一種模擬底泥污染物再懸浮釋放的環(huán)形水槽裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種模擬底泥污染物再懸浮釋放的環(huán)形水槽裝置，包括環(huán)形水槽主體，底座，旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置，升降動(dòng)力裝置以及流速測量和采樣裝置；所述環(huán)形水槽主體放置于底座上，所述升降動(dòng)力裝置安裝在底座的中心處，所述旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置安裝在所述升降動(dòng)力裝置上端，所述流速測量和采樣裝置安裝在環(huán)形水槽主體的外壁上部。本發(fā)明體積小，不需要貯水池，不需要水泵，可以方便地移動(dòng)，甚至可以搬運(yùn)到現(xiàn)場采樣做試驗(yàn)，所需試樣少，調(diào)整流速方便易行，便于觀測及操作，無機(jī)械干擾，可以模擬無限長水流。裝置采用了漂浮在水面上的偏心剪力環(huán)裝置，它還使環(huán)形水槽中的水流保持水平，從而有效地抑制了次生流的發(fā)展。
【專利說明】一種模擬底泥污染物再懸浮釋放的環(huán)形水槽裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種模擬底泥污染物再懸浮釋放的環(huán)形水槽裝置，屬于水利工程，環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]水體富營養(yǎng)化和重金屬污染等水環(huán)境問題日益突出，污染物在河流湖泊中底泥的淤積和聚集，使得底泥的內(nèi)源性污染越來越嚴(yán)重，尤其在水力條件比較復(fù)雜的河口地區(qū)，受污染底泥的內(nèi)源釋放越來越明顯。對(duì)于受到水動(dòng)力擾動(dòng)較大的淺水湖泊和河流中，水體底泥沉積污染物容易產(chǎn)生再懸浮，對(duì)整個(gè)水體水環(huán)境產(chǎn)生較大的影響。因此，構(gòu)建模型來模擬水力條件，研究底泥中的污染物再懸浮現(xiàn)象是十分必要的。
[0003]目前室內(nèi)水槽實(shí)驗(yàn)是開展水動(dòng)力作用下水體底泥污染物再懸浮釋放相關(guān)理論研究的主要方式。模擬的關(guān)鍵是水動(dòng)力擾動(dòng)的模擬和底泥泥沙的起動(dòng)再懸浮模擬，其中水動(dòng)力擾動(dòng)的模擬方式主要為旋槳式、活塞式、振蕩式，模擬底泥泥沙再懸浮水體環(huán)境的方法分為燒杯式、直水槽式和環(huán)形水槽式。
[0004]模擬水動(dòng)力擾動(dòng)方式中，I)旋槳式是通過旋槳擾動(dòng)水體產(chǎn)生沉積物污染物再懸??；2)活塞式是運(yùn)用頻率可調(diào)系統(tǒng)，使活塞上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)作用于上覆水體，使底泥表層沉積物擾動(dòng)產(chǎn)生污染物釋放；3)振蕩式是在容器內(nèi)裝入一定量的底泥和水樣，采用攪拌器或振蕩器來使底泥沉積物發(fā)生再懸浮，攪拌幅度和振蕩頻率來模擬水動(dòng)力的大小。以上三種方式操作簡單，模擬體系較小，擾動(dòng)條件易于控制且可同時(shí)設(shè)置多組平行試驗(yàn)，但與天然水體受水動(dòng)力作用產(chǎn)生的底泥再懸浮過程相差很大，模擬效果欠佳。
[0005]模擬底泥泥沙再懸浮水體環(huán)境的方法中，I)燒杯式是底泥沉積物放入一定量的底泥和水樣，攪拌和振蕩使沉積物產(chǎn)生大、中、小的擾動(dòng)，控制不同強(qiáng)度下的底泥污染物釋放；
2)直槽式是將底泥沉積物放入水槽底部，使用水泵抽取水箱中的水產(chǎn)生水流，從而使沉積物發(fā)生再懸浮污染物釋放。3)環(huán)形水槽是把直槽的長度轉(zhuǎn)化為時(shí)間尺度，以模擬無限長的水槽，其水體環(huán)境是封閉性的，無出流和入流的物理邊界，因而應(yīng)用較多。大多數(shù)環(huán)形水槽使用同心圓環(huán)型水槽由上、下盤或者內(nèi)、外壁旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)水流運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。環(huán)形水槽因?yàn)槠錁?gòu)造的特點(diǎn)，其旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)水流產(chǎn)生的離心力，會(huì)產(chǎn)生橫向二次流造成流場的不均勻性，在一定程度上使得水流條件復(fù)雜，從而使得底泥再懸浮的機(jī)理研究較為困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于針對(duì)目前模擬水槽裝置存在的缺陷，提供一種模擬底泥污染物再懸浮釋放過程的環(huán)形水槽裝置，該裝置能在不影響水流流速和懸浮泥沙分布的前提下，模擬不同水動(dòng)力條件下的沉積污染物釋放過程，進(jìn)行不同水深和不同流速下的樣品的測定，以滿足水體-泥沙-污染物相互耦合關(guān)系的研究要求。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
一種模擬底泥污染物再懸浮釋放的環(huán)形水槽裝置，包括環(huán)形水槽主體，底座，旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置，升降動(dòng)力裝置以及流速測量和采樣裝置；所述環(huán)形水槽主體放置于底座上，所述升降動(dòng)力裝置安裝在底座的中心處，所述旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置安裝在所述升降動(dòng)力裝置上端，所述流速測量和采樣裝置安裝在環(huán)形水槽主體的外壁上部。
[0008]所述環(huán)形水槽主體包括外壁、內(nèi)壁和底槽，外壁和內(nèi)壁的圓心重合，固定在底槽上。
[0009]所述旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置包括剪力環(huán)、控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)和鋼構(gòu)件和支撐圓平臺(tái)；所述控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)的輸出軸連接支撐圓平臺(tái)，若干鋼構(gòu)件均勻分布在支撐圓平臺(tái)上，剪力環(huán)由有機(jī)玻璃整體構(gòu)成，水平固定在鋼構(gòu)件上。
[0010]升降動(dòng)力裝置包括控制升降電機(jī)和動(dòng)力連接鋼桿；所述動(dòng)力連接鋼桿下端連接控制升降電機(jī)，上端連接旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置。
[0011]所述流速測量和采樣裝置安置在所述外壁上部，包括帶標(biāo)尺垂向桿、帶標(biāo)尺縱向桿和測速固定夾；所述測速固定夾固定在外壁上，所述帶標(biāo)尺垂向桿、帶標(biāo)尺縱向桿固定在測速固定夾上。
[0012]在所述外壁上，自上而下設(shè)有九個(gè)帶閥取樣口，取樣口直徑為0.5cm，各取樣口的孔間距自底槽向上依次為7cm, 9cm, 11cm, 13cm, 15cm, 20cm, 25cm, 30cm, 35cm ;在底槽對(duì)稱的兩端各設(shè)置一個(gè)帶閥排水口，排水口直徑均為5cm。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的優(yōu)點(diǎn):
I)利用剪力環(huán)帶動(dòng)水體產(chǎn)生水流來模擬底泥沉積污染物再懸浮的釋放過程，環(huán)形水槽內(nèi)形成穩(wěn)定的水流，比振蕩式、活塞式、旋槳式、直水槽等方法更接近水流作用下的底泥污染物再懸浮釋放機(jī)理。2)利用電機(jī)來控制剪力環(huán)的轉(zhuǎn)速，可以改變水流的流速和流向。3)采用有機(jī)玻璃來制造水槽本體，可以方便地查看水流特征和水深情況，可以接入各種測試儀器和采樣裝置。4)本裝置的水體取樣方便，可以實(shí)現(xiàn)不同深度水樣的采集，不會(huì)干擾水體中流場和懸浮物的分布。5)采用控制柜直接控制剪力環(huán)旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置的高度和轉(zhuǎn)速，很方便地調(diào)節(jié)上覆水體水力條件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明裝置的主視圖。
[0015]圖2是本發(fā)明裝置水槽主體的橫截面圖。
[0016]圖3是本發(fā)明裝置水槽主體示意圖。
[0017]圖4是本發(fā)明裝置剪力環(huán)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例作進(jìn)一步的說明。
[0019]如圖1和圖4所示，一種模擬底泥污染物再懸浮釋放的環(huán)形水槽裝置，包括環(huán)形水槽主體1，底座2，旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置4，升降動(dòng)力裝置7以及流速測量和采樣裝置；所述環(huán)形水槽主體I放置于底座2上，所述升降動(dòng)力裝置7安裝在底座2的中心處，所述旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置4安裝在所述升降動(dòng)力裝置7上端，所述流速測量和采樣裝置安裝在環(huán)形水槽主體I的外壁11上部。
[0020]所述環(huán)形水槽主體I包括外壁11、內(nèi)壁12和底槽13，外壁11和內(nèi)壁12的圓心重合，固定在底槽13上。
[0021]所述旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置4包括剪力環(huán)3、控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)5和鋼構(gòu)件6和支撐圓平臺(tái)19 ；所述控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)5的輸出軸連接支撐圓平臺(tái)19，若干鋼構(gòu)件6均勻分布在支撐圓平臺(tái)19上，剪力環(huán)3由有機(jī)玻璃整體構(gòu)成，水平固定在鋼構(gòu)件6上。
[0022]升降動(dòng)力裝置7包括控制升降電機(jī)8和動(dòng)力連接鋼桿9 ;所述動(dòng)力連接鋼桿9下端連接控制升降電機(jī)8，上端連接旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置4。
[0023]如圖2和圖3所示，所述流速測量和采樣裝置安置在所述外壁11上部，包括帶標(biāo)尺垂向桿14、帶標(biāo)尺縱向桿15和測速固定夾16 ;所述測速固定夾16固定在外壁11上，所述帶標(biāo)尺垂向桿14、帶標(biāo)尺縱向桿15固定在測速固定夾16上。
[0024]在所述外壁11上，自上而下設(shè)有九個(gè)帶閥取樣口 10，取樣口 10直徑為0.5cm，各取樣口 10的孔間距自底槽13向上依次為7cm,9cm, 11cm, 13cm, 15cm, 20cm, 25cm, 30cm,35cm ;在底槽13對(duì)稱的兩端各設(shè)置一個(gè)帶閥排水口 18，排水口 18直徑為5cm。
[0025]本發(fā)明裝置的使用方法及步驟如下:
I)將采集的底泥17移入環(huán)形水槽主體I中，緩慢注入河道采集的原水或自來水至實(shí)驗(yàn)所需要的水深。
[0026]2)將流速測量和采樣裝置安裝在外壁11上，將測速固定夾16伸入環(huán)形水槽主體I中，使測速固定夾16浸沒在上覆水體中，通過帶標(biāo)尺垂向桿14和帶標(biāo)尺縱向桿15來定位測速固定夾16，使之按照一定的深度浸沒入水體中。
[0027]3)實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，打開控制升降電機(jī)8，調(diào)節(jié)升降動(dòng)力裝置7，使得剪力環(huán)3剛好貼合上覆水體表面。
[0028]4)根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，調(diào)節(jié)控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)5，使得剪力環(huán)3帶動(dòng)表面水運(yùn)動(dòng)，逐漸形成一定流速的水流，通過觀察流速儀和水深比尺，得到實(shí)驗(yàn)所需要的流速和水深。
[0029]5)水流穩(wěn)定一段時(shí)間后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，依次打開帶閥取樣口 10的各個(gè)閥口，分別進(jìn)行單獨(dú)采樣或分層采樣，并補(bǔ)充相應(yīng)的水量。
[0030]6)根據(jù)實(shí)際測量需要，對(duì)采集的上覆水樣進(jìn)行理化測試分析。
[0031]7)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)5，打開控制升降電機(jī)8使得剪力環(huán)3高于水面，開啟底槽13上的帶閥排水口 18將水排盡。
【權(quán)利要求】
1.一種模擬底泥污染物再懸浮釋放的環(huán)形水槽裝置，其特征在于，包括環(huán)形水槽主體(1)，底座(2)，旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置(4)，升降動(dòng)力裝置(7)以及流速測量和采樣裝置；所述環(huán)形水槽主體(I)放置于底座(2)上，所述升降動(dòng)力裝置(7)安裝在底座(2)的中心處，所述旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置(4)安裝在所述升降動(dòng)力裝置(7)上端，所述流速測量和采樣裝置安裝在環(huán)形水槽主體(I)的外壁(11)上部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬底泥污染物再懸浮釋放的環(huán)形水槽裝置，其特征在于，所述環(huán)形水槽主體(I)包括外壁(11)、內(nèi)壁(12)和底槽(13)，外壁(11)和內(nèi)壁(12)的圓心重合，固定在底槽(13)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬底泥污染物再懸浮釋放的環(huán)形水槽裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置(4)包括剪力環(huán)(3)、控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)(5)和鋼構(gòu)件(6)和支撐圓平臺(tái)(19);所述控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)(5)的輸出軸連接支撐圓平臺(tái)(19)，若干鋼構(gòu)件(6)均勻分布在支撐圓平臺(tái)(19)上，剪力環(huán)(3)由有機(jī)玻璃整體構(gòu)成，水平固定在鋼構(gòu)件(6)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬底泥污染物再懸浮釋放的環(huán)形水槽裝置，其特征在于，升降動(dòng)力裝置(7)包括控制升降電機(jī)(8)和動(dòng)力連接鋼桿(9);所述動(dòng)力連接鋼桿(9)下端連接控制升降電機(jī)(8 )，上端連接旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置(4 )。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬底泥污染物再懸浮釋放的環(huán)形水槽裝置，其特征在于，所述流速測量和采樣裝置安置在所述外壁(11)上部，包括帶標(biāo)尺垂向桿(14)、帶標(biāo)尺縱向桿(15)和測速固定夾(16);所述測速固定夾(16)固定在外壁(11)上,所述帶標(biāo)尺垂向桿(14)、帶標(biāo)尺縱向桿(15)固定在測速固定夾(16)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的模擬底泥污染物再懸浮釋放的環(huán)形水槽裝置，其特征在于，在所述外壁(11)上，自上而下設(shè)有九個(gè)帶閥取樣口( 10)，取樣口( 10)直徑為.0.5cm,各取樣口(10)的孔間距自底槽(13)向上依次為7 cm, 9cm, 11cm, 13cm, 15cm, 20cm,25cm, 30cm, 35cm ;在底槽(13)對(duì)稱的兩端各設(shè)置一個(gè)帶閥排水口( 18)，排水口( 18)直徑均為 5cm。
【文檔編號(hào)】G01N33/18GK103869048SQ201410057326
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年2月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月19日
【發(fā)明者】王道增, 朱紅偉, 鐘寶昌, 程鵬達(dá), 樊靖郁 申請(qǐng)人:上海大學(xué)