[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

说明书

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，包括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的水槽主体，水槽主体中部装设中央隔板，中央隔板与两条直槽边平行且等长，使得水槽主体成为循环往复式的跑道型水槽，中央隔板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，在一个直槽段设置有桨叶，以均匀推动槽内水流运动，该装置能够模拟水泥衬砌河道中不同流速、水深或雷诺数条件对水质、藻类生长等造成的影响，其结构简明，施工建造简便，能够有效仿真水泥衬砌河道推流状态，实验操作易行。

技术领域

本发明属于环境工程技术领域，特别涉及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。

背景技术

在城市内，河道环境与周边居民生活、娱乐等活动紧密相关，其景观、生态功能一般不可忽略。我国城市河道多采用水泥对河床表面进行衬砌，且河道管理中往往涉及补水等人工调控措施，因此城市河道管控中，对河道水力要素与其景观、水质(包括藻类生长)的影响关系的研究具有重要意义。

在本发明之前，对河道水力和水质影响关系的实验装置包括桶式装置、直槽装置(包括折叠式直槽)和环形槽装置。其中，桶式装置通过震荡、搅拌等方式令水体旋转流动，如2011年北京市水利科学研究所申请了一种公开号为CN 102174373A的“铜绿微囊藻类研究装置”的发明专利，通过水下桨叶绕桶式水槽的转动推动水流。桶式装置可以模拟完全混合的单元水体，但计算流速较为困难，无法满足水力-水质关系研究的要求。直槽装置中，水体从一端流入一端流出，常用于附着微生物的研究，无法有效模拟单元水体长时间的水质变化。而对于环形水槽，可以模拟水体单元的运动，且较易于测量流速等水力要素。目前有圆环型和跑道型两种形式，圆环型装置如2013年同济大学申请的公开号为CN 103207060 B的“一种可用于模拟天然河道水流特性的环形水槽装置”和上海河口海岸科学研究中心申请的公开号为CN 103592101 B的“一种桁架式全自动测量及控制环形水槽的试验装置”发明专利；跑道型装置如2015年北京市环境保护科学研究院申请的公开号为CN 204495541 U的“利用环形水槽模拟天然河道水流特性的装置”实用新型专利，均是采用剪力作用带动水槽内水体流动。

然而现有的实验装置专利暂无法满足人工衬砌河道中水力-水质要素研究的研究需求，包括：城市河道中河宽较小、水流较慢，可视为推流河道，应尽量令水体呈推流状态流动；同时，由于装置可用于研究藻类生长情况，因此应尽量减少外界剪力对藻类形态和集群带来的影响；另外，为了有效模拟水流与水泥表面产生的摩擦力、水泥河床向水体中的物质释放或浮游生物等在河床表面的附着现象，装置内部需用水泥进行衬砌。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于为环境工程中城市河道修复领域提供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，用于模拟水泥衬砌河道中不同流速、水深或雷诺数条件对水质、藻类生长等造成的影响，能够有效仿真水泥衬砌河道推流状态，实验操作易行，具有结构简明、施工简便、节约成本、适用性和针对性强等优点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

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，在水槽主体1中部装设中央隔板2，中央隔板2与所述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。