[發(fā)明專(zhuān)利]一種模擬淺水湖泊復(fù)雜環(huán)流條件下原位底泥再懸浮的裝置及使用方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310236315.1
• 申請(qǐng)日: 2013-06-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103335817A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王健健;黃亞文;逄勇;李一平;謝蓉蓉;朱心悅;王曉;賈俊杰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01M10/00
• 分類(lèi)號(hào): G01M10/00;G01N33/18;G01N1/14
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 李紀(jì)昌

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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水體生態(tài)環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種模擬淺水湖泊復(fù)雜環(huán)流條件下原位底泥再懸浮的裝置及使用方法。

背景技術(shù)

我國(guó)幅員遼闊、湖泊眾多，因?qū)促Y源的不合理利用或過(guò)度排放污廢水等都會(huì)破壞湖泊的生態(tài)環(huán)境，近幾年來(lái)長(zhǎng)江中下游地區(qū)淺水湖泊的水質(zhì)及富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題日益突出。研究認(rèn)為，在淺水湖泊中風(fēng)生流產(chǎn)生的水動(dòng)力條件對(duì)表層底泥的再懸浮有重要影響，特別是在不同強(qiáng)度，不同持續(xù)時(shí)間的風(fēng)場(chǎng)作用下，大部分淺水湖區(qū)不僅會(huì)在水平方向上發(fā)生環(huán)流，而且在垂直方向上由于水體的流失也會(huì)發(fā)生垂向的補(bǔ)償環(huán)流，該雙重復(fù)雜環(huán)流結(jié)構(gòu)在太湖、巢湖等典型淺水湖泊中都被得到驗(yàn)證。改善湖泊水質(zhì)的關(guān)鍵措施是要控制湖泊中水體與表層底泥物質(zhì)交換和能量的傳輸。

公知的淺水湖泊表層底泥再懸浮的方法大多為室內(nèi)模擬，主要有錐形瓶式、直管式和水槽式三種。錐形瓶式使用振蕩器將置于瓶中的底泥與上覆水一起震蕩；直管式用活塞上下運(yùn)動(dòng)或旋槳旋轉(zhuǎn)造成上覆水體擾動(dòng)；水槽式是用旋槳推進(jìn)器、造波機(jī)等造成底泥上方水體運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生底泥再懸浮。這些方法對(duì)上覆水所產(chǎn)生的動(dòng)力擾動(dòng)、左右震動(dòng)、上下擠壓或水體整體水平運(yùn)動(dòng)，都未能真實(shí)反映出淺水湖泊風(fēng)生流作用下產(chǎn)生的垂向環(huán)流結(jié)構(gòu)。因此，有的學(xué)者提出了模擬表層底泥在垂向環(huán)流作用下再懸浮的方法，該方法雖然考慮了風(fēng)應(yīng)力作用下水體的垂向環(huán)流對(duì)表層底泥再懸浮的影響，但未能考慮水體水平方向流場(chǎng)的作用，無(wú)法真實(shí)反映淺水湖泊由風(fēng)應(yīng)力引起的復(fù)雜環(huán)流條件下表層底泥再懸浮過(guò)程。

中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?20041014329.X，提出了一種“一種室內(nèi)模擬水下沉積物再懸浮狀態(tài)的方法及裝置”，該技術(shù)方案主要由Y型連接管和旋槳器組成。雖然具有可斜向施加強(qiáng)度大小可變的水下動(dòng)力，使水柱中懸浮物顆粒成垂直分布狀態(tài)的優(yōu)點(diǎn)，但還存在以下不足，一是旋槳器斜向施加的水下動(dòng)力產(chǎn)生的流場(chǎng)不能真實(shí)模擬淺水湖泊實(shí)際風(fēng)生流場(chǎng)，因流場(chǎng)狀態(tài)不同而不能很好的模擬復(fù)雜流場(chǎng)情況下的底泥再懸浮過(guò)程；二是旋槳器施加的水下動(dòng)力，其對(duì)沉積物擾動(dòng)的紊流特征與野外實(shí)際復(fù)雜流場(chǎng)對(duì)沉積物擾動(dòng)的紊流特征不同，紊流擾動(dòng)特征的不同導(dǎo)致沉積物再懸浮過(guò)程的不同，從而直接影響沉積物再懸浮的模擬結(jié)果。

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中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?201210366663.6，提出了一種“用于模擬淺水湖泊風(fēng)生垂向環(huán)流作用下沉積物再懸浮的裝置和方法”，該技術(shù)方案主要由矩形水槽、水流推進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)及流速測(cè)量裝置組成。雖然具有在矩形水槽中用傳送帶滾動(dòng)帶動(dòng)表層水體流動(dòng)形成淺水湖泊中存在的風(fēng)生垂向環(huán)流的優(yōu)點(diǎn)，但還存在以下不足，一是該裝置水流推進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)只能產(chǎn)生垂向環(huán)流，無(wú)法模擬形成長(zhǎng)江中下游地區(qū)淺水湖泊（尤其是太湖）普遍存在的水平環(huán)流；二是由傳送帶帶動(dòng)表面水體運(yùn)動(dòng)，水體遇水槽邊壁后下潛至底泥表面以相反方向運(yùn)動(dòng)從而形成垂向環(huán)流，此垂向環(huán)流受水槽邊壁影響較大，因而與實(shí)際淺水湖泊風(fēng)生流中由于水體流失而形成的垂向補(bǔ)償環(huán)流結(jié)構(gòu)不同；三是由傳送帶帶動(dòng)上覆水形成的垂向環(huán)流與野外實(shí)際的復(fù)雜流場(chǎng)不同，不能很好的模擬復(fù)合作用下復(fù)雜流場(chǎng)情況下的底泥再懸浮過(guò)程；四是該裝置底泥裝卸過(guò)程需先拆除水流推進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)及流速測(cè)量裝置，裝卸極不方便，在裝卸過(guò)程中對(duì)底泥原狀結(jié)構(gòu)破壞較大。

中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?201310184563.6，提出了“一種軟布封底式淺水域原狀表層沉積物采樣器”，該采樣器主要由采樣套筒、采樣機(jī)構(gòu)和采樣內(nèi)膽組成。雖然具有采樣面積大、采樣成功率高和不破壞表層沉積物物理結(jié)構(gòu)及層序結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，但是該采樣器僅能夠采集淺水域原狀表層沉積物，不能利用采集的表層沉積物開(kāi)展進(jìn)一步的模擬再懸浮試驗(yàn)研究。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種模擬淺水湖泊復(fù)雜環(huán)流條件下原位底泥再懸浮的裝置及使用方法，本發(fā)明能夠模擬不同強(qiáng)度風(fēng)場(chǎng)形成的水平環(huán)流和垂向補(bǔ)償環(huán)流疊加作用下的復(fù)雜環(huán)流結(jié)構(gòu)，進(jìn)行不同深度水體樣品的采集和不同深度流速的測(cè)定。