【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及土壤环境科学研究领域，具体地，涉及一种模拟温度-水分耦合作用下污染物迁移过程的试验装置。
技术介绍
1、在垃圾填埋场、水资源管理以及环境科学等领域，了解污染气体在土壤中的迁移机理至关重要。然而，由于土壤结构的复杂性和非均质性，污染气体在土壤中的运移过程难以直接观测和分析。目前，主要通过理论模型和数值模拟来探讨气体迁移机理，但这些方法往往基于简化的假设，缺乏实验验证。因此，开发一种能够模拟温度-水分耦合作用下污染物迁移过程的试验装置及试验方法，对于深入理解污染气体迁移机理、评估土壤环境风险及制定相应管理措施具有重要意义。
2、目前，在现有技术中：
3、中国专利cn118425474a提供了《模拟地下水位变化、降雨对土壤污染影响的温控试验装置》，该温控试验装置包括试验土柱、降雨模拟组件、地下水位模拟组件、温控组件以及污染物添加筒；通过降雨模拟组件模拟不同强度和时长的降雨情况，通过地下水位模拟组件模拟地下水位升降，控制地下水位波动幅度，通过温控组件模拟环境温度，提供了一个可控、安全、高效的平台，可以帮助研究者更深入地了解地下水位变化和降雨对土壤污染的影响机制，探究地下水位的波动幅度和周期、土壤特性和地下水位深度等对有机复合污染物的相间分配、吸附-解吸、迁移扩散规律影响，为土壤污染的预防和治理提供科学依据。
4、中国专利cn104777271a提供了《一种多功能干湿沉降滴滤试验系统》，该系统包括气体混合体系、液体循环体系及滴滤实验系统，其专利技术能够采用不同浓度污染气体在不同湿度下对土壤
5、综合分析上述单位的试验装置，还存在以下不足：
6、1)均未对环境温度进行精确模拟和控制。在土壤中，温度对气体在土壤中的迁移有着重要影响，它会改变气体分子的热运动速率，进而影响气体的扩散速度。
7、2)对于湿度的模拟，无法反映环境湿度的动态变化，但在湿度的整体模拟上不够全面和精确。
8、3)土壤类型单一：均未充分考虑土壤类型的多样性，缺乏如砂土、壤土和粘土种类的研究。
9、4)土壤特性固定：土壤的压实程度、含水量的自然波动以及土壤微生物群落的演变等问题
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是现有技术中污染气体在土壤中迁移机理研究不足的问题，提供一种能够全面、准确、真实地模拟污染气体在土壤中迁移过程的试验装置及试验方法。该装置能够揭示污染气体在土壤中的扩散、对流和吸附等运移规律，为相关领域的研究和应用提供有力支持。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供了一种模拟温度-水分耦合作用下污染物迁移过程的试验装置，所述试验装置包括变压供气设备、土柱管、排气设备、模拟降雨系统、模拟蒸发及光照设备、数据采集及分析系统：
3、所述变压供气设备包括依次连通的污染气体存储罐、下阀门和压力控制器；所述排气设备包括依次连通的废气收集罐、上阀门和压力表；
4、所述土柱管为两端封闭且垂直放置的空心圆管，由三个空腔组成，由下至上分别为进气腔、模拟土柱腔和排气腔；所述进气腔的底部开有一个进气口，所述压力控制器通过一段进气管与该进气口相通，所述进气腔的顶部通过水平放置的一个多孔板与模拟土柱腔隔开；所述模拟土柱腔中装有分层压实至规定干密度的土体并形成试验土柱；所述排气腔的顶部开有一个排气口，所述压力表通过一段排气管与该排气口相通；在所述模拟土柱腔对应的管壁上沿着一条垂直线均匀布设多个取样孔，且每个取样孔上配有一个堵头；
5、所述模拟降雨系统包括降雨器、蠕动泵和储水池，所述降雨器为内含空腔的圆柱体，其横截面直径与排气腔直径相适配，并安装在排气腔的上部；在降雨器的顶部开有一个进水口，底部均匀开有多个出水口，以实现对试验土柱的均匀模拟降雨；所述蠕动泵的一端与储水池相通、另一端通过一段进水管与降雨器顶部的进水口相通；
6、所述模拟蒸发及光照设备包括风扇和热源，均安装在土柱管顶部内壁上且位于降雨器的上部；
7、所述数据采集和分析设备包括分布式光纤、数据采集仪、气相色谱仪和计算机；所述分布式光纤设置于模拟土柱腔中，且贯穿试验土柱。
8、优选地，所述进气腔、模拟土柱腔和排气腔的比例为1:5-8:1。
9、优选地，所述进气口与压力控制器之间、所述排气口与压力表之间分别装有一个流量计。
10、优选地，所述进气管与进气口接触处、所述排气管与排气口接触处均装有密封圈，以保证试验过程中的密封性。
11、优选地，所述气相色谱仪与计算机相连，用于对通过取样孔采样得到的污染土体样本进行分析，并将分析结果发送给计算机；所述分布式光纤埋设于试验土柱中心处，用于测定试验土柱不同深度的温度和水分，所述数据采集仪的一端与分布式光纤相连，另一端与计算机相连，将采集结果发送给计算机。
12、优选地，所述分布式光纤测试温度的精度为0.1℃，含水率的精度为0.1％，数据输出点间隔为1cm。
13、优选地，所述模拟温度-水分耦合作用下污染物迁移过程的试验包括以下步骤：
14、步骤1，将上阀门和下阀门关闭，多个取样孔用堵头封闭；然后将土体分层压实至一定的干密度放置于模拟土柱腔内；设置蠕动泵的功率并供水，使降雨器稳定降雨；打开风扇和热源；
15、步骤2，打开下阀门，使得污染气体进入土体底部，通入1分钟后关闭下阀门，以保证装置的闭气性；同时每隔1min打开取样孔的堵头取样并利用气相色谱仪进行检测，得到不同深度处污染气体的浓度；利用comsol数值模拟软件拟合得到污染气体的扩散系数；
16、步骤3，打开上阀门和下阀门，使得污染气体进入土体底部，通过压力控制器改变进气压强，待排气流量稳定后记录进气压强、进气流量、排气流量、排气压强；逐步增加进气压强，记录进气压强、进气流量、排气流量、排气压强，并利用达西定律计算可得污染气体在土体中的渗透系数；
17、改变温度和降雨条件重复步骤2-3，即模拟不同温度-水分耦合条件下污染气体的传输过程，得到多组污染气体的扩散系数和多组污染气体在土体中的渗透系数的数据；
18、步骤4，利用分布式光纤分别记录不同深度土体的温度和水分，将采集到的数据传输到数据采集仪，再通过数据采集仪传输至计算机。
19、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
20、1.本专利技术提供了一种全面、准确的模拟气体在土壤中运输机理的试验装置，利用该试验装置进行相应模拟试验能够揭示污染气体在土壤中的扩散、对流和吸附等运移规律。
21、2.本专利技术通过控制光照、降雨、风速等，能反映自然条件下各种复杂因素综合作用，使研究结果更贴合实际
22、3.通过更换土壤类型，本专利技术能够模拟不同土本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种模拟温度-水分耦合作用下污染物迁移过程的试验装置，其特征在于，所述试验装置包括变压供气设备、土柱管、排气设备、模拟降雨系统、模拟蒸发及光照设备、数据采集及分析系统：
2.根据权利要求1所述的模拟温度-水分耦合作用下污染物迁移过程的试验装置，其特征在于，所述进气腔(12)、模拟土柱腔(11)和排气腔(17)的比例为1:5-8:1。
3.根据权利要求1所述的模拟温度-水分耦合作用下污染物迁移过程的试验装置，其特征在于，所述进气口与压力控制器(14)之间、所述排气口与压力表(18)之间分别装有一个流量计(13)。
4.根据权利要求1所述的模拟温度-水分耦合作用下污染物迁移过程的试验装置，其特征在于，所述进气管与进气口接触处、所述排气管与排气口接触处均装有密封圈，以保证试验过程中的密封性。
5.根据权利要求1所述的模拟温度-水分耦合作用下污染物迁移过程的试验装置，其特征在于，所述气相色谱仪(20)与计算机(1)相连，用于对通过取样孔(3)采样得到的污染土体样本进行分析，并将分析结果发送给计算机(1)；所述分布式光纤(4)埋设于试验土
6.根据权利要求5所述的模拟温度-水分耦合作用下污染物迁移过程的试验装置，其特征在于，所述分布式光纤(4)测试温度的精度为0.1℃，含水率的精度为0.1％，数据输出点间隔为1cm。
7.根据权利要求1-6任一所述的模拟温度-水分耦合作用下污染物迁移过程的试验装置，其特征在于，所述模拟温度-水分耦合作用下污染物迁移过程的试验包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种模拟温度-水分耦合作用下污染物迁移过程的试验装置，其特征在于，所述试验装置包括变压供气设备、土柱管、排气设备、模拟降雨系统、模拟蒸发及光照设备、数据采集及分析系统：
2.根据权利要求1所述的模拟温度-水分耦合作用下污染物迁移过程的试验装置，其特征在于，所述进气腔(12)、模拟土柱腔(11)和排气腔(17)的比例为1:5-8:1。
3.根据权利要求1所述的模拟温度-水分耦合作用下污染物迁移过程的试验装置，其特征在于，所述进气口与压力控制器(14)之间、所述排气口与压力表(18)之间分别装有一个流量计(13)。
4.根据权利要求1所述的模拟温度-水分耦合作用下污染物迁移过程的试验装置，其特征在于，所述进气管与进气口接触处、所述排气管与排气口接触处均装有密封圈，以保证试验过程中的密封性。
5.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：王巧，陈超，查甫生，韩贺鸣，吴珊，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
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