一种湿地水循环模拟监测装置及方法

本发明涉及湿地生态系统，具体为一种湿地水循环模拟监测装置及方法。

背景技术：

1、湿地生态系统属于水域生态系统。湿地是人类最重要的环境资源之一，也是自然界富有生物多样性和较高生产力的生态系统。它不但具有丰富的资源，还有巨大的环境调节功能和生态效益。由于气候变化和人类活动的影响，世界湿地正面临面积减小、水质污染、生物多样性受到威胁等一系列问题。

2、在实施湿地保护和恢复重建工程的各项措施中，湿地生态环境的动态监测起着举足轻重的作用，是湿地研究和制定湿地保护政策的依据。湿地水循环监测基于湿地水循环过程，即对湿地水循环的每个环节进行研究，以满足湿地单元水量与水质平衡计算的需要，是研究湿地水文干湿变化规律、计算湿地输入、输出营养物质和其他化学物质量、湿地生态需水量得基础，然而，现有的湿地水循环模拟监测装置的模拟实验保真度较低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种湿地水循环模拟监测装置及方法，针对湿地水循环特征中得多要素条件，系统模拟降雨、地表水(河湖)侧渗、地表蒸发、植物蒸腾、土壤水与地下水的转化迁移过程；建立一种基于湿地水循环过程模拟实验平台的湿地水循环模拟实验方法，高度还原湿地水循环过程，实时监测，获取多种关键参数，为湿地水循环过程中多要素间的相互影响与响应关系研究提供基础数据，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种湿地水循环模拟监测装置，包括装置主体、河流模拟装置、地下水位调节装置、降雨灌溉模拟装置和室内环境模拟系统；所述装置主体的内部设置有多块平行的多孔透水板，通过多孔透水板将整个装置主体分为一个湿地水循环模拟装置和两个地下水位调节装置及一个河流模拟装置；所述湿地水循环模拟装置内填充原状土壤介质，原状土壤介质中布设有包气带监测系统、地下水位监测装置及样品采集系统；所述河流模拟装置通过输水管道外接河水样品储水罐，并通过抽水泵控制河水位；所述地下水位调节装置外接地下水样品储水罐，并通过抽水泵控制地下水位；所述降雨灌溉模拟装置由降雨灌溉模拟喷头及雨水灌溉水样品储水罐组成，雨水灌溉水样品储水罐通过输水管道与降雨灌溉模拟装置相连，所述输水管道上均安装有流量计，用于记录补水量。

4、进一步地，所述装置主体为长方体的箱式壳体，箱式壳体采用有机玻璃加工制成，外围采用不锈钢支架加固和支撑。

5、进一步地，所述包气带监测系统是由数据采集器、土壤水分温度电导率传感器、土壤水势传感器组合而成的土壤多参数监测系统，通过将八组传感器埋藏于不同深度的土壤剖面内，对土壤的相关参数进行动态监测。

6、进一步地，所述地下水位监测装置为简易监测井内放置的水位温度自动记录仪监测地下水的动态变化并进行地下水样品的采集；所述监测井为井壁采用硬质pvc管，pvc管底部密封，在深入沙层部分的pvc管壁采用电钻均匀打孔形成滤管，滤管外面包裹有纱布。

7、进一步地，所述样品采集系统为与多孔透水板垂直的箱式壳体的两面壁板上均匀设置有土壤溶液及土壤样品取样口，样品取样口的直径为10-20mm，样品取样口由玻璃管制成，每个样品取样口上安装有原位监测仪器或橡胶塞，可用于采样或连接原位监测仪器。

8、进一步地，所述河流模拟装置下部填充原状土样，原状土样上为间隔10cm的两块弧形有机玻璃多孔板，两块弧形有机玻璃多孔板之间填充河床沉积物，河床沉积物上为河水。

9、进一步地，所述河流模拟装置及地下水位调节装置外侧均刻有刻度，用于记录水位的变化，在河流模拟装置及地下水位调节装置的外侧底部均设有通过阀门开启的出水口。

10、进一步地，所述室内环境模拟系统为室内光照、温度、湿度模拟系统，其光照模拟为日光灯控制室内光照时间及强度，温度模拟为空调控制室内的温度，湿度模拟为加湿器控制室内的湿度，根据模拟条件控制好模拟要素从而根据小型蒸发皿监测蒸发量，小型蒸发皿是口径为20厘米，高约10厘米的金属圆盆，测量时，将仪器放在湿地水循环模拟监测装置同一环境下，每日放入定量清水，隔24小时后，用量杯测量剩余水量，所减少的水量即为日蒸发量。

11、本发明提供另一种技术方案：一种湿地水循环模拟监测方法，基于一种湿地水循环模拟监测装置实现，包括以下步骤：

12、s1：按照湿地水循环模拟实验装置连接装好后，在湿地水循环模拟装置及河流模拟装置下部填充原状土壤，同时河流模拟装置的储水罐、降雨灌溉模拟装置的储水罐以及地下水位调节装置的储水罐分别装满采集的河水样品、雨水溶液以及地下水样品，同时设置好室内环境模拟系统；

13、s2：按照研究需求模拟单要素或多要素影响下，通过对包气带监测系统及样品采集系统采集的数据进行分析，得到各个因素在湿地水循环机制的影响作用。

14、进一步地，还可通过抽水泵对河流及地下水位的控制来模拟枯水期、丰水期以及河流季节性淹没，河水与地下水之间相互补给关系，得到不同状态下湿地水循环模式。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

16、本发明提供的湿地水循环模拟监测装置及方法，针对湿地水循环特征中的多要素条件，系统模拟降雨、地表水侧渗、地表蒸发、土壤水与地下水的转化迁移过程；建立一种基于湿地水循环过程模拟实验平台的湿地水循环模拟实验方法，高度还原湿地水循环过程，实时监测，获取多种关键参数，为湿地水循环过程中多要素间的相互影响与响应关系研究提供基础数据，以解决湿地水循环模拟监测装置的模拟实验保真度低的问题。

技术特征：

1.一种湿地水循环模拟监测装置，其特征在于，包括装置主体、河流模拟装置(16)、地下水位调节装置(9)、降雨灌溉模拟装置(8)和室内环境模拟系统；所述装置主体的内部设置有多块平行的多孔透水板(10)，通过多孔透水板(10)将整个装置主体分为一个湿地水循环模拟装置(1)和两个地下水位调节装置(9)及一个河流模拟装置(16)；所述湿地水循环模拟装置(1)内填充原状土壤介质(2)，原状土壤介质(2)中布设有包气带监测系统(3)、地下水位监测装置及样品采集系统；所述河流模拟装置(16)通过输水管道(13)外接河水样品储水罐(11)，并通过抽水泵(14)控制河水位；所述地下水位调节装置(9)外接地下水样品储水罐(11)，并通过抽水泵(14)控制地下水位；所述降雨灌溉模拟装置(8)由降雨灌溉模拟喷头及雨水灌溉水样品储水罐(11)组成，雨水灌溉水样品储水罐(11)通过输水管道(13)与降雨灌溉模拟装置(8)相连，所述输水管道(13)上均安装有流量计(15)，用于记录补水量。

2.如权利要求1所述的一种湿地水循环模拟监测装置，其特征在于：所述装置主体为长方体的箱式壳体，箱式壳体采用有机玻璃加工制成，外围采用不锈钢支架加固和支撑。

3.如权利要求1所述的一种湿地水循环模拟监测装置，其特征在于：所述包气带监测系统(3)是由数据采集器、土壤水分温度电导率传感器、土壤水势传感器组合而成的土壤多参数监测系统，通过将八组传感器埋藏于不同深度的土壤剖面内，对土壤的相关参数进行动态监测。

4.如权利要求1所述的一种湿地水循环模拟监测装置，其特征在于：所述地下水位监测装置为简易监测井(6)内放置的水位温度自动记录仪(5)监测地下水的动态变化并进行地下水样品的采集；所述监测井(6)为井壁采用硬质pvc管，pvc管底部密封，在深入沙层部分的pvc管壁采用电钻均匀打孔形成滤管，滤管外面包裹有纱布。

5.如权利要求1所述的一种湿地水循环模拟监测装置，其特征在于：所述样品采集系统为与多孔透水板(10)垂直的箱式壳体的两面壁板上均匀设置有土壤溶液及土壤样品取样口(7)，样品取样口(7)的直径为10-20mm，样品取样口(7)由玻璃管制成，每个样品取样口(7)上安装有原位监测仪器或橡胶塞，可用于采样或连接原位监测仪器。

6.如权利要求1所述的一种湿地水循环模拟监测装置，其特征在于：所述河流模拟装置(16)下部填充原状土样，原状土样上为间隔10cm的两块弧形有机玻璃多孔板(18)，两块弧形有机玻璃多孔板(18)之间填充河床沉积物(17)，河床沉积物(17)上为河水。

7.如权利要求1所述的一种湿地水循环模拟监测装置，其特征在于：所述河流模拟装置(16)及地下水位调节装置(9)外侧均刻有刻度，用于记录水位的变化，在河流模拟装置(16)及地下水位调节装置(9)的外侧底部均设有通过阀门开启的出水口(20)。

8.如权利要求1所述的一种湿地水循环模拟监测装置，其特征在于：所述室内环境模拟系统为室内光照、温度、湿度模拟系统，其光照模拟为日光灯控制室内光照时间及强度，温度模拟为空调控制室内的温度，湿度模拟为加湿器控制室内的湿度，根据模拟条件控制好模拟要素从而根据小型蒸发皿监测蒸发量，小型蒸发皿是口径为20厘米，高约10厘米的金属圆盆，测量时，将仪器放在湿地水循环模拟监测装置同一环境下，每日放入定量清水，隔24小时后，用量杯测量剩余水量，所减少的水量即为日蒸发量。

9.一种湿地水循环模拟监测方法，基于权利要求1所述的一种湿地水循环模拟监测装置实现，其特征在于，包括以下步骤：

10.如权利要求9所述的一种湿地水循环模拟监测方法，其特征在于，还可通过抽水泵(14)对河流及地下水位的控制来模拟枯水期、丰水期以及河流季节性淹没，河水与地下水之间相互补给关系，得到不同状态下湿地水循环模式。

技术总结本发明公开了一种湿地水循环模拟监测装置及方法，包括装置主体，装置主体的内部设置有多块平行的多孔透水板，通过多孔透水板将整个装置主体分为一个湿地水循环模拟装置和两个地下水位调节装置及一个河流模拟装置；湿地水循环模拟装置内填充原状土壤介质，原状土壤介质中布设有包气带监测系统、地下水位监测装置及样品采集系统；按照研究需求模拟单要素或多要素影响下，通过对包气带监测系统及样品采集系统采集的数据进行分析，得到各个因素在湿地水循环机制的影响作用，为湿地水循环过程中多要素间的相互影响与响应关系研究提供基础数据，以解决湿地水循环模拟监测装置的模拟实验保真度低的问题。技术研发人员：张学庆,刘璐,刘亚平,孟素花,雷珊,杜星星受保护的技术使用者：中国地质科学院水文地质环境地质研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/13