CN215329663U - 一种模拟河道冲刷作用下底泥污染释放的试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模拟河道冲刷作用下底泥污染释放的试验装置，包括：调平底座、试验水槽、用于调节底泥厚度的储泥机构、用于模拟河道冲刷的造流机构和用于测量流量的流量计；试验水槽由造流段、试验段和两段圆弧段围合而成；储泥盒的顶部固装在试验口的正下方，挡水板缠绕在卷帘机内并受卷帘机驱动，在卷帘机的驱动下挡水板的活动端在伸出状态下伸入至试验水槽的试验口内以封闭试验水槽底部，调节底板的底部安装有支撑杆。造流桨安装在造流段内，窄小的造流段有效缩小造流的规模，在储泥盒的顶部设置可伸缩的挡水板，降低在初始造流中对底泥的扰动影响，调整调节底板在储泥盒内的位置以调节试验所需的底泥厚度，以测试不同试验条件下对底泥的影响。

Description

一种模拟河道冲刷作用下底泥污染释放的试验装置

技术领域

本实用新型属于水利工程技术领域，尤其是涉及一种模拟河道冲刷作用下底泥污染释放的试验装置。

背景技术

随着城市化进程的不断加快，工农业废水和人类活动污水的大量排放，工业和生活垃圾向河湖内倾倒，从而导致水体富营养化和重金属污染等水环境问题日益突出。污染物在河流湖泊中底泥的淤积和聚集，在自身扩散和外力作用下会前移扩散至上层水体，对水体造成明显的“二次污染”，使得底泥的内源性污染越来越严重，尤其在水力条件比较复杂的河口地区，受污染底泥的内源释放越来越明显。对于受到水动力扰动较大的浅水湖泊和河流中，水体底泥沉积污染物容易产生再悬浮，对整个水体水环境产生较大的影响。

底泥自身释放的特性已经进行了诸多研究，目前，室内水槽试验是开展水动力作用下水体底泥污染物再悬浮释放相关理论研究的主要方式。模拟的关键是水动力扰动的模拟和底泥泥沙的启动再悬浮模拟，其中水动力扰动的模拟方式主要为旋浆式、活塞式、振荡式，模拟底泥泥沙再悬浮水体环境的方法分为烧杯式、直水槽式和环形水槽式。在模拟时，将底泥静置或放于模拟反应器中，在不同时间对上覆水体进行取样，底泥中的污染物，油漆是氨氮、磷等物质释放明显，底泥释放引发的内源释放不可忽视。

为了模拟水动力对底泥释放的影响，在专利公开号为CN103869048A，专利名称为一种模拟底泥污染物再悬浮释放的环形水槽装置中公开的技术方案，虽然可以模拟水体流动作用下对底泥释放的影响，但是在造流过程中不稳定流的扰动对模拟结果影响很大，在专利公开号为CN108645758A，专利名称为一种底泥污染物动态释放分析方法中公开的技术方案，在试验过程中，会大范围污染水槽水库，并且水槽的尺寸过大，不容易铺装、收集和清洁底泥。

因此，为了解决上述技术问题，需要研发一种能真是反应河流冲刷的真实动力条件，减小造流过程对底泥扰动的影响，工作效率高，测量准确度高，可以模拟河道冲刷下，底泥释放的模型装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种结构简单、操作简单、测量准确度高、减小造流过程对底泥扰动的影响、工作效率高的模拟河道冲刷作用下底泥污染释放的试验装置。

本实用新型的技术方案如下：

一种模拟河道冲刷作用下底泥污染释放的试验装置，包括：调平底座、试验水槽、用于调节底泥厚度的储泥机构、用于模拟河道冲刷的造流机构和用于测量流量的流量计；

所述试验水槽安装在调平底座上，所述试验水槽由造流段、试验段和两段圆弧段围合而成，所述造流段与试验段平行设置，造流段与试验段的两端分别与两个圆弧段连接而组成长圆形水槽，在造流段的内壁上形成有一内凹的造流槽，在试验段的底部中间开设有一试验口，所述造流段的宽度小于试验段的宽度，所述试验段的外壁上开设有多个取样口，所述取样口上连接有取样管，并在取样管上安装有止水夹；

所述调平底座的底部安装有支脚，用于调节底座的水平位置；

所述储泥机构安装在试验水槽的底部，所述储泥机构包括储泥盒、卷帘机、挡水板、调节底板和支撑杆，所述储泥盒的顶部固装在试验口的正下方，所述卷帘机安装在调平底座的顶部，且该卷帘机位于试验口的左边缘，所述挡水板缠绕在卷帘机内并受卷帘机驱动，在卷帘机的驱动下挡水板的活动端在伸出状态下伸入至试验水槽的试验口内以封闭试验水槽底部，所述调节底板的底部安装有支撑杆，所述调节底板安装在储泥盒内并通过支撑杆固定调节底板在储泥盒内的位置，以调节试验的底泥厚度；

所述造流机构包括变速马达和造流桨，所述造流桨安装在造流槽内，所述变速马达安装在调平底座上，变速马达的输出轴与造流桨的底部连接以驱动造流桨转动而在造流段内模拟水流；

所述流量计安装在试验段的上方。

在上述技术方案中，所述造流段和试验段的长度为1.5m，所述造流段的宽度为10cm，试验段的宽度为40cm，所述圆弧段的宽度由造流段至试验段逐渐变宽。

在上述技术方案中，所述试验水槽的高度为1.2m，总长度为1.5m。

在上述技术方案中，所述试验水槽包括外壁、内壁和底板，所述试验口设置在底板上，靠近试验口的一侧边缘形成有一插口，以使伸出的挡水板活动端伸入该插口内，所述试验的尺寸为40cm*40cm，所述底板的厚度为5mm，所述插口的厚度为5mm，长度为40cm。

在上述技术方案中，所述储泥盒为一长方体，所述储泥盒的长度为40cm、宽度为40cm，高度为60cm，储泥盒的壁厚1cm。

在上述技术方案中，所述储泥盒的内壁上形成有多个与支撑杆相配合的限位孔，所述调节底板的底部形成有凹槽，所述支撑杆安装在该凹槽内，并对应安装在限位孔内以调节调节底板在储泥盒内的位置。

在上述技术方案中，所述限位孔在储泥盒的内壁上对称两列排布，所述限位孔的直径为20mm，两列限位孔之间的间距为150mm，每列相邻的上下两个限位孔的间距为50mm。

在上述技术方案中，所述取样口由下至上等间距设置十一个取样口，取样口的直径为0.8cm，各取样口的孔间距自底部向上依次为3cm、13cm、23cm、33cm、43cm、53cm、63cm、73cm、83cm、93cm、103cm。

在上述技术方案中，所述调平底座包括支撑架，所述支撑架的前端、后端对称形成有向上的凸起以使试验水槽的前后两侧卡装在支撑架上。

在上述技术方案中，所述流量计采用安装架固装在试验段的顶部，流量计采用超声波流量计。

在上述技术方案中，所述造流桨采用三叶桨，造流桨的高度与试验水槽的高度相同，并在变速马达的驱动下在造流段内模拟不同的河道动力条件。

本实用新型具有的优点和积极效果是：

1.造流桨安装在造流段内，在变速马达的驱动下造流桨在造流段内模拟河流量，窄小的造流段有效缩小造流的规模，并且直线段的试验段降低在底泥区域水槽弯道次生流的影响，在储泥盒的顶部设置可伸缩的挡水板，降低在初始造流中对底泥的扰动影响，调整调节底板在储泥盒内的位置以调节试验所需的底泥厚度，以便于研究不同试验条件下对底泥的影响。

2.在试验段的外壁上开设多个取样口，可以对不同高度的水体取样以研究底泥污染物释放的垂向结构特征，并通过流量计测量河道动力条件，有效降低取样工作和测量工作对水动力场的影响。

3.本实用新型的试验水槽，可用于研究底泥污染物释放的累积效应，概化污染物扩散的影响，并且防止污染物对试验环境的二次污染。

附图说明

图1是本实用新型的试验装置结构示意图；

图2是本实用新型的试验装置的俯视图；

图3是本实用新型中调平底座的结构示意图；

图4是本实用新型中试验水槽的结构示意图。

图中：

1、外壁 2、内壁 3、底板

4、造流段 5、试验段 6、调平底座

7、支脚 8、储泥盒 9、挡水板

10、调节底板 11、限位孔 12、卷帘机

13、支撑杆 14、取样管 15、止水夹

16、造流桨 17、变速马达 18、流量计

19、试验水槽 20、圆弧段 21、造流槽

22、支撑架 23、凸起 24、试验口

具体实施方式

以下结合具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，决不限制本实用新型的保护范围。

实施例1

如图所示，本实用新型的一种模拟河道冲刷作用下底泥污染释放的试验装置，包括：调平底座6、试验水槽19、用于调节底泥厚度的储泥机构、用于模拟河道冲刷的造流机构和用于测量流量的流量计18；

所述试验水槽19安装在调平底座6上，所述试验水槽19由造流段4、试验段5和两段圆弧段20围合而成，所述造流段4与试验段5平行设置，造流段4与试验段5的两端分别与两个圆弧段20连接而组成长圆形水槽，在造流段4的内壁2上形成有一内凹的造流槽21，在试验段5的底部中间开设有一试验口24，所述造流段的宽度小于试验段5的宽度，所述试验段5的外壁1上开设有多个取样口，所述取样口上连接有取样管14，并在取样管14上安装有止水夹15；

所述调平底座6的底部安装有支脚7，用于调节底座的水平位置；

所述储泥机构安装在试验水槽的底部，所述储泥机构包括储泥盒8、卷帘机12、挡水板9、调节底板10和支撑杆13，所述储泥盒8位于所述试验口24的正下方(储泥盒的顶部固装在试验口24的正下方)，所述卷帘机12安装在调平底座6的顶部，且该卷帘机12位于试验口24的左边缘，所述挡水板9缠绕在卷帘机12内并受卷帘机12驱动，在卷帘机12的驱动下挡水板9的活动端在伸出状态下伸入至试验水槽19的试验口24内以封闭试验水槽19底部，所述调节底板10的底部安装有支撑杆13，所述调节底板10安装在储泥盒8内并通过支撑杆13固定调节底板10在储泥盒8内的位置，以调节试验的底泥厚度；

所述造流机构包括变速马达17和造流桨16，所述造流桨16安装在造流槽内，所述变速马达17安装在调平底座6上，变速马达17的输出轴与造流桨16的底部连接以驱动造流桨16转动而在造流段4内模拟水流；

所述流量计18安装在试验段5的上方。

进一步地说，所述造流段4和试验段5的长度为1.5m，所述造流段4的宽度为10cm，试验段5的宽度为40cm，所述圆弧段20的宽度由造流段至试验段逐渐变宽。

进一步地说，所述试验水槽19的高度为1.2m，总长度为1.5m。

进一步地说，所述试验水槽19包括外壁1、内壁2和底板3，所述试验口24设置在底板3上，靠近试验口24的一侧边缘形成有一插口，以使伸出的挡水板9活动端伸入该插口内，所述试验的尺寸为40cm*40cm，所述底板的厚度为5mm，所述插口的厚度为5mm，长度为40cm。

进一步地说，所述储泥盒8为一长方体，所述储泥盒8的长度为40cm、宽度为40cm，高度为60cm，储泥盒8的壁厚1cm。

进一步地说，所述储泥盒8的内壁2上形成有多个与支撑杆13相配合的限位孔11，所述调节底板10的底部形成有凹槽，所述支撑杆13安装在该凹槽内，并对应安装在限位孔11内以调节调节底板10在储泥盒8内的位置。

进一步地说，所述限位孔11在储泥盒8的内壁上对称两列排布，所述限位孔11的直径为20mm，两列限位孔之间的间距为150mm，每列相邻的上下两个限位孔的间距为50mm。

进一步地说，所述取样口由下至上等间距设置十一个取样口，取样口的直径为0.8cm，各取样口的孔间距自底部向上依次为3cm、13cm、23cm、33cm、43cm、53cm、63cm、73cm、83cm、93cm、103cm。

实施例2

在实施例1的基础上，所述调平底座6包括支撑架22，所述支撑架22的前端、后端对称形成有向上的凸起23以使试验水槽19的前后两侧卡装在支撑架22上。

进一步地说，所述支脚7安装在支撑架22的底部，支脚7具有旋转微调高度的功能，通过调整支脚7的高度使试验水槽19处于水平状态。

进一步地说，所述流量计18采用安装架固装在试验段5的顶部，流量计18采用超声波流量计18。

进一步地说，所述造流桨16采用三叶桨，造流桨16的高度与试验水槽19的高度相同，并在变速马达17的驱动下在造流段4内模拟不同的河道动力条件。

实施例3

在实施例1的基础上，本实用新型的一种模拟河道冲刷作用下底泥污染释放的试验装置的工作原理如下；

(1)根据模拟试验需要，预设水深及试验水槽19内的流速U，并根据流速计算出在试验水槽19内的流量Q，并根据公式计算：Q＝U×A，A＝w×h

其中，A为试验水槽19的断面面积，h为试验水槽19内的水深，w为试验段5的宽度40cm；

(2)根据预设的底泥厚度，将底泥按步骤(1)的预设厚度铺设在储泥盒8内，并调整调节底板10使底泥的表面与试验水槽19的底部齐平，而后控制卷帘机12使挡水板9覆盖在底泥的上表面；

(3)向试验水槽19内加入步骤(1)中预设的水深，启动变速马达17驱动造流运行，在造流槽内造流，而后打开流量计18测量水流量，而后调节变速马达17的速率使流量达到所需的流量并保持流速不变；

(4)待试验水槽19内的水流恒定后，卷帘机12驱动挡水板9收缩，使底泥表面露出；

(5)每隔一段时间，分别打开取样口对试验水槽19内的水体分层取样；

(6)从步骤(5)中获取的水样分别采用水质分析仪测定水中的化学需氧量、总磷、总氮、氨氮和重金属；

(7)重复上述步骤(1)-(6)，调节底泥厚度、水深及试验水槽19内的流速，分别测定出模拟的不同动力条件下底泥污染物浓度的变化和垂向分布特征。

通过上述方法，在模拟水体扰动和水流冲刷的作用下，底泥中富集的污染物会扩散至上覆水体。使用本实用新型的模拟装置，通过控制底泥厚度、水深和流速进行试验，研究不同变量因子(底泥厚度、水深和流速)对底泥释放强度的影响。通过测定不同时间不同层级的水体污染物浓度(化学需氧量、总磷、总氮、氨氮和重金属)，得到单一污染物浓度时空分布变化曲线，应用该曲线分析底泥中污染物浓度释放的影响机制及其特点。

使用本实用新型的模拟装置，可以分别调整底泥厚度、水深及流速的变量因子，使用同一个模拟装置即可研究底泥释放强度，节省试验资源，提高试验测量效率。

为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本实用新型做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本实用新型的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种模拟河道冲刷作用下底泥污染释放的试验装置，包括：调平底座、试验水槽、用于调节底泥厚度的储泥机构、用于模拟河道冲刷的造流机构和用于测量流量的流量计；

所述试验水槽安装在调平底座上，所述试验水槽由造流段、试验段和两段圆弧段围合而成，所述造流段与试验段平行设置，造流段与试验段的两端分别与两个圆弧段连接而组成长圆形水槽，在造流段的内壁上形成有一内凹的造流槽，在试验段的底部中间开设有一试验口，所述造流段的宽度小于试验段的宽度，所述试验段的外壁上开设有多个取样口，所述取样口上连接有取样管，并在取样管上安装有止水夹；

所述调平底座的底部安装有支脚，用于调节底座的水平位置；

所述储泥机构安装在试验水槽的底部，所述储泥机构包括储泥盒、卷帘机、挡水板、调节底板和支撑杆，所述储泥盒的顶部固装在试验口的正下方，所述卷帘机安装在调平底座的顶部，且该卷帘机位于试验口的左边缘，所述挡水板缠绕在卷帘机内并受卷帘机驱动，在卷帘机的驱动下挡水板的活动端在伸出状态下伸入至试验水槽的试验口内以封闭试验水槽底部，所述调节底板的底部安装有支撑杆，所述调节底板安装在储泥盒内并通过支撑杆固定调节底板在储泥盒内的位置，以调节试验的底泥厚度；

所述造流机构包括变速马达和造流桨，所述造流桨安装在造流槽内，所述变速马达安装在调平底座上，变速马达的输出轴与造流桨的底部连接以驱动造流桨转动而在造流段内模拟水流；

所述流量计安装在试验段的上方。

2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述造流段和试验段的长度为1.5m，所述造流段的宽度为10cm，试验段的宽度为40cm，所述圆弧段的宽度由造流段至试验段逐渐变宽。

3.根据权利要求2所述的试验装置，其特征在于：所述试验水槽的高度为1.2m，总长度为1.5m。

4.根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于：所述试验水槽包括外壁、内壁和底板，所述试验口设置在底板上，靠近试验口的一侧边缘形成有一插口，以使伸出的挡水板活动端伸入该插口内，所述试验的尺寸为40cm*40cm，所述底板的厚度为5mm，所述插口的厚度为5mm，长度为40cm。

5.根据权利要求4所述的试验装置，其特征在于：所述储泥盒为一长方体，所述储泥盒的长度为40cm、宽度为40cm，高度为60cm，储泥盒的壁厚1cm。

6.根据权利要求5所述的试验装置，其特征在于：所述储泥盒的内壁上形成有多个与支撑杆相配合的限位孔，所述调节底板的底部形成有凹槽，所述支撑杆安装在该凹槽内，并对应安装在限位孔内以调节调节底板在储泥盒内的位置。

7.根据权利要求6所述的试验装置，其特征在于：所述取样口由下至上等间距设置十一个取样口，取样口的直径为0.8cm，各取样口的孔间距自底部向上依次为3cm、13cm、23cm、33cm、43cm、53cm、63cm、73cm、83cm、93cm、103cm。

8.根据权利要求7所述的试验装置，其特征在于：所述调平底座包括支撑架，所述支撑架的前端、后端对称形成有向上的凸起以使试验水槽的前后两侧卡装在支撑架上。

9.根据权利要求8所述的试验装置，其特征在于：所述流量计采用安装架固装在试验段的顶部，流量计采用超声波流量计。

10.根据权利要求9所述的试验装置，其特征在于：所述造流桨采用三叶桨，造流桨的高度与试验水槽的高度相同，并在变速马达的驱动下在造流段内模拟不同的河道动力条件。

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