[发明专利]坝下河道过饱和气体加速释放研究的实验装置

说明书

技术领域

本发明属于水利水电工程流域，涉及一种坝下河道溶解气体过饱和的实验装置，具体的说是一种坝下河道过饱和气体加速释放研究的实验装置。

背景技术

随着高坝的大量修建，以此带来的环境问题愈益受到关注。高坝泄水过程中，由于泄水水头高、流速大，使大量空气卷吸进入水流，从而形成强掺气水流。当携带大量气泡的水流与坝下水体碰撞并进入深水区时，受紊动作用和水压变化的影响，大量气体释放并溶解于水体，使得水体饱和度增加从而形成过饱和水流。在天然河道中，过饱和气体较难从深水中析出，这样就导致了过饱和气体将随水流输移至河道下游很长的一段距离。河道水体中含有过量的气体，易引发鱼类气泡病，严重威胁它们的生存和繁殖。

影响天然河道水体过饱和气体释放的外界因素众多，主要有：（1）在复杂河道上的天然节点（突缩或突扩的两岸地形）、河道底坡以及人工节点（水下潜坝，两岸丁坝，建在水利工程枢纽下游的生态坝等）的影响下，河流水力特性将发生不同程度的变化，影响水流紊动，进而会影响过饱和气体的释放析出；（2）在气象因素影响下，水体理化特性发生一定程度的变化，尤其是水体水温在一定程度上也会影响坝下河道中过饱和气体的释放速率；（3）天然河流一般夹杂着泥沙颗粒，泥沙颗粒可以在水体中可以作为气体依附的介质，可以使得过饱和气体加速析出聚成小气泡，随后小气泡随水流流动并且上浮至水面进入大气。

目前关于复杂因素对坝下河道中过饱和气体释放的影响机理研究和观测手段都相对匮乏。现有技术常采用原型观测、物理模型实验以及室内装置实验等方法，但由于影响天然河流过饱和气体释放的因素众多，这些研究手段均在不同程度上存在困难和局限性，具体表现在：

（1）原型观测。该方法成本较高，观测极为不便，观测者需到坝体下游河道现场进行数据采集；因过饱和气体会随水流输移至河道下游很长距离，且坝体下泄水体的流量、流速、掺气量、下游水深等诸多物理因素存在不可重复性或不可控制性。

（2）物理模型实验。物理模型实验受场地条件的限制，难以实现开展大比尺模型实验工作；而小比尺物理模型实验又可能会忽略河道两岸边界条件对过饱和气体释放的影响，同时不能较好的解决因相似率问题带来的掺气量少等问题。

（3）室内装置实验模拟。现有技术的思路主要是针对流动性（水槽实验）或非流动性（搅拌实验）的水体，测量水流紊动、泥沙等与气体释放的关系；以上手段不能体现复杂河道形态及水利工程对过饱和气体释放的影响，也不能模拟水沙动态分布对过饱和气体释放的影响过程，因而很难根据该传统技术进行针对气体过饱和加速释放措施的深入开发。

因此，需要设计一种新型实验装置来弥补已有技术不足，能够准确测量水体紊动、泥沙、河道节点边界、水温等因素对坝下河道中过饱和气体释放的影响，为设计过饱和气体加速释放措施提供技术支撑。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种坝下河道过饱和气体加速释放研究的实验装置，满足不同紊动强度、不同泥沙组分、不同河道节点边界、不同温度条件下测量研究各因素与过饱和气体释放间的关系，且可以实现水体的循环利用，节约人力和财力，提高整体实验效率。

技术方案：本发明所述的坝下河道过饱和气体加速释放研究的实验装置，包括依次连接的循环水池、变频水泵、高压釜、可变坡的恒温水槽和沉砂池，所述沉砂池的出水口与所述循环水池进水口连接形成水循环；所述循环水池和可变坡度的恒温水槽的顶端均为敞口，与大气相连。

所述高压釜还与向所述高压釜输入氧气的供气箱连接；所述高压釜上设置有调节气阀、安全气阀、气压表以及总溶解气体测定仪；

所述恒温水槽的两侧壁顶部设置有输沙箱；所述恒温水槽中还设置有紊动加速装置、节点模型、前端总溶解气体测定仪、后端总溶解气体测定仪、前端ADV三维流速测量仪和后端ADV三维流速测量仪，所述紊动加速装置悬设在所述恒温水槽中，所述节点模型固定在所述恒温水槽的底部；所述前端总溶解气体测定仪和所述前端ADV三维流速测量仪设置在所述恒温水槽内的进水口处；所述后端总溶解气体测定仪和所述后端ADV三维流速测量仪设置在所述恒温水槽内的出水口处；所述恒温水槽的底部中央设置有温度控制仪。

优选地，所述恒温水槽的两侧壁顶部为弧形轨道，所述输沙箱沿所述弧形轨道滑动。

优选地，所述输沙箱由金属材料制成，它的上部为长方体，下部为梯形台；输沙箱可自由在弧形轨道滑动。所述输沙箱底部设有拦沙板，拦沙板的外拉板上标有刻度，可以调节控制漏沙口的开度；所述输沙箱上设置有电子称重器和重量传感器，可测定输沙箱内泥沙的重量。