[實用新型]一種脈動壓力驅動下河床垂向潛流交換試驗裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720581947.5
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN206876377U
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發(fā)明（設計）人: 呂輝;簡鴻福;游文蓀;李英玉;盛閔貴;邵仁建;陳斌;孫芳
• 申請（專利權）人: 江西省水利科學研究院
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 南昌洪達專利事務所36111
• 代理人: 劉凌峰

技術領域

本實用新型涉及一種試驗裝置，特別涉及一種脈動壓力驅動下河床垂向潛流交換試驗裝置。

背景技術

潛流交換是潛流帶中地表水與地下水相互交換時所引起的物質(水、保守性溶質、反應性溶質)、顆粒和膠體在河道和河道附近飽和沉積層之間的相互交換。潛流交換過程對流域水資源的準確評價、潛流帶的生態(tài)系統(tǒng)及河流生態(tài)系統(tǒng)的健康均具有重要意義。通過試驗來研究潛流交換過程和機理是最直接有效的手段。

目前，潛流交換試驗主要有室內水槽試驗和野外監(jiān)測試驗兩種形式。野外監(jiān)測試驗通常采用設置觀測井并埋設傳感器的形式，來獲得測點處溫度、壓力等實測數(shù)據(jù)，其主要優(yōu)點是測量數(shù)據(jù)真實、數(shù)據(jù)時間序列長，但成本較高、野外干擾因素多、試驗周期較長等缺點也會給潛流交換試驗的進程造成不利影響。相對而言，室內試驗具有測試方便、測量方法較多、測量成本低等優(yōu)點。因此，利用室內水槽試驗方法研究潛流交換相關問題成為目前國內外學者采用較多的手段。

過去多數(shù)研究者通過建立室內水槽模型、填充砂石的方式來模擬河道，通過塑造特定的河床形態(tài)改變河床的局部壓力梯度，促進潛流交換的發(fā)生；或者通過水槽及流量閥控制地表水和地下水的水流條件，在相關測點布置傳感器和數(shù)據(jù)采集裝置，研究不同水位、流速條件下河床垂向潛流交換的情況；也有研究者通過自動升降活塞控制水槽水位形成動態(tài)的洪水脈沖效應，用于研究一種周期性洪水脈沖驅動下的河漫灘潛流交換過程。這些模型主要通過改變河床形態(tài)、水流條件或者利用水槽水位整體升降達到洪水的脈沖效應，無法實現(xiàn)脈動壓力為唯一驅動力作用下的河床垂向潛流交換過程的研究。發(fā)生洪水、大壩泄水、階梯坎等均會使下游水流產生較大的脈動壓力，對河道的潛流交換過程具有重要影響，因此，開發(fā)一種周期性脈動壓力驅動下的河床垂向潛流交換試驗模型及其制作方法已成潛流交換試驗函待解決的關鍵問題。

發(fā)明內容

本實用新型針對目前水槽試驗的局限，開發(fā)一種周期性脈動壓力驅動下河床垂向潛流交換試驗裝置；打破了傳統(tǒng)水槽模型通過改變河床地形產生局部壓力梯度的局限性，突破了地表水位整體升降產生動態(tài)脈沖效應的單一模式，通過控制水位自動升降形成振動源，引起水槽水位發(fā)生近似三角函數(shù)的周期性波動，對河床界面形成動態(tài)脈動壓力，驅動河床發(fā)生垂向潛流交換作用。

本實用新型的技術方案是：一種周期性脈動壓力驅動下河床垂向潛流交換試驗裝置，主要包括自動升降水位控制系統(tǒng)、水位簡諧振動控制室及河床水槽模型三部分，所述自動升降水位控制系統(tǒng)通過出水管連接水位簡諧振動控制室；水位簡諧振動控制室位于河床水槽模型左側，之間用有機玻璃板作為擋板；所述自動升降水位控制系統(tǒng)由鐵支架、大齒輪、短連桿、小齒輪、長連桿、電機及鐵架臺、細鋼絲、儲水桶、木平臺、出水管、導軌組成；所述水位簡諧振動控制室由消能倉和水箱組成，河床水槽模型由河床模型、角鋼支架、水槽組成；其特征在于：鐵支架、鐵架臺分別固定大齒輪和小齒輪，小齒輪軸心處與電機連接，大齒輪和小齒輪正確嚙合；大齒輪軸心處連接短連桿，短連桿下端連接長連桿，長連桿端部通過細鋼絲與儲水桶相連，儲水桶固定在木平臺上，木平臺水平置于四根導軌間，可上下滑動；儲水桶桶口處通過出水管連接水箱進水口，出水管管身設一止水夾；水箱進水口與消能倉位于水箱底部，水箱右側填石英砂構成河床模型，水箱與河床模型均置于水槽中，水槽用角鋼支架支撐，水槽側壁上布置4個測孔。

進一步的，所述水槽結構尺寸為2m×0.15m×1m。

進一步的，所述測孔位于水槽一側側壁上，在水平方向上等距布置4個側孔，測孔，測孔距河床模型上表面5cm，左側測孔距擋板30cm，4個測孔間距10cm。

進一步的，所述水箱為水槽壁面與擋板連接構成的半封閉結構，上端開口與水槽水體連通，下端設置消能倉與進水口。

進一步的，所述木平臺方形木板制作而成，木板中心處開一個直徑8cm的孔洞，用于放置儲水桶桶口，木板兩邊各開2個矩形缺口，缺口中間設置橡膠滾輪，以木板中心為圓心、以14cm長為半徑畫圓并沿圓輪廓等間距鉆6個孔，孔徑為1cm，孔內放入長40cm、直徑1cm鐵棒，鐵棒下端帶有螺紋，用螺母固定在木板上；將左右兩側的三根鐵棒分別用鐵片焊接成為鐵箍，用于將儲水桶固定在木平臺上。

進一步的，所述儲水桶由飲用水桶改裝而成，將飲水桶桶口倒置放入木平臺洞口處，用橡膠塞封閉，橡膠塞中間插入一根出水管和一根導氣管，導氣管一端插入桶內，其端口低于桶內液面但高于出水管端口，另一端暴露在空氣中，高度大于桶內液面，用固定夾固定在鐵棒上。

進一步的，所述進水口處的出水管端設濾網防止堵塞。