本發(fā)明屬于水環(huán)境污染控制領(lǐng)域，具體涉及一種湖泊沉積物覆蓋材料控制效果的評(píng)估方法及裝置。

背景技術(shù)：

湖泊污染尤其是氮磷輸入量的增加引起的水體富營(yíng)養(yǎng)化是我國(guó)湖泊治理面臨的主要問(wèn)題，目前對(duì)于富營(yíng)養(yǎng)化水質(zhì)的改善及修復(fù)多集中于減少外源負(fù)荷，而沉積物中氮磷的釋放即內(nèi)源氮磷釋放卻會(huì)延緩或抵消上述措施的實(shí)際效應(yīng)，所以在外部污染源得到有效控制的前提下，沉積物內(nèi)源釋放的研究成為治理水體污染的關(guān)鍵，這就使得對(duì)沉積物氮磷釋放風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估逐漸發(fā)展成為湖泊富營(yíng)養(yǎng)化過(guò)程與機(jī)理研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，而對(duì)于沉積物-水界面氮磷釋放的控制則成為湖泊內(nèi)源污染控制的重要途徑。

原位覆蓋技術(shù)是當(dāng)前控制內(nèi)源釋放的有效措施之一，因其對(duì)內(nèi)源污染控制效果好且對(duì)水體生態(tài)環(huán)境影響較小而受到了廣泛關(guān)注。原位覆蓋技術(shù)的核心是覆蓋材料的選擇，但即使對(duì)于同一覆蓋材料而言，由于不同類型湖泊或者同一湖泊不同湖區(qū)沉積物的物理化學(xué)性質(zhì)的不同，導(dǎo)致其氮磷賦存形態(tài)及釋放特征也不盡一致，從而為覆蓋材料的沉積物氮磷釋放控制效果帶來(lái)了諸多不確定因素，嚴(yán)重影響了覆蓋材料的實(shí)際控制效果，致使在應(yīng)用過(guò)程中并不能真正發(fā)揮覆蓋材料的控釋效果。

迄今為止，現(xiàn)有技術(shù)都只是針對(duì)模擬沉積物-水界面裝置的研發(fā)及沉積物-水界面物質(zhì)交換模擬系統(tǒng)的研制，這些裝置及其工作方法并不能實(shí)現(xiàn)對(duì)湖泊不同區(qū)域不同類型沉積物氮磷釋放風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估，因此也就無(wú)法對(duì)不同類型沉積物提出有針對(duì)性的控制措施。也即是，目前湖泊沉積物原位控制技術(shù)的瓶頸主要在于湖泊沉積物的高度異質(zhì)性，不同湖區(qū)不同類型沉積物氮磷的釋放機(jī)制不同，其釋放量受沉積物的物理化學(xué)性質(zhì)、氮磷形態(tài)及環(huán)境因子影響較大，從而導(dǎo)致現(xiàn)有控制技術(shù)的實(shí)施大打折扣，增加了社會(huì)經(jīng)濟(jì)成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有的湖泊沉積物原位控制技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中控制效果差的缺陷，進(jìn)而提供一種通過(guò)評(píng)估覆蓋材料對(duì)不同湖區(qū)不同類型沉積物氮磷釋放的控制效果以確保覆蓋材料有效發(fā)揮其控制效果的湖泊沉積物覆蓋材料控制效果的評(píng)估方法及裝置。

為此，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案為：

一種湖泊沉積物覆蓋材料控制效果的評(píng)估方法，包括如下步驟：

(1)采集湖泊中不少于10個(gè)采樣點(diǎn)的柱狀沉積物，同一采樣點(diǎn)采集至少2個(gè)所述柱狀沉積物，并將所述柱狀沉積物的上覆水吸干，平整后備用；

(2)采集所述湖泊中對(duì)應(yīng)于所述柱狀沉積物的上覆水，過(guò)濾，備用；

(3)以所述湖泊中的沉積物為原料制備覆蓋材料，備用；

(4)將所述覆蓋材料鋪設(shè)在步驟(1)得到的各采樣點(diǎn)的其中一個(gè)所述柱狀沉積物上，再在所述覆蓋材料上方注入步驟(2)得到的上覆水，即為實(shí)驗(yàn)組；同時(shí)直接向與所述實(shí)驗(yàn)組的柱狀沉積物屬于同一采樣點(diǎn)的另一柱狀沉積物的上方注入步驟(2)得到的上覆水作為對(duì)照組；而后將所述實(shí)驗(yàn)組與所述對(duì)照組均放于室內(nèi)避光培養(yǎng)；

(5)在步驟(4)的培養(yǎng)期間，分別測(cè)定所述實(shí)驗(yàn)組與所述對(duì)照組的上覆水和沉積物剖面間隙水中的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度，根據(jù)沉積物-水界面營(yíng)養(yǎng)鹽擴(kuò)散通量模型，評(píng)估所述實(shí)驗(yàn)組與所述對(duì)照組的柱狀沉積物的營(yíng)養(yǎng)鹽釋放的差異，進(jìn)而得到所述覆蓋材料對(duì)不同采樣點(diǎn)沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽釋放的控制效果；

(6)選擇步驟(5)中所述控制效果排名前50％的所述柱狀沉積物，調(diào)控其上覆水的環(huán)境因子，模擬所述環(huán)境因子的變化對(duì)所述控制效果的影響，以評(píng)估所述覆蓋材料的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

步驟(1)中，所述柱狀沉積物為不同營(yíng)養(yǎng)類型湖泊的沉積物或同一湖泊不同湖區(qū)的沉積物，同一采樣點(diǎn)采集的所述柱狀沉積物之間的距離不大于5m，所述柱狀沉積物的采集深度不小于20cm。

步驟(1)還包括在平整后的柱狀沉積物表層設(shè)置濾網(wǎng)的步驟。

步驟(2)中，所述上覆水與沉積物-水界面之間的距離在50cm以內(nèi)；采用孔徑為0.45μm的濾膜過(guò)濾。

步驟(3)中所述覆蓋材料為控磷材料或控氮材料。

步驟(4)中所述覆蓋材料的鋪設(shè)量為5-20kg/m²。

步驟(4)中所述上覆水的深度為50-150cm。

步驟(6)中所述環(huán)境因子包括擾動(dòng)強(qiáng)度、溫度、ph值和/或do值。

一種利用上述湖泊沉積物覆蓋材料控制效果的評(píng)估方法的裝置，包括至少兩組底部封口的柱狀容器，每組所述柱狀容器的個(gè)數(shù)均不少于10個(gè)，在每個(gè)所述柱狀容器的側(cè)壁上均設(shè)置有取水口，在其中一組所述柱狀容器內(nèi)由下至上依次設(shè)置有柱狀沉積物、覆蓋材料及上覆水，在另一組所述柱狀容器內(nèi)由下至上依次設(shè)置有柱狀沉積物及上覆水，且每個(gè)所述柱狀沉積物的高度均低于所述取水口的高度；

還包括與每個(gè)所述柱狀容器配套設(shè)置的微電極觀測(cè)系統(tǒng)、dgt探針及微流控芯片水質(zhì)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

所述微流控芯片水質(zhì)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括進(jìn)樣口、ph分析芯片、溫度分析芯片、溶解氧分析芯片、eh分析芯片、硝氮分析芯片、亞硝氮分析芯片、氨氮分析芯片、磷分析芯片及數(shù)據(jù)圖像傳輸系統(tǒng)；

還包括與部分所述柱狀容器配套設(shè)置的擾動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)、ph調(diào)控系統(tǒng)和溶解氧調(diào)控系統(tǒng)。

在本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“控氮材料”是指可控制沉積物釋放氮的覆蓋材料，術(shù)語(yǔ)“控磷材料”是指可控制沉積物釋放磷的覆蓋材料。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明所述的湖泊沉積物覆蓋材料控制效果的評(píng)估方法，首創(chuàng)性地考慮到不同湖泊或同一湖泊不同湖區(qū)沉積物的物理化學(xué)性質(zhì)及其中氮磷形態(tài)及釋放特征的不同，故而在湖泊沉積物原位采樣技術(shù)、沉積物-水界面氮磷釋放覆蓋控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、微界面測(cè)定系統(tǒng)、環(huán)境因子調(diào)控系統(tǒng)和系統(tǒng)程序控制及數(shù)據(jù)傳輸?shù)仁侄危瑢?duì)不同湖泊或同一湖泊不同湖區(qū)沉積物覆蓋材料控制效果進(jìn)行了評(píng)估，根據(jù)沉積物-水界面擴(kuò)散通量模型評(píng)估覆蓋材料對(duì)不同類型沉積物的控制效果，并且通過(guò)調(diào)控環(huán)境因子，評(píng)估覆蓋材料的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)評(píng)估結(jié)果，可對(duì)不同類型沉積物有針對(duì)性地提出相應(yīng)的材料覆蓋工程工藝措施，從而避免了工程實(shí)施的盲目性，不僅節(jié)約了社會(huì)經(jīng)濟(jì)成本，也降低了材料實(shí)施的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

2、本發(fā)明所述的湖泊沉積物覆蓋材料控制效果的評(píng)估方法，通過(guò)利用柱狀采泥器原位采集湖泊污染層沉積物，并利用原位采集的湖水開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)模擬實(shí)驗(yàn)，從而最大限度地模擬了湖泊沉積物氮磷釋放的原位控制條件，對(duì)實(shí)現(xiàn)湖泊沉積物原位控制工程措施提供了有力支撐。

本發(fā)明所述的湖泊沉積物覆蓋材料控制效果的評(píng)估方法可應(yīng)用于湖泊底泥污染控制領(lǐng)域，也適用于沉積物覆蓋材料釋放控制效果評(píng)估，還可適用于覆蓋材料后沉積物環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、底泥環(huán)保疏浚后沉積物釋放控制效果評(píng)估、以及不同類型湖泊沉積物釋放風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等。

3、本發(fā)明所述的利用湖泊沉積物覆蓋材料控制效果的評(píng)估方法的裝置，通過(guò)為每個(gè)柱狀容器配套設(shè)置微流控芯片水質(zhì)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以利用微型化芯片取代常規(guī)化學(xué)分析檢測(cè)儀器可較大程度的縮短反應(yīng)時(shí)間和體積，整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)電腦軟件程序控制，信號(hào)無(wú)線傳輸，不僅可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明裝置的多處理同步研究，還能提高模擬條件的精確性、數(shù)據(jù)獲取的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。傳感器由多個(gè)采樣進(jìn)樣口、多個(gè)分析芯片、控制和信號(hào)采集部分和數(shù)據(jù)傳輸部分組成，并由微處理器統(tǒng)一控制，采樣進(jìn)樣口由采樣管和微型液體泵和微型電磁閥組成，可設(shè)置不同深度泵入水樣，進(jìn)入分析芯片模塊進(jìn)行分析，芯片模塊采集到的信號(hào)(電信號(hào)和光譜信號(hào))傳至微處理器(轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào))后，由無(wú)線或有線傳輸出。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明具體實(shí)施方式中的技術(shù)方案，下面將對(duì)具體實(shí)施方式描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為沉積物原位覆蓋材料模擬實(shí)驗(yàn)裝置示意圖；

圖2為滇池不同湖區(qū)沉積物覆蓋材料控制效果評(píng)估裝置示意圖；

圖3為沉積物原位覆蓋材料與水動(dòng)力模擬實(shí)驗(yàn)裝置示意圖；

圖4為不同擾動(dòng)強(qiáng)度下沉積物覆蓋材料控制效果評(píng)估裝置示意圖；

圖5為ph和溶解氧(do)等環(huán)境因子影響模擬實(shí)驗(yàn)裝置圖；

圖6為不同環(huán)境因子對(duì)洱海沉積物氮磷釋放影響評(píng)估裝置示意圖；

圖7為數(shù)據(jù)傳輸與控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

上述圖1-7中的附圖標(biāo)記如下：

1-底部密封塞；2-柱狀沉積物；3-pvc濾網(wǎng)；4-覆蓋材料；5-取水口；6-取水控制閥；7-上覆水；8-水位刻度線；9-頂部密封塞；10-通氣孔；11-注水口；12-微電極探針；13-dgt探針；14-水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)探針；15-有機(jī)玻璃管固定鋼架；16-擾動(dòng)葉輪；17-轉(zhuǎn)軸；18-電機(jī)；19-電源線；20-ph調(diào)控器；21-溶解氧調(diào)控器；22-微電極測(cè)定系統(tǒng)；23-微流控芯片水質(zhì)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；24-擾動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)、25-ph調(diào)控系統(tǒng)；26-溶解氧調(diào)控系統(tǒng)；d1-d12為滇池不同湖區(qū)柱狀沉積物；r0、r30、r60、r90、r120和r150分別代表擾動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)速為0、30、60、90、120和150r/min；e1-e5為洱海不同湖區(qū)柱狀沉積物；t1-t6分別為不同ph和do處理組合，其中，t1為ph＝6的好氧環(huán)境，t2為ph＝8的好氧環(huán)境，t3為ph＝10的好氧環(huán)境，t4為ph＝6的厭氧環(huán)境，t5為ph＝8的厭氧環(huán)境，t6為ph＝10的厭氧環(huán)境。

圖8為滇池不同湖區(qū)柱狀沉積物采樣點(diǎn)的分布圖；

圖9為模擬條件下滇池不同湖區(qū)沉積物氮釋放通量示意圖；

圖10為控氮材料對(duì)滇池不同湖區(qū)沉積物氮釋放控制效果示意圖；

圖11為模擬條件下滇池不同湖區(qū)沉積物磷釋放通量示意圖；

圖12為控磷材料對(duì)滇池不同湖區(qū)沉積物磷釋放控制效果示意圖；

圖13為不同擾動(dòng)強(qiáng)度下滇池沉積物氮釋放通量示意圖；

圖14為不同擾動(dòng)強(qiáng)度下材料覆蓋沉積物氮釋放控制效果示意圖；

圖15為洱海不同湖區(qū)柱狀沉積物采樣點(diǎn)分布圖；

圖16不同環(huán)境因子對(duì)洱海沉積物氮釋放影響效果示意圖；

圖17不同環(huán)境因子對(duì)洱海沉積物磷釋放影響效果示意圖；

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。此外，下面所描述的本發(fā)明不同實(shí)施方式中所涉及的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互結(jié)合。

在下述實(shí)施例中，可根據(jù)下述式(1)和式(2)分別計(jì)算營(yíng)養(yǎng)鹽釋放通量及營(yíng)養(yǎng)鹽釋放的控制效果：

沉積物-水界面氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽平均釋放通量計(jì)算方法：

式(1)中，fi為到第i天的平均釋放通量，mg/(m²·d)；v為上覆水的體積；cn，cj-1，c0分別為第n天上覆水中氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的濃度，第j-1天上覆水中氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的濃度及初始狀態(tài)下上覆水氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的濃度，mg/l；ca為補(bǔ)償原水后體系中氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的濃度。vj-1為j-1次采樣體積，此處為4.019l；s為沉積物-水界面面積，有機(jī)玻璃管內(nèi)徑底面積50.24cm²；t為培養(yǎng)時(shí)間d。

沉積物氮磷釋放控制效果的計(jì)算方法如下：

式(2)中，為無(wú)材料對(duì)照處理沉積物氮磷的平均釋放通量，為覆蓋材料處理沉積物氮磷的平均釋放通量，為材料覆蓋對(duì)沉積物氮磷釋放的控制效果。

實(shí)施例1

利用柱狀采泥器采集滇池不同湖區(qū)12個(gè)采樣點(diǎn)的柱狀沉積物(采樣點(diǎn)分布見(jiàn)圖8)，每個(gè)采樣點(diǎn)采集2個(gè)柱狀沉積物，同一采樣點(diǎn)的2個(gè)柱狀樣采樣距離不超過(guò)5m。同時(shí)采集湖泊中對(duì)應(yīng)于上述柱狀沉積物的上覆水，并用0.45um的微孔濾膜過(guò)濾，備用。沉積物樣品采集后利用切割法將柱狀采泥器的有機(jī)玻璃管底部的部分樣品去掉，然后用橡膠塞和防水膠帶將有機(jī)玻璃管底部封住，使柱狀沉積物保持原狀不變，并且所有柱狀沉積物高度均保持在20cm，然后將柱狀沉積物樣品運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，采用虹吸法去掉柱狀沉積物的上覆水，并立即在平整后的沉積物表層放置一個(gè)特定的薄層pvc濾網(wǎng)，使其水平覆蓋在沉積物表層而又不對(duì)沉積物產(chǎn)生壓實(shí)效果，分別在12個(gè)采樣點(diǎn)采集的兩個(gè)柱狀沉積物中的一個(gè)柱狀沉積物上方覆蓋控氮材料(其制備方法參見(jiàn)中國(guó)專利文獻(xiàn)cn106000283a)，材料厚度按15.2kg/m²量投放，再在控氮材料的上方注入過(guò)膜上覆水80cm高，作為實(shí)驗(yàn)組；同時(shí)直接向相對(duì)應(yīng)采樣點(diǎn)的另外12個(gè)樣品上方注入過(guò)膜上覆水80cm高，作為對(duì)照組。

將上述實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組均放置在室內(nèi)避光培養(yǎng)，在培養(yǎng)期內(nèi)同時(shí)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的上覆水和沉積物剖面間隙水的水質(zhì)變化，每隔2-10天監(jiān)測(cè)1次，監(jiān)測(cè)周期為160天，實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置見(jiàn)圖1和圖2。

由圖9可見(jiàn)，對(duì)照組的滇池不同湖區(qū)沉積物氮釋放通量變化在24.4-37.5mg·m^-2d^-1之間，實(shí)驗(yàn)組的沉積物氮釋放通量變化在16.1-23.6mg·m^-2d^-1，160天的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，覆蓋材料顯著削減了沉積物氮釋放通量，但不同湖區(qū)覆蓋材料對(duì)沉積物氮釋放的控制效果差異較大(見(jiàn)圖10)。覆蓋材料對(duì)滇池外海北部和東部湖區(qū)柱狀沉積物(d3-d8，d10)沉積物氮釋放控制效果較好(33.5％-57.1％)，對(duì)滇池外海南部和西部湖區(qū)沉積物(d9、d11和d12)氮釋放控制效果相對(duì)較差(14.1％-22.1％)，對(duì)滇池草海柱狀沉積物(d1和d2)氮釋放的控制效果最差(-0.3％-3.6％)。通過(guò)控氮材料對(duì)滇池不同湖區(qū)沉積物氮釋放控制效果評(píng)估，確定沉積物控氮覆蓋材料實(shí)施應(yīng)選擇在滇池外海北部和東部湖區(qū)，如d2-d8和d10站點(diǎn)所在的湖區(qū)。

在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇實(shí)驗(yàn)組中控氮效果較好的采樣點(diǎn)開(kāi)展不同擾動(dòng)強(qiáng)度下材料覆蓋沉積物氮釋放控制效果評(píng)估。依據(jù)上述研究結(jié)果，選擇d6(n:102.76，e:24.83)作為擾動(dòng)強(qiáng)度模擬樣點(diǎn)，選點(diǎn)依據(jù)是：1)控氮材料在d6點(diǎn)對(duì)沉積物氮釋放的控制效果較好；2)d6采樣點(diǎn)在外海北部區(qū)域，屬于開(kāi)闊地帶，長(zhǎng)年風(fēng)速在2-3m/s左右；3)d6采樣點(diǎn)屬于湖灣地帶，淤泥堆積厚，沉積物氮釋放量較高，對(duì)水質(zhì)的影響較大。

擾動(dòng)強(qiáng)度模擬風(fēng)速對(duì)水動(dòng)力的影響，按照r＝0r/min時(shí)相當(dāng)于無(wú)風(fēng)環(huán)境，r＝30r/min時(shí)相當(dāng)于(1-2)m/s的風(fēng)速，r＝60r/min相當(dāng)于(2-3)m/s的風(fēng)速，r＝90r/min相當(dāng)于(3-4)m/s風(fēng)速，當(dāng)r>120r/min時(shí)相當(dāng)于(6-7)m/s風(fēng)速等多種情況設(shè)置。主要實(shí)施方式如下：

在d6采樣點(diǎn)連續(xù)采集12個(gè)柱狀沉積物樣品，這些柱狀樣之間采樣距離不超過(guò)10m，樣品采集后利用切割法將有機(jī)玻璃管底部的部分樣品去掉，然后用橡膠塞和防水膠帶將有機(jī)玻璃管底部封住，使柱狀沉積物保持原狀不變，并且所有柱狀沉積物高度均保持在20cm，然后將柱狀沉積物樣品運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，虹吸法去掉柱狀沉積物的上覆水，立即在沉積物表層放置一個(gè)特定的薄層pvc濾網(wǎng)，使其水平覆蓋在沉積物表層而又不對(duì)沉積物產(chǎn)生壓實(shí)效果，將其中6個(gè)柱狀沉積物樣品上方覆蓋上述控氮材料，材料厚度按15.2kg/m²量投放，另外6個(gè)樣品設(shè)為不覆蓋材料的對(duì)照處理。將預(yù)先采集的湖水通過(guò)0.45um的微孔濾膜緩慢注入到上述柱狀沉積物上方，使得上覆水高度為80cm，將樣品放置在室內(nèi)避光培養(yǎng)，分別針對(duì)覆蓋材料沉積物和無(wú)材料對(duì)照沉積物設(shè)置r0＝0r/min、r30＝30r/min、r60＝60r/min、r90＝90r/min、r120＝120r/min和r150＝150r/min等6個(gè)擾動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)監(jiān)測(cè)柱狀沉積物覆蓋材料處理和對(duì)照處理上覆水和間隙水水質(zhì)變化和環(huán)境條件變化，每隔3-10天監(jiān)測(cè)1次，監(jiān)測(cè)周期為56天。實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置見(jiàn)圖3和圖4。

由圖13可見(jiàn)，無(wú)材料對(duì)照處理不同擾動(dòng)強(qiáng)度下沉積物氮釋放通量變化在49.9-127.94mg·m^-2d^-1之間，覆蓋材料處理組不同擾動(dòng)強(qiáng)度下沉積物氮釋放通量變化在16.4-28.8mg·m^-2d^-1，56天的連續(xù)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，不同擾動(dòng)強(qiáng)度下覆蓋材料均顯著削減了沉積物氮釋放通量，而且隨著擾動(dòng)強(qiáng)度的增大，覆蓋材料對(duì)沉積物氮釋放控制效果更明顯(見(jiàn)圖14)，本實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了覆蓋材料對(duì)沉積物氮的控制效果受水動(dòng)力條件影響較小，可在不同水動(dòng)力環(huán)境中實(shí)用。

實(shí)施例2

按照與實(shí)施例1相同的方法，計(jì)算得到滇池不同湖區(qū)沉積物磷釋放通量及磷釋放控制效果，具體如圖11所示，無(wú)材料對(duì)照處理滇池不同湖區(qū)沉積物磷釋放通量變化在0.57-2.44mg·m^-2d^-1之間，覆蓋材料沉積物磷釋放通量變化在0.54-1.79mg·m^-2d^-1，60天的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，覆蓋材料顯著削減了沉積物磷釋放通量，但不同湖區(qū)覆蓋材料對(duì)沉積物磷釋放的控制效果差異較大(見(jiàn)圖12)。與沉積物氮控制區(qū)域不同，覆蓋材料對(duì)滇池草海沉積物(d1和d2)和外海東南部湖區(qū)沉積物(d8)磷釋放的控制效果較好，變化在46.6％-72.1％之間，對(duì)外海東部湖區(qū)沉積物(d7)和南部湖區(qū)沉積物(d11和d12)磷釋放控制效果相對(duì)較差，變化在12.4％-23.0％之間，對(duì)外海東北部湖區(qū)沉積物(d3-d6)和外海南部湖區(qū)沉積物(d9-d10)磷釋放控制效果最差，甚至促進(jìn)了磷的釋放。通過(guò)控磷材料對(duì)滇池不同湖區(qū)沉積物磷釋放控制效果評(píng)估，確定沉積物控磷覆蓋材料實(shí)施應(yīng)選擇在滇池草海和外海東南岸湖灣，如d1、d2和d8站點(diǎn)所在的湖區(qū)。

在本實(shí)施例中，控磷材料的制備方法參見(jiàn)中國(guó)專利文獻(xiàn)cn106311129a。

實(shí)施例3

利用柱狀采泥器采集洱海不同湖區(qū)5個(gè)采樣點(diǎn)的柱狀沉積物(采樣點(diǎn)分布見(jiàn)圖15)。按照與實(shí)施例1相同的方法，研究不同ph和do影響下洱海不同湖區(qū)沉積物氮磷的釋放風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置請(qǐng)同時(shí)參見(jiàn)圖5和圖6。經(jīng)計(jì)算得到洱海不同湖區(qū)沉積物氮磷釋放通量，具體如圖16和圖17所示，洱海不同湖區(qū)不同ph和溶解氧處理?xiàng)l件下，沉積物氮釋放通量變化在7.07-83.09mg·m^-2d^-1之間，沉積物磷釋放通量變化在0.46-6.67mg·m^-2d^-1，60天的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，弱酸性(ph＝6)和弱堿性(ph＝10)條件均顯著提高了氮的釋放，但不同湖區(qū)其影響差別較大，以有機(jī)質(zhì)最高湖區(qū)(e2)沉積物氮釋放通量較高，環(huán)境因子影響更為明顯(見(jiàn)圖16)。弱堿性(ph＝10)和厭氧條件下顯著促進(jìn)了沉積物磷的釋放，有機(jī)質(zhì)最低湖區(qū)(e3)沉積物磷釋放通量較高，環(huán)境因子影響更為顯著(見(jiàn)圖17)?？梢?jiàn)，本模擬試驗(yàn)可有效評(píng)估湖泊不同湖區(qū)沉積物氮磷釋放風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而為湖泊底泥污染有效治理及氮磷釋放控制提供支撐。

實(shí)施例4

上述實(shí)施例中用于評(píng)估湖泊沉積物覆蓋材料控制效果的裝置，請(qǐng)同時(shí)參見(jiàn)圖1和圖2，包括：

至少兩組柱狀容器，每組所述柱狀容器的個(gè)數(shù)均不少于10個(gè)，每個(gè)所述柱狀容器均包括底部密封塞1和頂部密封塞9，在每個(gè)所述柱狀容器的側(cè)壁上均設(shè)置有取水口5，其開(kāi)或閉由取水控制閥6控制，柱狀容器頂部設(shè)置有通氣孔10、注水口11和水位刻度線8；在其中一組所述柱狀容器內(nèi)由下至上依次設(shè)置有湖泊原位采集的柱狀沉積物2、pvc濾網(wǎng)3、覆蓋材料4及上覆水7，在另一組所述柱狀容器內(nèi)由下至上依次設(shè)置有湖泊原位采集的柱狀沉積物2、pvc濾網(wǎng)3及上覆水7，且每個(gè)所述柱狀沉積物的高度均低于所述取水口的高度；

與每個(gè)所述柱狀容器均配套設(shè)置有微電極探針12、dgt探針13、水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)探針14；其中，微電極探針和dgt探針能夠同步測(cè)定柱狀沉積物剖面o2、ph和eh等微環(huán)境變化以及沉積物微界面fe²⁺、s和磷酸鹽等離子濃度變化。

再請(qǐng)參見(jiàn)圖3-6，本實(shí)施例的裝置還包括與部分所述柱狀容器配套設(shè)置的擾動(dòng)調(diào)控器、ph調(diào)控器20、溶解氧調(diào)控器21，所述擾動(dòng)調(diào)控器由擾動(dòng)葉輪16、轉(zhuǎn)軸17、電機(jī)18和電源線19組成，電機(jī)在電源線接電后通過(guò)控制轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)以帶動(dòng)擾動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到擾動(dòng)的目的。

在本實(shí)施例中，所述柱狀容器為可與柱狀采泥器配套使用的可拆卸的有機(jī)玻璃管，其內(nèi)徑均為8cm、長(zhǎng)度可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要設(shè)置為120-200cm不等，玻璃管的底部用橡膠塞1和防水膠帶密封，頂部安裝固定架或密封塞；在有機(jī)玻璃管的頂部還設(shè)置有注水口9，上覆水通過(guò)注水口注入至玻璃管內(nèi)，上覆水的高度以不超過(guò)玻璃管管壁上的水位刻度線8為準(zhǔn)。本實(shí)施例中的兩組玻璃管均有12個(gè)，每個(gè)玻璃管均由有機(jī)玻璃管固定鋼架15固定。本實(shí)施例中的微電極探針和dgt探針均包括沉積物-水界面以下15cm和以上2cm部分；水質(zhì)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)探針的進(jìn)樣口設(shè)置在沉積物-水界面以上5cm處；擾動(dòng)調(diào)控器的葉輪、ph調(diào)控器和溶解氧調(diào)控器均設(shè)置在沉積物-水界面10cm以上。

上述微電極探針、水質(zhì)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)探針、擾動(dòng)調(diào)控器、ph調(diào)控器、溶解氧調(diào)控器還分別與樣品傳輸管道、通氣管道和數(shù)據(jù)傳輸電纜構(gòu)成微電極測(cè)定系統(tǒng)22、微流控芯片水質(zhì)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)23、擾動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)24、ph調(diào)控系統(tǒng)25和溶解氧調(diào)控系統(tǒng)26，整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)電腦軟件程序控制。其中，所述微流控芯片水質(zhì)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括ph分析芯片、溫度分析芯片、溶解氧分析芯片、eh分析芯片、硝氮分析芯片、亞硝氮分析芯片、氨氮分析芯片和磷分析芯片及數(shù)據(jù)圖像傳輸系統(tǒng)。

顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。