一次连续降雨过程中氨氮在不同介质中迁移模拟柱实验

第l5卷第12期2015年4月1671—1815(2015)12—0260-05科学技术与工程ScienceTechnologyandEngineeringVo1．15No．12Apr．2015⑥2015Sci．Tech．Engrg．环境科学一次连续降雨过程中氨氮在不同介质中迁移模拟柱实验张艳，迟宝明，关成尧谷洪彪宋洋，(中国地震局工程力学研究所，哈尔滨150080；防灾科技学院，北京101601)摘要氨氮在包气带中迁移与介质含水量多少有关。自然界中，降雨是影响介质含水量多少和运移的主要因素。通过动态土柱实验模拟降雨过程中氨氮迁移规律。结果表明，降雨时包气带处于饱和状态，氨氮下移平均速率10cm／5h，明显比非降雨情况污染扩散速度高1个量级。降雨后包气带处于非饱和状态，介质可固定氨氮。粗颗粒中氨氮浓度变化稳定；细颗粒中氨氮浓度缓慢减少。72h连续实验，浅层氨氮达到吸附平衡，深层未达到吸附平衡，粗颗粒吸附速率慢于细颗粒。关键词氨氮包气带迁移连续降雨中图法分类号X53；文献标志码A氨氮污染困扰着很多地区，是现今地下水污染中较为常见并亟待解决的问题。进入土壤的氨氮一方面被土壤吸附，长期存在。另一方面随地下水迁移，入渗到深层土壤及含水层中，同时发生硝化反硝化作用，易造成地下水中硝酸盐和亚硝酸盐污染J。国内外学者就氨氮污染成因、迁移转化规律等问题进行了研究，运用方法包括室内实验、模型模拟、同位素分析等，室内实验主要通过动态土柱实验研究氮素在饱和介质中的迁移过程，通过静态实验研究三氮硝化反硝化过程，但对于研究短时间内降雨快速人渗条件下氨氮在包气带中的运移规律较少。因此，将从室内动态土柱实验角度做进一步研究。1实验装置与操作方法1．1实验样品实验土样采于潮白河河床和河漫滩的砂以及自主?昆合砂(取自河床的砂与小砾石(0．5～0．2mm)按10：1的比例混合而成。)，以研究不同粒径介质对氨氮迁移规律的影响。经振筛法测得三种试样分别为粉砂、细砂、中砂，颗粒级配数据见表1，试样理化性质见表2。实验淋滤液采用蒸馏水与分析纯NHC1配置的浓度为100mg／L的NHC1溶液。2014年12月29日收到中央高校基本科研业务费专项资金青年教师资助计划项目(ZY20120201)资助第一作者简介：张艳(1983一)，女，硕士，讲师。研究方向：地下水科学与工程，地下水环境。E—mail：42134572@qq．tom。表1土样颗粒级配数据Table1Graincompositiondatasofsoilsample表2土样理化性质指标Table2Physicalandchemicalparametersofsoilsample1．2实验装置实验装置(见图1)主要由3部分组成：实验用柱体、降雨系统及进出水系统。实验用柱体为3个外径15cm，内径14cm，高80cm的有机玻璃柱，柱内分别均匀填充粉砂、细砂、中砂试样高70cm。柱壁开有7个直径2cm的小孔，I为定水头控制孔，控制降雨过程中土柱中水头高度，保证土壤饱和时水流速度稳定。2～7为取样孔，使用土壤溶液取样器取样。底部孔8为排水孔，连接橡胶管与流量控制阀，通过调节阀门控制排水速率，也作为取样孔。12期张艳，等：一次连续降雨过程中氨氮在不同介质中迁移模拟柱实验261降雨系统为自主设计降雨模拟器9，为圆形有机玻璃盖，均匀布设9个孔径5mm的进水孔，分别连接5号医用针头和医用输液管，输液管与供水瓶相连，使降雨均匀人渗。通过调节输液管流量控制钮控制降雨强度，为39mm／h。1．3实验方法实验分2个阶段，时间为连续72h：一阶段模拟连续降雨时氨氮在包气带中运移过程，采用24h不间歇供水，并于第(4、8、l8、24)h取样。出水口流量控制与降雨强度一致。二阶段模拟降雨停止后氨氮在包气带中运移过程，停止供水后继续实验48h。于第(28,41、46、52、65、72)h取样。为保证能在72h内取样，故调小出水口流量，为一阶段雨强的10％。用纳氏试剂法测氨氮浓度。O0O1OO200—300露400到5006O070080O浓度／(mg·L)020040．060080010001200(a)粉砂，O-24h浓度／(nag·L)0020040060080．0100．0120．020080O(c)细砂，O～24h浓l~f~／(mg·L)020040．060080010001200(e)中砂，O-24h⑧图1实验装置图Fig．1Experimentalinstalliongraph浓t~Cmg·L‘。1020040060080010001200(b)粉砂，24～72h浓度／(mg-L)020040060080010001200140．0(d)细砂，24～72h浓／~／(mg·L00200400600800100012001400(f)中