[发明专利]一种用于研究水泥衬砌河道中水力-水质关系的实验装置与方法

权利要求书

1.一种用于研究水泥衬砌河道中水力-水质关系的实验装置，包括水槽主体（1），水槽主体（1）由两条相互平行的直槽边和连接两直槽边的两半圆形水槽边组成，其特征在于，所述水槽主体（1）内壁均用水泥进行衬砌，以模拟实际人工衬砌的河道表面，从而在实验中有效模拟水流与水泥表面产生的摩擦力以及附着生物、浮游生物在河床表面的附着现象，在水槽主体（1）中部装设中央隔板（2），中央隔板（2）与两条直槽边平行且等长，使得水槽主体（1）成为循环往复式的跑道型水槽，中央隔板（2）与两条直槽边之间构成两个直槽段，两个直槽段的两端分别通过一个半圆形水槽段连通，且直槽段的宽度和半圆形水槽段的半径相同，在一个半圆形水槽段底部设置有排水凹槽（3），在一个直槽段设置有与可调动力装置（5）连接的桨叶（6），以均匀推动槽内水流运动，所述桨叶（6）为三桨叶结构，三桨叶各相距120°，均匀分布在桨叶轴上，其尺寸和位置为：桨叶垂直水槽底面时，桨叶末端距水槽底面不小于5cm，不大于实验水深；桨叶平行水槽地面时，桨叶轴、动力装置轴所处的中心线距直槽段起始端的水平距离不小于桨叶长度，不大于1/2直槽段长度；桨叶镂空部分面积由实验水深和流速决定。

2.根据权利要求1所述用于研究水泥衬砌河道中水力-水质关系的实验装置，其特征在于，所述排水凹槽（3）为方形或圆形，底部低于地面时用以置入潜水泵排水，其宽度或半径大于所使用的潜水泵底座半径，地形条件允许时，于凹槽底部设置直排口进行重力排水。

3.根据权利要求1所述用于研究水泥衬砌河道中水力-水质关系的实验装置，其特征在于，所述水泥衬砌的方法为：在组装好的水槽主体的内壁以及中央隔板两侧钢板表面（9）每平方厘米点焊12mm长度钢钉（13），使用水泥砂浆抹灰（10），厚度为5-8mm，待其初凝后在其表面放置铁丝网（11）作为加筋，再次覆盖水泥砂浆（12）并进行压实，厚度为5-8mm。

4.根据权利要求1所述用于研究水泥衬砌河道中水力-水质关系的实验装置，其特征在于，所述可调动力装置（5）由电机和减速机构成。

5.根据权利要求4所述用于研究水泥衬砌河道中水力-水质关系的实验装置，其特征在于，通过减速机调速旋钮（7）调整桨叶（6）的转动速度，且桨叶转动方向（8）令水流从桨叶轴距离较近的直槽段前端流向该直槽段后端。

6.根据权利要求4所述用于研究水泥衬砌河道中水力-水质关系的实验装置，其特征在于，所述桨叶（6）以及其桨叶轴，以及位于水面上方的钢板均进行防锈处理。

7.一种利用权利要求1所述用于研究水泥衬砌河道中水力-水质关系的实验装置的实验方法，包括如下步骤：

步骤一，清除经干燥后的装置内的杂物后，向实验装置内注入实验用水至水深达到预设刻度处，开启可调动力装置（5）；

步骤二，确定实验装置中水体流速；

步骤三，保持可调动力装置（5）持续运行，水体持续流动，定期进行水质指标检测和记录，并每隔五天检验水体流速是否保持不变，所述水质指标为藻类指数；

步骤四，检测结束后，关停可调动力装置（5），将潜水泵置于排水凹槽（3）中，进行排水；

步骤五，排水结束后，用刷子将装置内壁附着的浮游植物进行刷洗和清除，并将装置进行晾晒至完全干燥后可进行下一组实验；

步骤六，根据得到的藻类指数求得实验期间装置内藻类生长的生长速率，结合各组实验中设定的流速，绘制不同流速下藻类生长速率的变化规律图。

8.根据权利要求7所述实验方法，其特征在于，所述水体流速通过如下步骤进行调试：

步骤一，根据实验方案计算水深要求，并在实验装置内壁标注所需水深刻度；

步骤二，向实验装置中注入实验用水，至水深达到刻度，开启电机，旋转减速机调速旋钮（7）至最低速；

步骤三，在没有桨叶（6）的一个直槽段利用单点流速仪测量此时流速，测量点位于该直槽段中点，1/2水深处，将测得流速标注在减速机调速旋钮（7）处；

步骤四，将减速机调速旋钮（7）调至最高速或不产生明显水流横向震荡的临界流速，重复步骤三操作；

步骤五，根据步骤三、步骤四操作结果，估算达到所需流速时减速机调速旋钮（7）位置，将减速机调速旋钮（7）拨至该位置，继续重复步骤三和步骤五操作，直到所测得的流速满足实验需求，标注此时旋钮位置。