[发明专利]串联式圆筒模拟水下沉积物再悬浮的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及串联式圆筒对浅水湖泊及河流水体生态环境的模拟，亦可用于水培实验，特别适用于室内模拟在有沉水、挺水及浮水植物生长的水体中，不同强度外部动力扰动下沉积物再悬浮的方法及装置。

背景技术

再悬浮是指水下沉积物在外力(包括风力、水流、人类活动等)作用下而产生扰动并再次悬浮和分布的过程。再悬浮的研究范围很广，包括水体浑浊度、水体化学成分的迁移转化、水体微生物变化等等，再悬浮的程度除与外力强度及作用时间有关外，同水生植物的种类及生长状况也有密切关系，因此，不同水生植物对再悬浮的影响成为目前研究的一个热点。目前，主要研究对象是浮水、挺水与沉水植物，但是要在野外同时对长有这三类植物的水体进行再悬浮模拟，又要保证其它实验条件相同，这几乎是不可能的。因此，目前普遍采用的方式是室内模拟，主要的模拟方法有旋浆式、振荡式、活塞式和造波式4种。旋浆式是通过旋浆在水体中扰动带动水体运动而使沉积物再悬浮；振荡式是将水体和沉积物放在振荡器上使之再悬浮；活塞式是通过置入水体中的活塞的往复运动使沉积物产生悬浮；造波式用造波机产生的波浪使沉积物再悬浮。振荡式将外力同时作用于水体和沉积物，与天然水体中沉积物受水体扰动而被动受力的情况不相符；活塞式仅产生垂直方向的力也与实际情况不同，且受活塞影响对于长有浮水植物和挺水植物的水体难以模拟；造波式由于构造及操作复杂造价高也难以推广。综上所述，此三种方法或者不能近似模拟自然状态，或者不能满足不同种类的水生植物生长的需要，且无法同时模拟不同水体环境下沉积物的再悬浮。

发明内容

鉴于现有技术在模拟水体沉积物再悬浮中的缺陷，本发明提供一种能在近自然状态下同时模拟不同水体环境的沉积物再悬浮的方法及装置，并可以设定不同的扰动强度。这里的不同水体环境包括不同的水生植物、不同的沉积物、不同的水体等，甚至可以另外添加光照装置进行水培实验。

本发明提供的技术解决方案是：通过装在机体顶部的变频电机带动转轴转动，在转轴上装有多个齿轮，进而带动多个串联的固定旋浆的传动杆同步转动，旋浆带动对应有机玻璃桶中水体运动使沉积物产生再悬浮；通过调整电机转速可以实现不同扰动强度的模拟。

本发明在结构上属于旋浆式，其主体结构是由变频电机控制的4个旋浆及对应的安装于长方形底座上的4个敞口有机玻璃圆柱桶，桶壁标有刻度线，旋浆高度可以通过两侧支架上的升降机手动调节，桶内可以设置不同的实验环境，并控制其他实验条件的统一，每个桶的桶壁上中下均匀分布三个取样口，并设阀门。

本发明的优点和效果在于：(1)采用旋浆式结构，克服了其他结构的缺陷，能近似地模拟自然状态。(2)无级调速，并可以在同一扰动强度下实现对不同水体环境沉积物再悬浮的模拟。(3)有机玻璃桶采用敞口设计，可以种植高于桶高的水生植物。(4)旋浆叶片采用窄长式十字交叉设计，减少了占用空间及对水体流场和水生植物的影响。(5)采用大口径有机玻璃桶，较少桶壁对水体流场的影响，并为种植水生植物提供充足空间。(6)旋浆高度可自由调节，并可通过标尺读出。(7)自上而下均匀设置3个取样口，方便对不同深度的水体取样。(8)安装拆卸方便，操作简单。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图

图2为有机玻璃桶立体图

图3为旋浆立体图

图中1.变频电机2.无级调速器3.升降机4.有机玻璃桶5.上覆水6.旋浆7.沉积物8.底座9.传动齿轮10.转轴11.传动杆12.传动杆固定环13.转轴固定座14.支架15.取样口阀门16.取样口17.玻璃桶底座

具体实施方式

如附图，模拟水下沉积物再悬浮的串联式圆桶装置，其结构主要包括变频电机1，无级调速器2，升降机3，有机玻璃桶4，底座8，传动齿轮9，转轴10，传动杆11，支架14，取样口16以及一些固定装置等。变频电机1可以提供输出不同的转速，以实现不同的扰动强度，由无级调速器2控制，并实时显示转速数值。变频电机1带动转轴10转动，并通过传动齿轮9转化为传动杆11的转动，最终带动旋浆6转动。4根传动杆均通过同一根转轴带动，保证了每个旋浆相同的转速。旋浆叶片采用窄长型的十字交叉式设计，减小了对水体流场的影响，并保证了足够的实验空间。通过取样口16和取样口阀门15的控制可以方便的随时取样。通过手动摇动升降机3可以控制旋浆6的高度，满足不同实验的需要。另外，在有机玻璃桶4顶部的支架14上，可以另外安装照明装置(附图未画出)开展水培实验。

本装置的运行过程如下：