【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及重金属迁移模拟，尤其涉及一种流域煤矿区重金属迁移转化系统。
技术介绍
1、现有的关于重金属迁移转化实验模拟研究主要停留在野外观测、简单实验和统计分析层面，研究矿区土壤或固体废弃物(煤矸石)在雨水作用下的淋滤释放特征主要是以圆柱形土柱淋溶的方法为主，较少考虑重金属的横向迁移转化及横向迁移对下渗过程的影响。无法模拟在不同矿物组分、不同ph以及不同降雨强度驱动下重金属随流域地表径流的水平迁移及在不同土地利用类型土壤中的垂向迁移特征，无法真实反应煤矸石淋溶浸出后重金属cd、pb的多介质多过程迁移转化。
2、因此，亟需一种流域煤矿区重金属迁移转化系统。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种流域煤矿区重金属迁移转化系统，用于解决现有重金属模拟没有考虑到重金属的横向迁移及横向迁移对下渗过程的影响，无法真实反应流域煤矿区煤矸石淋溶液浸出后重金属cd、pb的迁移转化情况的问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、本专利技术提供一种流域煤矿区重金属迁移转化系统，包括：水文循环装置、煤矸石淋溶装置以及土层模拟装置；
4、所述水文循环装置包括降雨装置以及3d地形模型；所述3d地形模型设置在所述土层模拟装置的上表面；所述3d地形模型用于模拟目标流域地表的地形；所述煤矸石淋溶装置垂直安装在所述3d地形模型上；所述土层模拟装置包括装有多层土壤的箱体，所述箱体侧壁设置有土壤分层采样口，所述箱体底部设有渗滤液水槽，所述渗滤
5、所述降雨装置用于模拟降雨，所述煤矸石淋溶装置用于接收降雨装置的雨水对煤矸石进行浸泡，并将煤矸石浸出液输送到所述3d地形模型上，所述煤矸石浸出液中的第一浸出液沿所述3d地形模型的径流水平流入到所述3d地形模型的河道内，所述煤矸石浸出液中的第二浸出液渗透入土层模拟装置中的土层内，完成重金属迁移转化模拟。
6、与现有技术相比，本专利技术提供的一种流域煤矿区重金属迁移转化系统，包括：水文循环装置、煤矸石淋溶装置以及土层模拟装置；水文循环装置包括降雨装置以及3d地形模型；3d地形模型设置在土层模拟装置的上表面；3d地形模型用于模拟目标流域地表的地形；煤矸石淋溶装置垂直安装在3d地形模型上；土层模拟装置包括装有多层土壤的箱体，箱体侧壁设置有土壤分层采样口，箱体下方设有渗滤液水槽，渗滤液水槽设有土壤渗滤液采样口，每层土壤处设置有监测口，监测口处的土壤内埋有土壤传感器；本方案采用等比缩小模型，通过设置的降雨装置、3d地形模型、煤矸石淋溶装置以及土层模拟装置可以动态模拟堆放在自然界的煤矸石在接受不同强度的降雨下，发生淋溶作用，析出重金属后的浸出液一部分随地形模型的地表径流汇入河道，一部分进入土层，在土层中发生水平和垂向迁移过程，集流域降雨、土壤入渗、煤矸石淋洗、溶出和重金属吸附、迁移过程于一体，将自然过程模拟与人为污染控制、横向迁移和纵向迁移有机结合，更加真实模拟出流域水文过程与重金属cd、pb的迁移过程，结构紧凑，操作方便。
7、可选的，所述流域煤矿区重金属迁移转化系统还包括液位传感器、空气温湿度传感器以及雨量计；所述液位传感器设置在3d地形模型的河道内以及所述渗滤液水槽内，用于测量3d地形模型河道的水位以及所述渗滤液水槽中土壤渗滤液的水位；所述雨量计用于测量降雨量，所述空气温湿度传感器用于测量空气中的温湿度；所述土壤传感器用于测量土壤的温度、湿度以及电导率。
8、可选的，所述流域煤矿区重金属迁移转化系统还包括电控集成箱以及云平台，所述空气温湿度传感器、液位传感器、雨量计、土壤传感器均通过sdi数字量协议与电控集成箱通信连接，所述电控集成箱发送采集指令给对应传感器，对应传感器采集数据并将采集的数据发送给所述电控集成箱，所述电控集成箱将采集的数据发送给云平台，所述云平台用于对采集的数据进行存储。
9、可选的，所述流域煤矿区重金属迁移转化系统还包括控制模块，所述控制模块包括降雨控制单元以及淋溶控制单元，所述降雨控制单元与所述降雨装置相连，所述淋溶控制单元与所述煤矸石淋溶装置相连；所述云平台下达控制指令给所述控制模块，所述控制模块根据所述控制指令控制降雨装置和煤矸石淋溶装置工作。
10、可选的，所述降雨装置包括水箱、直淋喷头、水泵以及降雨支架，所述降雨支架顶端设置有滑轨，所述直淋喷头安装在所述滑轨上，并沿所述滑轨水平移动，所述水泵一端与所述直淋喷头连接，所述水泵另一端与所述水箱连接，所述降雨控制单元用于控制降雨历时和降雨强度以控制所述降雨装置进行降雨，雨水落到所述3d地形模型上，并沿地形水平移动和垂直入渗，完成目标流域的水文循环模拟；所述降雨控制单元通过控制所述水泵的流速或流量实现不同强度降雨，通过控制所述直淋喷头在所述滑轨上移动控制降雨中心的位置。
11、可选的，所述降雨支架为可升降降雨支架，所述降雨控制单元控制所述可升降降雨支架的高度实现不同高度降雨。
12、可选的，所述煤矸石淋溶装置包括淋溶柱以及设置在所述淋溶柱一侧的支架；所述支架垂直放置在所述3d地形模型上，所述淋溶柱包括储液槽、电磁阀、管道、煤矸石盛放区以及缓冲区，所述煤矸石盛放区设置在所述储液槽下方，缓冲区设置在所述煤矸石盛放区下方；所述储液槽的底部设置有第一带孔隔板，所述第一带孔隔板的通孔连接管道的一端，所述管道的另一端连接煤矸石盛放区，所述电磁阀与所述管道连接，所述电磁阀用于控制所述管道的开关；所述煤矸石盛放区侧壁上开设有煤矸石取放口，所述煤矸石盛放区的底部设置有第二带孔隔板，所述第二带孔隔板包括样本出口和多个通孔，所述样本出口与取样管相连，所述取样管用于采集浸出液样本，所述浸出液样本用于测量煤矸石的浸出液中重金属浓度，测量的数据在云平台中进行存储和显示；
13、所述储液槽接收所述降雨装置降落的雨水，所述淋溶控制单元控制所述电磁阀打开使得所述储液槽内的雨水通过所述管道流入所述煤矸石盛放区对煤矸石进行浸泡，所述煤矸石盛放区内的浸出液通过所述第二带孔隔板的多个通孔流入到3d地形模型上；所述储液槽内的雨水的ph值是根据预设ph值调节的。
14、可选的，所述电控集成箱包括显示屏，所述空气温湿度传感器、液位传感器、雨量计、土壤传感器将采集的数据发送到所述显示屏进行显示。
15、可选的，所述3d地形模型用于模拟目标流域的地表径流与入渗过程。
16、可选的，所述河道的出口处设置有河道水槽，通过预设时间间隔内所述河道水槽变化的水位差，计算河道流量，所述河道流量用于计算径流量；通过预设时间间隔内所述渗滤液水槽中变化的水位差，计算降雨入渗量。
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1.一种流域煤矿区重金属迁移转化系统，其特征在于，包括：水文循环装置、煤矸石淋溶装置以及土层模拟装置；
2.根据权利要求1所述流域煤矿区重金属迁移转化系统，其特征在于，所述流域煤矿区重金属迁移转化系统还包括液位传感器、空气温湿度传感器以及雨量计；所述液位传感器设置在3D地形模型的河道内以及所述渗滤液水槽内，用于测量3D地形模型河道的水位以及所述渗滤液水槽中土壤渗滤液的水位；所述雨量计用于测量降雨量，所述空气温湿度传感器用于测量空气中的温湿度；所述土壤传感器用于测量土壤的温度、湿度以及电导率。
3.根据权利要求2所述流域煤矿区重金属迁移转化系统，其特征在于，所述流域煤矿区重金属迁移转化系统还包括电控集成箱以及云平台，所述空气温湿度传感器、液位传感器、雨量计、土壤传感器均通过SDI数字量协议与电控集成箱通信连接，所述电控集成箱发送采集指令给对应传感器，对应传感器采集数据并将采集的数据发送给所述电控集成箱，所述电控集成箱将采集的数据发送给云平台，所述云平台用于对采集的数据进行存储。
4.根据权利要求3所述流域煤矿区重金属迁移转化系统，其特征在于，所述
5.根据权利要求4所述流域煤矿区重金属迁移转化系统，其特征在于，所述降雨装置包括水箱、直淋喷头、水泵以及降雨支架，所述降雨支架顶端设置有滑轨，所述直淋喷头安装在所述滑轨上，并沿所述滑轨水平移动，所述水泵一端与所述直淋喷头连接，所述水泵另一端与所述水箱连接，所述降雨控制单元用于控制降雨历时和降雨强度以控制所述降雨装置进行降雨，雨水落到所述3D地形模型上，并沿地形水平移动和垂直入渗，完成目标流域的水文循环模拟；所述降雨控制单元通过控制所述水泵的流速或流量实现不同强度降雨，通过控制所述直淋喷头在所述滑轨上移动控制降雨中心的位置。
6.根据权利要求4所述流域煤矿区重金属迁移转化系统，其特征在于，所述降雨支架为可升降降雨支架，所述降雨控制单元控制所述可升降降雨支架的高度实现不同高度降雨。
7.根据权利要求4所述流域煤矿区重金属迁移转化系统，其特征在于，所述煤矸石淋溶装置包括淋溶柱以及设置在所述淋溶柱一侧的支架；所述支架垂直放置在所述3D地形模型上，所述淋溶柱包括储液槽、电磁阀、管道、煤矸石盛放区以及缓冲区，所述煤矸石盛放区设置在所述储液槽下方，缓冲区设置在所述煤矸石盛放区下方；所述储液槽的底部设置有第一带孔隔板，所述第一带孔隔板的通孔连接管道的一端，所述管道的另一端连接煤矸石盛放区，所述电磁阀与所述管道连接，所述电磁阀用于控制所述管道的开关；所述煤矸石盛放区侧壁上开设有煤矸石取放口，所述煤矸石盛放区的底部设置有第二带孔隔板，所述第二带孔隔板包括样本出口和多个通孔，所述样本出口与取样管相连，所述取样管用于采集浸出液样本，所述浸出液样本用于测量煤矸石浸出液中重金属浓度，测量的数据在云平台中进行存储和显示；
8.根据权利要求3所述流域煤矿区重金属迁移转化系统，其特征在于，所述电控集成箱包括显示屏，所述空气温湿度传感器、液位传感器、雨量计、土壤传感器将采集的数据发送到所述显示屏进行显示。
9.根据权利要求1所述流域煤矿区重金属迁移转化系统，其特征在于，所述3D地形模型用于模拟目标流域的地表径流与入渗过程。
10.根据权利要求1所述流域煤矿区重金属迁移转化系统，其特征在于，所述河道的出口处设置有河道水槽，通过预设时间间隔内所述河道水槽变化的水位差，计算河道流量，所述河道流量用于计算径流量；通过预设时间间隔内所述渗滤液水槽中变化的水位差，计算降雨入渗量。
...【技术特征摘要】
1.一种流域煤矿区重金属迁移转化系统，其特征在于，包括：水文循环装置、煤矸石淋溶装置以及土层模拟装置；
2.根据权利要求1所述流域煤矿区重金属迁移转化系统，其特征在于，所述流域煤矿区重金属迁移转化系统还包括液位传感器、空气温湿度传感器以及雨量计；所述液位传感器设置在3d地形模型的河道内以及所述渗滤液水槽内，用于测量3d地形模型河道的水位以及所述渗滤液水槽中土壤渗滤液的水位；所述雨量计用于测量降雨量，所述空气温湿度传感器用于测量空气中的温湿度；所述土壤传感器用于测量土壤的温度、湿度以及电导率。
3.根据权利要求2所述流域煤矿区重金属迁移转化系统，其特征在于，所述流域煤矿区重金属迁移转化系统还包括电控集成箱以及云平台，所述空气温湿度传感器、液位传感器、雨量计、土壤传感器均通过sdi数字量协议与电控集成箱通信连接，所述电控集成箱发送采集指令给对应传感器，对应传感器采集数据并将采集的数据发送给所述电控集成箱，所述电控集成箱将采集的数据发送给云平台，所述云平台用于对采集的数据进行存储。
4.根据权利要求3所述流域煤矿区重金属迁移转化系统，其特征在于，所述流域煤矿区重金属迁移转化系统还包括控制模块，所述控制模块包括降雨控制单元以及淋溶控制单元，所述降雨控制单元与所述降雨装置相连，所述淋溶控制单元与所述煤矸石淋溶装置相连；所述云平台下达控制指令给所述控制模块，所述控制模块根据所述控制指令控制降雨装置和煤矸石淋溶装置工作。
5.根据权利要求4所述流域煤矿区重金属迁移转化系统，其特征在于，所述降雨装置包括水箱、直淋喷头、水泵以及降雨支架，所述降雨支架顶端设置有滑轨，所述直淋喷头安装在所述滑轨上，并沿所述滑轨水平移动，所述水泵一端与所述直淋喷头连接，所述水泵另一端与所述水箱连接，所述降雨控制单元用于控制降雨历时和降雨强度以控制所述降雨装置进行降雨，雨水落到所述3d地形模型上，并沿地形水平移动和垂直...
【专利技术属性】
技术研发人员：张晓晶，张圣微，李硕茹，刘成旭，夏奕洁，罗燊志，魏乾康，冯娜，赵林雅，
申请(专利权)人：内蒙古农业大学，
类型：发明
国别省市：
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