[发明专利]一种模拟往复流河道原位底泥再悬浮的装置及其模拟工艺

权利要求书

1.一种模拟往复流河道原位底泥再悬浮的装置，包括上游流量水位控制装置、水槽装置、下游潮汐模拟控制装置、实验平台自动控制装置，其特征在于：上游流量水位控制装置包括第一进水管（1）、上游水位控制水箱（6）、上游回流模拟水箱（3）、第一虹吸回流管（5）、第一出水管（11），所述第一进水管（1）一端设于上游回流模拟水箱（3）内，第一虹吸回流管（5）一端设于上游回流模拟水箱（3）内，另一端设于上游水位控制水箱（6）内，所述第一进水管（1）上设有第一进水管阀门（2），所述第一虹吸回流管（5）上设有第一虹吸回流管阀门（4）；水槽装置包括水槽本体（12）、底泥槽（17）、流速测量仪（15）、浊度仪（14）、至少2个取样口（19），所述底泥槽（17）为倾斜度至少20°斜坡的凹槽，且对称地位于水槽本体（12）中间底部位置，所述流速测量仪（15）和浊度仪（14）设于在底泥槽（17）上方固定在水槽上，所述取样口（19）位于水槽本体（12）上，其中一个靠近上游水位控制水箱（6）0.5-1.5m处；下游潮汐模拟控制装置包括潮汐水位控制水箱（20）、第二虹吸回流管（38）、潮汐回流模拟水箱（34）、回流水箱（26）、溢水管（28）、变频水泵（29）、第二进水管（35）、第二出水管（25），且潮汐水位控制水箱（20）通过水槽本体（12）与上游水位控制水箱（6）连通，所述第二虹吸回流管（38）一端设有潮汐回流模拟水箱（34）内，另一端设于潮汐水位控制水箱（20）内，所述第二虹吸回流管（38）上设有第二虹吸回流管阀门（37），所述第二进水管（35）一端设于潮汐回流模拟水箱（34）内，所述第二进水管（35）上设有第二进水管阀门（36），所述第二出水管（25）设于潮汐水位控制水箱（20）下方连通回流水箱（26），所述回流水箱（26）通过第一出水管（11）与上游水位控制水箱（6）连通，一端连有变压水泵（29），变压水泵（29）通过第一回流水管（31）和第二回流水管（33）分别连通上游回流模拟水箱（3）和潮汐回流模拟水箱（34），所述第一回流水管（31）上设有第一回流管阀门（30），所述第二回流水管（33）上设有第二回流水管阀门（32）；实验平台自动控制装置包括第一电阻式液位计（13）、第二电阻式液位计（18）， 以及由第一拉索（8）、第二拉索（22）连接的第一直流无刷电机（7）、第二直流无刷电机（21）和第一活动拉板（10）、第二活动拉板（24），所述第一直流无刷电机（7）通过第一拉索（8）连接第一活动拉板（10），所述第一活动拉板（10）位于上游水位控制水箱（6）内，所述第二直流无刷电机（21）通过第二拉索（22）连接第二活动拉板（24），所述第二活动拉板（24）位于潮汐水位控制水箱（34）内，所述第一电阻式液位计（13）和第二电阻式液位计（18）分别距上游水位控制水箱（6）和潮汐水位控制水箱（20）15-25cm处，固定于水槽本体（12）底部，所述第一活动拉板（10）两侧设有一对第一护板（9），所述第二活动拉板（24）设有一对第二护板（23）。

2.根据权利要求1所述的模拟往复流河道原位底泥再悬浮的装置，其特征在于：取样口（19）为4个，其中2个位于距离上游水位控制水箱（6）和潮汐水位控制水箱（20）0.5-1.5m的位置，另2个均位于底泥槽（17）上方。

3.根据权利要求1所述的模拟往复流河道原位底泥再悬浮的装置，其特征在于：所述的斜坡的坡高10厘米，长40厘米。

4.根据权利要求1所述的模拟往复流河道原位底泥再悬浮的装置，其特征在于：水槽本体（12）上口镂空状。

5.权利要求1所述的模拟往复流河道原位底泥再悬浮的装置的模拟工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，底泥准备：采集未扰动的底泥（16），然后将采集的未扰动底泥（16）置于底泥槽（17）中备用；

步骤2，上覆水准备：利用虹吸法向水槽本体（12）中加入的大于20cm深度的清水，静置10-14h；

步骤3，流速测量仪和浊度仪装配：将流速测量仪（15）置于水槽本体（12）中底泥槽（17）上方，距底泥（16）顶部5cm-10cm，并与水槽本体（12）上方升降平台相连，将浊度仪（14）置于流速测量仪（15）旁边，与升降平台相连；

步骤4，单向流模拟方式：先对第一电阻式液位计（13）和第二电阻式液位计（18）进行标定；将实测上、下游水位通过垂直比尺转为实验水位，输入计算机；开启第一进水管阀门（2）让上游回流模拟水箱（3）中水位上升至第一虹吸回流管（5）高度时，开启第一虹吸回流管阀门（4）水沿着第一虹吸回流管（5）流入上游水位控制水箱（6）中，使上游水位控制水箱（6）的水位达到第二护板（23）的高度，此时关闭第一进水管阀门（2）和第一虹吸回流管阀门（4），等到水位平静之后，开启第一进水管阀门（2）、第一虹吸回流管阀门（4）、变频水泵（29）和第一回流水管阀门（30），并且开始运行水槽本体（12）的水流运行程序，使水流向潮汐水位控制水箱（20）方向流动，由计算机发出信号，调节第一活动拉板（10）和第二活动拉板（24）控制上游水位控制水箱（6）和潮汐水位控制水箱（20）的水位；

步骤5，潮汐往复流模拟方式： 关闭第一回流水管阀门（30）、开启第二回流水管阀门（32），用变频水泵（29）将回流水箱（26）中的水经第二回流水管（33）抽入至潮汐回流模拟水箱（34），同时开启第二进水管（35）上的第二进水管阀门（36）流入了潮汐回流模拟水箱（34），直至潮汐回流模拟水箱（34）水位超过第二虹吸回流管（38），此时，调小第二进水管阀门（36）和变频水泵（29），然后打开第二虹吸回流管阀门（37），潮汐回流模拟水箱（34）的水通过第二虹吸回流管（38）进入潮汐水位控制水箱（20），使得潮汐水位控制水箱（20）的水位升高，并且第二直流无刷电机（21）根据潮汐水位控制水箱（20）中水位调节第二活动拉板（24）高度，使潮汐水位控制水箱（20）中的水位升高，使水槽本体（12）的水向上回流，当模拟到大潮涨停时间时，关闭第二虹吸回流管阀门（37）、第二进水管阀门（36）和第二回流水管阀门（32），虹吸遭到破坏，水流停止，模拟大潮涨停以后，打开第一回流水管阀门（30），将回流水箱（26）中的水经第一回流水管（31）后泵入上游回流模拟水箱（3），其中潮汐水位控制水箱（20）中水通过第二活动拉板（24）调节后，从第二出水管（25）流入回流水箱（26），直至潮汐水位控制水箱（20）的水位下降至模拟潮汐最低落潮水位，此时为大潮落停，如此循环调节第一回流水管阀门（30）、第二回流水管阀门（32）、第二进水管阀门（36）、第二虹吸回流管阀门（37）和变频水泵（29）来多次模拟涨潮、落潮；

步骤6，水样测定：通过取样口（19），采取单向流时期、潮汐模拟涨潮时期、潮汐落潮时期的水样，并采集底泥（16）上方取样口上、中、下三层的水样，并记录浊度仪（14）和流速测量仪（15）中的数据。