專利名稱：一種可調(diào)節(jié)坡度的矩形水槽模擬底泥侵蝕和傳輸特征的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及淺水湖泊和河流系統(tǒng)水體生態(tài)環(huán)境模擬技術(shù)領(lǐng)域，特別是利用可調(diào)節(jié)坡度的矩形水槽模擬各種坡度的河流和湖泊在不同水動力強度擾動下的底泥侵蝕和再懸浮特征，推移質(zhì)和懸移質(zhì)比例，以及底泥傳輸特征的裝置。
背景技術(shù)：
水動力作用下湖泊或河道沉積物容易發(fā)生侵蝕、再懸浮，該過程會引起表層沉積物營養(yǎng)鹽的釋放、生物數(shù)量的變化等。底泥表面侵蝕率定義為單位面積底床在單位時間內(nèi)的底泥侵蝕量。河床切應(yīng)力是粘性泥沙研究中的重要參數(shù)，它直接決定了底泥被侵蝕的深度，然而，確定河床切應(yīng)力、控制外力條件是十分困難的。目前，模擬對底泥侵蝕的室內(nèi)模擬主要有震蕩法、波浪水槽法和環(huán)形水槽法。震蕩法是在三角瓶中裝入一定量沉積物和水樣，以震蕩頻率模擬水動力大小。該方法簡單易于控制條件且可多組平行，但是體積過小，不能很好的描述底泥侵蝕隨風(fēng)浪增強而遞增的趨勢。波浪水槽和環(huán)形水槽法是采用機械方法產(chǎn)生上覆水的定向流動使底泥發(fā)生懸浮。方法易于控制條件，但是實驗底泥的原狀性受到一定破壞，較淺的上覆水與湖泊實際情況差異較大。保持沉積物的原狀性非常重要，它不僅關(guān)系到暴露于上覆水的界面及其結(jié)構(gòu)的變化影響再懸浮的結(jié)果，并且對營養(yǎng)物質(zhì)的釋放量也產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。在底泥侵蝕實驗中，裝置的選取及設(shè)計至關(guān)重要，對結(jié)果產(chǎn)生重要影響。故實驗裝置設(shè)計應(yīng)盡量能夠反映實際情況。泥沙在床面(床面層或底層)共有四種狀態(tài)，即靜止、滾動、跳躍和懸浮。其中靜止稱為床沙，滾動與跳躍稱為推移質(zhì)，懸浮稱為懸移質(zhì)。通常在河流或湖泊上游被侵蝕的底泥會影響到下游水體的水環(huán)境特征。故研究侵蝕后底泥的推移質(zhì)和懸移質(zhì)的比例、推移特征是了解沉積物在水體或床面?zhèn)鬏斠?guī)律的重要問題。底泥被侵蝕后，會以推移質(zhì)和懸移質(zhì)的形式在水體或床面?zhèn)鬏?。以往研究局限于僅考慮懸移質(zhì)部分或總侵蝕率。未能將兩者分開考慮，從而對底泥起懸后的推移質(zhì)和懸移質(zhì)組成缺乏了解。由于底泥侵蝕的實驗不易于在野外進行調(diào)查研究，這類實驗通常在室內(nèi)實驗室進行模擬研究。各類河流和湖泊的底部地形大多高低起伏不定，具有一定坡度，而目前國內(nèi)外各種室內(nèi)實驗水槽大體為水平布置，缺乏了這部分地形坡度模擬的真實性。不同坡度對底泥侵蝕的結(jié)果也存在重要影響，故實驗裝置設(shè)計應(yīng)盡可能反映實際情況。

實用新型內(nèi)容實用新型目的:本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可調(diào)節(jié)坡度的矩形水槽模擬底泥侵蝕和傳輸特征的裝置，該裝置克服了現(xiàn)有技術(shù)中外力不可控，坡度不可調(diào)和維持底泥原狀結(jié)構(gòu)難、缺乏對底泥起懸后推移質(zhì)和懸移質(zhì)組成的了解等問題。技術(shù)方案:本實用新型所述的一種可調(diào)節(jié)坡度的矩形水槽模擬底泥侵蝕和傳輸特征的裝置，包括進水箱、扁長形水槽、出水箱、儲水箱、柱狀泥樣管、推移質(zhì)泥沙捕獲裝置和懸移質(zhì)泥沙收集裝置；所述扁長形水槽的下表面開有進泥孔和出泥孔，所述進泥孔與柱狀泥樣管的一端密封連接，所述出泥孔與推移質(zhì)泥沙捕獲裝置密封連接，所述進水箱及出水箱內(nèi)分別設(shè)有進水箱插槽與出水箱插槽，通過插入進水箱插板與出水箱插板，在所述進水箱及出水箱內(nèi)分別設(shè)有第一溢流水箱和第二溢流水箱，所述儲水箱內(nèi)設(shè)有儲水箱插槽，通過插入儲水箱插板，在所述儲水箱內(nèi)設(shè)有懸移質(zhì)泥沙收集箱，所述懸移質(zhì)泥沙收集箱內(nèi)設(shè)有懸移質(zhì)泥沙收集裝置，所述進水箱設(shè)置有側(cè)面出水口，所述側(cè)面出水口相對于進水箱底面的高度可調(diào)節(jié)，所述側(cè)面出水口與所述扁長形水槽的進水口通過可伸縮橡膠管密封連接，所述扁長形水槽的出水口與所述出水箱的側(cè)面進水口通過可伸縮橡膠管密封連接，所述儲水箱的儲水箱出水口通過水泵及水管與所述進水箱的進水箱進水口連接，所述第一溢流水箱的第一溢流水箱出水口與所述儲水箱的儲水箱進水口連接，所述第二溢流水箱的第二溢流水箱出水口與所述懸移質(zhì)泥沙收集箱的懸移質(zhì)泥沙收集箱進水口連接。通過提升或調(diào)低側(cè)面出水口的高度，帶動可伸縮橡膠管呈現(xiàn)不同的伸縮狀，使得所述扁長形水槽呈現(xiàn)一定的坡度；同時，可通過在所述進水箱和出水箱內(nèi)配置不同高度的進水箱插板和出水箱插板控制扁長形水槽進水口與出水口的水位，同時利用水泵實現(xiàn)水循環(huán)流動，用推移質(zhì)泥沙捕獲裝置和懸移質(zhì)泥沙收集裝置分別收集懸移質(zhì)和推移質(zhì)。進一步完善上述技術(shù)方案，所述進水箱的一側(cè)面為升降插板結(jié)構(gòu)，所述升降插板設(shè)置在進水箱的密封防水插槽中，保證在升降過程中進水箱不漏水，所述升降插板的長度大于進水箱的高度，所述升降插板上開有側(cè)面出水口，通過提升或調(diào)低升降插板的高度，帶動可伸縮橡膠管呈現(xiàn)不同的伸縮狀，使得所述扁長形水槽呈現(xiàn)一定的坡度。進一步地，所述柱狀泥樣管內(nèi)設(shè)置有泥柱，所述泥柱的底部通過活塞連接千斤頂，將泥樣從下向上頂入扁長形水槽的進泥孔。進一步地，所述推移質(zhì)泥沙捕獲裝置為斜板沉淀箱，所述斜板沉淀箱的底板通過螺紋旋接在其底部。進一步地，所述懸移質(zhì)泥沙收集裝置為設(shè)置在懸移質(zhì)泥沙收集箱內(nèi)的細紗網(wǎng)，所述細紗網(wǎng)位于所述移質(zhì)泥沙收集箱進水口的上側(cè)。進一步地，所述扁長形水槽的上表面開有流速測孔，所述流速測孔內(nèi)設(shè)置有旋槳流速儀。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是:(1)利用升降插板調(diào)節(jié)扁長形水槽的坡度，實現(xiàn)了不同坡降底泥侵蝕和傳輸特征的模擬；(2)利用恒定水位差對底泥表面產(chǎn)生恒定的作用力，實現(xiàn)模擬底泥侵蝕效果，克服了外力條件不可控的問題；(3)利用垂向結(jié)構(gòu)未受到擾動的柱狀底泥進行侵蝕實驗，維持了底泥原有特性，表征底泥的實際侵蝕特性；
(4)分別采用不同裝置有效收集底泥起懸后的推移質(zhì)和懸移質(zhì)，區(qū)分侵蝕后底泥在水體或床面運動的懸移質(zhì)和推移質(zhì)的組成和比例，揭示底泥運移特征，同時實現(xiàn)了捕獲樣品的方便收集測量與清洗；(5)可接入旋槳流速儀，精確測量水槽底部流速，實現(xiàn)模擬不同強度水流對底泥的切削作用。

圖1為本實用新型的總體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型所述進水箱示意圖。圖3是本實用新型所述出水箱示意圖。[0018]圖4是本實用新型所述斜板沉淀箱示意圖。圖5是本實用新型所述儲水箱示意圖。
具體實施方式
下面對本實用新型技術(shù)方案進行詳細說明，但是本實用新型的保護范圍不局限于所述實施例。實施例1:如圖1至5所示，一種可調(diào)節(jié)坡度的矩形水槽模擬底泥侵蝕和傳輸特征的裝置，包括進水箱1、扁長形水槽2、出水箱3、儲水箱4、柱狀泥樣管5、推移質(zhì)泥沙捕獲裝置和懸移質(zhì)泥沙收集裝置。所述扁長形水槽2的上表面開有流速測孔22，所述流速測孔22內(nèi)設(shè)置有旋槳流速儀23 ;所述扁長形水槽2的下表面開有進泥孔24和出泥孔25，所述出泥孔25用特定橡皮圈和硅膠與推移質(zhì)泥沙捕獲裝置密封連接，所述推移質(zhì)泥沙捕獲裝置為斜板沉淀箱6，所述斜板沉淀箱6的底板通過螺紋旋接在其底部；所述進泥孔24用特定橡皮圈和硅膠與柱狀泥樣5管密封連接，所述柱狀泥樣管5內(nèi)設(shè)置有泥柱26，所述泥柱26的底部通過活塞27連接千斤頂28，將泥柱26從下向上頂入扁長形水槽2的進泥孔24，頂入速度可以手動控制，其目的是始終保持泥柱26表面與扁長形水槽2底部保持水平或者稍微超出一點，使得泥柱26表面受到水流的水平流動剪切作用，底泥侵蝕速率即為泥柱26的上升高度除以實驗持續(xù)時間。所述進水箱I及出水箱3內(nèi)分別設(shè)有進水箱插槽9與出水箱插槽10，通過插入進水箱插板11與出水箱插板12，在所述進水箱I及出水箱3內(nèi)分別設(shè)有第一溢流水箱13和第二溢流水箱14,所述儲水箱4內(nèi)設(shè)有儲水箱插槽18,通過插入儲水箱插板19,在所述儲水箱4內(nèi)設(shè)有懸移質(zhì)泥沙收集箱20，所述懸移質(zhì)泥沙收集箱20內(nèi)設(shè)有懸移質(zhì)泥沙收集裝置，所述懸移質(zhì)泥沙收集裝置為設(shè)置在懸移質(zhì)泥沙收集箱內(nèi)的細紗網(wǎng)7，所述細紗網(wǎng)7位于所述移質(zhì)泥沙收集箱進水口 21的上側(cè)。所述進水箱I的一側(cè)面為升降插板33結(jié)構(gòu)，所述升降插板33設(shè)置在進水箱I的密封防水插槽34中，所述密封防水插槽34內(nèi)填滿密封防水膠，保證升降插板33在升降過程中進水箱I不漏水，所述升降插板33的長度大于進水箱I的高度，所述升降插板3上開有側(cè)面出水口 15，所述側(cè)面出水口 15與所述扁長形水槽2的進水口通過可伸縮橡膠管密封連接，所述升降插板33上設(shè)有一個手柄35，通過手柄35人工提升或調(diào)低升降插板3的高度，帶動可伸縮橡膠管呈現(xiàn)不同的伸縮狀，使得所述扁長形水槽2呈現(xiàn)一定的坡度，所述扁長形水槽2的出水口與所述出水箱3的側(cè)面進水口 16通過可伸縮橡膠管密封連接，所述儲水箱4的儲水箱出水口 40通過水泵8及水管與所述進水箱I的進水箱進水口 17連接，所述第一溢流水箱13的第一溢流水箱出水口 30與所述儲水箱4的儲水箱進水口 32連接，所述第二溢流水箱14的第二溢流水箱出水口 31與所述懸移質(zhì)泥沙收集箱20的懸移質(zhì)泥沙收集箱進水口 21連接。所述進水箱1、扁長形水槽2、出水箱3、儲水箱4、柱狀泥樣管5、升降插板33和斜板沉淀箱6均采用有機玻璃材質(zhì)。上述可調(diào)節(jié)坡度的矩形水槽模擬底泥侵蝕和傳輸特征的裝置的工作過程為:水流從儲水箱4通過水泵8提升，進入進水箱1，一部分直接經(jīng)過第一溢流水箱13回到儲水箱4 ;一部分經(jīng)過扁長形水槽2和出水箱3，通過溢流到第二溢流水箱14，通過第二溢流水箱出水口 31到懸移質(zhì)泥沙收集箱20，再溢流到儲水箱4，如此循環(huán)運作。所述進水箱I及出水箱3內(nèi)設(shè)置進水箱插槽9與出水箱插槽10，通過插入進水箱插板11與出水箱插板12，在所述進水箱及出水箱內(nèi)設(shè)置有第一溢流水箱13和第二溢流水箱14，利用插入的進水箱插板11與出水箱插板12的高度差和溢流作用，控制進水箱I和出水箱3的恒定水位，實現(xiàn)了在整個測試過程中保持一個常數(shù)水頭差，并且可以通過調(diào)節(jié)進水箱I和出水箱3的水位差值來改變扁長形水槽2內(nèi)的流速。所述進水箱1、扁長形水槽2和出水箱3之間通過可伸縮橡膠管進行固定密封，通過提升或調(diào)低升降插板33的高度，可伸縮橡膠管呈現(xiàn)不同的伸縮狀，使得扁長形水槽2呈現(xiàn)一定的坡度。當調(diào)節(jié)升降插板33上的手柄35時，扁長形水槽2靠近進水箱端隨之移動。手柄35每上升Icm,升降插板上33上的側(cè)面出水口 15隨之上升Icm,進而扁長形水槽2上升1cm，扁長形水槽2每上升Icm即可形成1/L的坡度(L為扁長形水槽的長度)。受到侵蝕而運動的底泥主要是泥沙推移質(zhì)和懸移質(zhì)。沿扁長形水槽底部運動的推移質(zhì)泥沙通過斜板沉淀箱6收集。斜板沉淀箱6內(nèi)置斜板，確保推移質(zhì)泥沙被斜板沉淀箱6捕獲后不再進入水體中。斜板沉淀箱6的底板29通過螺紋連接在其底部，底板29可拆卸，方便清理測量已沉淀的底泥；懸移質(zhì)泥沙收集箱20中部固定細紗網(wǎng)7，過濾沉淀懸移質(zhì)泥沙，水流通過儲水箱插板19進入儲水箱4。本裝置具體操作方法如下:根據(jù)需要模擬的流速設(shè)計進出水位的高度，在進水箱I和出水箱3的插槽中插入相應(yīng)高度的進水箱插板11與出水箱插板12，根據(jù)需要模擬的坡度設(shè)計出升降插板33上手柄35的調(diào)節(jié)高度，水泵8將儲水箱4中的水通過水管提升至進水箱I中，水流流經(jīng)扁長形水槽2，由旋槳流速儀23測得相應(yīng)的流速，水流推動由千斤頂28頂起的泥柱26，表面泥樣受到水流的水平流動剪切作用，發(fā)生侵蝕，推移質(zhì)泥沙到達一定位置時，滑落至斜板沉淀箱6中得以收集，懸移質(zhì)泥沙隨著水流，經(jīng)過出水箱3，進入懸移質(zhì)泥沙收集箱20得以收集，保持進水箱I和出水箱3中的水始終溢流，以維持扁長形水槽2中流速穩(wěn)定的水流，通過第一溢流水箱13和第二溢流水箱14底部的出水口回到儲水箱4中，實現(xiàn)水循環(huán)流動。實驗進行一段時間后，根據(jù)要求計算底泥侵蝕率，分析懸移質(zhì)和推移質(zhì)泥沙的物理化學(xué)性質(zhì)，以及組成比例。如上所述，盡管參照特定的優(yōu)選實施例已經(jīng)表示和表述了本實用新型，但其不得解釋為對本實用新型自身的限制。在不脫離所附權(quán)利要求定義的本實用新型的精神和范圍前提下，可對其在形式上和細節(jié)上作出各種變化。
權(quán)利要求1.一種可調(diào)節(jié)坡度的矩形水槽模擬底泥侵蝕和傳輸特征的裝置，其特征在于，包括進水箱、扁長形水槽、出水箱、儲水箱、柱狀泥樣管、推移質(zhì)泥沙捕獲裝置和懸移質(zhì)泥沙收集裝置；所述扁長形水槽的下表面開有進泥孔和出泥孔，所述進泥孔與柱狀泥樣管的一端密封連接，所述出泥孔與推移質(zhì)泥沙捕獲裝置密封連接，所述進水箱及出水箱內(nèi)分別設(shè)有進水箱插槽與出水箱插槽，通過插入進水箱插板與出水箱插板，在所述進水箱及出水箱內(nèi)分別設(shè)有第一溢流水箱和第二溢流水箱，所述儲水箱內(nèi)設(shè)有儲水箱插槽，通過插入儲水箱插板，在所述儲水箱內(nèi)設(shè)有懸移質(zhì)泥沙收集箱，所述懸移質(zhì)泥沙收集箱內(nèi)設(shè)有懸移質(zhì)泥沙收集裝置，所述進水箱設(shè)置有側(cè)面出水口，所述側(cè)面出水口相對于進水箱底面的高度可調(diào)節(jié)，所述側(cè)面出水口與所述扁長形水槽的進水口通過可伸縮橡膠管密封連接，所述扁長形水槽的出水口與所述出水箱的側(cè)面進水口通過可伸縮橡膠管密封連接，所述儲水箱的儲水箱出水口通過水泵及水管與所述進水箱的進水箱進水口連接，所述第一溢流水箱的第一溢流水箱出水口與所述儲水箱的儲水箱進水口連接，所述第二溢流水箱的第二溢流水箱出水口與所述懸移質(zhì)泥沙收集箱的懸移質(zhì)泥沙收集箱進水口連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)節(jié)坡度的矩形水槽模擬底泥侵蝕和傳輸特征的裝置，其特征在于，所述進水箱的一側(cè)面為升降插板結(jié)構(gòu)，所述升降插板設(shè)置在進水箱的密封防水插槽中，所述升降插板的長度大于進水箱的高度，所述升降插板上開有側(cè)面出水口，通過提升或調(diào)低升降插板的高度，帶動可伸縮橡膠管呈現(xiàn)不同的伸縮狀，使得所述扁長形水槽呈現(xiàn)一定的坡度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)節(jié)坡度的矩形水槽模擬底泥侵蝕和傳輸特征的裝置，其特征在于，所述柱狀泥樣管內(nèi)設(shè)置有泥柱，所述泥柱的底部通過活塞連接千斤頂，將泥樣從下向上頂入扁長形水槽的進泥孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)節(jié)坡度的矩形水槽模擬底泥侵蝕和傳輸特征的裝置，其特征在于，所述推移質(zhì)泥沙捕獲裝置為斜板沉淀箱，所述斜板沉淀箱的底板通過螺紋旋接在其底部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)節(jié)坡度的矩形水槽模擬底泥侵蝕和傳輸特征的裝置，其特征在于，所述懸移質(zhì)泥沙收集裝置為設(shè)置在懸移質(zhì)泥沙收集箱內(nèi)的細紗網(wǎng)，所述細紗網(wǎng)位于所述移質(zhì)泥沙收集箱進水口的上側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)節(jié)坡度的矩形水槽模擬底泥侵蝕和傳輸特征的裝置，其特征在于，其特征在于，所述扁長形水槽的上表面開有流速測孔，所述流速測孔內(nèi)設(shè)置有旋槳流速儀。
專利摘要本實用新型公開一種可調(diào)節(jié)坡度的矩形水槽模擬底泥侵蝕和傳輸特征的裝置，包括進水箱、扁長形水槽、出水箱、儲水箱、柱狀泥樣管、推移質(zhì)泥沙捕獲裝置和懸移質(zhì)泥沙收集裝置；進水箱設(shè)置有側(cè)面出水口，側(cè)面出水口相對于進水箱底面的高度可調(diào)節(jié)，側(cè)面出水口與扁長形水槽的進水口通過可伸縮橡膠管密封連接，扁長形水槽的出水口與出水箱的側(cè)面進水口通過可伸縮橡膠管密封連接；本實用新型(1)利用升降插板調(diào)節(jié)扁長形水槽的坡度，實現(xiàn)了不同坡降底泥侵蝕和傳輸特征的模擬；(2)利用恒定水位差對底泥表面產(chǎn)生恒定的作用力，實現(xiàn)模擬底泥侵蝕效果；(3)利用垂向結(jié)構(gòu)未受到擾動的柱狀底泥進行侵蝕實驗，維持了底泥原有特性，表征底泥的實際侵蝕特性。
文檔編號G01M10/00GK203011668SQ201220725260
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者李一平, 王瑩, 唐春燕, 杜薇, 趙坤, 邱利, 薛偲琦, 王靜雨, 萬榆, 衛(wèi)樸, 欒號, 滑磊, 郝文彬 申請人:河海大學(xué)