[发明专利]水利工程影响下的水华生消多功能实验研究系统及运行方法

摘要

本发明公开一种水利工程影响下的水华生消多功能实验研究系统，包括预处理系统、动水循环实验台、动水调控系统和监测分析系统。预处理系统用于为动水循环实验台提供不同背景浓度的含藻实验用水；动水循环实验台用于实现平滑连续水流环境下的藻类无损生长环境；动水调控系统根据实验中设定的上、下游水利工程调度工况，通过调节供水槽的供水流量模拟出河道型水库上、下游水利工程来流流量变化过程；监测分析系统包括水位传感器、流速仪、流量计、视频传感器、叶绿素荧光仪和计算机。本发明可用于定量实验研究水利工程影响下复杂水动力条件变化、动水条件下藻类生长变化、上下游单个或梯级水利工程优化调度抑制水华效果分析与预测等多种功能。

主权项

一种水利工程影响下的水华生消多功能实验研究系统，其特征在于：包括预处理系统（1）、动水循环实验台（2）、动水调控系统（3）和监测分析系统（4），其中：所述预处理系统（1）用于为动水循环实验台（2）提供不同背景浓度的含藻实验用水，包括含藻水培养单元（1001）、底质水存储单元（1002）、实验用水配合单元（1003）和输水单元（1004）；所述含藻水培养单元（1001）为藻类培养器，由透明培养罐、磁性搅动器、照明单元、充气泵和培养控制器组成，通过输水单元（1004）向实验用水配合单元（1003）提供叶绿素浓度为c的含藻水，c不低于0.3mg/L；所述底质水存储单元（1002）为储水罐，与含藻水培养单元（1001）并联，通过输水单元（1004）向实验用水配合单元（1003）提供不含藻类的底质水，所述底质水为洁净水或含有一定氮浓度和一定磷浓度的水体；所述实验用水配合单元（1003）为封闭水箱，前侧有两个进水口，分别通过输水单元（1004）与含藻水培养单元（1001）和底质水存储单元（1002）相连，后侧有一个出水口，通过输水单元（1004）与动水循环实验台（2）相连；所述动水循环实验台（2）用于实现平滑连续水流环境下的藻类无损生长环境，包括无损循环系统、升降系统和动力系统；所述无损循环系统由两个首尾连通、并行安置的装置组成，每一个装置依次包括：蓄水槽（2001）、蓄水槽连接段（2002）、供水槽（2003）、供水槽连接段（2004）、试验水槽（2005）、试验水槽连接段（2006）；所述的试验水槽连接段（2006）又与另一装置的蓄水槽（2001）连接，形成循环；其中每一个装置所含的供水槽（2003）有两个，并排安置；所述升降系统包括蓄水槽位置感应器（2011）、供水槽位置感应器（2012）、试验水槽位置感应器（2013）、供水槽水位感应器（2014）、供水槽固定板（2015）及供水槽升降装置（2016）；所述动力系统包括供水槽活动底板（2021）、活动底板位置感应器（2022）和活动底板升降装置（2023）；所述蓄水槽（2001）的蓄水能力大于两个供水槽（2003）的蓄水能力之和，蓄水槽（2001）与蓄水槽连接段（2002）连接的一侧设有两个并行的蓄水槽闸门（2101），可在竖向方向控制升降，其位置分别与并列的两个供水槽（2003）相对；所述蓄水槽连接段（2002）固接在蓄水槽底板和蓄水槽闸门（2101）的下游处，过流表面采用流线型，下游末端装有供水槽位置感应器（2012）；所述供水槽连接段（2004）设置在试验水槽（2005）靠近供水槽（2003）的一端，通过导轨与滚轮的作用可在竖直方向上调整位置，过流表面采用流线型；所述试验水槽连接段（2006）设置在试验水槽（2005）靠近另一组的蓄水槽（2001）的一端，通过导轨与滚轮的作用可在竖直方向上调整位置，过流表面采用流线型；所述两个供水槽（2003）并列设置，靠向试验水槽（2005）一侧设有供水槽闸门（2102），可在竖向方向控制升降，靠向蓄水槽（2001）的一侧顶部设有蓄水槽位置感应器（2011），靠向试验水槽（2005）的一侧顶部设有试验水槽位置感应器（2013），供水槽（2003）的侧板内壁设有供水槽水位感应器（2014）、活动底板位置感应上限点（2201）及活动底板位置感应下限点（2202）；所述试验水槽（2005）底部设有可调螺栓，可根据要求对水槽底部坡降进行调节，试验水槽（2005）靠近供水槽（2003）的一端，顶部设有两个供水槽位置感应器（2012）分别对应两个供水槽（2003）；所述供水槽固定板（2015）与下方的供水槽升降装置（2016）固接，供水槽固定板（2015）上安置有活动底板升降装置（2023），所述的供水槽活动底板（2021）与下方的活动底板升降装置（2023）固定连接，所述供水槽活动底板（2021）的边缘设有活动底板位置感应器（2022）；所述动水调控系统（3）包括上游水利工程模拟单元（3001）和下游水利工程模拟单元（3002），直接选用动水循环实验台（2）的部分组件构成；所述上游水利工程模拟单元（3001）由位于试验水槽（2005）来流方向上游的、所述动水循环实验台（2）的供水槽（2003）及供水槽闸门（2102）构成，可根据实验中设定的上游水利工程调度工况，通过调节供水槽（2003）的供水流量模拟出河道型水库上游水利工程来流流量变化过程；所述的下游水利工程模拟单元（3002）由位于试验水槽（2005）水流方向下游的、所述动水循环实验台（2）的蓄水槽（2001）及蓄水槽闸门（2101）构成，可根据实验工况设定的下游水利工程调度工况，通过调节供水槽（2003）的供水流量模拟出河道型水库下游水利工程出流量变化过程；所述监测分析系统（4）包括若干个水位传感器（4001）、流速仪（4002）、流量计（4003）、视频传感器（4004）和叶绿素荧光仪（4005），通过线路与计算机（4006）相连接；所述流量计（4003）用于实时监控试验水槽（2005）内的水位、流速和流量变化，等距布置在试验水槽（2005）的内侧壁，相同仪器的间距D≤0.2m；所述视频传感器（4004）设置在试验水槽（2005）的上方和外侧，用于采集试验水槽（2005）内整体流态与水华表观视频信号；所述叶绿素荧光仪（4005）设置在试验水槽（2005）的上方，用于测量试验水槽（2005）内水利工程影响下的叶绿素浓度时空变化。