[發明專利]一種河岸帶模擬與監測系統

有效

• 申請號: 201110318059.1
• 申請日: 2011-10-19
• 公開（公告）號: CN102507136A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 夏繼紅;林俊強;王丹;劉海洋;丁星星;鞠蕾
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明一種河岸帶模擬與監測系統，屬于水利工程物理模型試驗領域，尤其適用于河岸帶水力學特性模擬、近岸地表水與地下水交換模擬、河岸帶削污效應模擬等研究領域。

背景技術

河岸帶是水陸交界的過渡地帶，是河流生態系統與陸地生態系統之間物質和能量相互傳遞與轉化的重要紐帶。當地表水流經彎曲河岸時，會在河岸迎水面與背水面間產生壓力梯度，促使地表水與地下水發生對流交換；當地表水流經粗糙河岸表面時，會在河岸表面附近產生劇烈的紊動區，促使地表水與地下水發生紊流交換；當地表水的有機質含量高于地下水時，會在河岸區形成濃度梯度，促使地表水與地下水發生擴散交換。在這些復雜的物理、化學梯度作用下，河流地表水與河岸地下水相互滲透、相互轉換，促進了微生物的新陳代謝、有機質的自然降解、礦物質的硝化與反硝化作用，進而改善了河流與地下水的水環境。因此，如何模擬不同的河岸形態、再現復雜的河岸帶水流條件、動態監測河流地表水與河岸地下水的交換行為，是系統研究河岸帶水力學特性、河岸帶削污效應等問題的重要前提。

目前，河岸帶的相關研究多集中于野外調查，室內的模型試驗研究仍只停留在河岸邊界作用下的河流地表水流態的研究，尚無一套適用于河流地表水與河岸地下水相互作用研究的模擬系統與監測裝置。現有的河岸帶相關物理試驗是通過制作斷面模板、模型放樣，并用水泥砂漿抹面，以塑造河床與河岸帶形態進行研究，其存在以下缺陷：

1、只能進行河岸邊界作用下的河流地表水流態研究，不能進行河流地表水與河岸地下水相互作用研究。

2、河岸形態的改變需要拆除原來的模型，重新制作斷面模板，并塑造新的河床與河岸形態，模型制作工期較長，模型成本高昂。

3、河流地表水與地下水發生交換的河床與河岸邊界被水泥砂漿抹面阻斷，無法模擬各種物理、化學梯度作用下的河流地表水與河岸地下水交換現象。

4、不具有地表水與地下水濃度監測系統，無法定量研究河流地表水與河岸地下水的凈交換量與交換范圍。

發明內容

針對上述的不足，本發明提供了一種使用便捷、自動化程度高的河岸帶模擬與監測系統。具體而言，包括以下內容：

(1)系統控制平臺。具體而言，包括：用戶操作界面、數據監視窗口、故障提示窗口。

(2)河岸形態模擬系統。具體而言，包括：河岸形態模擬器、河岸形態模板架和河岸形態模板。

(3)壓力監測系統。具體而言，包括：9個壓力傳感器、壓力傳感器固定底座、抽屜式伸縮橫板、止水板、壓力傳感器纜線、壓力變送器與相應的數據通信設備，用于監測一個河岸波形不同位置河岸表面的壓力分布情況。

(4)濃度監測系統。具體而言，包括：1支固定于地表水進口段的地表水電導率探棒、12支埋設于河岸帶地下區域的地下水電導率探棒、地下水電導率探棒固定支架與相應的數據通信設備，用于監測河流地表水與河岸地下水的交換進程。

所述的系統控制平臺集成了河岸形態模擬系統、壓力監測系統、濃度監測系統。用戶進入該平臺的操作界面后，即可對本發明的河岸帶模擬與監測系統進行相關操作。試驗過程中，實時監測的數據顯示在數據監視窗口。如在試驗過程中，壓力傳感器、電導率傳感器等監測儀器發生故障時，出錯代碼、出錯儀器以及故障部位將顯示于故障提示窗口。

所述的河岸形態模擬器包括：L型鋼臂、滑動橫梁、河岸坡面刮板、河床掃平刮板、河岸上表面掃平刮板、短軸傳動桿、長軸傳動桿、球輪、滑動橫梁固定螺桿、河岸坡面刮板固定螺桿、傳動桿控制電纜、激光定位探頭、河岸形態模擬器控制電纜。

進一步地，所述的河岸形態模擬器中的滑動橫梁、球輪、河岸坡面刮板、河床掃平刮板、河床上表面掃平刮板均為活動結構，可自由拆卸。滑動橫梁、河岸坡面刮板與L型鋼臂通過滑動橫梁固定螺桿、河岸坡面刮板固定螺桿連接，滑動橫梁與河岸坡面刮板的懸空高度亦可通過螺桿調節。河岸形態模擬器配套有不同坡度規格與長度規格的河岸坡面刮板，同時配套不同長度規格的滑動橫梁、河床掃平刮板與河岸上表面掃平刮板。實際應用時，可視塑造的河岸形態選擇適當規格的配件進行組裝。

進一步地，所述的河岸形態模擬器、河岸形態模板架均采用輕型鋼架結構，重量較輕，易于拆卸、組裝、搬運。

進一步地，所述的壓力傳感器固定底座為可更換部件，配套的壓力傳感器固定底座為正弦形狀，具有不同波長與振幅規格，也可根據用戶需要，訂制特殊形狀的壓力傳感器固定底座，以便能準確固定壓力傳感器于不同河岸形態的表面。