[发明专利]减速浊流中悬移泥沙沉积结构的观测装置及方法

权利要求书

1.减速浊流中悬移泥沙沉积结构的观测方法，所使用的观测装置，包括旋转水槽部分、循环水体管路部分和辅助监测装置部分；

所述的旋转水槽部分包括透明水槽、剪力环、剪力环转速控制摇臂、可旋转底座、摇臂控制变频器、可旋转底座控制变频器、中心可升降金属杆、底座支撑架和桨叶；

所述的透明水槽安放于底座支撑架上，所述的中心可升降金属杆连接剪力环转速控制摇臂以控制剪力环升降，所述的剪力环转速控制摇臂连接装有桨叶的剪力环以旋转剪力环，所述剪力环位于所述透明水槽内，所述的摇臂控制变频器与可旋转底座控制变频器分别控制剪力环和可旋转底座以反方向旋转；

所述的循环水体管路部分包括入流管道、调节阀门、供水箱、虹吸管、储水槽和水槽底排水孔；

所述的调节阀门安装于入流管道上，所述的入流管道可拆卸地连接于供水箱与透明水槽之间；所述的水槽底排水孔位于透明水槽底部；所述的虹吸管能够将透明水槽内水体排至储水槽；

所述的辅助监测装置部分包括CCD相机、激光发射器、地形扫描仪电脑控制端、采样烧杯和粒度分析仪；

所述的CCD相机置于透明水槽内外两侧，录下整个泥沙动态沉降过程；所述的激光发射器位于水槽顶部，发射激光以获取沉积形态，通过所述地形扫描仪电脑控制端可视化沉积结构的表面形态；所述的采样烧杯置于水槽底部以获取沉积边界层层理结构；所述的粒度分析仪通过采样烧杯内泥沙样品获取泥沙粒度级配；

其特征在于：

在透明水槽中，预先放置符合实验所需颗粒级配的泥沙，开启调节阀门，将循环水体从供水箱中泵出，直至透明水槽中达到预定水位；调节中心可升降金属杆，将剪力环下放，直至与水槽中水体上表面之间无空气间隙；断开入流管道与亚克力透明水槽的连接，放置固定好CCD相机；

调节摇臂控制变频器及水槽底座控制变频器，以控制剪力环及底座旋转速度，剪力环以顺时针方向旋转，而底座则以相反方向即逆时针方向旋转；通过剪力环带动水体上表面旋转，将角动量逐渐传至下层水体，当转速趋于稳定，预先加入的泥沙颗粒物起动并处于紊流悬浮状态，同时沿水深自由扩散；

待剪力环及可旋转底座达到设定最大速度后，随后调节摇臂控制变频器及水槽底座控制变频器，保持两者速度比恒定以减少附加剪切力，逐渐降低两者转速，水槽内水体实现从高度准稳流态向减速流态的精准转变；此时泥沙颗粒由于水体湍流强度降低而逐渐沉降堆积；CCD相机记录下整个泥沙动态沉降过程，以分析不同减速速率及静止状态的浊流沉积结构及垂直级配模式；

水槽运作停止后，保证挟悬沙水体静置足够时间，以使得所有泥沙颗粒实现沉降；待静置完成，将虹吸管末端插入采样烧杯底部，在不破坏浊流沉积结构的同时，利用虹吸作用将烧杯内水排至储水箱；与此同时，打开水槽底部排水孔，排尽水槽内水体，使得泥沙沉积体自然固结；

打开激光发射器，在地形扫描仪电脑控制端输出沉积结构的表面形态；待烧杯内沉积物在室温下完全干燥，采用粒度分析仪进行泥沙粒度分析，最终明晰沉积边界层的垂向层理结构。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述透明水槽与供水箱之间配置有可变频离心水泵。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的水槽底排水孔与入流管道连接。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：水槽底排水孔与入流管道之间装有滤网。