CN113112906A - 一种可控制泥沙含量的河流沿岸带栖息地模拟系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可控制泥沙含量的河流沿岸带栖息地模拟系统,包括水循环装置和一条或多条实验水道,所述实验水道中设置有流水。本发明的系统的进水区段中设置有混合装置,可向流水里提供泥沙,提高流水的含沙量,从而可观察不同含沙量的水对流道中的底质的影响。通过人工模拟不同沿岸带水温、水文、水质、底部基质等环境,测试不同环境条件对河流沿岸带水生生物的影响,研究探讨生物覆盖的生态过程,为受损河流沿岸带生境重塑、生物资源的恢复与重建提供科学支撑。
Description
技术领域
本发明涉及水环境领域,更特别地,涉及一种可控制泥沙含量的河流沿岸带栖息地模拟系统。
背景技术
河流沿岸带是能量、物质以及生物通过景观的重要通道并且也是陆地区域与水生区域之间的生境和廊道,对水体及其附近的,具有涵养水源、净化水质、维持生物多样性等生态功能。研究表明,沿岸带通过过滤和截留沉积物、水分以及营养物质等来协调河流横向(河岸边高地到河流水体)和纵向(河流上游到下游)的物质和能量流,因而在与之相关的土壤侵蚀程度降低、渠道稳定化、生物栖息地保护以及水质改善方面都起着重要的作用,是河流健康的重要屏障。
我们在前期研究中开发了一种河流沿岸带栖息地模拟系统,为了研究河水中所含的泥沙或其他物质的含量对水体生态及水沿岸的影响,在该系统的基础上,我们设计了一种可控制水体中泥沙含量的河流沿岸带栖息地模拟系统。
发明内容
本发明提供了一种可控制泥沙含量的河流沿岸带栖息地模拟系统,包括水循环装置和一条或多条实验水道,所述实验水道中设置有流水,
所述实验水道包括连通的进水区段和流道,所述进水区段的深度大于所述所述流道的深度,位于所述流道头部,所述流道的尾部设置有流水出口,所述流水出口与所述水循环装置连通,所述流道的底部铺设有底质;所述进水区段中设置有混合装置;所述水循环装置向所述实验水道供水,并接收来自所述实验水道的水。
底质可由泥沙、卵石、陶片或瓷片等单独或混合制成,也可从目的水域采集需要的沉积物铺设于水道中。
本发明的河流沿岸带栖息地模拟系统的进水区段中设置有混合装置,可向流水里提供泥沙,提高流水的含沙量,从而可观察不同含沙量的水对流道中的底质的影响。
通过人工模拟不同沿岸带水温、水文、水质、底部基质等环境,测试不同环境条件对河流沿岸带水生生物的影响,研究探讨生物覆盖的生态过程,为受损河流沿岸带生境重塑、生物资源的恢复与重建提供科学支撑。
在一个具体实施方案中,所述混合装置包括搅拌桨和储沙盘,所述搅拌桨的设置成搅拌方向垂直于所述流道,所述储沙盘设置于所述搅拌桨的下方。
优选地,所述搅拌桨的桨叶边缘设置有可展开的扬沙部,所述储沙盘设置成两边高中间低的形状。
通过设置扬沙部,在搅拌桨的转动过程中,可通过调节储沙盘中沙的高度、扬沙部的长度、以及搅拌桨的转速来调控水里的含沙量。
在一个优选实施方案中,在所述进水区段的上部还设置有平板,所述平板上设置有多个通孔。平板的设置可消除其上方的水的侧向动能,使得水在流出挡板时不产生因侧向运动。
在一个优选实施方案中,所述进水区段与所述流道连接之处设置有挡板,所述挡板的上缘高于所述底质。优选地,所述挡板为可拆卸的,方便安装。挡板的设置使水在底质的上面流淌,防止因流水对底质横截面冲刷而带走底质,维持了流道中铺设的底质的稳定性,为研究底质、水质和水中的生态之间的关系提供了稳定的环境。在一个优选实施方案中,所述流道的尾端设置有除沙装置。通过设置除沙装置,可在流水进入循环装置之前去除水中的泥沙,一方面可以更准确地控制好水中的含沙量,另一方面,能防止水中的泥沙损害循环装置中的水泵。
在一个具体实施方案中,所述河流沿岸带栖息地模拟系统还设置有光照装置。所述光照装置可安装所述流道的上方,可通过控制光照装置来控制水面的光照强度、光照时间和光照周期。
在一个具体实施方案中,所述水循环装置包括储水池、第一泵和第一供水管,所述储水池接收来自所述水回收装置的水,所述储水池通过所述第一供水管与所述实验水道连通,所述第一泵可将所述储水池中的水通过所述第一供水管驱动至所述实验水道中。通过第一泵来控制实验水道中的流速和水深。
优选地,所述储水池由保温材料围成,所述储水池中设置有温度控制装置。优选地,第一供水管设置成温度可控,形成恒温体系,储水池的水流经第一供水管后,获得特定的温度,从而控制实验水道中流水的水温。在实验过程中,可将两个实验水道分别设置成两个实验组,一个实验水道进行温度控制,另一个实验水道不进行温度控制。也可设置多个实验控制组,分别将水温控制在预定的温度范围内。通过上述设置,可对比不同水温对生态的影响。
在一个具体实施方案中,所述河流沿岸带栖息地模拟系统还包括水回收装置,所述水回收装置包括回收池、溢流管、第二泵和第二供水管,所述溢流管的进水口设置在所述储水池内,出水口设置于所述回收池内,所述回收池通过所述第二供水管与所述水循环装置连通,所述第二泵可将所述回收池中的水通过所述第二供水管驱动至所水循环装置中。当储水池中的水位高于溢流管时,储水池中的水通过溢流管进入回收池中,当储水池中的水位低于一定高度时,第二泵启动,将回收池中的水输送至储水池中。
附图说明
图1为本发明实施例1的河流沿岸带栖息地模拟系统的示意图;
图2为进水区段及其与流道交界处的示意图;
图3为本发明实施例2的河流沿岸带栖息地模拟系统的进水区段的示意图;
图4为本发明实施例2的河流沿岸带栖息地模拟系统的搅拌桨的示意图;
图5为本发明实施例3的河流沿岸带栖息地模拟系统的示意图;
图6为除沙装置的示意图;
图7为分隔板的示意图;
图8为本发明实施例4的河流沿岸带栖息地模拟系统的进水区段的示意图。
附图中,各标号所代表的部件列表如下:
1、实验水道,11、流道,12、进水区段,13、流水出口,14、挡板,141、固定部,142、活动部,151、搅拌桨,152、储沙盘,1511、扬沙部;1512、连接杆,16、除沙装置,161、分隔板,162、泥沙吸附部,163、滤网,17、平板,2、水循环装置,21、储水池,22、第一泵,23、第一供水管,3、水回收装置,31、回收池,32、溢流管,33、第二泵,34、第二供水管。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
实施例1
如图1所示,本实施例的河流沿岸带栖息地模拟系统包括水循环装置2和一条或多条实验水道1,所述实验水道1中设置有流水,所述实验水道1包括连通的进水区段12和流道11,所述进水区段12的深度大于所述所述流道11的深度,位于所述流道11头部,所述流道11的尾部设置有流水出口13,所述流水出口13与所述水循环装置2连通,所述流道11的底部铺设有底质,流水在底质上流淌。
进水区段靠近底部设置有进水口,水从低位进入进水区段,通过低位进水,可消除进入实验水道的流水的初动能,以保证水流平稳进入水道,并方便更好地控制实验水道中的流水的流速。流水出口13设置成尾门,流道11中的水漫过尾门顶部离开流道11,该设置可通过调节尾门的高度来调节水深。
在一个优选实施方案中,如图2所示,在进水区段12与所述流道11连接之处设置有挡板14,所述挡板14的上缘高于所述底质,进水区段12中的流水漫过挡板14进入到流道11中,流道11中的水漫过尾门。挡板的设置使降低了流水对底质的冲刷,防止因流水带走底质,维持了流道中铺设的底质的稳定性,为研究底质、水质和水中生物之间的关系提供了稳定的环境。为避免长时间水流腐蚀水道,影响实验的结果,实验水道整体采用不锈钢材料制作,其中承重结构采用不锈钢管材,水道底板和两侧壁均采用不锈钢板,架空部分采用钢管支撑。
所述进水区段12中设置有混合装置,所述混合装置包括搅拌桨151和储沙盘152,所述搅拌桨151置成搅拌方向垂直于所述流道11,所述储沙盘152设置于所述搅拌桨151的下方。储沙盘152中装有泥沙,搅拌桨151带动水流,从而将储沙盘中的泥沙分散在水中。通过控制搅拌桨151的转速来调控水中的泥沙含量,搅拌桨的转速越快,水中的泥沙含量越高,反之亦然。
所述水循环装置2包括储水池21、第一泵22和第一供水管23,所述储水池21接收来自所述水回收装置3的水,所述储水池21通过所述第一供水管23与所述实验水道1连通,所述第一泵22可将所述储水池21中的水通过所述第一供水管23驱动至所述实验水道1中。通过第一泵22来控制实验水道1中的流速和水深。
所述储水池21由保温材料围成,所述储水池中设置有温度控制装置。优选地,第一供水管23设置成温度可控,形成恒温体系,储水池21的水流经第一供水管23后,获得特定的温度,从而控制实验水道中流水的水温。在实验过程中,可将两个实验水道分别设置成两个实验组,一个实验水道进行温度控制,另一个实验水道不进行温度控制。也可设置多个实验控制组,分别将水温控制在预定的温度范围内。通过上述设置,可对比不同水温对生态的影响。
在一个具体实施方案中,所述河流沿岸带栖息地模拟系统还设置有光照装置。所述光照装置可安装所述流道11的上方,可通过控制光照装置来控制水面的光照强度、光照时间和光照周期。在一个具体实施方案中,可在流道11中轴线上方0.5m出设置与流道平行的铝合金滑轨,在滑轨上安装全广谱日光灯组,使灯距流道底部约90cm,模拟自然光,流道底部最大光强2000-3000lx,每组日光灯的光强和周期可单独控制。
所述河流沿岸带栖息地模拟系统还包括水回收装置3,所述水回收装置3包括回收池31、溢流管32、第二泵33和第二供水管34,所述溢流管32的进水口设置在所述储水池21内,出水口设置于所述回收池内,所述回收池31通过所述第二供水管34与所述水循环装置2连通,所述第二泵33可将所述回收池31中的水通过所述第二供水管34驱动至所水循环装置2中。当储水池21中的水位高于溢流管32时,储水池21中的水通过溢流管32进入回收池31中,当储水池21中的水位低于一定高度时,第二泵33启动,将回收池31中的水输送至储水池21中。
在一个具体实施方案中,所述河流沿岸带栖息地模拟系统包括12条实验水道,可分为多组,用于进行对比实验。为了减小占地面积,水循环装置2的一部分设置在地下,实验水道1设置于地上,将实验水道1的流道11部分架空设置,进水区段12底部设置在地面上,或根据需要垫高。流道11长15m,宽0.7m,高0.45m;进水区段长2m,宽0.7m,高0.85m。为了便于观察,水道顶部高度为1.1m。进水区段12的内底面上设置储沙盘152,储沙盘152正上方设置搅拌桨151,搅拌桨151的桨叶转动到最低位置时不与储沙盘152中的泥沙接触,通过转动搅拌桨151带动水流,在水流的作用力下,使储沙盘152中的泥沙分散到水中。搅拌桨151可设置成与电机连接,由电机驱动搅拌桨151的转动,方便调节搅拌桨151的转速,从而调控水中的泥沙含量。
储水池21内长3m,宽1m,深2m,总容积6m3,为了便于观测并减少占地面积,储水池21除顶部0.65m位于地上,其余部分均位于地下。储水池21的一面侧壁上约1.5m高处设置溢流管32,当储水池21中的水位高于1.5m时,储水池中的水通过溢流管进入回收池31。第一泵22和第一供水管23从储水池21向实验水道1中供水。本发明的河流沿岸带栖息地模拟系统包括模拟生物覆盖模拟实验水道和水下可调节的水文、底质、水质等环境的设施,在以上设施建设的基础上配套相关专用设备。通过人工模拟不同沿岸带水温、水文水位、流速、水质、底部基质等环境,测试不同环境条件对河流沿岸带水生生物的影响,研究探讨生物覆盖的生态过程,为受损河流沿岸带生境重塑、生物资源的恢复与重建提供科学支撑。
实施例2
在使用实施例1的河流沿岸带栖息地模拟系统的过程中,我们发现,依靠搅拌桨151搅动水流来带动泥沙混入水中需要较大的转速。为此,我们对搅拌装置进行改进。如图3所示,在本实施例中,储沙盘152设置成两边高中间低的形状,在搅拌桨151的扇叶边缘设置扬沙部1511,扬沙部1511设置成当转到最下方时可接触储沙盘152中的泥沙,带至水中,并在搅拌桨151的转动下混匀。水中的部分泥沙会沉积到储沙盘中,并且,由于储沙盘152的V型设置,泥沙向储沙盘152的中部集中,保证中部一直具有一定厚度的泥沙,使扬沙部1511能够将泥沙扬至水中。该设置通过实体接触来扬沙,因此,与实施例1相比,不需要很高的转速即可实现在水中混合一定量的泥沙。
在一个具体实施方案中,扬沙部1511以设置成可展开和收拢。如图4所示,桨叶上设置有可绕中心旋转的连接杆1512,扬沙部1511固定在连接杆1512上,通过旋转连接杆1512,可将扬沙部1511旋转至边缘处于桨叶之外,处于展开状态,此时扬沙部1511具有扬沙功能。通过旋转连接杆1512将扬沙部1511旋转至桨叶内,此时扬沙部1511处于收拢状态,不具有扬沙功能。可在每个桨叶上都安装这种可展开和收拢的扬沙部1511,然后根据需要展开部分或全部桨叶上的扬沙部1511,并结合搅拌桨151的转速来调控水中的含沙量。
在一个具体实施方案中,如图4所示,所述扬沙部1511设置成软刷状,以利于将泥沙散布于水中。
实施例3
在本实施例中,为了更加准确控制实验水道1的水中的泥沙含量,如图5-7所示,在流道11的出口外设置过滤装置16。所述过滤装置16包括分隔板161、泥沙吸附部162和滤网163,所述分隔板161位于上游,滤网163位于下游,泥沙吸附部162位于两者之间。所述分隔板161上设置有多个截头锥形通孔,截头锥形通孔的大口朝向上游,小口朝向下游。带有泥沙的水通过分隔板161的截头锥形通过进入过滤装置16中,大部分泥沙吸附在泥沙吸附部162上,滤网163过滤掉未被吸附的泥沙,水通过除沙装置16后,泥沙被留在除沙装置16中。隔板161的设置,使得水和泥沙不容易返流。为了提高防止水和泥沙的返流效率,分隔板161的截头锥形通孔的小口可凸出在板面外。
实施例4
由于搅拌装置的作用,水从进水区段12进入到流道11中时,存在侧向运动,容易干扰实验结果。如图8所示,本实施例的河流沿岸带栖息地模拟系统在进水区段12的上部,低于挡板14顶部的位置处设置有带多个通孔的平板17,通孔的直径优选为10-23cm。所述平板17可消除其上方的水的侧向动能,使得水在流出挡板时不产生因侧向运动。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种河流沿岸带栖息地模拟系统,其特征在于,包括水循环装置(2)和一条或多条实验水道(1),所述实验水道(1)中设置有流水,
所述实验水道(1)包括连通的进水区段(12)和流道(11),所述进水区段(12)的深度大于所述所述流道(11)的深度,位于所述流道(11)头部,所述流道(11)的尾部设置有流水出口(13),所述流水出口(13)与所述水循环装置(2)连通,所述流道(11)的底部铺设有底质;
所述进水区段(12)中设置有混合装置;
所述水循环装置(2)向所述实验水道(1)供水,并接收来自所述实验水道(1)的水。
2.根据权利要求1所述的河流沿岸带栖息地模拟系统,其特征在于,所述混合装置包括搅拌桨(151)和储沙盘(152),所述搅拌桨(151)的设置成搅拌方向垂直于所述流道(11),所述储沙盘(152)设置于所述搅拌桨(151)的下方。
3.根据权利要求2所述的河流沿岸带栖息地模拟系统,其特征在于,所述搅拌桨(151)的桨叶边缘设置有可展开的扬沙部(1511),所述储沙盘(152)设置成V形。
4.根据权利要求2所述的河流沿岸带栖息地模拟系统,其特征在于,所述底质铺设成两边高中间低的形状。
5.根据权利要求2所述的河流沿岸带栖息地模拟系统,其特征在于,所述流道(11)的尾端设置有除沙装置(16)。
6.根据权利要求1所述的河流沿岸带栖息地模拟系统,其特征在于,在所述进水区段(12)的上部还设置有平板(17),所述平板(17)上设置有多个通孔。
7.根据权利要求1所述的河流沿岸带栖息地模拟系统,其特征在于,所述进水区段(12)与所述流道(11)连接之处设置有挡板(14),所述挡板(14)的上缘高于所述底质。
8.根据权利要求7所述的河流沿岸带栖息地模拟系统,其特征在于,所述挡板(14)为可拆卸结构。
9.根据权利要求1所述的河流沿岸带栖息地模拟系统,其特征在于,所述水循环装置(2)包括储水池(21)、第一泵(22)和第一供水管(23),所述储水池(21)接收来自所述水回收装置(3)的水,所述储水池(21)通过所述第一供水管(23)与所述实验水道(1)连通,所述第一泵(22)可将所述储水池(21)中的水通过所述第一供水管(23)驱动至所述实验水道(1)中。
10.根据权利要求1所述的河流沿岸带栖息地模拟系统,其特征在于,还包括水回收装置(3),所述水回收装置(3)包括回收池(31)、溢流管(32)、第二泵(33)和第二供水管(34),所述溢流管(32)的进水口设置在所述储水池(21)内,出水口设置于所述回收池内,所述回收池(31)通过所述第二供水管(34)与所述水循环装置(2)连通,所述第二泵(33)可将所述储水池(31)中的水通过所述第二供水管(34)驱动至所水循环装置(2)中。
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