1.一种模拟潜流带船舶污染物运移的实验装置，其特征在于，包括从左到右分隔为河流上游区（101）、船行河流模拟区（102）和河流下游区（103）的模拟河流水槽（1）、在船行河流模拟区（102）内航行的船舶模型、设置于模拟河流水槽（1）上方且用于带动船舶模型模拟双航道船舶对向行驶的船行控制系统、分别与河流上游区（101）和河流下游区（103）相连接且用于控制实验过程中模拟河流的上、下游水位的水位控制系统、与船舶模型相连且用于模拟船舶模型上污染物排放的污染物模拟系统、用于对不同船舶污染物排放工况下河流上覆水和潜流带污染物时空变化规律进行监测的污染物监测系统以及用于拍摄模拟河流和潜流带中船舶污染物示踪过程的摄像系统；所述船舶模型包括船体（9）、固定于船体内壁上的横梁（10）、对称竖直设置于横梁上的连接纵杆（12）、位于两个连接纵杆端部的连接横杆（13）、与连接横杆相连且可上下伸缩的伸缩纵杆（14）以及与伸缩纵杆相连且用于卡接在船行控制系统上的连接头（15），所述伸缩纵杆（14）包括内套管（1401）、位于内套管顶部且对称设置的两个半球体（1402）、位于内套管内且两端分别于两侧半球体相连的第一弹簧（1403）、套设在内套管上端的外套管（1404）以及均匀间隔开设在外套管上且用于适配半球体的圆形孔（1405）；所述连接头（15）包括固定在外套管顶部的空心长方体（1501）、位于空心长方体两侧端部的伸缩板（1502）以及位于空心长方体内且两端分别与伸缩板相连的第二弹簧（1503）；将船舶模型的连接头（15）的伸缩板（1502）压缩后放置在船行控制系统的链条（8）上。

2.根据权利要求1所述的模拟潜流带船舶污染物运移的实验装置，其特征在于，所述模拟河流水槽（1）为顶部开口的不透水的箱式结构，其中模拟河流水槽（1）的正面为透明板，模拟河流水槽（1）内设置有用于分隔区域的分隔板（104）以及与水位控制系统相连的第一进出水口（105），所述分隔板为上部均布有透水孔的亚克力板，该亚克力板外周包覆有纱网。

3.根据权利要求2所述的模拟潜流带船舶污染物运移的实验装置，其特征在于，所述河流上游区（101）模拟定水头的河流上游边界，船行河流模拟区（102）模拟船行河流上覆水和潜流带，船行河流模拟区（102）的潜流带由填充的白色石英砂组成，河流下游区（103）模拟定水头的河流下游边界，河流上游区（101）的水经由分隔板的透水孔流向船行河流模拟区，船行河流模拟区（102）的水经由分隔板的透水孔流向河流下游区（103）。

4.根据权利要求1所述的模拟潜流带船舶污染物运移的实验装置，其特征在于，所述船行控制系统包括对称固定于模拟河流水槽（1）两侧板顶部的支撑板（2）、两组平行设置在模拟河流水槽（1）上方且位于两个支撑板之间的航道，该航道包括位于一侧支撑板内侧的减速电动机（3）、与减速电动机输出轴相连的主动导轮（5）、位于另一侧支撑板内侧的支座（6）、位于支座上的从动导轮（7）、绕设在主动导轮（5）和从动导轮（7）上的链条（8）以及位于支撑板上且通过电线与减速电动机相连的可调稳压电源器（4）。

5.根据权利要求1所述的模拟潜流带船舶污染物运移的实验装置，其特征在于，所述水位控制系统包括用于存储实验所需模拟河水的第一水箱（16）、位于第一水箱内的第一潜水泵（17）、位于地面上的工作平台（19）以及位于工作平台上且用于通过溢流效应模拟河流上下游稳定水位的第二水箱（21）、位于第二水箱底部且通过第一输水管（18）与第一潜水泵相连的底部进水口（2101）、位于第二水箱底部且通过第一输水管（18）与第一水箱相连通的底部出水口（2102）、位于第二水箱侧面的第二进出水口（2103）、设置在第二进出水口上的控制阀门（2104）、竖直设置于第二水箱内壁底部中间位置处的第一溢流板（2105）、竖直设置于第二水箱内壁底部且与第一溢流板间隔一定距离并形成滑动槽的透水板（2106）、位于滑动槽内且可沿着滑动槽上下移动的第二溢流板（2107）、一端固定于第二溢流板顶部的钢丝绳（2108）、固定于第二水箱顶部且用于穿设钢丝绳的卡扣（2109）以及连接在第二进出水口（2103）上的第二输水管（2110）。

6.根据权利要求1所述的模拟潜流带船舶污染物运移的实验装置，其特征在于，所述污染物模拟系统包括装有模拟有机污染物溶液的第一标准溶液箱（22）、装有模拟船舶富含营养物质生活污水的第二标准溶液箱（23）、装有模拟船舶变密度化学污染物的第三标准溶液箱（24）、通过透明软管（29）与第一标准溶液箱相连的第一蠕动泵（25）、通过透明软管与第二标准溶液箱相连的第二蠕动泵（26）、通过透明软管与第三标准溶液箱相连的第三蠕动泵（27）、与第一蠕动泵、第二蠕动泵和第三蠕动泵相连的四通接头（28）以及通过透明软管与四通接头相连且均布于船舶模型上的污染物排放管（11）。

7.根据权利要求1所述的模拟潜流带船舶污染物运移的实验装置，其特征在于，所述污染物监测系统包括分布于模拟河流水槽背面的取样孔（30）、位于模拟河流水槽内且用于监测潜流带中船舶有机污染物、生活污染物和变密度化学污染物变化数据的集成传感器（31）、与集成传感器相连的数据处理器（32）以及显示器（33），其中集成传感器包括COD探头、氨氮探头和电导率探头。

8.根据权利要求1所述的模拟潜流带船舶污染物运移的实验装置，其特征在于，所述摄像系统包括位于模拟河流水槽正面的照相机（34）、与照相机相连的计算机（35）、围设在照相机和模拟水槽周围的遮光帷幕（36）以及位于模拟水槽正上方的照明灯板（37）。

9.一种根据权利要求1至8任一所述的模拟潜流带船舶污染物运移的实验装置的实验方法，其特征在于，水位控制系统包括用于存储实验所需模拟河水的第一水箱（16）、位于第一水箱内的第一潜水泵（17）、位于地面上的工作平台（19）以及位于工作平台上且用于通过溢流效应模拟河流上下游稳定水位的第二水箱（21）、位于第二水箱底部且通过第一输水管（18）与第一潜水泵相连的底部进水口（2101）、位于第二水箱底部且通过第一输水管（18）与第一水箱相连通的底部出水口（2102）、位于第二水箱侧面的第二进出水口（2103）、设置在第二进出水口上的控制阀门（2104）、竖直设置于第二水箱内壁底部中间位置处的第一溢流板（2105）、竖直设置于第二水箱内壁底部且与第一溢流板间隔一定距离并形成滑动槽的透水板（2106）、位于滑动槽内且可沿着滑动槽上下移动的第二溢流板（2107）、一端固定于第二溢流板顶部的钢丝绳（2108）、固定于第二水箱顶部且用于穿设钢丝绳的卡扣（2109）以及连接在第二进出水口（2103）上的第二输水管（2110）；

实验方法包括如下步骤：

（1）配置船行污染物溶液，模拟有机污染物溶液采用去离子水和亚甲基蓝MB混合并放置进入第一标准溶液箱，模拟船舶富含营养物质生活污水采用去离子水、分析纯氯化铵NH4Cl和亮蓝BB染色剂混合并放置进入第二标准溶液箱，模拟船舶变密度化学污染物采用去离子水、工业用盐NaCl和食用诱惑红AR染色剂混合并放置进入第三标准溶液箱中备用，3个标准溶液箱中3类污染物由亚甲基蓝MB、亮蓝BB和食用诱惑红AR染色剂配制，用来区分三类污染物的迁移过程；

（2）布置模拟河流与河床，关闭模拟河流水槽左右两侧的第二水箱侧面所有的控制阀门，向第一水箱中加入去离子水，通过向上拉动钢丝绳调整第二水箱中第二溢流板位置，当第二溢流板顶部高程达到实验预设位置时将钢丝绳打结固定在卡扣上，确保第二溢流板固定在第一溢流板和透水板之间的滑动槽中，打开第一潜水泵通过第一输水管向第二水箱底部进水口供水，观测第二水箱进水后多余去离子水越过第二溢流板向第二水箱底部出水口排泄，通过第一输水管回到第一水箱中，通过调节第二溢流板位置可以调整模拟河流上游和下游水位；筛分石英砂后通过去离子水多次清洗，清洗完成的石英砂通过饱水方式放置在水桶，将清洗好的石英砂向模拟河流水槽中采用饱水方法层层铺设，每次沿着模拟河流水槽铺设完一层石英砂后轻拍模拟河流水槽背面，保证潜流带中气泡排除，在铺设河床和潜流带时，模拟河流水槽内水位始终高于装填石英砂一定高度；

（3）布置照相机与集成传感器，在模拟河流水槽正前方一定距离处架设照相机，调整照相机参数，将照相机与计算机连接，控制照相机拍照时长与频率，确保记录实验运行过程中船舶污染物迁移过程；将集成传感器中COD探头、氨氮探头和电导率探头通过COD、氨氮和盐度标准溶液校准后与数据处理器相连，在实验用砂装填过程中，将集成传感器放置到模拟河流水槽背部预设位置；

（4）调节船舶航行参数，将船舶模型的连接头的伸缩板压缩后放置在链条上，放置稳定后松开伸缩板确保连接头和相应船舶模型可以跟随链条以相同速度运动，根据实验要求通过透明软管将污染物模拟系统中四通接头连接到船体前部、中部或后部的污染物排放管的顶部，模拟船舶航行过程中污染物在船体前部、中部或后部排放对潜流带的影响；通过控制伸缩纵杆中内套管顶部的半球体收缩和放松使得半球体位于外套管不同位置的圆形孔上，调整内套管与外套管的相对位置进而可以改变伸缩纵杆的总长度，由于链条高度保持不变，可以通过调整伸缩纵杆长度调节船舶吃水深度；通过调节可调稳压电源器的电压，控制减速电动机转动速度进而调节船舶运行速度；通过在2条平行航道上放置船舶模型模拟双航道船舶对向行驶对污染物排放的影响；通过调节可调稳压电源器反转，模拟不同航行方向船舶污染物排放的影响；

（5）运行实验，打开模拟河流水槽左右两侧第二水箱侧面的控制阀门，使左侧和右侧水头进入模拟河流与潜流带，由于模拟河流水槽左右两侧水头不同，产生河流上下游水头差与地表水流速；打开可调稳压电源器使模拟河流水槽左右两侧的支撑板上的减速电动机带动主动导轮转动，进而带动两条航道的链条稳定循环运行，保证船舶在模拟河流自由表面按照预设速度航行；分别打开并调节第一蠕动泵、第二蠕动泵和第三蠕动泵流速，分别使亚甲基蓝色的有机污染物、亮蓝色的生活污染物和亮红色的变密度污染物在船舶航行过程中以不同速率向模拟河流和潜流带中排放，实验过程中使用微量取样器通过模拟河流水槽背部取样孔抽取模拟河流上覆水和潜流带孔隙水，通过集成传感器实时记录船舶有机污染物、生活污染物和变密度化学污染物在船舶航行过程中的变化数据；通过照相机定时拍摄，在计算机中记录三种船舶污染物在河流上覆水和潜流带中运移过程，每一组实验中三种污染物不同时释放；

（6）停止实验和数据分析，当船舶污染物已经完全进入潜流带并相应污染物不再改变形状之后结束实验，关闭所有系统电源，取出实验用砂后使用去离子水清洗，再按照上述步骤重新进行下一组实验；整理船舶航行过程中不同时刻高清照片，定性观测不同河流水位梯度、船舶污染物排放速率、船舶污染物排放持续时间、船舶吃水深度和船舶航行速度影响下多种船舶污染物在潜流带中运移的示踪特征；通过分析不同位置3类船舶污染物浓度变化原位数据，定量评估河流水位梯度、船舶运行特征、污染物排放特征和潜流带污染物迁移过程的响应关系；

通过将河流底部一段沙坡中潜流带的总体积Vhp作为控制体，拟合以下公式使得潜流带中污染物浓度变化和船舶污染物排放特征、船舶运行特征的数学关系描述为：

，

其中潜流带中取样孔和集成传感器监测的污染物平均浓度为Chp,i，公式中小标i表示第i个污染物浓度，i=1，2，3分别表示船舶有机污染物、生活污染物和变密度化学污染物，第一标准溶液箱的有机污染物浓度为Cpoint1，第二标准溶液箱的生活污染物浓度为Cpoint2，第三标准溶液箱的变密度污染物浓度为Cpoint3，第一蠕动泵流量为Qpoint1，第二蠕动泵流量为Qpoint2，第三蠕动泵流量为Qpoint3，潜流带出流通量为 。