CN109696294B - 一种探究生物扰动下潮滩动力地貌的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种探究生物扰动下潮滩动力地貌的装置，该装置包括模拟地貌水槽、三维激光扫描仪、潮汐荷载组件，所述模拟地貌水槽的横向位置安装有将腔室等分为二的隔板，靠近入水口的端面处安装有透水隔板，所述三维激光扫描仪置于模拟地貌水槽两侧，用于观测潮滩地貌变化，所述潮汐荷载组件包括模拟潮汐水槽和传动装置。本发明可以通过室内模拟试验来探究生物扰动对潮滩湿地处沉积物和地貌的影响情况，潮汐荷载组件模拟了潮汐简谐波动的自然条件，相较于野外现场试验具有效率高、成本低、还原度高等特点。

Description

一种探究生物扰动下潮滩动力地貌的装置

技术领域

本发明涉及模拟地貌装置，特别涉及一种探究生物扰动下潮滩动力地貌的装置。

背景技术

潮滩湿地是河口海岸分布最广的生态系统之一，是海陆相互作用的重要地区，是自然界最富有生物多样性、最具生产力的生态系统之一，存在的各类生物具有物质搬运、泥沙扰动、地貌修改等作用。

随着国内外学者在生物活动对沉积物扰动作用等方面研究的不断深入，发现生物活动能改变潮滩沉积物的物理力学性质，改变了沉积物对波浪荷载的作用，在生物摄食、建造和维持洞穴的过程中，会破坏沉积物的原生结构，改变潮滩的微地貌和排水条件。在探究生物扰动对潮滩动力地貌的影响时，野外试验虽能获得第一手的数据，但是由于各种因素的相互影响，导致要保持中长期的数据采集较为困难，因此难以获得较好的定量化规律。开展相应的室内研究有利于认识生物活动对沉积物稳定性以及地貌演变的影响。该研究不仅对海洋海岸工程有实际意义，而且符合当今海洋科学发展和海洋保护与可持续开发利用的需要，也是多学科交叉的研究热点之一。

目前通过室内模拟试验来探究生物活动对潮滩沉积物扰动作用影响的装置还比较少，室内试验需要尽可能地还原现场条件，尤其是模拟复杂的潮汐运动状况，潮汐运动的复杂在于潮间带是海与陆之间的过渡带，在大潮期间整个潮间带会被海水淹没，塑造潮滩的主要动力因素为潮流，潮流特征主要受地形和流场影响。

发明内容

发明目的：针对上述野外试验所存在的问题和不足，本发明提供了一种在室内即可模拟野外试验条件来探究生物扰动下潮滩动力地貌的装置。

技术方案：一种探究生物扰动下潮滩动力地貌的装置，包括模拟地貌水槽、三维激光扫描仪、潮汐荷载组件，所述三维激光扫描仪置于模拟地貌水槽两侧，所述潮汐荷载组件包括模拟潮汐水槽和传动装置，模拟地貌水槽通过水管与模拟潮汐水槽连接，模拟潮汐水槽内部安装有浮筒，其顶部通过定滑轮与传动装置连接，传动装置带动浮筒上下运动模拟潮汐。

所述模拟地貌水槽的具体尺寸可根据生物类型大小确定，靠近水槽入水口的端面处设置布满透水孔的隔板，孔的直径应小于生物(不包括微生物)，即在阻止生物通过透水孔的同时保持模拟地貌水槽内水位能够均匀涨落，在水槽横向位置处安装有不透水隔板，将该水槽等分为两部分，方便进行空白试验对照，在控制其它变量一致的条件下探究有无生物扰动对潮滩动力地貌的影响。

所述潮汐荷载组件包括模拟潮汐水槽和传动装置，其中模拟潮汐水槽为一圆柱体水槽，其半径由模拟地貌水槽大小决定，高度由潮差变化决定，模拟潮汐水槽由水源向其供水，仅通过浮筒排水，浮筒上下浮动，使模拟潮汐水槽的水位与浮筒顶部高程保持一致，其中浮筒半径由模拟潮汐水槽半径决定，高度由潮差变化决定，模拟潮汐水槽与模拟地貌水槽通过水管相连，由连通器原理使得两水槽水位高度保持一致。其中传动装置包括滑膛、贯通孔、曲杆、减速器，所述滑膛内部开有贯通孔用于放置曲杆，曲杆通过圆环卡在贯通孔的卡槽内，并且能够沿着贯通孔自由运动，所述减速器一头连接滑膛，另一头连接电机。

电源接通后，装置开始工作，当浮筒在传动装置的带动下向下运动时，模拟潮汐水槽的水通过浮筒向外排出，模拟潮汐水槽水位下降，模拟地貌水槽中的水位在连通器的作用下也随着下降，达到退潮的目的；当浮筒在传动装置的带动下向上运动时，模拟潮汐水槽内的水无法向外排出，水位上升，模拟地貌水槽中的水位在连通器的作用下也随着上升，达到涨潮的目的。因此，浮筒在连接线和曲杆的带动下呈简谐运动，模拟出潮汐运动状况，通过三维激光扫描仪观测生物扰动下对潮滩动力地貌产生的影响。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：1、提供了一种室内试验装置，为研究生物扰动对潮滩动力地貌的影响提供了技术支持，能够有效地放大某一个影响因子的作用。2、能够模拟出不同情况下环境条件的变化，通过调节电机功率、曲杆及滑膛长度来调节潮汐变化的幅值，通过调节减速器的齿轮比来调节潮汐变化的周期。3、通过控制浮筒高度来调节模拟潮汐水槽的水位高度，并通过连通器原理进而控制模拟地貌水槽内水位高度，耗能更少，精度更高。

附图说明

图1为主要装置效果图；

图2为模拟地貌水槽、三维激光扫描仪的俯视图；

图3为模拟地貌水槽、三维激光扫描仪的左视图；

图4为模拟潮汐水槽的正视图；

图5为模拟潮汐水槽的俯视图；

图6为曲柄滑槽连接正视图；

图7为曲柄滑槽连接俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明提供一种探究生物扰动下潮滩动力地貌的装置，包括模拟地貌水槽1、三维激光扫描仪20、潮汐荷载组件，潮汐荷载组件由模拟潮汐水槽6和传动装置构成。

如图1至图3所示，模拟地貌水槽1的具体尺寸可根据生物类型大小确定，在靠近入水口的端面处设置一隔板3，其中隔板3上布满透水孔4，所述透水孔4的直径应小于生物，阻止生物通过同时使得模拟地貌水槽1水位能够均匀涨落，在模拟地貌水槽1的横向位置处安装有不透水隔板2，将其等分为两部分，方便进行空白试验对照，即探究在有无生物扰动状况下潮滩动力地貌的变化。

模拟地貌水槽1内填有原状土23，原状土23可根据具体情况考虑是否设置土工布，填土存在坡度，具体坡度根据原位进行缩比计算，具体填土方式根据原位进行缩比还原，模拟潮滩、潮沟等地貌，保证填入原状土23后不透水隔板2两侧的地形相同。

两台三维激光扫描仪20安装在模拟地貌水槽1两侧，用于观测地貌变化，首先将钢架23安装在模拟地貌水槽1内不透水隔板2的上方，将三维激光扫描仪20放入托盘21，调节使得两台三维激光扫描仪20保持水平放置，钢架22可沿着轨道改变位置，保证三维激光扫描仪20能够拍到模拟地貌水槽1的所有位置。

如图1、图4至图7所示，潮汐荷载组件由模拟潮汐水槽6和传动装置组成，模拟潮汐水槽6为一圆柱体水槽，其半径由模拟地貌水槽1大小决定，高度由潮差变化决定，浮筒9半径由模拟潮汐水槽6半径决定，高度由潮差变化决定，浮筒9为与模拟潮汐水槽6同心的空心圆柱体。模拟潮汐水槽6与水源11相连，水源11通过进水口8不断向模拟潮汐水槽6内供水，当浮筒9在传动装置的带动下向下运动时，模拟潮汐水槽6中的水通过浮筒9上设置的出水口7向水源排出，模拟潮汐水槽6的水位下降至与浮筒9顶部高程保持一致，当浮筒9向上运动时，模拟潮汐水槽6中的水无法排出，水位上升，模拟潮汐水槽6与模拟地貌水槽1通过水管5相连，根据连通器原理使得两水槽水位高度保持一致，浮筒9上下浮动模拟出潮汐运动。

传动装置由滑膛13、贯通孔12、曲杆14、减速器16、电机17、插头18、连接线10组成。滑膛13为长方体，内部开有长方体贯通孔12用于放置曲杆14，其中曲杆14通过圆环15卡在贯通孔12的卡槽内，能够沿着贯通孔12自由运动。滑膛13、曲杆14的具体尺寸由潮差确定，减速器16一头连接滑膛13，另一头连接电机17，减速器16的齿轮比由潮汐的周期确定。电机17连接插头18，连接线10一头穿过定滑轮19，与浮筒9顶端相连，另一头连接曲杆14。插头18连接电源后，装置开始工作，浮筒9在连接线10和曲杆14的带动下呈简谐运动，以达到模拟潮汐涨落的效果，生物扰动下对潮滩动力地貌产生的影响即可通过三维激光扫描仪观测得到。

所述模拟地貌水槽1和模拟潮汐水槽6选用的材质为有机玻璃。

Claims (4)

1.一种探究生物扰动下潮滩动力地貌的装置，其特征在于，包括模拟地貌水槽、三维激光扫描仪、潮汐荷载组件，所述三维激光扫描仪置于模拟地貌水槽两侧，所述潮汐荷载组件包括模拟潮汐水槽和传动装置，模拟地貌水槽通过水管与模拟潮汐水槽连接，模拟潮汐水槽内部放置有浮筒，所述浮筒与传动装置连接，传动装置带动浮筒上下运动模拟潮汐；

其中，所述模拟地貌水槽的横向位置安装有将腔室等分为二的隔板，靠近入水口的端面处安装有透水隔板。

2.根据权利要求1所述的一种探究生物扰动下潮滩动力地貌的装置，其特征在于，所述模拟地貌水槽两侧腔室内填充有根据原位进行缩比还原的原状土。

3.根据权利要求1所述的一种探究生物扰动下潮滩动力地貌的装置，其特征在于，所述模拟地貌水槽和模拟潮汐水槽的材质为有机玻璃。

4.根据权利要求1所述的一种探究生物扰动下潮滩动力地貌的装置，其特征在于，所述传动装置包括滑膛、贯通孔、曲杆、减速器、电机，所述滑膛内部开有贯通孔用于放置曲杆，所述曲杆通过圆环卡在贯通孔的卡槽内，所述减速器一端与滑膛连接，另一端与电机连接。

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