一种波浪与湖流共同作用下模拟底泥侵蚀和传输特征的水槽装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种波浪与湖流共同作用下模拟底泥侵蚀和传输特征的水槽装置，包括进水箱、扁长形水槽、出水箱、储水箱、柱状泥样管、推移质泥沙捕获装置、悬移质泥沙收集装置和波浪产生装置；通过同时用电脑控制装置和电动机带动造波推板往复运动，从而产生特定波形，进水箱和出水箱通过配置不同高度的插板控制水槽进出口水位，用千斤顶将垂向结构未受到扰动的柱状泥样顶入水槽，泥样表面发生侵蚀，用泥沙收集装置分别收集悬移质和推移质，模拟底泥侵蚀特征，揭示底泥床面运移特征，克服了外力条件不可控、无波浪模拟和很难维持底泥原状结构的问题。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及浅水湖泊和河流系统水体生态环境模拟
，具体涉及一种波浪与湖流共同作用下模拟底泥侵蚀和传输特征的水槽装置。
技术介绍
水动力作用下湖泊或河道沉积物容易发生侵蚀、再悬浮，该过程会引起表层沉积物营养盐的释放、生物数量的变化等。底泥表面侵蚀率定义为单位面积底床在单位时间内的底泥侵蚀量。河床切应力是粘性泥沙研究中的重要参数，它直接决定了底泥被侵蚀的深度。然而，确定河床切应力、控制外力条件是十分困难的。目前，模拟对底泥侵蚀的室内模拟主要有震荡法、波浪水槽法和环形水槽法。震荡法是在三角瓶中装入一定量沉积物和水样，以震荡频率模拟水动力大小。该方法简单易于控制条件且可多组平行，但是体积过小，不能很好的描述底泥侵蚀随风浪增强而递增的趋势。波浪水槽和环形水槽法是采用机械方法产生上覆水的定向流动使底泥发生悬浮。这些方法易于控制条件，但是实验底泥的原状性受到一定破坏，较浅的上覆水与湖泊实际情况差异较大。保持沉积物的原状性非常重要，它不仅关系到暴露于上覆水的界面及其结构的变化影响再悬浮的结果，并且对营养物质的释放量也产生至关重要的影响。在底泥侵蚀实验中，装置的选取及设计至关重要，对结果产生重要影响。故实验装置设计应尽量能够反映实际情况。泥沙在床面(床面层或底层)共有四种状态，即静止、滚动、跳跃和悬浮。其中静止称为床沙，滚动与跳跃称为推移质，悬浮称为悬移质。通常在河流或湖泊上游被侵蚀的底泥会影响到下游水体的水环境特征。故研究侵蚀后底泥的推移质和悬移质的比例、运移特征是了解沉积物在水体或床面传输规律的重要问题。底泥被侵蚀后，会以推移质和悬移质的形式在水体或床面传输。以往研究局限于仅考虑悬移质部分或总侵蚀率。未能将两者分开考虑，从而对底泥起悬后的推移质和悬移质组成缺乏了解。由于底泥侵蚀的实验不易于在野外进行调查研究，这类实验通常在室内实验室进行模拟研究。水动力作用的产生机理主要有波浪和湖流的作用，在实际情况中水流的扰动情况往往受控于波流共同作用。因此，为了使实验情况尽量符合实际，本装置设计了一种可令波流共同作用于底泥的水槽。
技术实现思路
技术目的本技术的目的在于克服上述缺陷，提供了一种波浪与湖流共同作用下模拟底泥侵蚀和传输特征的水槽装置，该装置克服了现有技术中外力不可控，无波流模拟和维持底泥原状结构难、缺乏对底泥起悬后推移质和悬移质组成的了解等问题。技术方案本技术所述的一种波浪与湖流共同作用下模拟底泥侵蚀和传输特征的水槽装置，包括进水箱、扁长形水槽、出水箱、储水箱、柱状泥样管、推移质泥沙捕获装置、悬移质泥沙收集装置和波浪产生装置，所述扁长形水槽的底面分别开有进泥孔和出泥孔，所述出泥孔位于进泥孔的两侧，所述柱状泥样管与进泥孔密封连接，所述出泥孔与推移质泥沙捕获装置密封连接，所述波浪产生装置设置在扁长形水槽的两端，所述波浪产生装置包括造波推板、驱动机构和控制装置，所述驱动机构带动造波推板在扁长形水槽内作活塞式运动，所述控制装置与驱动机构连接，所述进水箱及出水箱内分别设置有插槽，通过插入插板，在所述进水箱及出水箱内设置有第一溢流水箱和第二溢流水箱，所述进水箱的底端出水口与所述扁长形水槽的进水口连接，所述扁长形水槽的出水口与所述出水箱的底端进水口连接，所述储水箱通过水泵与所述进水箱的进水箱进水口连接，所述储水箱内设置有插槽，通过插入溢流板，在所述储水箱内设置有悬移质泥沙收集箱，所述悬移质泥沙收集箱内设置有悬移质泥沙收集装置，所述第一溢流水箱的第一溢流水箱出水口与所述储水箱的储水箱进水口连接，所述第二溢流水箱的第二溢流水箱出水口与所述悬移质泥沙收集箱的悬移质泥沙收集箱进水口连接。进一步完善上述技术方案，所述驱动机构包括电动机、螺旋杆、螺口和推杆；电动机带动螺旋杆正反往复转动，螺旋杆带动与螺口相连的推杆前后运动，推杆带动造波推板前后往复移动，所述控制装置与电动机连接。进一步，所述柱状泥样管内设置有泥柱，所述泥柱的底部通过活塞连接千斤顶，将泥样从下向上顶入扁长形水槽的进泥孔。进一步，所述推移质泥沙捕获装置为斜板沉淀箱，所述斜板沉淀箱的底板通过螺纹旋接在其底部。进一步，所述悬移质泥沙收集装置为设置在悬移质泥沙收集箱内的细纱网，所述细纱网位于悬移质泥沙收集箱进水口的上端。进一步，所述扁长形水槽的上表面开有流速测孔，所述流速测孔内设置有旋桨流速仪。上述装置的工作原理为通过电动机带动螺旋杆往复移动，进而推动造波推板产生波浪，进水箱与出水箱通过配置不同高度的插板控制水槽进出口水位，产生恒定水位差，用水泵实现水循环流动，流速仪通过水槽上部的测孔接入，用千斤顶手动将垂向结构未受到扰动的柱状泥样顶入水槽，使泥样表面受到水流作用，发生侵蚀，用推移质泥沙捕获装置和悬移质泥沙收集装置分别收集侵蚀后底泥的悬移质和推移质，实现波流共同作用下底泥侵蚀和传输特征的模拟。本技术与现有技术相比，其有益效果是(1)利用电动机带动造波推板往复运动，实现了波浪的产生。(2)利用恒定水位差对底泥表面产生恒定的作用力，实现模拟底泥侵蚀效果，克服了外力条件不可控的问题。(3)利用垂向结构未受到扰动的柱状底泥进行侵蚀实验，维持了底泥原有特性，表征底泥的实际侵蚀特性。(4)分别采用不同装置有效收集底泥起悬后的推移质和悬移质，区分侵蚀后底泥在水体或床面运动的悬移质和推移质的组成和比例，揭示底泥运移特征，同时实现了捕获样品的方便收集测量与清洗。(5)可接入旋桨流速仪，精确测量水槽底部流速，实现模拟不同强度水流对底泥的切削作用。附图说明图1是本技术结构示意图。图2是所述波浪产生装置示意图。图3是所述进水箱示意图。图4是上述出水箱示意图。图5是所述推移质泥沙捕获装置示意图。图6是所述储水箱示意图。图中1、进水箱；2、扁长形水槽；3、出水箱；4、储水箱；5、柱状泥样管；6、推移质泥沙捕获装置；7、悬移质泥沙收集装置箱；8、造波推板；9、第一溢流箱；10、第二溢流箱；11、旋桨式流速仪；12、千斤顶；13、活塞；14、千斤顶底座；15、水泵；16、插槽；17、插板；18、细纱网；19、溢流板；20、斜板；21、带螺纹的底板；22、电动机；23、螺旋杆；24、螺口 ；25、推杆；26、进水箱的底端出水口 ；27、出水箱的底端进水口 ；28、第一溢流水箱出水口 ；29、第二溢流水箱出水口 ；30、储水箱出水口 ；31、进水箱进水口 ；32、储水箱进水口 ；33、悬移质泥沙收集装置箱进水口。具体实施方式下面对本技术技术方案进行详细说明，但是本技术的保护范围不局限于所述实施例。如图1至6所示，一种波浪与湖流共同作用下模拟底泥侵蚀和传输特征的水槽装置，由进水箱1、扁长形水槽2、出水箱3、储水箱4、柱状泥样管5、推移质泥沙捕获装置6、悬移质泥沙收集装置7和波浪产生装置构成，其中进水箱1、扁长形水槽2、出水箱3、储水箱4、柱状泥样管5、推移质泥沙捕获装置6、悬移质泥沙收集装置均采用透明有机玻璃材质。扁长形水槽2的底面分别开有I个进泥孔和2个出泥孔，所述出泥孔位于进泥孔的两侧，所述柱状泥样管5与进泥孔通过特定橡皮圈和硅胶密封连接，所述出泥孔与推移质泥沙捕获装置6通过特定橡皮圈和硅胶密封连接，所述波浪产生装置设置在扁长形水槽I的两端，所述波浪产生装置包括造波推板本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种波浪与湖流共同作用下模拟底泥侵蚀和传输特征的水槽装置，其特征在于，包括进水箱、扁长形水槽、出水箱、储水箱、柱状泥样管、推移质泥沙捕获装置、悬移质泥沙收集装置和波浪产生装置，所述扁长形水槽的底面分别开有进泥孔和出泥孔，所述出泥孔位于进泥孔的两侧，所述柱状泥样管与进泥孔密封连接，所述出泥孔与推移质泥沙捕获装置密封连接，所述波浪产生装置设置在扁长形水槽的两端，所述波浪产生装置包括造波推板、驱动机构和控制装置，所述驱动机构带动造波推板在扁长形水槽内作活塞式运动，所述控制装置与驱动机构连接，所述进水箱及出水箱内分别设置有插槽，通过插入插板，在所述进水箱及出水箱内设置有第一溢流水箱和第二溢流水箱，所述进水箱的底端出水口与所述扁长形水槽的进水口连接，所述扁长形水槽的出水口与所述出水箱的底端进水口连接，所述储水箱通过水泵与所述进水箱的进水箱进水口连接，所述储水箱内设置有插槽，通过插入溢流板，在所述储水箱内设置有悬移质泥沙收集箱，所述悬移质泥沙收集箱内设置有悬移质泥沙收集装置，所述第一溢流水箱的第一溢流水箱出水口与所述储水箱的储水箱进水口连接，所述第二溢流水箱的第二溢流水箱出水口与所述悬移质泥沙收集箱的悬移质泥沙收集箱进水口连接。...

【技术特征摘要】
1.一种波浪与湖流共同作用下模拟底泥侵蚀和传输特征的水槽装置，其特征在于，包括进水箱、扁长形水槽、出水箱、储水箱、柱状泥样管、推移质泥沙捕获装置、悬移质泥沙收集装置和波浪产生装置，所述扁长形水槽的底面分别开有进泥孔和出泥孔，所述出泥孔位于进泥孔的两侧，所述柱状泥样管与进泥孔密封连接，所述出泥孔与推移质泥沙捕获装置密封连接，所述波浪产生装置设置在扁长形水槽的两端，所述波浪产生装置包括造波推板、驱动机构和控制装置，所述驱动机构带动造波推板在扁长形水槽内作活塞式运动，所述控制装置与驱动机构连接，所述进水箱及出水箱内分别设置有插槽，通过插入插板，在所述进水箱及出水箱内设置有第一溢流水箱和第二溢流水箱，所述进水箱的底端出水口与所述扁长形水槽的进水口连接，所述扁长形水槽的出水口与所述出水箱的底端进水口连接，所述储水箱通过水泵与所述进水箱的进水箱进水口连接，所述储水箱内设置有插槽，通过插入溢流板，在所述储水箱内设置有悬移质泥沙收集箱，所述悬移质泥沙收集箱内设置有悬移质泥沙收集装置，所述第一溢流水箱的第一溢流水箱出水口与所述储水箱的储水箱进水口连接，所述第二溢流水箱的第二溢流水箱出水口与所述悬移质泥沙收集箱的悬...

【专利技术属性】
技术研发人员：李一平，唐春燕，王莹，滑磊，郝文彬，杜薇，赵坤，陈平，王静雨，万榆，邱利，薛偲琪，卫朴，栾号，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：实用新型
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