CN103743591B - 一种泥沙溶液采样装置及采样方法 - Google Patents

一种泥沙溶液采样装置及采样方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种泥沙溶液采样装置及采样方法，该装置包括进水口（1）、L形圆管（2）、固定装置（3）、橡胶管（4）和装在橡胶管出口处的控制阀门（5）；所述L形圆管（2）的水平端口与进水口（1）相连，竖直端口与橡胶管（4）相连；所述L形圆管（2）的竖直部固定在固定装置（3）上并能够上下移动。本发明的方法是将L形圆管（2）的水平部正对来流方向，通过固定装置（3）使进水口（1）到达采样点的位置，调节控制阀门（5）以保证进水口（1）的流速与周围水流流速一致，准确完成泥沙溶液采样。本发明能够减小对水流的干扰，显著提高泥沙浓度的测量精度，对挟沙水流中悬移质问题的研究具有重要意义。

Description

一种泥沙溶液采样装置及采样方法
技术领域
本发明涉及一种泥沙溶液采样装置及采样方法，属于水流测量技术领域。
背景技术
泥沙浓度测量是水文要素观测及挟沙水流研究中一项重要的内容，对于进行输沙量计算、悬移质垂线分布规律等问题的研究时必不可少的。泥沙浓度的测量方法总体可分为采样法和非采样法，采样法虽然效率不高，但是能够保证较高的测量精度。利用振动法、光电法、射线法、超声法、激光法等非采样法可能效率较高，但是受到泥沙颗粒及水流特性等多种因素影响，测量精度难以保证，通常需要利用采样法进行率定。
由于水流紊动及泥沙颗粒特性的影响，悬移质泥沙在挟沙水流中可能有不同的垂线分布型式，不同的分布型式差别不大。因此，在对挟沙水流中悬移质问题进行研究时，需要利用采样法准确测量泥沙浓度，由于采样器直接接触水流，不可避免地对水流产生干扰，进而产生测量误差，传统采样器的大小及形状没有进行优化，采样的方法也不一定不合理，产生的误差更大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种泥沙溶液采样装置及采样方法，能够减小对水流的干扰，显著提高泥沙浓度的测量精度，对挟沙水流中悬移质问题的研究具有重要意义。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种泥沙溶液采样装置，该装置包括进水口、由水平部和竖直部相连组成的L形圆管、固定装置、橡胶管和装在橡胶管出口处的控制阀门；所述L形圆管的水平部端口与进水口相连，竖直部端口与橡胶管相连；所述L形圆管的竖直部固定在固定装置上并能够上下移动；所述L形圆管的竖直部带有刻度，所述固定装置带有指针，所述固定装置的指针指向所述L形圆管的竖直部的刻度，将指针指向的刻度值和泥沙溶液液面距离指针位置的高度值作差，即得到实际采样位置的深度值，实现采样位置的精确定位。
作为本发明的一种优选方案，所述L形圆管是内径为6mm的不锈钢材质的引流管。
作为本发明的一种优选方案，所述L形圆管的水平部长度为20cm。
作为本发明的一种优选方案，所述进水口设计为扁平形状，宽高比为3:1。
本发明还提出一种采用上述一种泥沙溶液采样装置进行的采样方法：将L形圆管的水平部正对来流方向，通过固定装置使进水口到达采样点的位置，调节控制阀门以保证进水口的流速与周围水流流速一致，准确完成泥沙溶液采样。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，可以显著减小对采样点流场的干扰。水平管正对来流方向，水流直接进入管中，进口处设计成扁平形状，更容易保证收集同一水深的水流，减少了垂向浓度梯度产生的误差，确定测点位置也更加精确。竖直管在进水口下游，对进水口水流影响很小，通过调节出口阀门，可以保证进水口的流速与周围水流流速相等。发明工艺简单，材料要求不高，测量方法容易掌握，特别适用于水槽实验中，可以显著提高泥沙浓度测量精度。
附图说明
图1是本发明的装置结构示意图。
图2是本发明的装置中L形圆管示意图。
图3是本发明的装置中进水口示意图。
图4是明渠水流平均流速垂线分布规律。
图5是反S型泥沙浓度分布测量结果。
图6是双曲上凹型泥沙浓度分布测量结果。
其中：1-进水口；2-L形圆管；3-固定装置；4-橡胶管；5-控制阀门。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
一种泥沙溶液采样装置，如图1所示，一种泥沙溶液采样装置，包括进水口1、L形圆管2、固定装置3、橡胶管4和装在橡胶管出口处的控制阀门5；所述L形圆管2的水平端口与进水口1相连，竖直端口与橡胶管4相连；所述L形圆管2的竖直部固定在固定装置3上并能够上下移动。
所述L形圆管2的竖直部带有刻度，所述固定装置3带有指针，所述固定装置3的指针指向所述L形圆管2的竖直部的刻度。将指针指向的刻度值和泥沙溶液液面距离指针位置的高度值作差，即得到实际采样位置的深度值，实现采样位置的精确定位。
如图2所示，所述L形圆管2是内径为6mm的不锈钢材质的引流管，其水平部长度为20cm。
如图3所示，所述进水口1设计为扁平形状，宽高比为3:1。
一种采用上述一种泥沙溶液采样装置进行的采样方法：L形圆管2的水平部正对来流方向，通过固定装置3使进水口1到达采样点的位置，调节控制阀门5以保证进水口1的流速与周围水流流速一致，准确完成泥沙溶液采样。
本发明所采用的固定装置在具体实施时，其作用是将L形圆管2固定住，可以采用支架上装有卡扣来固定L形圆管。本领域技术人员可以根据其需要采用不同类型的固定方式。
实施例1
在实验室玻璃水槽中进行泥沙浓度测量，水槽长为12m、宽为0.42m、高为0.7m，在水槽中形成水深为18cm具有稳定浓度的恒定均匀挟沙水流。在水深方向上泥沙的浓度不同，当水流的紊动特性不同时，泥沙的浓度分布型式会有区别。当水流为普通的光滑床面明渠紊流时（水流平均流速分布规律如图4所示），泥沙浓度测量结果如图5所示。由此可见，泥沙浓度在垂向上呈反S型分布形式，与理论分布形式一致，泥沙浓度的分布可以利用传统的rouse公式来进行计算，表明测量精度很高。
实施例2
改变实验室水槽中的水流条件和泥沙平均浓度，具体方法可以是在床面上排列阻水能力较强的刚性圆柱体，增加水槽床面的粗糙度，在水槽中形成水深为18cm具有稳定浓度的挟沙水流。同样，在水深方向上泥沙的浓度不同，泥沙浓度测量结果如图6所示，可见，泥沙浓度在垂向上呈双曲上凹型分布形式，这是由于床面粗糙度较大，水槽中水流紊动特性与光滑边壁不同而造成的，这种情况下，传统的泥沙浓度分布rouse公式无法进行计算，需要寻求其它适用的方法。通过对比水流紊动特性的区别，可以分析对泥沙浓度分布形式影响的机理。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种采用泥沙溶液采样装置进行采样的方法，所述泥沙溶液采样装置包括进水口（1）、由水平部和竖直部相连组成的L形圆管（2）、固定装置（3）、橡胶管（4）和装在橡胶管出口处的控制阀门（5）；所述L形圆管（2）的水平部端口与进水口（1）相连，竖直部端口与橡胶管（4）相连；所述L形圆管（2）的竖直部固定在固定装置（3）上并能够上下移动；所述L形圆管（2）的竖直部带有刻度，所述固定装置（3）带有指针，所述固定装置（3）的指针指向所述L形圆管（2）的竖直部的刻度，将指针指向的刻度值和泥沙溶液液面距离指针位置的高度值作差，即得到实际采样位置的深度值，实现采样位置的精确定位；其特征在于，所述方法是将L形圆管（2）的水平部正对来流方向，通过固定装置（3）使进水口（1）到达采样点的位置，调节控制阀门（5）以保证进水口（1）的流速与周围水流流速一致，准确完成泥沙溶液采样。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述L形圆管（2）是内径为6mm的不锈钢材质的引流管。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述L形圆管（2）的水平部长度为20cm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进水口（1）设计为扁平形状，宽高比为3:1。
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