平原河网交汇区氮转化动态调节河工模型试验系统及方法与流程

技术特征：
1.平原河网交汇区氮转化动态可调节河工模型试验系统，其特征在于：包括进水箱、河网区、出水箱及地下水库，所述河网区包括一个干流河道和若干个支流河道，所有支流河道的下游均汇流到干流河道，所述干流河道和若干个支流河道的上游端均与进水箱连通，所述干流河道的下游端与出水箱连通，所述出水箱设置有出水口，通过出水管道连通出水口和地下水库，且出水管道设置有出水阀门；所述干流河道和支流河道均铺设有河网底泥；所述支流河道与干流河道之间的交汇角度以及支流河道的坡度可调节；所述进水箱的出流区域设置两个以上的水质在线监测仪。2.根据权利要求1所述的平原河网交汇区氮转化动态可调节河工模型试验系统，其特征在于：所述支流河道由有机玻璃制成，在其与干流河道交汇处用弹性橡胶材料与干流河道连接。3.根据权利要求1所述的平原河网交汇区氮转化动态可调节河工模型试验系统，其特征在于：所述支流河道的底部设置有支流托架和滑轮，所述滑轮可滑动地置于支流托架上，通过变动滑轮距离交汇处的距离，实现支流河道坡度变化。4.根据权利要求1所述的平原河网交汇区氮转化动态可调节河工模型试验系统，其特征在于：每个所述支流河道分别通过各自的进水管与进水箱连通，且各个进水管的进水端均独立设置有控制阀，中部均独立设置有流量计；每个所述支流河道内均设置有水位计和流速仪；所述干流河道的交汇区域的上游设置有水位计和流速仪，下游设置水质在线监测仪、流速仪和水位计；相邻的交汇处之间分别设置有水质在线监测仪。5.根据权利要求1所述的平原河网交汇区氮转化动态可调节河工模型试验系统，其特征在于：所述地下水库和进水箱用水管连通，所述水管连接水泵；所述进水箱设置有溢流口，通过溢流管道连通溢流口和地下水库；所述地下水库设置有水质在线监测仪。6.平原河网交汇区氮转化动态可调节河工模型试验方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：搭建模型：制造进水箱：进水箱用不透水钢筋混凝土浇筑，内部贴附光滑有机玻璃，体积为35m
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11m
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1.5m，在进水箱出流区域安置两处水质在线监测仪器，确保河网区进水总氮浓度保持不变；制造河网区：河网区由有机玻璃构筑而成的一条干流河道和多条支流河道构成，在干流河道和多条支流河道的交汇口处由有机玻璃和弹性橡胶材料连接与支流河道共同构成可调节交汇区，可调节交汇角度和支流河道坡度，其调节方式由钢结构的支流托架和滑轮共同调节，河网区进水由进水箱提供，河网流量由电磁流量计测量，通过控制阀调节进水量大小，通过进水箱进入河网，河网水位、流速及总氮浓度分别由水位计、流速仪和水质自动监测仪监测；制造出水箱：出水箱用不透水钢筋混凝土浇筑，内部贴附光滑有机玻璃，设置一处出水口，出水箱中的水流进入地下水库，出水口设置出水阀门，控制出水量和调节下游末端水位；
建筑地下水库：地下水库由不透水混凝土衬砌而成，内部为光滑有机玻璃贴附，收纳河网末端尾水，通过自动监测水质及时调节总氮浓度，使进水箱浓度稳定，再通过水泵抽至进水箱及时补充进水箱水量至溢出，使得进水箱水位始终处于固定水位，形成稳定供水系统，而进水箱缺口溢出水量通过溢流通道再次回到地下水库；步骤2：在干流河道和支流河道铺设0.1m厚的河网底泥，步骤3：设定基础工况：以干流流量43m3/h，干流水位0.4m，支流流量和水位根据其与干流河道的宽度比设定，基础工况为32.6 m3/h，交汇角度45
°
，干流的河床宽深比50，总氮浓度1.5mg/l为基础工况；步骤4：变化水量、水位、交汇角度、河床宽深比中的某一变量进行实验，其他不变量选取基础工况数据，进行多组实验；步骤5：每组实验分别在0天、5天、10天、15天及20天采集底泥样品，测定河网底泥中不同形态氮浓度和微生物群落；水质为自动监测每2h记录一次数据，测定模型水体中不同形态氮浓度；步骤6：通过高通量测序和荧光定量pcr方法，研究河网底泥微生物群落及微生物氮转化相关基因变化规律；根据响应面分析方法，通过对比不同的变量条件下河网底泥不同形态氮浓度与氮循环菌相关基因的绝对丰度及微生物群落的均匀度、丰度、丰富度及组成结构相关性分析；解析动水条件下单个交汇区的不同水动力分区中氮循环微生物群落组成、均匀度及丰富度的变化规律，探讨水动力参数对氮循环微生物群落演替过程的影响，阐明多主导因子协同驱动下氮循环微生物群落及基因的响应规律；步骤7：在研究单个交汇区的不同水动力分区对微生物影响的基础上，运用神经网络，利用评级指标体系神经网络构建、网络训练、相关性分析、显著性分析及绝对影响分析，建立河网底泥微生物多样性特征指标与各个变量及总氮特征参数的方程，阐明水动力空间差异性对氮循环微生物群落的作用机制及氮转化作用机理。7.根据权利要求6所述的平原河网交汇区氮转化动态可调节河工模型试验方法，其特征在于：所述相关基因包括 amoa、nirk、hzo、nrf、nxra、nap、narg和dsr。

技术总结
本发明涉及一种平原河网交汇区氮转化动态调节河工模型试验系统及方法，属于水资源研究的技术领域。该系统包括进水箱、河网区、出水箱及地下水库，河网区包括一个干流河道和若干个支流河道，支流河道的下游端均与干流河道连通，干流河道和若干个支流河道的上游端均与进水箱连通，干流河道的下游端与出水箱连通，出水箱连通地下水库；干流河道铺设有河网底泥；支流河道与干流河道之间的交汇角度以及支流河道的坡度可调节；进水箱的出流区域设置水质在线监测仪。该方法为设定标准工况，变化参数分组试验，采集底泥样品，测定底质中不同形态氮浓度和微生物群落，测定模型中水体中不同形态氮浓度。本发明为科研提供了实施环境和方法。法。法。


技术研发人员：宋为威 李轶 张文龙 惠辞章 王浩岚
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：2021.07.15
技术公布日：2021/11/9