[發明專利]環形水槽模擬風浪擾動下水下沉積物再懸浮的方法及裝置

無效

• 申請號: 200710025671.3
• 申請日: 2007-08-13
• 公開（公告）號: CN101110174A
• 公開（公告）日: 2008-01-23
• 發明（設計）人: 王超;王沛芳;侯俊
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G09B25/00
• 分類號: G09B25/00
• 代理公司: 南京君陶專利商標代理有限公司
• 代理人: 沈根水

技術領域

本發明涉及淺水湖泊和河流系統水體生態環境的模擬，特別是利用環形水槽模擬有沉水植物生長的湖泊、河流等水體中，不同強度風浪擾動下沉積物再懸浮的方法及裝置。

背景技術

沉積物是湖泊及其流域中營養鹽和其它污染物的重要歸宿和積蓄庫，營養物經過一系列物理、化學及生物作用，其中一部分沉積于湖泊底部，成為湖體營養物的內負荷。對于淺水湖泊和河流，外部動力擾動(風、浪等)易使水體底部的表層沉積物產生再懸浮，對水體-沉積物界面的物理、化學和生物性狀及水體的生態環境特征產生較大影響，因此，研究外部動力擾動作用下沉積物懸浮的發生過程與機理具有重要意義。

研究外部動力擾動對沉積物再懸浮的影響主要采用野外觀測和室內模擬這兩類方法。野外觀測由于風浪、水流等條件的隨機性和不可控性太強，常常產生較大的系統誤差，給理論分析帶來較大限制，因此常只用作調查和驗證研究。目前開展水體中沉積物再懸浮的相關理論研究常常是利用室內模擬方法，模擬的關鍵涉及外部動力擾動模擬與天然水體模擬兩方面，其中模擬外部動力擾動的目前常用方法可分為旋槳式、活塞式、振蕩式、造波式，模擬天然水體的目前常用方法可分為三角瓶式、直管式和水槽式三種。模擬外部動力擾動的方法中，旋槳式通過旋槳在水中擾動帶動水體運動進而引起沉積物懸浮，活塞式利用活塞在水中上下往復運動造成對沉積物表層的擾動從而產生懸浮，振蕩式通過振蕩器的振蕩作用使沉積物發生懸浮，造波式利用造波機造出的波浪擾動沉積物使其產生懸浮，可見，旋槳式、活塞式、振蕩式均采用機械力直接擾動水體的方式模擬風浪對水體及沉積物的擾動，這顯然與實際情況差異很大，造波式雖然與實際情況接近，但造波裝置復雜且費用太大。模擬天然水體的方法中，三角瓶式、直管式模擬天然水體顯然具有相當大的局限性，不能放映出風浪擾動下水體的流場狀況，因此無法研究風浪擾動-流場運動-沉積物再懸浮之間的定量關系，水槽式模擬天然水體與實際情況接近，但目前水槽式模擬方法中由于采用造波式模擬動力擾動的方法，因而常常結構復雜、造價昂貴、操作煩瑣。另外，在有沉水植物生長的湖泊和河流里，沉水植物對沉積物的再懸浮具有很大影響，而目前的室內模擬方法均未能實現對有沉水植物生長水體中沉積物再懸浮的模擬。

發明內容

本發明的目的就在于克服上述各種水下沉積物再懸浮模擬方法和裝置所存在的缺陷，提出一種綜合性效果佳的水下沉積物再懸浮室內模擬方法和裝置。真實地模擬有沉水植物生長的湖泊、河流等天然水體中，不同強度的風浪擾動下水體產生流場運動進而引起沉積物再懸浮的過程，并在沉積物再懸浮相對穩定的條件下進行不同深度水體樣品的精確采集，以滿足風浪擾動-流場運動-沉積物再懸浮之間定量關系的研究需求，且實現模擬裝置構造簡單、造價便宜、使用方便。

本發明的技術解決方案是：環形水槽模擬風浪擾動下水下沉積物再懸浮的方法，其特征是將未擾動采集的沉積物置于環形水槽底部，在沉積物上種植沉水植物并上覆水體；通過多臺鼓風機聯合使用模擬不同風強施加于上覆水體，使其產生水流運動，并通過調整鼓風口的位置及其與上覆水面的夾角使得水槽內流場基本均勻，水槽底部的沉積物在水動力作用下發生再懸浮，實現有沉水植物生長的湖泊和河流等水體中不同強度風浪擾動下沉積物再懸浮的定量模擬。

環形水槽模擬風浪擾動下水下沉積物再懸浮裝置，其結構是一個環形水槽，該環形水槽的底部以長方體底座密合，頂部以半圓環體頂蓋密合，環形水槽的內、外壁均由兩塊長方形和兩塊弧形有機玻璃板組合而成，環形水槽的正面和背面外壁正中自上而下依次排列設置若干帶閥取樣嘴，每個帶閥取樣嘴的間距相等或不等，環形水槽兩側下端各設置一個帶閥排水口，頂蓋通過活頁與環形水槽的外壁連接，頂蓋上預留有兩個通氣孔和兩個流速測孔分別供鼓風系統中的風管和流速儀測桿伸入。