一種植物生長與水質水量模擬控制的植物滯留元實驗裝置制造方法
【專利摘要】一種植物生長與水質水量模擬控制的植物滯留元實驗裝置，它包括儲雨水箱、水泵、導水管、彎頭、噴頭、實驗植物、實驗土槽上端、等間隔采樣口、實驗土槽接縫處、實驗土槽下端、實驗土槽底部封口、出水管、采樣桶；儲雨水箱的下部出口與水泵進水口相連，水泵的出水口通過導水管把人工模擬雨水送至與導水管另一端相連的噴頭，帶有噴頭的導水管一側放置在實驗土槽上端上，導水管彎曲部分用彎頭相接；人工模擬雨水經噴頭均勻噴灑在實驗土槽上端中，實驗植物種植在實驗土槽上端的土壤介質上，而實驗土槽底部排出的人工模擬雨水通過出水管及與之相連接的導水管流入到采樣桶中。本發明在環境工程和生態工程領域里具有廣闊地應用前景。
【專利說明】一種植物生長與水質水量模擬控制的植物滯留元實驗裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種植物生長與水質水量模擬控制的植物滯留元實驗裝置，它主要用于人工模擬降雨條件下，設計的植物滯留元能模擬植物生長及水質水量之間動力學關系，可實現植物生長及人工降雨水質水量之間的相關性研究，屬于環境工程和生態工程領域。
【背景技術】
[0002]隨著城市化的快速增長，城市區域暴雨徑流量迅速增加，產生城市洪流，嚴重威脅著人民群眾的生命及財產安全。同時，城市降雨徑流攜帶大量污染物(如TSS、重金屬、C0D、營養鹽等)排放到地表水體中，對周圍環境造成了嚴重的非點源污染。從而城市非點源污染已成為環境污染的主要原因。
[0003]植物滯留元是一種高效、低成本的城市非點源污染控制技術。植物滯留元通過滯蓄削減洪峰流量、減少雨水外排，并利用植物截流、土壤滲濾凈化雨水、減少污染。植物在植物滯留元中發揮重要作用，直接作用有對有機物的降解、營養元素的吸收、植物根系的生長可以延緩土壤板結和堵塞，這對維持土壤多孔性和排水能力有重要作用。間接作用為植物根系和根際微生物的交互作用，植物根系龐大的比表面積和分泌物為微生物生長提供了附著條件和能源，微生物活動有助于營養元素的轉化，促進了植物的吸收利用，同時，植物根系分泌物的變化又影響根際微生物的活性、群落結構以及多樣性等。然而，種植不同植被對植物滯留元的水質水量影響效果會有所差異，如植物根系直徑及深度不同，對涵養水源和吸收營養鹽的能力有很大區別。目前，不同植物根系對降雨徑流所攜帶的污染物在植物滯留元中的遷移轉化機理還不太清楚，尤其植物根系深度與水質水量的相關性實驗研究還在初步研究階段。國內外研究者雖然進行了一些水質水量的室內和現場實驗，但將用于人工模擬降雨條件下，構建能夠隨時觀察植物根系生長狀況，并與植物滯留元水質水量相結合研究的實驗裝置也未見報道。針對實驗需求本發明對人工模擬降雨條件下植物生長與植物滯留元水質水量間相關性研究的實驗裝置進行設計。為此，本實驗裝置可提供可視的，能夠隨時讀取植物根系長度，并與植物滯留元水質水量運移相關研究的有效、可行、可靠的實驗
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【發明內容】
[0004]1、目的:
[0005]針對上述存在的問題，本發明的目的在于提供一種植物生長與水質水量模擬控制的植物滯留元實驗裝置。該裝置結構簡單、操作方便、經濟實用，適用于室內模擬人工模擬降雨條件下植物滯留元水質水量與植物生長之間相關關系的模擬研究。
[0006]2、技術方案:
[0007]見圖1，本發明一種植物生長與水質水量模擬控制的植物滯留元實驗裝置，它包括儲雨水箱、水泵、導水管、彎頭、噴頭、實驗植物、實驗土槽上端(有機玻璃層)、等間隔采樣口、實驗土槽接縫處(有機玻璃及PVC管接縫處)、實驗土槽下端(PVC管)、實驗土槽底部封口、出水管、采樣桶。它們之間的位置連接關系是:
[0008]儲雨水箱的下部出口與水泵進水口相連，水泵的出水口通過導水管把人工模擬雨水送至與導水管另一端相連的噴頭，帶有噴頭的導水管一側放置在實驗土槽上端(有機玻璃層)上，導水管彎曲部分用彎頭相接；人工模擬雨水經噴頭均勻噴灑在實驗土槽上端(有機玻璃層)中，實驗植物種植在實驗土槽上端(有機玻璃層)的土壤介質上，而實驗土槽底部排出的人工模擬雨水通過出水管及與之相連接的導水管流入到采樣桶中。
[0009]所述儲雨水箱是盒式結構的箱體；
[0010]所述水泵是基本型蠕動泵，其功能為將儲雨水箱中的水通過導水管自動抽壓至噴頭中；
[0011]所述導水管是具有導水作用的塑料管，塑料管型號為16# ；
[0012]所述彎頭是彎角為90 °的PVC彎頭，；
[0013]所述噴頭是蓮蓬型的鋁合金防銹材料制成，具有在多孔布水板表面噴灑雨水的作用，孔徑為2mm ；
[0014]所述實驗植物為植物滯留元常采用的實驗植物(黑麥草、高羊茅、早熟禾等)，選擇不同實驗植物獲取不同植物對植物滯留元中人工雨水的水質水量的影響之間的相關關系O
[0015]所述實驗土槽上端(有機玻璃層)，是透明的圓形有機玻璃筒，很清晰的看到植物根系的長短，并與有機玻璃上的刻度值對比后，能夠直接讀取植物根系的長短。實驗土槽上端(有機玻璃層)的總深度為75cm。
[0016]所述等間隔采樣口，在實驗土槽上等間隔設置10個采樣口，采樣口間距為10 cm ；通過等間隔采樣口收集人工模擬雨水樣，獲得不同深度處植物滯留元排放的水量及水質的相關參數。為植物生長及水質水量模擬控制間的相關關系分析提供基礎參數。
[0017]所述實驗土槽接縫處(有機玻璃及PVC管接縫處)，是有機玻璃筒與PVC管接縫處采用防水涂料粘粘以后，再采用螺釘對其進行等間隔固定，以至防止植物滯留元水量滲漏及有機玻璃筒及PVC管的分離。此處厚度為2cm。
[0018]所述實驗土槽下端為PVC管，主要有承重量大、價格便宜，易獲得等特點。此層深度為50cm。實驗土槽內部填料層自上而下包括表面雨水滯留層、土壤覆蓋層、植被及種植土壤層、砂濾層、碎石層、出水管。
[0019]所述實驗土槽底部封口，材質也是PVC管，與實驗土槽下端(PVC管)通過防水粘合劑粘粘在一起，起到封堵的作用。
[0020]所述出水管為直徑為30mm的PVC管，直接與實驗土槽底部封口的PVC管底部相連。
[0021]所述采樣桶，材料為PVC的圓柱桶，主要作用為收集植物滯留元排出的人工模擬雨水，為后續分析提供相關實驗樣品。
[0022]本發明工作流程如下:
[0023]所述的導水管另一端相連的噴頭置于實驗土槽上端(有機玻璃層)的頂部，人工模擬雨水用泵從導水管一端抽到導水管另一端的噴頭中，并將人工模擬雨水用噴頭均勻噴灑在實驗土槽上端(有機玻璃層)中，最后由出水管及與之相連的導水管將排出的人工模擬雨水收集到采樣桶中。實驗主體裝置為實驗土槽,實驗土槽由實驗土槽上端(有機玻璃層)、實驗土槽接縫處(有機玻璃及PVC管接縫處)及實驗土槽下端(PVC管)組成。實驗土槽上端有機玻璃層是透明圓柱體，隨時間變化可以觀測植物根系的生長狀況。為了節約費用，實驗土槽下端主要以PVC作為實驗材料，并且此材料較易獲得。實驗土槽內部填料層自上而下包括表面雨水滯留層、土壤覆蓋層、植被及種植土壤層、砂濾層、碎石層、出水管。
[0024]采用上述技術方案，用一種植物生長與水質水量模擬控制的植物滯留元實驗裝置，能反映植物滯留元在不同雨強、不同類型植物、不同介質成分及深度、不同空間和時間條件下，實驗植物生長與系統水質水量間的動態相關關系，因而能滿足實際工程應用的各種要求。
[0025]3、優點及功效:本發明一種植物生長與水質水量模擬控制的植物滯留元實驗裝置，具有結構簡單、造價低和經濟實用等特點。該實驗裝置能反映植物滯留元在不同雨強、不同類型植物、不同介質成分及深度、不同空間和時間條件下，實驗植物生長與系統水質水量間的動態相關關系，并通過植物生長與水質水量模擬控制實驗來獲取植物生長及水質水量間的相關技術參數。為此，本實驗裝置提供在人工模擬降雨作用條件下，設計的植物滯留元中植物生長、水質水量動態變化的動力學參數，實驗信息量大、并能隨時隨地準確讀取植物根系生長數據的目的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1植物生長與水質水量模擬控制的植物滯留元實驗裝置結構示意圖
[0027]圖2植物生長與水質水量模擬控制的植物滯留元主體設備即實驗土槽結構示意圖
[0028]圖3植物生長與水質水量模擬控制的植物滯留元主體設備即實驗土槽正面示意圖
[0029]圖4植物生長與水質水量模擬控制的植物滯留元的主體設備即實驗土槽的俯瞰示意圖
[0030]圖中符號說明如下:
[0031]I儲雨水箱；2水泵；3導水管；4彎頭；5噴頭；6實驗植物；7實驗土槽上端(有機玻璃層)；8等間隔采樣口 ；9實驗土槽接縫處(有機玻璃及PVC管接縫處)；10實驗土槽下端(PVC管)；11實驗土槽底部封口；12出水管；13采樣桶；14表面雨水滯留層；15 土壤覆蓋層；16刻度盤最上端；17植被及種植土壤層；18刻度值；19接縫處所用的螺釘；20砂濾層；21碎石層。
【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖對本發明進行進一步詳細描述:見附圖
[0033]見圖1，本發明一種植物生長與水質水量模擬控制的植物滯留元實驗裝置結構示意圖，它包括儲雨水箱1、水泵2、導水管3、彎頭4、噴頭5、實驗植物6、實驗土槽上端(有機玻璃層)7、等間隔采樣口 8、實驗土槽接縫處(有機玻璃及PVC管接縫處)9、實驗土槽下端(PVC管)10、實驗土槽底部封口 11、出水管12、采樣桶13。；它們之間的位置連接關系是:
[0034]儲雨水箱I的下部出口與水泵2進水口相連，水泵2的出水口通過導水管3把人工模擬雨水送至與導水管3另一端相連的噴頭5，噴頭5放置在實驗土槽上端(有機玻璃層)7上，導水管3的彎曲部分用彎頭4相接，人工模擬雨水經噴頭5均勻噴灑在實驗土槽上端(有機玻璃層)7中，實驗植物6種植在實驗土槽上端(有機玻璃層)7中，實驗土槽下端(PVC管)有出水管12，并與采樣桶13之間由導水管3相連，采樣桶13收集由植物滯留元排放的人工模擬雨水。
[0035]所述儲雨水箱I是盒式結構的箱體，材質為有機玻璃。
[0036]所述水泵2是基本型蠕動泵、型號為BT100-2J、泵頭YZ1515X、功能為將儲雨水箱I中的水通過導水管3把人工模擬雨水送至與導水管3另一端相連的噴頭5 ；
[0037]所述導水管3是具有導水作用的塑料管，塑料管型號為16# ；
[0038]所述彎頭4，彎角為90°，材質為PVC管；
[0039]所述噴頭5是蓮蓬型的鋁合金防銹材料制成，具有在多孔布水板表面噴灑雨水的作用，孔徑為2_ ；
[0040]所述實驗植物6為植物滯留元常采用的實驗植物，比如黑麥草、高羊茅、早熟禾坐寸ο
[0041]實驗土槽上端(有機玻璃層)7，是透明的圓形有機玻璃筒，很清晰的看到植物根系的長短，并與有機玻璃上的刻度值對比后，能夠直接讀取植物根系的長短。
[0042]等間隔采樣口 8，在實驗土槽上等間隔設置10個采樣口。采樣口間距為10 cm，等間隔采樣口的材質為PVC管。
[0043]實驗土槽接縫處(有機玻璃及PVC管接縫處)9，是有機玻璃筒與PVC管接縫處采用防水涂料粘粘以后，再采用螺釘對其進行等間隔固定，以至防止植物滯留元水量滲漏及有機玻璃筒及PVC管的分離。
[0044]實驗土槽下端10,材料為PVC管,主要具有承重量大、價格便宜,易獲得等特點。
[0045]實驗土槽底部封口 11，材質為PVC管，與實驗土槽下端(PVC管)通過防水粘合劑粘粘在一起，起到封堵的作用。
[0046]所述出水管12為直徑為30mm的PVC管，位于碎石層21底層，目的是收集并分析整個裝置出水量和水質的影響。
[0047]所述采樣桶13，材質為PVC的圓柱桶，主要作用為收集植物滯留元排出的人工模擬雨水，為后續分析提供相關實驗樣品。
[0048]植物生長與水質水量模擬控制的植物滯留元主體設備即實驗土槽結構為圖2所示，包括；表面雨水滯留層14，該層深度為10mm ;土壤覆蓋層15，該層深度為50mm ;主要成分為樹皮(bark);刻度盤最上端16,是由土壤覆蓋層15最底部距2cm處,也是植物種子在土壤層的種植深度；植被及種植土壤層17，該層深度為950cm，主要成分為表層土壤及有機物。
[0049]亥Ij度值18，主要目的是測量植物根系隨時間的變化量，每個刻度之間的間隔為5cm，刻度的變化值為5-60cm之間，能夠滿足植物滯留元常用植物根系大小的測量。
[0050]接縫處所用的螺釘19，市場上購買的能防銹的鋁合金螺釘。
[0051]砂濾層20，深度為5cm，也稱過度層。此層底部設有一個采樣口。
[0052]碎石層21，深度為10cm，過濾并截留上層土壤的滲流，以防出水管被堵塞。此層底部設有出水管12。
[0053]圖3為植物生長與水質水量模擬控制的植物滯留元主體設備即實驗土槽正面示意圖，包括表面雨水滯留層14,該層深度為10mm ;土壤覆蓋層15,該層深度為50mm,主要成分為樹皮(bark);植被及種植土壤層17，深度為950_，主要成分表層土壤和有機物，該層設有九個等間隔采樣口，每個采樣口之間間隔為100mm，采樣口內外徑分別為1mm和12mm ；砂濾層20，深度為50mm，設有一個采樣口 ；碎石層21，深度為10mm ;出水管12位于碎石層底層，目的是收集并分析整個裝置出水量和水質的影響。
[0054]圖4為植物生長與水質水量模擬控制的植物滯留元的主體設備即實驗土槽的俯瞰示意圖，從圖可見實驗土槽內徑為300mm、外徑為310mm,實驗土槽底部封口厚度為1mm,從而底部最外層直徑為330mm。出水管長度為50mm。出水管內徑為30mm,接頭處為50mm。
【權利要求】
1.一種植物生長與水質水量模擬控制的植物滯留元實驗裝置，其特征在于:它包括儲雨水箱、水泵、導水管、彎頭、噴頭、實驗植物、實驗土槽上端、等間隔采樣口、實驗土槽接縫處、實驗土槽下端、實驗土槽底部封口、出水管、采樣桶； 儲雨水箱的下部出口與水泵進水口相連，水泵的出水口通過導水管把人工模擬雨水送至與導水管另一端相連的噴頭，帶有噴頭的導水管一側放置在實驗土槽上端上，導水管彎曲部分用彎頭相接；人工模擬雨水經噴頭均勻噴灑在實驗土槽上端中，實驗植物種植在實驗土槽上端的土壤介質上，而實驗土槽底部排出的人工模擬雨水通過出水管及與之相連接的導水管流入到采樣桶中； 所述儲雨水箱是盒式結構的箱體； 所述水泵是基本型蠕動泵，其功能為將儲雨水箱中的水通過導水管自動抽壓至噴頭中； 所述導水管是具有導水作用的塑料管； 所述彎頭是彎角為90°的PVC彎頭，； 所述噴頭是蓮蓬型的鋁合金防銹材料制成，具有在多孔布水板表面噴灑雨水的作用，孔徑為2mm ； 所述實驗植物為植物滯留元常采用的實驗植物即黑麥草、高羊茅、早熟禾，選擇不同實驗植物獲取不同植物對植物滯留元中人工雨水的水質水量的影響之間的相關關系； 所述實驗土槽上端，是透明的圓形有機玻璃筒，很清晰的看到植物根系的長短，并與有機玻璃上的刻度值對比后，能夠直接讀取植物根系的長短；實驗土槽上端的總深度為75cm ； 所述等間隔采樣口，在實驗土槽上等間隔設置10個采樣口，采樣口間距為10 Cm;通過等間隔采樣口收集人工模擬雨水樣，獲得不同深度處植物滯留元排放的水量及水質的相關參數，為植物生長及水質水量模擬控制間的相關關系分析提供基礎參數； 所述實驗土槽接縫處，是有機玻璃筒與PVC管接縫處采用防水涂料粘粘以后，再采用螺釘對其進行等間隔固定，以防止植物滯留元水量滲漏及有機玻璃筒及PVC管的分離，此處厚度為2cm ； 所述實驗土槽下端為PVC管，主要有承重量大、價格便宜，易獲得的特點；此層深度為50cm，實驗土槽內部填料層自上而下包括表面雨水滯留層、土壤覆蓋層、植被及種植土壤層、砂濾層、碎石層、出水管； 所述實驗土槽底部封口，材質也是PVC管，與實驗土槽下端通過防水粘合劑粘粘在一起，起到封堵的作用； 所述出水管為直徑為30_的PVC管，直接與實驗土槽底部封口的PVC管底部相連；所述采樣桶，材料為PVC的圓柱桶，其作用為收集植物滯留元排出的人工模擬雨水，為后續分析提供相關實驗樣品。
【文檔編號】A01G9/02GK104126439SQ201410357643
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月25日 優先權日:2014年7月25日
【發明者】美英, 相亞軍, 王秀梅, 孫紅強, 李小飛, 左一鳴 申請人:內蒙古工業大學