[实用新型]强涌潮传播过程中潮头复氧能力测试装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种涌潮中的复氧能力测试装置，尤其是强涌潮传播过程中测试潮头掺气浓度与复氧能力关系的现场测试装置，属于工程监测领域。 

背景技术

河流水体溶解氧的多少是衡量河流水质的重要指标之一。污水进入河流水体以后，由于有机污染物的氧化作用以及底泥的分解等会消耗溶解氧；同时空气中的氧也会不断溶入河流水体中以补充水中的溶解氧，后者称之为复氧。已有的研究表明，强涌潮河段的水体复氧能力较同一河流的其他河段要强得多。钱塘江河口是世界著名的强潮河口，潮头来临时，瞬间耸起一道三四米高的水墙直立于江面，现场可以观察到在潮头漩滚区，有大量的气泡产生；由于潮头传播速度快，小气泡在短时间很难浮上水面，延长了小气泡在水中的停留时间，大大提高水中溶解氧的效率。潮头的复氧能力可以通过涌潮传播过程中水体掺气浓度的变化来体现。 

到目前为止，水体掺气浓度检测常用装置主要有电导法、图像技术、同位素法等。电导式掺气仪通过检测一对电极间水流的电阻来确定掺气浓度，当采用水中一对电极时，测点定位于电极之间及附近区域，可以测量掺气浓度场，但邻近边界处误差大，当掺气浓度大于50％时水体将逐渐不连续，并成水滴状，电导式掺气仪测量误差大或不能测量；图像技术采用激光片光源照射流场，摄取图像，分析掺气浓度、流速及气泡尺寸，一般应用在流速不高，气泡稀疏的场合；同位素法是依据γ射线穿透物质时被减弱的原理进行的，在模型清水试验中时有采用，但当现场高速水流紊动剧烈，掺混大量泥沙，很难准确可靠获得掺气浓度。 

强涌潮河段潮强流急，水动力情况极为复杂。涌潮水流速度一般为6～8m/s，曾测到最大值达到12m/s，涌潮压力一般在20～30kPa，最大达70kPa，现有的掺气浓度测试装置都或多或少存在一定局限，且测量设备多用于室内模型试验，很难满足现场强涌潮如此苛刻的条件，另外，在强涌潮掺气浓度与复氧能力相关关系研究中，缺乏合理的同步测试装置。 

本实用新型针对强涌潮的水动力特性、河床土质条件以及现有掺气浓度与复氧能力关系测试装置的不足，设计出了一种强涌潮传播过程中潮头掺气浓度与复氧能力之间关系的现场测试装置，用于涌潮河段水体复氧能力的分析和研究。 

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题就是提供能够获得强涌潮中掺气浓度与复氧能力之间关系的现场测试装置。 

所述的装置包括：掺气浓度测试设备、基础固定装置、溶解氧测试装置。 

所述的掺气浓度测试设备包括电源、感应部件、信号放大采集系统、无线传输系统、支撑钢管、设备箱和岸边测站，所述的基础固定装置包括钢管桩和螺纹锥头，所述的溶解氧测试装置包括在线型溶解氧测试仪、探头、球型盛水盒；电源向感应部件、信号放大采集系统和无线传输系统供电，感应部件在潮流中有无气泡经过时输出不同电压信号，电压信号经过滤波放大后采集存储，岸边测站通过无线传输系统与采集系统进行信息交换。 

所述的电源，采用体积小重量轻的锂电池串并联组成12V直流供电方式，也可以采用逆变器提供220V交流电。 

所述的感应部件，为细长的柱状带针尖结构，由三层材料组成，外层为不锈钢壁面，中心为铂丝，中间一层为绝缘材料，将外层不锈钢与铂丝隔离；由于强涌潮潮头旋滚区紊动剧烈，掺气气泡尺寸较小，因此，为准确测出水中掺气浓度，感应部件直径不宜大于2mm，为保证自身的刚度，长度不宜超出50mm；将四个感应部件等间距布置在支撑钢管一周，同步测量一周四点的掺气浓度，针尖方向与钢管壁面外法向一致，感应部件安装位置与支撑钢管顶部距离应大于涌潮高度的一半，安装位置的钢管壁面局部加强；不锈钢壁面和铂丝分别与电源的正负极相连，铂丝与电源负极之间设置一个4k欧姆的测试电阻。 

所述的感应部件的工作原理如下： 

在涌潮到达测点之前，针尖处于空气中，不锈钢壁面与铂丝开路，测试电阻两端无电压输出；当涌潮经过，针尖置于水流中，不锈钢壁面与铂丝通路，测试电阻两端输出电压；当涌潮水流中气泡经过针尖， 针尖被水中气泡包裹，不锈钢壁面与铂丝开路，测试电阻两端无电压输出，因此，通过输出电压信号的变化，可以分析涌潮水流中气泡的含量。 

对出现电压值后的资料进行分析，取一段时长为T的测试电压信号，若全段表现为稳定的电压值，则测试高程的涌潮中没有掺气气泡，若电压信号中有n段零值，每段零值时长为t_i，则表明涌潮中存在气泡，掺气浓度C可按下式计算：