專利名稱：環(huán)形水槽模擬風(fēng)浪擾動(dòng)下水下沉積物再懸浮的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及淺水湖泊和河流系統(tǒng)水體生態(tài)環(huán)境的模擬，特別是利用環(huán)形 水槽模擬有沉水植物生長(zhǎng)的湖泊、河流等水體中，不同強(qiáng)度風(fēng)浪擾動(dòng)下沉積 物再懸浮的方法及裝置。
背景技術(shù)：
沉積物是湖泊及其流域中營(yíng)養(yǎng)鹽和其它污染物的重要?dú)w宿和積蓄庫(kù)，營(yíng) 養(yǎng)物經(jīng)過(guò)一系列物理、化學(xué)及生物作用，其中一部分沉積于湖泊底部，成為 湖體營(yíng)養(yǎng)物的內(nèi)負(fù)荷。對(duì)于淺水湖泊和河流，外部動(dòng)力擾動(dòng)(風(fēng)、浪等)易 使水體底部的表層沉積物產(chǎn)生再懸浮，對(duì)水體一沉積物界面的物理、化學(xué)和 生物性狀及水體的生態(tài)環(huán)境特征產(chǎn)生較大影響，因此，研究外部動(dòng)力擾動(dòng)作 用下沉積物懸浮的發(fā)生過(guò)程與機(jī)理具有重要意義。
研究外部動(dòng)力擾動(dòng)對(duì)沉積物再懸浮的影響主要釆用野外觀測(cè)和室內(nèi)模 擬這兩類方法。野外觀測(cè)由于風(fēng)浪、水流等條件的隨機(jī)性和不可控性太強(qiáng)， 常常產(chǎn)生較大的系統(tǒng)誤差，給理論分析帶來(lái)較大限制，因此常只用作調(diào)查和 驗(yàn)證研究。目前開(kāi)展水體中沉積物再懸浮的相關(guān)理論研究常常是利用室內(nèi)模 擬方法，模擬的關(guān)鍵涉及外部動(dòng)力擾動(dòng)模擬與天然水體模擬兩方面，其中模 擬外部動(dòng)力擾動(dòng)的目前常用方法可分為旋槳式、活塞式、振蕩式、造波式， 模擬天然水體的目前常用方法可分為三角瓶式、直管式和水槽式三種。模擬 外部動(dòng)力擾動(dòng)的方法中，旋槳式通過(guò)旋槳在水中擾動(dòng)帶動(dòng)水體運(yùn)動(dòng)進(jìn)而引起 沉積物懸浮，活塞式利用活塞在水中上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)造成對(duì)沉積物表層的擾動(dòng)
從而產(chǎn)生懸浮，振蕩式通過(guò)振蕩器的振蕩作用使沉積物發(fā)生懸浮，造波式利 用造波機(jī)造出的波浪擾動(dòng)沉積物使其產(chǎn)生懸浮，可見(jiàn)，旋槳式、活塞式、振 蕩式均采用機(jī)械力直接擾動(dòng)水體的方式模擬風(fēng)浪對(duì)水體及沉積物的擾動(dòng)，這 顯然與實(shí)際情況差異很大，造波式雖然與實(shí)際情況接近，但造波裝置復(fù)雜且 費(fèi)用太大。模擬天然水體的方法中，三角瓶式、直管式模擬天然水體顯然具 有相當(dāng)大的局限性，不能放映出風(fēng)浪擾動(dòng)下水體的流場(chǎng)狀況，因此無(wú)法研究 風(fēng)浪擾動(dòng)一流場(chǎng)運(yùn)動(dòng)一沉積物再懸浮之間的定量關(guān)系，水槽式模擬天然水體 與實(shí)際情況接近，但目前水槽式模擬方法中由于采用造波式模擬動(dòng)力擾動(dòng)的 方法，因而常常結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)昂貴、操作煩瑣。另外，在有沉水植物生長(zhǎng) 的湖泊和河流里，沉水植物對(duì)沉積物的再懸浮具有很大影響，而目前的室S 模擬方法均未能實(shí)現(xiàn)對(duì)有沉水植物生長(zhǎng)水體中沉積物再懸浮的模擬。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于克服上述各種水下沉積物再懸浮模擬方法和裝置 所存在的缺陷，提出一種綜合性效果佳的水下沉積物再懸浮室內(nèi)模擬方法和 裝置。真實(shí)地模擬有沉水植物生長(zhǎng)的湖泊、河流等天然水體中，不詞強(qiáng)度的 風(fēng)浪擾動(dòng)下水體產(chǎn)生流場(chǎng)運(yùn)動(dòng)進(jìn)而引起沉積物再懸浮的過(guò)程，并在沉積物再 懸浮相對(duì)穩(wěn)定的條件下進(jìn)行不同深度水體樣品的精確采集，以滿足風(fēng)浪擾動(dòng) 一流場(chǎng)運(yùn)動(dòng)一沉積物再懸浮之間定量關(guān)系的研究需求，且實(shí)現(xiàn)模擬裝置構(gòu)造 簡(jiǎn)單、造價(jià)便宜、使用方便。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是環(huán)形水槽模擬風(fēng)浪擾動(dòng)下水下沉積物再懸浮 的方法，其特征是將未擾動(dòng)采集的沉積物置于環(huán)形水槽底部，在沉積物上種 植沉水植物并上覆水體；通過(guò)多臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)聯(lián)合使用模擬不同風(fēng)強(qiáng)施加于上覆
水體，使其產(chǎn)生水流運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)調(diào)整鼓風(fēng)口的位置及其與上覆水面的夾角 使得水槽內(nèi)流場(chǎng)基本均勻，水槽底部的沉積物在水動(dòng)力作用下發(fā)生再懸浮， 實(shí)現(xiàn)有沉水植物生長(zhǎng)的湖泊和河流等水體中不同強(qiáng)度風(fēng)浪擾動(dòng)下沉積物再 懸浮的定量模擬。
環(huán)形水槽模擬風(fēng)浪擾動(dòng)下水下沉積物再懸浮裝置，其結(jié)構(gòu)是一個(gè)環(huán)形水 槽，該環(huán)形水槽的底部以長(zhǎng)方體底座密合，頂部以半圓環(huán)體頂蓋密合，環(huán)形 水槽的內(nèi)、外壁均由兩塊長(zhǎng)方形和兩塊弧形有機(jī)玻璃板組合而成，環(huán)形水槽 的正面和背面外壁正中自上而下依次排列設(shè)置若干帶閥取樣嘴，每個(gè)帶閥取 樣嘴的間距相等或不等，環(huán)形水槽兩側(cè)下端各設(shè)置一個(gè)帶閥排水口，頂蓋通 過(guò)活頁(yè)與環(huán)形水槽的外壁連接，頂蓋上預(yù)留有兩個(gè)通氣孔和兩個(gè)流速測(cè)孔分 別供鼓風(fēng)系統(tǒng)中的風(fēng)管和流速儀測(cè)桿伸入。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果在于(1)利用鼓風(fēng)模擬風(fēng)浪條件，比旋槳式、活 塞式、振蕩式等方法更接近湖泊、河流受風(fēng)浪外部動(dòng)力擾動(dòng)的實(shí)際情況。(2) 利用環(huán)形水槽模擬天然水體，通過(guò)鼓風(fēng)的人為調(diào)控可實(shí)現(xiàn)槽內(nèi)流場(chǎng)基本均 勻，比錐形瓶式、直管式等方法更接近湖泊、河流在風(fēng)浪擾動(dòng)下的實(shí)際流場(chǎng)
情況。(3)環(huán)形水槽中可種植沉水植物，用于室內(nèi)模擬有沉水植物生長(zhǎng)的湖 泊和河流等水體中沉積物再懸浮。(4)通過(guò)調(diào)節(jié)多臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)的聯(lián)合使用，可 模擬不同強(qiáng)度的風(fēng)浪擾動(dòng)對(duì)沉積物的動(dòng)力作用。(5)可接入流速儀，實(shí)現(xiàn)風(fēng) 浪擾動(dòng)下上覆水體流速的測(cè)量。(6)本裝置水體取樣精度高，槽內(nèi)均勻流場(chǎng) 保證了樣品采集時(shí)相對(duì)穩(wěn)定的再懸浮條件，自上而下設(shè)置帶閥取樣嘴可以實(shí) 現(xiàn)不同深度水樣的采集。(7)本裝置與現(xiàn)有的水槽式模擬裝置相比，具有構(gòu) 造簡(jiǎn)單、造價(jià)便宜、使用方便等優(yōu)勢(shì)。
附圖l是本發(fā)明的立體示意圖。
附圖2是本發(fā)明的橫斷面示意圖。 附圖3是本發(fā)明的縱斷面示意圖。
圖中的1是底座、2是環(huán)形槽體、3是頂蓋、4是活頁(yè)、5是通氣孔、6 是帶閩取樣嘴、7是帶閥排水口、 8是沉積物、9是上覆水、IO是風(fēng)管、11 是鼓風(fēng)口、 12是環(huán)形水槽的外壁、13是環(huán)形水槽的內(nèi)壁、14是流速測(cè)孔、 15是流速儀測(cè)桿、16是流速儀探頭。
具體實(shí)施方式
對(duì)照附圖，模擬風(fēng)浪擾動(dòng)下水下沉積物再懸浮的環(huán)形水槽裝置，其結(jié) 構(gòu)它是一個(gè)環(huán)形水槽，包括底座l、環(huán)形水槽2、頂蓋3、活頁(yè)4、帶閥取樣 嘴6、帶閥排水口7、鼓風(fēng)系統(tǒng)及一些緊固部件等。其中環(huán)形水槽2的內(nèi)、 外壁均由兩塊長(zhǎng)方形和兩塊弧面有機(jī)玻璃板組合而成,其底部以底座1密合， 頂部與頂蓋3密合，環(huán)形水槽2正面和背面的外壁正中自上而下依次排列設(shè) 置若干帶閥取樣嘴6，每個(gè)帶閥取樣嘴6的間距可根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康娜〉乳g距或 不等間距，環(huán)形水槽2兩側(cè)下端各設(shè)置一個(gè)帶閥排水口 7;
頂蓋3由六塊弧面鐵皮組合而成，頂蓋3通過(guò)活頁(yè)4與環(huán)形水槽2的外 壁連接，頂蓋3上一定位置預(yù)留有兩個(gè)通氣孔5和兩個(gè)流速測(cè)孔14分別供 鼓風(fēng)系統(tǒng)中的風(fēng)管10和流速儀測(cè)桿15伸入，通氣孔5和流速測(cè)孔14的大 小分別與風(fēng)管10和流速儀測(cè)桿15 —致以保持系統(tǒng)的密閉性。
鼓風(fēng)系統(tǒng)由鼓風(fēng)機(jī)、風(fēng)管10和鼓風(fēng)口 ll連接組成，鼓風(fēng)機(jī)多臺(tái)聯(lián)合使 用以模擬不同風(fēng)浪強(qiáng)度，風(fēng)管10經(jīng)過(guò)通氣孔5通入環(huán)形水槽2內(nèi)，鼓風(fēng)口
11位于上覆水9水面之上，鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)通過(guò)風(fēng)管10最終由鼓風(fēng)口 11 吹出作用于上覆水9。
流速儀采用多普勒流速儀，流速儀測(cè)桿15經(jīng)過(guò)流速測(cè)孔14通入環(huán)形水 槽2內(nèi)，流速儀探頭16位于上覆水9下。沉積物8和上覆水9水面的高度 可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)，但水面不超過(guò)環(huán)形水槽2的上端。
本裝置的操作方法如下
(1)打開(kāi)頂蓋3，將根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)選取的一定厚度的野外原狀沉積物8 移入環(huán)形水槽2底部，在環(huán)形水槽2中緩緩注入上覆水9 (通常野外采集于 沉積物所處水體)，沉積物8和上覆水9水面的高度根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)，但 水面不超過(guò)環(huán)形水槽2的上端。若模擬有沉水植物生長(zhǎng)的湖泊和河流等水體 中的沉積物再懸浮，則可在沉積物上種植沉水植物(如菹草、苦草等)。
(2) 連接好鼓風(fēng)系統(tǒng)，風(fēng)管10經(jīng)過(guò)頂蓋3上的通氣孔5通入環(huán)形水槽 2內(nèi)，鼓風(fēng)口 11位于上覆水9水面之上，鼓風(fēng)機(jī)多臺(tái)聯(lián)合使用以滿足模擬不 同風(fēng)強(qiáng)的需要。
(3) 連接好流速儀，流速儀可采用現(xiàn)有的多普勒流速儀(型號(hào)為Micro ADV)，將流速儀測(cè)桿15伸入環(huán)形槽體2中，使流速儀探頭16位于上覆水 9下，蓋好頂蓋3;
(4) 聯(lián)合開(kāi)啟多臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)，使風(fēng)強(qiáng)達(dá)到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)強(qiáng)度，鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng) 通過(guò)風(fēng)管10最終由鼓風(fēng)口 11吹出作用于上覆水9，模擬不同風(fēng)強(qiáng)施加于上 覆水體使其產(chǎn)生水流運(yùn)動(dòng)，水槽底部的沉積物在水動(dòng)力作用下發(fā)生再懸浮。
(5) 根據(jù)流速儀實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)果，調(diào)整鼓風(fēng)口的位置及其與上覆水面的夾 角使得水槽內(nèi)流場(chǎng)基本均勻，在系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定一定時(shí)間后，在保持穩(wěn)定鼓風(fēng)
狀態(tài)下，自上而下依次開(kāi)啟帶閥取樣嘴6的閥門(mén)采集上覆水樣；
(6)根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，在上覆水樣采集完畢后，可開(kāi)啟帶閥排水口 7的閥 門(mén)放盡槽內(nèi)水體，打開(kāi)頂蓋3進(jìn)行沉積物樣品的采集。
權(quán)利要求
1、環(huán)形水槽模擬風(fēng)浪擾動(dòng)下水下沉積物再懸浮的方法，其特征是將未擾動(dòng)采集的沉積物置于環(huán)形水槽底部，在沉積物上種植沉水植物并上覆水體；通過(guò)多臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)聯(lián)合使用模擬不同風(fēng)強(qiáng)施加于上覆水體，使其產(chǎn)生水流運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)調(diào)整鼓風(fēng)口的位置及其與上覆水面的夾角使得水槽內(nèi)流場(chǎng)基本均勻，水槽底部的沉積物在水動(dòng)力作用下發(fā)生再懸浮，實(shí)現(xiàn)對(duì)有沉水植物生長(zhǎng)的湖泊和河流等水體中不同強(qiáng)度風(fēng)浪擾動(dòng)下沉積物再懸浮的模擬。
2、 環(huán)形水槽模擬風(fēng)浪擾動(dòng)下水下沉積物再懸浮裝置，其特征是一個(gè)環(huán) 形水槽，該環(huán)形水槽的底部以長(zhǎng)方體底座密合，頂部以半圓環(huán)體頂蓋密合， 環(huán)形水槽的內(nèi)、外壁均由兩塊長(zhǎng)方形和兩塊弧形有機(jī)玻璃板組合而成，環(huán)形 水槽的正面和背面外壁正中自上而下依次排列設(shè)置若干帶閥取樣嘴，每個(gè)帶 閥取樣嘴的間距相等或不等，環(huán)形水槽兩側(cè)下端各設(shè)置一個(gè)帶閥排水口，頂 蓋通過(guò)活頁(yè)與環(huán)形水槽的外壁連接，頂蓋上預(yù)留有兩個(gè)通氣孔和兩個(gè)流速測(cè) 孔分別供鼓風(fēng)系統(tǒng)中的風(fēng)管和流速儀測(cè)桿伸入。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的模擬風(fēng)浪擾動(dòng)下水下沉積物再懸浮的環(huán)形水 槽裝置，其特征在于鼓風(fēng)系統(tǒng)由為多臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)、風(fēng)管和鼓風(fēng)口連接組成，其 中風(fēng)管經(jīng)過(guò)通氣孔通入環(huán)形水槽內(nèi)，鼓風(fēng)口位于上覆水水面之上。
全文摘要
本發(fā)明是環(huán)形水槽模擬風(fēng)浪擾動(dòng)下水下沉積物再懸浮的方法，將未擾動(dòng)采集的沉積物置于環(huán)形水槽底部，在沉積物上種植沉水植物并上覆水體；通過(guò)多臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)聯(lián)合使用模擬不同風(fēng)強(qiáng)施加于上覆水體，使其產(chǎn)生水流運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)調(diào)整鼓風(fēng)口的位置及其與上覆水面的夾角使得水槽內(nèi)流場(chǎng)基本均勻，水槽底部的沉積物在水動(dòng)力作用下發(fā)生再懸浮，實(shí)現(xiàn)對(duì)有沉水植物生長(zhǎng)的湖泊和河流等水體中不同強(qiáng)度風(fēng)浪擾動(dòng)下沉積物再懸浮的模擬。優(yōu)點(diǎn)真實(shí)模擬有沉水植物生長(zhǎng)的湖泊、河流等天然水體中，不同強(qiáng)度的風(fēng)浪擾動(dòng)下水體產(chǎn)生流場(chǎng)運(yùn)動(dòng)進(jìn)而引起沉積物再懸浮的過(guò)程，在沉積物再懸浮相對(duì)穩(wěn)定條件下進(jìn)行不同深度水體樣品采集，滿足風(fēng)浪擾動(dòng)-流場(chǎng)運(yùn)動(dòng)-沉積物再懸浮間定量關(guān)系的研究需求，裝置構(gòu)造簡(jiǎn)單造價(jià)低且使用方便。
文檔編號(hào)G09B25/00GK101110174SQ20071002567
公開(kāi)日2008年1月23日 申請(qǐng)日期2007年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月13日
發(fā)明者俊 侯, 超 王, 王沛芳 申請(qǐng)人:河海大學(xué)