[发明专利]野外河床演变情况下测量潜流带实验装置及其实验方法

权利要求书

1.一种野外河床演变情况下测量潜流带实验装置，其特征在于：包括在河床底部开挖有基坑(1)，该基坑(1)的底部铺设有滤水型土工织物(2)，该土工织物(2)上方设有由若干个组合式塑料板(3)拼接围成的长方形容器(4)，该长方形容器(4)底部固定于河床上，该长方形容器(4)的外侧叠设有若干个可拆卸卡板(21)；所述组合式塑料板(3)由若干开有圆孔的塑料板组合而成，上下塑料板之间留有取样孔(5)，该取样孔(5)的外侧覆有薄木片(6)，内侧覆有薄膜；长方形容器(4)内部盛放有堆积成波浪状的砂砾(7)，该砂砾(7)上方铺设有塑料网(8)，该塑料网(8)通过搭扣搭接在组合式塑料板(3)上；取样时，从中间向两边、从上向下进行取样，在沙坡上方往下插入隔离板(9)，在取样孔(5)中插入取样板(10)，长方形容器(4)被取样板(10)、隔离板(9)和塑料板分隔为若干个封闭容器，将取样板(10)拆卸下来，然后插入取样器(11)，将取样器(11)取得的砂样带回实验室进行砂样密度、级配的测量和砂样中进入微生物的观察记录。

2.根据权利要求1所述的野外河床演变情况下测量潜流带实验装置，其特征在于：所述组合式塑料板(3)上开设有若干均匀布置的圆孔，该圆孔内插入圆柱状塑料棒(19)；该组合式塑料板(3)包括A型塑料板(301)和B型塑料板(302)，相邻塑料板之间榫连接；所述A型塑料板(301)由开有圆孔的大塑料板和无孔大塑料板叠设而成，其中无孔大板位于长方形容器(4)的外壁，开有圆孔的大板位于长方形容器(4)的内壁；所述B型塑料板(302)包括由若干个组合板(303)拼接而成的塑料板，该组合板(303)由开有圆孔的小塑料板和无孔小塑料板叠设而成，其中无孔小塑料板位于长方形容器外壁，开有圆孔的小塑料板位于长方形容器内壁；左右组合板之间榫连接，上下组合板之间留有取样孔(5)，该取样孔(5)的外侧覆有薄木片(6)，内侧覆有薄膜。

3.根据权利要求2所述的野外河床演变情况下测量潜流带实验装置，其特征在于：所述A型塑料板(301)和B型塑料板(302)的四角通过带槽口的底座(12)相互固定。

4.根据权利要求1所述的野外河床演变情况下测量潜流带实验装置，其特征在于：在所述长方形容器(4)的外侧设有固定塑料墙(13)，该固定塑料墙(13)通过带槽口的底座(12)固定于基坑(1)上；所述固定塑料墙(13)由若干个塑料板组成，左右相邻塑料板之间榫连接，上下相邻塑料板之间留有取样孔(5)，并通过柱状卡合件(14)连接。

5.根据权利要求1所述的野外河床演变情况下测量潜流带实验装置，其特征在于：所述长方形容器(4)内部、对应于取样孔(5)处设有用于固定取样板(10)插入的支座(15)。

6.根据权利要求1所述的野外河床演变情况下测量潜流带实验装置，其特征在于：所述长方形容器(4)内部上方设有用于固定隔离板(9)的卡座(16)，该卡座(16)沿长方形容器的长度方向均布，每一卡座(16)的位置对应于组合式塑料板(3)的横向接缝处。

7.根据权利要求1所述的野外河床演变情况下测量潜流带实验装置，其特征在于：所述隔离板(9)由整块隔离片(901)和可拆分隔离片(902)叠设而成，可拆分隔离片(902)由若干个隔离片通过塑料套筒(17)和带把手的塑料棒配合连接而成。

8.根据权利要求1所述的野外河床演变情况下测量潜流带实验装置，其特征在于：所述长方形容器(4)内壁上、位于砂砾(7)的上方设有用于测量侧面水流流速的流速仪(18)。

9.一种利用权利要求1-8中任一所述的野外河床演变情况下测量潜流带实验装置的实验方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步：根据设计需求选择流域位置，在枯水期的河床上挖制基坑，并在基坑底部铺设一定厚度的滤水型土工织物，铺好后将预制的组合式塑料板(3)拼装形成长方形容器(4)，长方形容器(4)的底部固定于河床上，该长方形容器的外侧叠设有若干个可拆卸卡板(21)；

第二步：将取样板(10)插入长方形容器中的取样孔(5)内，贯穿长方形容器，并从长方形容器(4)的另外一侧伸出；根据取样板(10)的位置组装固定塑料墙(13)，并通过带槽口的底座(12)将固定塑料墙(13)固定于基坑上；将取样板(10)抽出，在长方形容器中的取样孔中插入圆柱状塑料棒(19)；

第三步：制备沙坡，将用去离子水清洗过的沙子放置入长方形容器(4)中，沙坡高度高于最上层的薄木片(6)，砂砾(7)的表面覆盖有一层塑料网(8)，并用搭环搭接在组合式塑料板(3)上；

第四步：长方形容器内砂砾(7)的上方设置有用于测量侧面水流流速的流速仪(18)，将可拆卸卡板(21)和长方形容器(4)上的无孔塑料板卸下，卸下无孔的塑料板后在相邻开有圆孔的塑料板之间插入密封条；在整个实验过程中每隔8小时对长方形容器覆水取样，测量其中悬沙的含量和粒径分布；

第五步：等待基坑(1)再次漏出水面后，首先在开有圆孔的塑料板侧边围上无孔塑料板，然后将基坑(1)内的水排出；待基坑(1)内水流排净后，开始取样，长方形容器分为M个断面N层，其中M和N为奇数；为了保证沙坡的稳定从中间的断面向两边的断面进行取样，将两块隔离板(9)分别插入相邻支座(15)之间的缝隙中直至隔离板(9)插入进长方形容器的底部且标记线与长方形容器的顶端重合，并通过卡座(16)固定，将四块取样板(10)分别插入到四层固定塑料墙(13)的取样孔(5)和B型组合塑料板(302)的取样孔(5)内，直至取样板(10)尾端的刻度线与长方形容器的边缘平齐；

第六步：分层取样，对取样断面从上至下进行取样；将固定塑料墙(13)和隔离板(9)中可拆分隔离片分别拆解开，再将拆分下来的隔离板和塑料板组合成一个取样容器，将隔离板(9)中整块隔离片(901)固定，在取样板(10)上预留的圆孔内插入固定用的圆柱状塑料棒(19)，抬起取样容器放置一边；对于同一断面只保留第二层和第四层取出的砂砾样本，重复第五步和第六步直至整个长方形容器均完成取样；

第七步：将取样器(11)放入取样容器中，打开取样容器，将采集的取样器(11)装箱送入实验室；

第八步：将取样器(11)放入烘箱中烘干，然后在电子秤上称量得到质量m1，结合预测的取样器的质量m0和取样器的体积V从而可以得到沙子密度将取样器中的沙子取出进行筛分，得到其粒径分布曲线和中值粒径，特别的将筛分出的最细的颗粒用马尔文粒度分析仪进一步测量其粒径分布；

第九步：取筛分的砂样进行观测，首先观察其中可能存在的肉眼可见的生物，然后将砂样置于显微镜下，记录观察其中的藻类或微生物。