[发明专利]一种河岸带模拟与监测系统

说明书

技术领域

本发明一种河岸带模拟与监测系统，属于水利工程物理模型试验领域，尤其适用于河岸带水力学特性模拟、近岸地表水与地下水交换模拟、河岸带削污效应模拟等研究领域。

背景技术

河岸带是水陆交界的过渡地带，是河流生态系统与陆地生态系统之间物质和能量相互传递与转化的重要纽带。当地表水流经弯曲河岸时，会在河岸迎水面与背水面间产生压力梯度，促使地表水与地下水发生对流交换；当地表水流经粗糙河岸表面时，会在河岸表面附近产生剧烈的紊动区，促使地表水与地下水发生紊流交换；当地表水的有机质含量高于地下水时，会在河岸区形成浓度梯度，促使地表水与地下水发生扩散交换。在这些复杂的物理、化学梯度作用下，河流地表水与河岸地下水相互渗透、相互转换，促进了微生物的新陈代谢、有机质的自然降解、矿物质的硝化与反硝化作用，进而改善了河流与地下水的水环境。因此，如何模拟不同的河岸形态、再现复杂的河岸带水流条件、动态监测河流地表水与河岸地下水的交换行为，是系统研究河岸带水力学特性、河岸带削污效应等问题的重要前提。

目前，河岸带的相关研究多集中于野外调查，室内的模型试验研究仍只停留在河岸边界作用下的河流地表水流态的研究，尚无一套适用于河流地表水与河岸地下水相互作用研究的模拟系统与监测装置。现有的河岸带相关物理试验是通过制作断面模板、模型放样，并用水泥砂浆抹面，以塑造河床与河岸带形态进行研究，其存在以下缺陷：

1、只能进行河岸边界作用下的河流地表水流态研究，不能进行河流地表水与河岸地下水相互作用研究。

2、河岸形态的改变需要拆除原来的模型，重新制作断面模板，并塑造新的河床与河岸形态，模型制作工期较长，模型成本高昂。

3、河流地表水与地下水发生交换的河床与河岸边界被水泥砂浆抹面阻断，无法模拟各种物理、化学梯度作用下的河流地表水与河岸地下水交换现象。

4、不具有地表水与地下水浓度监测系统，无法定量研究河流地表水与河岸地下水的净交换量与交换范围。

发明内容

针对上述的不足，本发明提供了一种使用便捷、自动化程度高的河岸带模拟与监测系统。具体而言，包括以下内容：

(1)系统控制平台。具体而言，包括：用户操作界面、数据监视窗口、故障提示窗口。

(2)河岸形态模拟系统。具体而言，包括：河岸形态模拟器、河岸形态模板架和河岸形态模板。

(3)压力监测系统。具体而言，包括：9个压力传感器、压力传感器固定底座、抽屉式伸缩横板、止水板、压力传感器缆线、压力变送器与相应的数据通信设备，用于监测一个河岸波形不同位置河岸表面的压力分布情况。

(4)浓度监测系统。具体而言，包括：1支固定于地表水进口段的地表水电导率探棒、12支埋设于河岸带地下区域的地下水电导率探棒、地下水电导率探棒固定支架与相应的数据通信设备，用于监测河流地表水与河岸地下水的交换进程。

所述的系统控制平台集成了河岸形态模拟系统、压力监测系统、浓度监测系统。用户进入该平台的操作界面后，即可对本发明的河岸带模拟与监测系统进行相关操作。试验过程中，实时监测的数据显示在数据监视窗口。如在试验过程中，压力传感器、电导率传感器等监测仪器发生故障时，出错代码、出错仪器以及故障部位将显示于故障提示窗口。

所述的河岸形态模拟器包括：L型钢臂、滑动横梁、河岸坡面刮板、河床扫平刮板、河岸上表面扫平刮板、短轴传动杆、长轴传动杆、球轮、滑动横梁固定螺杆、河岸坡面刮板固定螺杆、传动杆控制电缆、激光定位探头、河岸形态模拟器控制电缆。

进一步地，所述的河岸形态模拟器中的滑动横梁、球轮、河岸坡面刮板、河床扫平刮板、河床上表面扫平刮板均为活动结构，可自由拆卸。滑动横梁、河岸坡面刮板与L型钢臂通过滑动横梁固定螺杆、河岸坡面刮板固定螺杆连接，滑动横梁与河岸坡面刮板的悬空高度亦可通过螺杆调节。河岸形态模拟器配套有不同坡度规格与长度规格的河岸坡面刮板，同时配套不同长度规格的滑动横梁、河床扫平刮板与河岸上表面扫平刮板。实际应用时，可视塑造的河岸形态选择适当规格的配件进行组装。

进一步地，所述的河岸形态模拟器、河岸形态模板架均采用轻型钢架结构，重量较轻，易于拆卸、组装、搬运。

进一步地，所述的压力传感器固定底座为可更换部件，配套的压力传感器固定底座为正弦形状，具有不同波长与振幅规格，也可根据用户需要，订制特殊形状的压力传感器固定底座，以便能准确固定压力传感器于不同河岸形态的表面。