[實用新型]一種不對水沙試驗過程產生擾動的集沙裝置

有效

• 申請號: 201420682837.4
• 申請日: 2014-11-14
• 公開（公告）號: CN204212098U
• 公開（公告）日: 2015-03-18
• 發明（設計）人: 李志晶;李大志;黃建成;金中武;周銀軍
• 申請（專利權）人: 長江水利委員會長江科學院
• 主分類號: E02B1/02
• 分類號: E02B1/02
• 代理公司: 武漢楚天專利事務所 42113
• 代理人: 楊宣仙

技術領域

本實用新型涉及水利工程實驗技術領域，具體是一種不對水沙試驗過程產生擾動的集沙裝置。

背景技術

泥沙運動規律是河流動力力學最基本也是最重要的研究內容。泥沙運動規律的研究包括了泥沙運動力學、河床演變與整治、工程泥沙、航道與港口治理、水土流失與治理等多方面的內容，涉及水文學、水力學、地理學、以及環境與生態學、沉積學等多個學科。泥沙顆粒在流體作用下起動、翻滾、跳躍、懸浮、輸移和沉降等過程直接影響地貌發育和環境演變，泥沙運動導致的固體物質從山區搬向平原和海洋，對沖積平原和三角洲的形成以及海洋環境中沉積過程有著重大影響。伴隨人類自身生存環境的發展以及其它相關領域的不斷進步，泥沙運動規律的研究在解決人類發展所面臨的環境、資源、人口問題及可持續發展方面將發揮重要作用。

在科學家們長期實踐及不斷探索的基礎上，泥沙運動力學的研究已經取得了不少突出的成績。在我國，早在公元前256年的戰國末期，李冰父子在修建都江堰工程時就采用“乘勢利導、因時制宜”的方法，巧妙地運用泥沙運動規律，解決了引水防沙中的泥沙問題，保證都江堰工程成功運行幾千年。張瑞瑾、竇國仁、錢寧、沙玉清等科學家為我國泥沙運動力學的發展奠定了基礎，逐步發展與完善了泥沙學科體系，在理論研究上取得了國際領先水平的成果，在應用上成功地解決了如長江葛洲壩工程、三峽工程和黃河小浪底工程中的重大工程泥沙問題。

一般而言，泥沙運動研究的主要手段包括理論分析、實地觀測、數模計算、物模試驗等。理論分析一般適用于相對簡單的水沙問題；實地觀測需要耗費較大的人力物力，而且在有些情形中不易于實現；數模計算在最近幾十年中得到了巨大的發展，就現狀來說，對長距離的一維河床變形預測，數模以其周期短，投資少的巨大優勢，在應用上已居于統治地位；但對于長距離的二維以及三維水沙問題，由于邊界條件過于復雜，特別是這種復雜邊界條件下的水沙運動規律目前了解甚少，物模試驗是必不可少的研究手段。

在泥沙運動的研究中，一般根據水沙條件將泥沙運動分為推移質與懸移質運動。推移質通常滾動、滑動或跳躍方式輸移，對床面形態以及地貌變化中發揮著重要作用。在我國南方以及西南地區的河流中，推移質泥沙(包括卵石)運動也是比較突出的問題。1948年Meyer-Peter和Muller進行了系統的推移質輸沙水槽實驗，并發表了建立在水槽試驗資料基礎上的推移質輸沙率公式，至今仍被廣泛使用。此后，在一大批科學家們的努力下，推移質運動的試驗研究得到了巨大的發展。

在推移質運動的試驗研究中，很重要的一個變量就是推移質輸沙率。要測量試驗過程中推移質輸沙率，現在較為普遍的做法是在固定斷面布置集沙器，收集上游來沙。集沙器的合理設計直接影響試驗的精度及準度。現有的集沙器主要分為兩類：一類是比較簡單的集沙池，試驗過程中，泥沙隨水流運動至集沙池斷面，落入集沙池中；另一類是比較復雜的水下電子稱集沙器，集沙器與電子稱相連，通過電子稱顯示落入集沙池中的泥沙重量。

然而，這兩類集沙器都有各自的局限性。簡單的集沙池構造簡單，成本低，但只能在試驗結束后得到總的輸沙量數據，或者試驗過程中必須中斷試驗才能得到試驗過程中的輸沙率。電子稱集沙器可以得到試驗過程中實時的輸沙率數據，但水下電子稱構造復雜，使用成本高，而且由于試驗過程中泥沙只能累積在電子稱上，考慮到電子稱精度和量程的要求，只能做輸沙率相對較小的水沙試驗，試驗過程中總的輸沙量不能超過電子稱的量程。因此，設計一種不對水沙試驗產生擾動的，能夠得到試驗過程中的實時輸沙率數據，又能夠控制試驗成本，而且可以進行高強度輸沙試驗的集沙裝置，將極大的提高水沙試驗效率，對水沙試驗研究起到促進作用。

發明內容

本實用新型的目的即是為了克服以上論及的兩類已有集沙裝置的不足之處，提出一種不對水沙試驗產生擾動的集沙裝置，該裝置可以實現在不中斷試驗過程的情況下，得到試驗過程中的實時輸沙率數據，同時，可以用于輸沙率較大的水沙試驗，不受試驗的輸沙總量的影響，此外，此裝置結構較為簡單，使用成本較低，可以提高水沙試驗的效率。