[發明專利]一種適用于江湖交匯水系的江湖關系試驗研究裝置及方法

有效

• 申請號: 201310710683.5
• 申請日: 2013-12-20
• 公開（公告）號: CN103741641A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 戴會超;龔軼青;毛勁喬;戴凌全;張培培
• 申請（專利權）人: 河海大學;中國長江三峽集團公司
• 主分類號: E02B1/02
• 分類號: E02B1/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 繆友菊

1.一種適用于江湖交匯水系的江湖關系試驗研究裝置，其特征在于：包括河湖模型模塊、模型調節模塊和江湖關系測量模塊；

所述河湖模型模塊包括水沙輸入口(1)、河道微尺度模型(2)、湖泊微尺度模型(3)、湖口閘門(4)和電磁水沙分離器(5)；河道微尺度模型(2)用于對流域的干流河道物理建模，湖泊微尺度模型(3)用于對與干流連接的通江湖泊湖區物理建模，湖泊子流域內有支流流入，河道微尺度模型(2)與湖泊微尺度模型(3)通過可調節開敞度的湖口閘門(4)連接，當湖口閘門(4)完全開敞時，江湖水系之間無障礙連通；河道微尺度模型(2)上游與湖泊微尺度模型(3)支流上游均安置有可調節水量和泥沙量大小的水沙輸入口(1)；河道微尺度模型(2)下游末端安置有電磁水沙分離器(5)，用于將流出的磁性水體去磁化，實現清水和示蹤劑的循環使用；

所述模型調節模塊包括升降電機(6)、微型氣泵(7)、變糙率底墊(8)、通氣孔(9)和螺旋攪拌泵(10)；升降電機(6)與河道微尺度模型(2)底板連接，用于調整模型河道比降，控制河流流態；變糙率底墊(8)安放在河道微尺度模型(2)與湖泊微尺度模型(3)的床面上，用于調整模型河床和湖床糙率空間分布；通氣孔(9)布置在河道微尺度模型(2)邊壁，用于降低微尺度模型過度縮放造成的邊界層粘滯作用；螺旋攪拌泵(10)安裝在河道微尺度模型(2)上游靠近水沙輸入口(1)處，用于增強河流水體紊動，提高模型水流輸沙效率；變糙率底墊(8)與通氣孔(9)均與微型氣泵(7)相連；

所述江湖關系測量模塊包括水位計(11)、數字磁通計(12)、數字高斯計(13)和表磁分布測量儀(14)；水位計(11)和數字磁通計(12)安裝于河道微尺度模型(2)中的各控制斷面，數字高斯計(13)通過懸掛裝置非接觸式安裝于湖泊微尺度模型(3)中的湖泊控制測點上方，表磁分布測量儀(14)通過懸掛裝置非接觸式安裝于湖泊濕地區域的上方；水位計(11)用于測量各時刻的水位，數字磁通計(12)用于記錄各時刻磁通量，數字高斯計(13)用于測量湖區單位體積水體磁感應強度，表磁分布測量儀(14)用于記錄濕地區域水體磁感應強度；數字磁通計(12)、數字高斯計(13)和表磁分布測量儀(14)均為非接觸式測量，對流態不產生影響。

2.根據權利要求1所述的適用于江湖交匯水系的江湖關系試驗研究裝置，其特征在于：所述河道微尺度模型(2)和湖泊微尺度模型(3)是對大尺度江湖交匯水系原型三維尺寸進行微尺度縮小，即根據實際地形資料按照大比尺縮小后，使用復合材料制作的微尺度三維河道物理模型和微尺度三維湖泊物理模型；在實際建模時，水平比尺范圍為15000～20000，垂直比尺范圍為1000～1500，變率為10～20。

3.根據權利要求1所述的適用于江湖交匯水系的江湖關系試驗研究裝置，其特征在于：所述電磁水沙分離器(5)針對試驗中示蹤劑具有磁性的特點，使用通電線圈產生磁場，對水流中的示蹤粒子進行吸附和分離，實現示蹤劑和清水的循環使用。

4.根據權利要求1所述的適用于江湖交匯水系的江湖關系試驗研究裝置，其特征在于：所述升降電機(6)控制兩級構造的鋁合金空心圓柱體桿上下伸縮，實現模型河道上游的高程在2cm～12cm范圍內變化，通過改變模型河道比降來控制河道水流流態。

5.根據權利要求1所述的適用于江湖交匯水系的江湖關系試驗研究裝置，其特征在于：所述變糙率底墊(8)由多層薄膜組成，變糙率底墊(8)表面上均勻分布梅花形排列的微型氣囊；微型氣囊為乳膠材料，體積由通氣量控制，每個微型氣囊的體積可在0.1cm³～2.0cm³范圍內變化，每間隔10cm～15cm設置通氣閥門實現分段通氣控制，通過改變不同區域的微型氣囊的體積變化，可以調整模型河床及湖床糙率空間分布在0.002～0.02的區間內變化。