[发明专利]一种实验水槽泥沙床面整平方法及其装置

说明书

本发明公开了一种实验水槽泥沙床面整平方法及其装置，其系统至少包括一个装有泥沙和水的玻璃水槽（6）以及设置在该玻璃水槽（6）其中一端外面的激光器（13），并包括设置在该玻璃水槽（6）中的一个高度可调的“工”形刀片（3）及与该“工”形刀片（3）相连的水准仪（4）。其方法主要是通过可调整高度的水平刀片去推平沙床，同时采用水平激光定位和校准沙床平整度，从而获得一致性很高的平整泥沙床面。本发明可以高精度地确定沙床水位位置和控制沙床的平整高达到1毫米误差范围；本发明还可以根据水槽不同的宽度，制作不同宽度的“工”形刀片，对实验室水槽具有广泛适用性。

技术领域

本发明涉及水利工程、环境工程和海洋工程实验室中进行环境泥沙实验的试验水槽泥沙床面整平技术领域。

背景技术

在河床形态演变、推移质输移、动床模型试验等实验研究中，需要平整泥沙床面作为初始条件，若床面不平整不仅影响初始条件，而且试验影响精度。

如《河海大学科技情报》1986年S2期，《平整床面上水流与泥沙的相互作用》，N.柯巴亚西S.N.苏郁伟族。该文建立了可冲河槽中水流和泥沙相互作用的数学模型。模型是建立在水流和泥沙的质量和动量守恒基础上的。模型描述了水流与泥沙之间的相互作用以及床面附近运动沙粒之间的相互作用。通过分析,得到了在宽浅明渠平整床面情况下的流速和含沙量沿垂线分布。从分析中还得到了由于沙粒粗糙和泥沙运动综合影响下的阻力系数和输沙率。在平整床面情况下,用该模型计算的结果与现有试验资料相比是吻合的。计算的粗沙输沙率与梅叶—彼得(Meyer-Peter)和穆勒(Müller)公式是一致的。然而仍需要精确的平整床面情况下的流速和含沙量实测资料来严格验证该文所建立的模型。

目前，平整泥沙床面，往往采用人工用刀片或薄板凭感觉推平，对于几十米或上百米的长水槽，不仅工作量大，而且很难做到纵向达到一致的平整度。

发明内容

本发明要解决的是实验水槽的泥沙初始床面整平工作的问题，从而能针对几十米或上百米的长水槽做到纵向达到一致的平整度。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

首先，本发明基于这样一种实验水槽泥沙床面整平方法，该方法是通过可调整高度的水平刀片去推平沙床，同时采用水平激光定位和校准沙床平整度，从而获得一致性很高的平整泥沙床面。

具体而言，该方法采用一种实验水槽泥沙床面整平系统，该系统结构至少包括如下部件：一个水槽，一块“工”形刀片、一个水准仪、一个激光器、两个滚轮、两根垂直连接杆和一根水平连接杆；该方法包括如下步骤：

步骤1：向水槽内加入水，然后倒入泥沙；水位慢慢增加，泥沙一层层铺高，直至泥沙厚度略高于所需要的泥沙厚度；

步骤2：采用木板刮平泥沙床面；

步骤3：在水槽的一端安置激光器，确定预先需要平整床面的高程位置，调节激光器高度与已确定床面高程重合，打开激光器，向另一端发射水平激光线；

步骤4：安置滚轮与水平连接杆在水槽两侧，放置“工”形刀片到泥沙床面，调节左右两个垂直连接杆相对位置，使得“工”形刀片上的水准仪居中水平，同时“工”形刀片的下边缘与激光线正中对齐；

步骤5：握紧滚轮的水平连接杆和“工”形刀片的水平连接杆的前端拉手，上下同步缓慢拉动整个整平系统，从而沿水槽纵向推平沙床；

步骤6：若刀片前面的多余沙堆积接近刀片上边缘，则清除多余泥沙到水槽外部，继续推平沙床，直至水槽另一端；

步骤7：完成第一遍拉平沙床后，若局部仍不平或凹陷，可以在“工”形刀片前面加入一定量的泥沙，继续第二次拉平，直至整个沙床完全水平。