率的测定，为地下水资源中抗生素水解率的研究提供了实验数据，拓宽了本实验装置的应用范围，便于推广应用。
如图7所示的一种地下水动态模拟实验方法，包括以下步骤：
步骤一、土柱试样的制备：
向三个体积大小相同的有机玻璃圆管内分别装入在同一河道内的三个不同采集点内采集的且已经自然风干的沉积物，制备成三个体积大小相同的土柱试样，并将三个土柱试样分别标记为第一个土柱试样8、第二个土柱试样25和第三个土柱试样26，在第一个土柱试样8的底部垂直安装有第一底部取样导管8-1，第一个土柱试样8的侧壁上水平安装有多个沿着第一个土柱试样8的高度方向等间距布设的第一侧壁取样导管8-2，第二个土柱试样25的底部垂直安装有第二底部取样导管25-1，第二个土柱试样25的侧壁上水平安装有多个沿着第二个土柱试样25的高度方向等间距布设的第二侧壁取样导管25-2，第三个土柱试样26的底部垂直安装有第三底部取样导管26-1，第三个土柱试样26的侧壁上水平安装有多个沿着第三个土柱试样26的高度方向等间距布设的第三侧壁取样导管26-2；
本实施例中，第一底部取样导管8-1、第二底部取样导管25-1和第三底部取样导管26-1的数量均为一个，第一侧壁取样导管8-2、第二侧壁取样导管25-2和第三侧壁取样导管26-2的数量均为七个。
本实施例中，通过在第一个土柱试样8上安装第一底部取样导管8-1和多个第一侧壁取样导管8-2，便于在第一个土柱试样8的不同取样点位置处对地表渗流水进行取样，通过对在不同取样点位置处采集的地表渗流水进行测定，能够研究不同渗流高度下地表渗流水的生物地球化学作用程度；通过在第二个土柱试样25上安装第二底部取样导管25-1和多个第二侧壁取样导管25-2，便于在第二个土柱试样25的不同取样点位置处对地下回渗水进行取样，能够研究不同渗流高度下地下回渗水的生物地球化学作用程度；通过在第三个土柱试样26上安装第三底部取样导管26-1和多个第三侧壁取样导管26-2，便于在第一个土柱试样8的不同取样点位置处对交互渗流水进行取样，能够研究不同渗流高度下交互渗流水的生物地球化学作用程度。
步骤二、在有氧环境中配制地表水模拟水样：
在箱体1的外部，取一个容量为1.5L的容量瓶，在容量瓶内配制得到1L～1.5L的地表水模拟水样；
步骤三、模拟缺氧环境，具体过程包括以下步骤：
步骤301、将步骤一中制备的第一个土柱试样8、第二个土柱试样25和第三个土柱试样26均安装在可移动支架7上，使第一个土柱试样8和第三个土柱试样26分别位于两个进水接管1-4的正下方；
步骤302、向所述孟氏洗瓶5里注入焦性没食子酸的碱性溶液，且所述焦性没食子酸的碱性溶液的液面高度不低于所述孟氏洗瓶5高度的三分之二；向所述三口烧瓶11中注入自来水；之后，清点所述箱体1内的所述辅助器具的数量；
本实施例中，向所述三口烧瓶11中注入自来水的体积为1L。
步骤303、关闭所述可拆卸带密封圈门1-8，清除所述箱体1内部的氧气，使所述箱体1内的氧气含量低于0.2mg/L；
本实施例中，在有氧环境中完成配制地表水模拟水样之后，步骤三中需要模拟缺氧环境，在模拟缺氧环境的过程中，在步骤303中关闭可拆卸带密封圈门1-8，清除箱体1内部的氧气之前，必须完成步骤301中第一个土柱试样8、第二个土柱试样25和第三个土柱试样26的安装，并且必须完成向孟氏洗瓶5里注入焦性没食子酸的碱性溶液、向三口烧瓶11中注入自来水、并清点箱体1内的辅助器具数量的过程，因为，在地下水动态模拟实验过程中，箱体1必须持续处于封闭状态，即箱体1内部为缺氧环境，不能出现需要打开可拆卸带密封圈门1-8的现象。
步骤四、在缺氧环境中配制地下水模拟水样，具体过程包括：
在箱体1的内部，首先，利用恒温水浴锅13将三口烧瓶11内的自来水加热至100℃，打开第二氮气瓶15，向三口烧瓶11内部充入氮气，消除三口烧瓶11内的自来水中的氧气，使三口烧瓶11内的自来水形成无氧水；接着，关闭所述恒温水浴锅13，将所述三口烧瓶11内的无氧水静置降温至箱体1内的温度，然后向所述水管31内通入冷却水，同时读取所述温度变送器21所检测到的所述箱体1内的温度，当所述箱体1内的温度和三口烧瓶11内的无氧水的温度均在16℃～22℃范围内时，停止向所述水管31内通入冷却水，再将所述三口烧瓶11内的无氧水全部倒入至烧杯内，在所述烧杯内配制得到地下水模拟水样；
实际操作时，实验人员将双手分别伸入左手操作手套2-1内和右手操作手套2-2内，并将双手伸入两个操作孔1-1内，在箱体1的内部配制地下水模拟水样；
本实施例中，步骤四中，关闭恒温水浴锅13后，将所述三口烧瓶11内的无氧水静置降温至箱体1内的温度，然后向所述水管31内通入冷却水，当所述箱体1内的温度和三口烧瓶11内的无氧水的温度均在16℃～22℃范围内时，停止向所述水管31内通入冷却水，其原因在于：在箱体1内，利用恒温水浴锅13加热三口烧瓶11内的自来水加热至100℃时，会使箱体1内的温度升高，而根据实际测定，实际的地下水的温度范围为16℃～22℃，因此，可以采用向水管31内通入冷却水的方式，降低箱体1内的温度，使所述箱体1内的温度和三口烧瓶11内的无氧水的温度均在16℃～22℃范围内，即能够使利用无氧水在烧杯内配制的地下水模拟水样起到模拟实际的地下水的作用。
步骤五、地表水渗流模拟实验，具体包括以下步骤：
步骤501、向第一地表水模拟水样瓶9-1内注入步骤二中配制得到的地表水模拟水样，并将第一地表水模拟水样瓶9-1与一个进水接管1-4之间接通，铺开遮光帘3，使箱体1的内部处于黑暗状态，此时，将第一地表水模拟水样瓶9-1内的地表水模拟水样导通至第一个土柱试样8的顶端，使第一地表水模拟水样瓶9-1内的地表水模拟水样沿着第一个土柱试样8的高度方向逐渐向下渗流；
步骤502、在第一地表水模拟水样瓶9-1内的地表水模拟水样沿着第一个土柱试样8的高度方向逐渐向下渗流的过程中，得到地表渗流水，需要多次卷起遮光帘3，在箱体1的内部，沿着地表水模拟水样的渗流方向由上至下依次在多个第一侧壁取样导管8-2的出口处和第一底部取样导管8-1的出口处采集地表渗流水，多次采集的地表渗流水分别放置在多个地表渗流水采集试管17内，在对多个地表渗流水采集试管17进行一一标记后，将多个地表渗流水采集试管17放置在三层试管架16的第一层；
本实施例中，在步骤501中，在将第一地表水模拟水样瓶9-1与一个进水接管1-4之间接通之后，必须铺开遮光帘3，采用遮光帘3将矩形观测窗1-9进行遮蔽，使箱体1的内部处于黑暗状态，才能起到模拟地下水真实环境的目的。
本实施例中，在步骤502中，需要卷起遮光帘3，在箱体1的内部采集地表渗流水的次数为至少八次，且相邻两次采集地表渗流水之间的时间间隔不小于1h，根据多次实验得出，当相邻两次采集地表渗流水之间的时间间隔小于1h时，地表渗流水不能实现由上至下相邻两个第一侧壁取样导管8-2之间的位置高度的渗流，如果在采集地表渗流水的过程中，卷起遮光帘3的频次过于频繁的话，会使箱体1的黑暗环境发生破坏，因此，应该避免发生在不能采集到地表渗流水的情况下卷起遮光帘3的现象。
步骤六、地下水回渗模拟实验，具体包括以下步骤：
步骤601、在箱体1的内部，向三口烧瓶11中倒入步骤403中配制得到的地下水模拟水样，将蠕动泵10的软管的一端与三口烧瓶11的任意一个开口端连接，将蠕动泵10的软管的另一端与安装在第二个土柱试样25底部的第二底部取样导管25-1连接，之后，打开蠕动泵10，铺开遮光帘3，由蠕动泵10抽取三口烧瓶11内部的步骤403中配制得到的地下水模拟水样，使地下水模拟水样沿着第二个土柱试样25的高度方向逐渐向上回渗；
步骤602、在三口烧瓶11内的地下水模拟水样沿着第二个土柱试样25的高度方向向上回渗的过程中，得到地下回渗水，需要多次卷起遮光帘3，在箱体1的内部，沿着地下水模拟水样的回渗方向由下至上依次在第二底部取样导管25-1的出口处和多个第二侧壁取样导管25-2的出口处采集地下回渗水，多次采集的地下回渗水分别放置在多个地下回渗水采集试管27内，在对多个地下回渗水采集试管27进行一一标记后，将多个地下回渗水采集试管27放置在三层试管架16的第二层；
本实施例中，步骤六中地下水回渗模拟实验的全部过程均应该在箱体1的内部进行，实际操作时，在步骤601中，在打开蠕动泵10之后，需要铺开遮光帘3，采用遮光帘3将矩形观测窗1-9进行遮蔽，使箱体1的内部处于黑暗状态，才能起到模拟地下水真实环境的目的；
本实施例中，在步骤602中，需要卷起遮光帘3，在箱体1的内部采集地下回渗水的次数为至少八次，且相邻两次采集地下回渗水之间的时间间隔不小于1h，根据多次实验得出，当相邻两次采集地下回渗水之间的时间间隔小于1h时，地下回渗水不能实现由下至上相邻两个第二侧壁取样导管25-2之间的位置高度之间的渗流，如果在采集地下回渗水的过程中，卷起遮光帘3的频次过于频繁的话，会使箱体1的黑暗环境发生破坏，因此，应该避免发生在不能采集到地下回渗水的情况下卷起遮光帘3的现象。
步骤七、地表水和地下水交互渗流模拟实验，具体包括以下步骤：
步骤701、向第二地表水模拟水样瓶9-2内注入步骤二中配制得到的地表水模拟水样，并将第二地表水模拟水样瓶9-2与另一个进水接管1-4之间连通，铺开遮光帘3，使箱体1的内部处于黑暗状态，此时，将第二地表水模拟水样瓶9-2内的地表水模拟水样导通至第三个土柱试样26的顶端，使第二地表水模拟水样瓶9-2内的地表水模拟水样沿着第三个土柱试样26的高度方向逐渐向下渗流；
步骤702、待步骤701中地表水模拟水样沿着第三个土柱试样26的高度方向逐渐向下渗流持续24h以后，卷起遮光帘3，在箱体1的内部，将蠕动泵10的软管的另一端与安装在第二个土柱试样25底部的第二底部取样导管25-1之间断开，并将蠕动泵10的软管的另一端与安装在第三个土柱试样26底部的第三底部取样导管26-1连接，之后，打开蠕动泵10，铺开遮光帘3，由蠕动泵10抽取三口烧瓶11内部的地下水模拟水样，使地下水模拟水样沿着第三个土柱试样26的高度方向逐渐向上回渗；
步骤703、在三口烧瓶11内的地表水模拟水样沿着第三个土柱试样26的高度方向向上回渗的过程中，得到交互渗流水，需要多次卷起遮光帘3，在箱体1的内部，沿着地下水模拟水样的回渗方向由下至上依次在第三底部取样导管26-1的出口处和多个第三侧壁取样导管26-2的出口处采集交互渗流水，多次采集的交互渗流水分别放置在多个交互渗流水采集试管28内，在对多个交互渗流水采集试管28进行一一标记后，将多个交互渗流水采集试管28放置在三层试管架16的第三层；
本实施例中，在步骤701中，通过在第三个土柱试样26上模拟地表水渗流的过程，在步骤702中，待步骤701中地表水模拟水样沿着第三个土柱试样26的高度方向逐渐向下渗流持续24h以后，再在第三个土柱试样26上模拟地下水回渗的过程，即能够实现在第三个土柱试样26内部模拟地表水和地下水交互渗流的过程，能够模拟出地表水和地下水交互渗流的动态，在地下水模拟水样沿着第三个土柱试样26的高度方向逐渐向上回渗的过程中得到交互渗流水，使用效果好。
在步骤702中，只有待步骤701中地表水模拟水样沿着第三个土柱试样26的高度方向逐渐向下渗流持续24h以后，才能在第三个土柱试样26上模拟地下水回渗的过程，其原因在于：根据多次实验得出，当地表水模拟水样沿着第三个土柱试样26的高度方向逐渐向下渗流持续24h以后，地表水模拟水样才能够被第三个土柱试样26完全吸收。
在步骤703中，需要卷起遮光帘3，在箱体1的内部采集交互渗流水的次数为至少八次，且相邻两次采集交互渗流水之间的时间间隔不小于1h，根据多次实验得出，当相邻两次采集交互渗流水之间的时间间隔小于1h时，交互渗流水不能实现由下至上相邻两个第三侧壁取样导管26-2之间的位置高度之间的渗流，如果在采集交互渗流水的过程中，卷起遮光帘3的频次过于频繁的话，会使箱体1的黑暗环境发生破坏，因此，应该避免发生在不能采集到交互渗流水的情况下卷起遮光帘3的现象。
步骤八、测定采集的地表渗流水、地下回渗水和交互渗流水的酸碱度值、溶解氧的含量和抗生素浓度。
本实施例中，步骤二中配制地表水模拟水样的具体配制过程为：向容量瓶内依次加入6mg的二水合硫酸钙、21.25mg的硝酸钠、18.625mg的氯化钾和6mg的七水合硫酸镁；再向容量瓶内依次加入10mg的土霉素，10mg的磺胺甲恶唑和10mg的诺氟沙星，最后，向容量瓶内加入1L的自来水，搅拌溶解后得到地表水模拟水样。
本实施例中，步骤四中配制地下水模拟水样的具体配制过程为：在烧杯内量取1L无氧水,向烧杯内依次加入6mg的二水合硫酸钙、21.25mg的硝酸钠、18.625mg的氯化钾和6mg的七水合硫酸镁，再向烧杯内依次加入10mg的土霉素、10mg的磺胺甲恶唑和10mg的诺氟沙星，搅拌溶解后得到地下水模拟水样。
本实施例中，步骤303中清除箱体1内的氧气具体过程包括以下步骤：
步骤3031、关闭可拆卸带密封圈门1-8，使箱体1呈封闭状态，之后，在进气接管1-2上连接第一氮气瓶14，向箱体1内充入氮气，当充入氮气的时间持续3min～5min之后，停止向箱体1内充入氮气，并拆除第一氮气瓶14；
步骤3032、将空气循环泵4的进气管4-1与进气接管1-2连接，打开空气循环泵4，利用空气循环泵4将箱体1内的混合气体吸入到孟氏洗瓶5内，孟氏洗瓶5内的焦性没食子酸的碱性溶液吸收混合气体中的氧气，流经孟氏洗瓶5的混合气体中的氮气通过氮气回流管6和出气接管1-3进入箱体1内部，复合气体检测仪20能够检测箱体1内的氧气含量，当箱体1内的氧气含量低于0.2mg/L时，关闭空气循环泵4。
本实施例中，步骤八中，在测定地表渗流水、地下回渗水和交互渗流水的酸碱度值、溶解氧的含量和抗生素浓度时，多个地表渗流水采集试管17、多个地下回渗水采集试管27和多个交互渗流水采集试管28需要逐一从箱体1取出进行测定，在测定的过程中，所述地表渗流水、所述地下回渗水和所述交互渗流水暴露在空气内的时间不超过10min。
本实施例中，根据实验测定，当所述地表渗流水、所述地下回渗水和所述交互渗流水暴露在空气内的时间超过10min时，所述地表渗流水、所述地下回渗水和所述交互渗流水均会出现溶解空气内的氧气的现象，使步骤五、步骤六和步骤七中，在缺氧环境中所采集的地表渗流水、地下回渗水和交互渗流水失去意义，因此，在在测定地表渗流水、地下回渗水和交互渗流水的酸碱度值、溶解氧的含量和抗生素浓度时，多个地表渗流水采集试管17、多个地下回渗水采集试管27和多个交互渗流水采集试管28需要逐一从箱体1取出进行测定，避免出现所述地表渗流水、所述地下回渗水和所述交互渗流水暴露在空气内的时间超过10min的现象。
以上，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (7)
1.一种地下水动态模拟实验***，其特征在于：包括用于模拟地下水环境的模拟实验箱、设置在所述模拟实验箱外侧且与所述模拟实验箱连通的除氧装置、设置在所述模拟实验箱内部的实验装置和辅助器具，所述模拟实验箱包括由有机玻璃板制作而成的箱体(1)，所述箱体(1)的外侧覆盖有与所述箱体(1)外形结构相匹配的保温板，所述箱体(1)的侧面上开设有矩形观测窗(1-9)和两个位于所述矩形观测窗(1-9)下方且对称布设的操作孔(1-1)，所述矩形观测窗(1-9)的顶部设置有遮光帘(3)，两个所述操作孔(1-1)的孔口位置上分别套装有左手操作手套(2-1)和右手操作手套(2-2)，所述箱体(1)上设置有进气接管(1-2)和出气接管(1-3)，所述箱体(1)的顶面上设置有进水接管(1-4)，所述箱体(1)上设置有出水接管(1-5)，所述箱体(1)上开设有曝气孔(1-6)，所述箱体(1)上设置有可拆卸带密封圈门(1-8)，所述箱体(1)内设置有用于检测所述箱体(1)内氧气含量的复合气体检测仪(20)和用于检测所述箱体(1)内温度的温度变送器(21)，所述箱体(1)内设置有用于通入冷却水的水管(31)，所述除氧装置包括设置在所述箱体(1)外侧的第一氮气瓶(14)、空气循环泵(4)和与所述空气循环泵(4)的回气管(4-2)连接的盛放有焦性没食子酸的碱性溶液的孟氏洗瓶(5)，所述孟氏洗瓶(5)的出气管通过氮气回流管(6)与所述出气接管(1-3)连接，所述箱体(1)的外部设置有用于盛放地表水模拟水样的第一地表水模拟水样瓶(9-1)和第二地表水模拟水样瓶(9-2)，所述第一地表水模拟水样瓶(9-1)和所述第二地表水模拟水样瓶(9-2)分别与两个所述进水接管(1-4)相连接，所述实验装置包括设置在所述箱体(1)内部用于支撑土柱试样的可移动支架(7)、用于盛放地下水模拟水样的三口烧瓶(11)和与所述三口烧瓶(11)连通的蠕动泵(10)，所述三口烧瓶(11)内插接有氮气导入管(12)，所述氮气导入管(12)穿过所述曝气孔(1-6)与设置在所述箱体(1)外侧的第二氮气瓶(15)连通，所述三口烧瓶(11)的下方设置有恒温水浴锅(13)。
2.按照权利要求1所述的一种地下水动态模拟实验***，其特征在于：所述进水接管(1-4)的数量为至少两个，所述出水接管(1-5)的数量为至少三个，所述进气接管(1-2)上安装有进气阀(22)，所述出气接管(1-3)上安装有出气阀(23)，所述进水接管(1-4)上安装有进水阀(24)，所述出水接管(1-5)上安装有出水阀(29)，所述箱体(1)上设置有泄压孔(1-7)，所述泄压孔(1-7)的孔口位置处安装有泄压阀(30)。
3.按照权利要求2所述的一种地下水动态模拟实验***，其特征在于：所述辅助器具包括设置在所述箱体(1)内设置的三层试管架(16)、用于配制并盛放地下水模拟水样的烧杯和多个用于对所述地下水模拟水样中抗生素的水解率进行测定的锥形瓶，所述三层试管架(16)上放置有多个地表渗流水采集试管(17)、多个地下回渗水采集试管(27)和多个交互渗流水采集试管(28)。
4.按照权利要求2所述的一种地下水动态模拟实验***，其特征在于：所述箱体(1)内设置有水解池(18)，所述水解池(18)内设置有加热棒(19)。
5.一种利用如权利要求3所述的实验***对地下水进行动态模拟实验的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一、土柱试样的制备：
向三个体积大小相同的有机玻璃圆管内分别装入在同一河道内的三个不同采集点内采集的且已经自然风干的沉积物，制备成三个体积大小相同的土柱试样，并将三个所述土柱试样分别标记为第一个土柱试样(8)、第二个土柱试样(25)和第三个土柱试样(26)，在所述第一个土柱试样(8)的底部垂直安装有第一底部取样导管(8-1)，所述第一个土柱试样(8)的侧壁上水平安装有多个沿着所述第一个土柱试样(8)的高度方向等间距布设的第一侧壁取样导管(8-2)，所述第二个土柱试样(25)的底部垂直安装有第二底部取样导管(25-1)，所述第二个土柱试样(25)的侧壁上水平安装有多个沿着所述第二个土柱试样(25)的高度方向等间距布设的第二侧壁取样导管(25-2)，所述第三个土柱试样(26)的底部垂直安装有第三底部取样导管(26-1)，所述第三个土柱试样(26)的侧壁上水平安装有多个沿着所述第三个土柱试样(26)的高度方向等间距布设的第三侧壁取样导管(26-2)；
步骤二、在有氧环境中配制地表水模拟水样：
在所述箱体(1)的外部，在容量瓶内配制得到地表水模拟水样；
步骤三、模拟缺氧环境，具体过程包括以下步骤：
步骤301、将步骤一中制备的第一个土柱试样(8)、第二个土柱试样(25)和第三个土柱试样(26)均安装在可移动支架(7)上，使第一个土柱试样(8)和第三个土柱试样(26)分别位于两个所述进水接管(1-4)的正下方；
步骤302、向所述孟氏洗瓶(5)里注入焦性没食子酸的碱性溶液，且所述焦性没食子酸的碱性溶液的液面高度不低于所述孟氏洗瓶(5)高度的三分之二；向所述三口烧瓶(11)中注入自来水；之后，清点所述箱体(1)内的所述辅助器具的数量；
步骤303、关闭所述可拆卸带密封圈门(1-8)，清除所述箱体(1)内部的氧气，使所述箱体(1)内的氧气含量低于0.2mg/L；
步骤四、在缺氧环境中配制地下水模拟水样：
在所述箱体(1)的内部，首先，利用恒温水浴锅(13)将所述三口烧瓶(11)内的自来水加热至100℃，打开第二氮气瓶(15)，向所述三口烧瓶(11)内部充入氮气，消除所述三口烧瓶(11)内的自来水中的氧气，使所述三口烧瓶(11)内的自来水形成无氧水；接着，关闭所述恒温水浴锅(13)，将所述三口烧瓶(11)内的无氧水静置降温至箱体(1)内的温度，然后向所述水管(31)内通入冷却水，同时读取所述温度变送器(21)所检测到的所述箱体(1)内的温度，当所述箱体(1)内的温度和三口烧瓶(11)内的无氧水的温度均在16℃～22℃范围内时，停止向所述水管(31)内通入冷却水，再将所述三口烧瓶(11)内的无氧水全部倒入至烧杯内，在所述烧杯内配制得到地下水模拟水样；
步骤五、地表水渗流模拟实验，具体包括以下步骤：
步骤501、向所述第一地表水模拟水样瓶(9-1)内注入步骤二中配制得到的地表水模拟水样，并将所述第一地表水模拟水样瓶(9-1)与一个所述进水接管(1-4)之间接通，铺开遮光帘(3)，使所述箱体(1)的内部处于黑暗状态，此时，将所述第一地表水模拟水样瓶(9-1)内的所述地表水模拟水样导通至所述第一个土柱试样(8)的顶端，使所述第一地表水模拟水样瓶(9-1)内的所述地表水模拟水样沿着所述第一个土柱试样(8)的高度方向逐渐向下渗流；
步骤502、在所述第一地表水模拟水样瓶(9-1)内的所述地表水模拟水样沿着所述第一个土柱试样(8)的高度方向逐渐向下渗流的过程中，得到地表渗流水，需要多次卷起遮光帘(3)，在所述箱体(1)的内部，沿着所述地表水模拟水样的渗流方向由上至下依次在多个第一侧壁取样导管(8-2)的出口处和第一底部取样导管(8-1)的出口处采集所述地表渗流水，多次采集的所述地表渗流水分别放置在多个地表渗流水采集试管(17)内，在对多个地表渗流水采集试管(17)进行一一标记后，将多个地表渗流水采集试管(17)放置在三层试管架(16)的第一层；
步骤六、地下水回渗模拟实验，具体包括以下步骤：
步骤601、在所述箱体(1)的内部，向所述三口烧瓶(11)中倒入步骤403中配制得到的地下水模拟水样，将所述蠕动泵(10)的软管的一端与所述三口烧瓶(11)的任意一个开口端连接，将所述蠕动泵(10)的软管的另一端与安装在第二个土柱试样(25)底部的第二底部取样导管(25-1)连接，之后，打开所述蠕动泵(10)，铺开遮光帘(3)，由所述蠕动泵(10)抽取所述三口烧瓶(11)内部的步骤403中配制得到的地下水模拟水样，使所述地下水模拟水样沿着所述第二个土柱试样(25)的高度方向逐渐向上回渗；
步骤602、在所述三口烧瓶(11)内的所述地下水模拟水样沿着所述第二个土柱试样(25)的高度方向向上回渗的过程中，得到地下回渗水，需要多次卷起遮光帘(3)，在所述箱体(1)的内部，沿着所述地下水模拟水样的回渗方向由下至上依次在第二底部取样导管(25-1)的出口处和多个第二侧壁取样导管(25-2)的出口处采集所述地下回渗水，多次采集的所述地下回渗水分别放置在多个地下回渗水采集试管(27)内，在对多个地下回渗水采集试管(27)进行一一标记后，将多个地下回渗水采集试管(27)放置在三层试管架(16)的第二层；
步骤七、地表水和地下水交互渗流模拟实验，具体包括以下步骤：
步骤701、向所述第二地表水模拟水样瓶(9-2)内注入步骤二中配制得到的地表水模拟水样，并将所述第二地表水模拟水样瓶(9-2)与另一个所述进水接管(1-4)之间连通，铺开遮光帘(3)，使所述箱体(1)的内部处于黑暗状态，此时，将所述第二地表水模拟水样瓶(9-2)内的所述地表水模拟水样导通至所述第三个土柱试样(26)的顶端，使所述第二地表水模拟水样瓶(9-2)内的所述地表水模拟水样沿着所述第三个土柱试样(26)的高度方向逐渐向下渗流；
步骤702、待步骤701中所述地表水模拟水样沿着所述第三个土柱试样(26)的高度方向逐渐向下渗流持续24h以后，卷起遮光帘(3)，在所述箱体(1)的内部，将所述蠕动泵(10)的软管的另一端与安装在第二个土柱试样(25)底部的第二底部取样导管(25-1)之间断开，并将所述蠕动泵(10)的软管的另一端与安装在第三个土柱试样(26)底部的第三底部取样导管(26-1)连接，之后，打开所述蠕动泵(10)，铺开遮光帘(3)，由所述蠕动泵(10)抽取所述三口烧瓶(11)内部的所述地下水模拟水样，使所述地下水模拟水样沿着所述第三个土柱试样(26)的高度方向逐渐向上回渗；
步骤703、在所述三口烧瓶(11)内的所述地表水模拟水样沿着所述第三个土柱试样(26)的高度方向向上回渗的过程中，得到交互渗流水，需要多次卷起遮光帘(3)，在所述箱体(1)的内部，沿着所述地下水模拟水样的回渗方向由下至上依次在第三底部取样导管(26-1)的出口处和多个第三侧壁取样导管(26-2)的出口处采集所述交互渗流水，多次采集的所述交互渗流水分别放置在多个交互渗流水采集试管(28)内，在对多个交互渗流水采集试管(28)进行一一标记后，将多个交互渗流水采集试管(28)放置在三层试管架(16)的第三层；
步骤八、测定采集的地表渗流水、地下回渗水和交互渗流水的酸碱度值、溶解氧的含量和抗生素浓度。
6.按照权利要求5所述的地下水动态模拟实验的方法，其特征在于：步骤303中清除所述箱体1内的氧气具体过程包括以下步骤：
步骤3031、关闭所述可拆卸带密封圈门(1-8)，使所述箱体(1)呈封闭状态，之后，在所述进气接管(1-2)上连接第一氮气瓶(14)，向所述箱体(1)内充入氮气，当充入氮气的时间持续3min～5min之后，停止向所述箱体(1)内充入氮气，并拆除第一氮气瓶(14)；
步骤3032、将空气循环泵(4)的进气管(4-1)与进气接管(1-2)连接，打开空气循环泵(4)，利用空气循环泵(4)将箱体(1)内的混合气体吸入到孟氏洗瓶(5)内，孟氏洗瓶(5)内的焦性没食子酸的碱性溶液吸收混合气体中的氧气，流经孟氏洗瓶(5)的混合气体中的氮气通过氮气回流管(6)和出气接管(1-3)进入箱体(1)内部，复合气体检测仪(20)能够检测箱体(1)内的氧气含量，当箱体(1)内的氧气含量低于0.2mg/L时，关闭空气循环泵(4)。
7.按照权利要求5所述的地下水动态模拟实验的方法，其特征在于：步骤八中，在测定所述地表渗流水、地下回渗水和交互渗流水的酸碱度值、溶解氧的含量和抗生素浓度时，多个地表渗流水采集试管(17)、多个地下回渗水采集试管(27)和多个交互渗流水采集试管(28)需要逐一从所述箱体(1)取出进行测定，在测定的过程中，所述地表渗流水、所述地下回渗水和所述交互渗流水暴露在空气内的时间不超过10min。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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