[發明專利]溫差倒灌異重流發生及運動規律的試驗裝置及方法

無效

• 申請號: 201210317426.0
• 申請日: 2012-08-31
• 公開（公告）號: CN102865994A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 劉德富;紀道斌;曹巧麗;楊正健;黃鈺鈴;馬駿;胡念三
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;E02B1/02
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 成鋼

技術領域

本發明涉及一種溫差倒灌異重流發生及運動規律的試驗裝置及方法。?

背景技術

異重流的發現和研究由來己久，按照其底坡相對于異重流運動方向的不同，可分為順坡異重流和反坡異重流。迄今為止，從理論分析、模型試驗到數值模擬等方面，國內外學者對順坡異重流開展了大量研究，成果也在工程實踐中得到了廣泛應用，取得了顯著效益。由于反坡異重流的普遍性和規模本身沒有順坡異重流廣泛，因而目前對反坡異重流的研究尚不多見。在對三峽水庫及典型支流庫灣長期研究中發現，由于三峽水庫蓄水后，支流回水區表底溫差顯著，干支流存在水溫差及泥沙濃度差，因此干流水體以倒灌異重流形式進入庫灣，使得大部分支流庫灣存在明顯的反坡倒灌異重流。倒灌異重流的存在使干、支流間水體交換量及影響范圍增大，水體的交換可改變支流水流特性、營養鹽濃度及分布、光學特性、水溫分層等，從而改變支流庫灣水體富營養化和水華情勢。目前對普遍存在支流庫灣中的倒灌溫差異重流除了現場監測及數值模擬等初步分析之外，有必要在室內重現倒灌異重流現象，進一步認識和研究倒灌異重流的產生條件和運動規律。?

發明內容

本發明的目的是提供一種溫差倒灌異重流發生及運動規律的試驗裝置及方法，既能重現野外監測到的溫差倒灌異重流現象，也能彌補野外監測時效性和同步性的不足以及監測能力的限制，精細分析倒灌異重流的產生條件和運動規律。

本發明的目的是這樣實現的：?一種溫差倒灌異重流發生及運動規律試驗裝置，包括供水裝置和試驗水槽，試驗水槽由進水段、觀測段和尾水段構成，試驗水槽的槽底為坡狀，在進水段與觀測段之間設置有隔板，在進水段與供水裝置連接處的進水口設置有消能柵，在尾水段設有排水管，在觀測段段面上設有流速儀和溫度記錄監控器，在試驗水槽一側設置有攝像機滑道，在試驗水槽另一側設有多個監控相機。

隔板采用有機玻璃制成，在其兩側設有密封條，隔板可在試驗水槽內上下滑動。

供水裝置由一個配水塔和配水箱構成，在配水塔內裝有加熱裝置，用來加熱試驗用水。

槽底是一沿水流方向逆向且坡度可變的底坡，槽底由有機玻璃蓋板和砂質底坡構成。

一種進行底部倒灌異重流試驗的方法，包括以下步驟：

（1）入侵水體配制：將冰塊溶解在配水箱的清水中，調至試驗所需溫度，再加入高錳酸鉀染色；

（2）水槽環境水體準備：待水槽中清水靜置后插上有機玻璃擋板，向進水段水體中加入冰塊和高錳酸鉀，使其溫度及水體濃度均與配水箱中水體一致；

（3）觀測儀器設備調試：將流速儀架在異重流潛入點附近，設置好參數；同時，檢查每個斷面處的溫度計探頭放入深度是否合理，并校正溫度監控器讀數；將照相機放在固定的機位，并由專人進行拍攝；攝像機放入專用支架；?

（4）進行試驗并觀測：選擇試驗所需功率潛水泵，放入配水箱，然后抽去隔板并啟動潛水泵，用攝像機沿滑道移動跟蹤拍攝異重流頭部，以記錄異重流到達各斷面的所用時間，每隔一定時間同步記錄一次各斷面倒灌異重流厚度，試驗后應用圖像識別技術讀取倒灌異重流潛入過程中頭部到達各觀測斷面時間及沿程厚度等資料，流速儀及溫度監控器則分別持續記錄潛入點附近異重流流速及各斷面分層溫度。

一種進行表層倒灌異重流試驗，包括以下步驟：

（1）入侵水體配制：將熱水與常溫水混合，得到水溫高于常溫水的混合水體，再加入高錳酸鉀染色；

（2）水槽環境水體準備：待水槽中清水靜置后插上有機玻璃擋板，向進水段水體中加入冰塊和高錳酸鉀，使其溫度及水體濃度均與配水箱中水體一致；

（3）觀測儀器設備調試：將流速儀架在異重流潛入點附近，設置好參數；同時，檢查每個斷面處的溫度計探頭放入深度是否合理，并校正溫度監控器讀數；將照相機放在固定的機位，并由專人進行拍攝；攝像機放入專用支架；?

（4）進行試驗并觀測：選擇試驗所需功率潛水泵，放入配水箱，然后抽去隔板并啟動潛水泵，用攝像機沿滑道移動跟蹤拍攝異重流頭部，以記錄異重流到達各斷面的所用時間，每隔一定時間同步記錄一次各斷面倒灌異重流厚度，試驗后應用圖像識別技術讀取倒灌異重流潛入過程中頭部到達各觀測斷面時間及沿程厚度等資料，流速儀及溫度監控器則分別持續記錄潛入點附近異重流流速及各斷面分層溫度。

一種進行中層倒灌異重流試驗，包括以下步驟：