一种水沙界面污染物输移实验装置及其实施方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种水沙界面污染物输移实验装置及其实施方法，实验装置包括实验溶液箱，与水槽主体相连；多泵联动系统，由五组离心泵和阀门并联而成；位于水槽前端的上游水池；模拟河床水槽主体段及拦沙池；多频率水位控制系统，包括驱动系统、传动系统及水位控制闸门；水槽末端设有尾水池。实验方法主要包括：建立室内循环水槽及实验沙坡，通过调节循环流量及水深大小和频率，模拟不同洪峰及洪水历时驱动下的污染物在水沙界面的输移。本发明专利技术通过收集实验数据以及相关参数，对多频率洪水驱动下水沙界面污染物输移进行了模拟，反映了河流不同参数洪水对水沙界面及潜流带污染物传输的影响；并且实验装置能够改变流量、流量变化频率、水位、水位变化频率等多种洪水参数，实验方便、成果直观。

An experimental device for pollutant transport at water-sediment interface and its implementation method

The invention discloses an experimental device for pollutant transport at water-sediment interface and its implementation method. The experimental device includes an experimental solution box, which is connected with the main body of the flume; a multi-pump linkage system, which is composed of five groups of centrifugal pumps and valves in parallel; an upstream basin located at the front end of the flume; a simulated main section of the flume and a sand trap; and a multi-frequency water level control system, including a drive system and a transmission system. The water level control gate and the tailrace pool are arranged at the end of the flume. The experimental methods include: setting up indoor circulating flume and experimental sand slope, and simulating pollutant transport at water-sediment interface driven by different flood peaks and duration by adjusting the circulating flow rate, water depth and frequency. By collecting experimental data and related parameters, the pollutant transport at the water-sediment interface driven by multi-frequency flood is simulated, reflecting the influence of different parameters of river floods on the pollutant transport at the water-sediment interface and the underflow zone; and the experimental device can change many flood parameters, such as discharge, flow change frequency, water level, water level change frequency, etc., with convenient experiment and straight results. View.

【技术实现步骤摘要】
一种水沙界面污染物输移实验装置及其实施方法
本专利技术属于水利工程领域，特别涉及一种水沙界面污染物输移实验装置及其实施方法。
技术介绍
近年来，随着社会经济的高速发展，大量的工农业废水排放进入地表水体，对河流生态健康产生巨大的影响，而地表水与潜流带内浅层地下水之间的潜流交换，使得受污染的地下水进入潜流带内，对潜流带内的生态循环产生巨大的影响。而汛期洪水使得地表水体的紊动加强，潜流交换作用加大，污染物进出水沙界面的强度增大，但对于多频率洪水作用下污染物输移仍有许多机理性的问题尚不明确，同时多频率洪水对污染物输移量的影响等具体问题仍需要进一步的深入研究。目前对于水沙界面及潜流带内污染物输移的研究主要采用室内循环水槽模拟实验，但多只考虑了定流量及定水位等恒定条件的情况，对于变流量及变水头组成的复杂的洪水条件下的水沙界面及潜流带内的污染物输移问题鲜有研究。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种水沙界面污染物输移实验装置及其实施方法，能够解决模拟河流水沙界面及潜流带内不同流速、水深、洪水频率、洪峰大小等多种参数下污染物的输移问题。技术方案：为实现上述目的，本专利技术提供一种水沙界面污染物输移实验装置，包括实验溶液箱、多泵联动系统、上游水池、模拟河床水槽、拦沙池、多频率水位控制系统和尾水池，所述模拟河床水槽由上游水池、拦沙池和尾水池构成，所述实验溶液箱通过多泵联动系统与上游水池连接，所述上游水池与尾水池之间设置有拦沙池，所述模拟河床水槽上方设置有多频率水位控制系统；所述多频率水位控制系统由驱动系统、传动系统和水位控制闸门构成，所述模拟河床水槽内设置有整流段和沙坡，所述整流段与上游水池之间设置有消能拦污栅。进一步的，所述多泵联动系统由五组离心泵和ZAZP型电动调节阀门并联而成，所述五组离心泵一端与汇流接口连接，所述汇流接口另一端连接PVC进水管并装有电磁流量计。进一步的，所述模拟河床水槽为五面隔水的箱体结构，底部为金属底板，背面为金属板，正面为有机玻璃板。进一步的，所述上游水池下部连接PVC多孔进水管，多孔进水管端设有稳水装置，所述稳水装置为直径大于PVC多孔进水管管径的有机玻璃板。进一步的，所述驱动系统通过支座与模拟河床水槽上表面固定，所述支座上设置有变频器，所述变频器另一端连接有电动机，所述电动机上设置有闸门升降幅度调节器。进一步的，所述传动系统由第一定滑轮、第二定滑轮、固定扣、钢绞线和支架，所述支架固定设置在模拟河床水槽上表面，所述第一定滑轮设置在闸门升降幅度调节器上、第二定滑轮设置在支架上，所述第一定滑轮和第二定滑轮之间设置有钢绞线，所述钢绞线通过固定扣固定。进一步的，所述钢绞线上设置有弹簧转盘，所述弹簧转盘由弹簧盘和钢绞线转向支点构成。进一步的，所述水位控制闸门由闸门槽和升降闸门构成，所述闸门槽固定在模拟河床水槽内壁，升降闸门固定在闸门槽内，闸门槽靠近沙坡的一侧固定设置有有机玻璃板，所述有机玻璃板下半部分设置有挡水隔板，有机玻璃板上半部分设置有多孔板，所述多孔板外表面设置有拦沙网。其中挡水隔板不透水用于进行挡水挡沙，其中有机玻璃板上半部分为多孔透水的多孔板，同时靠近沙坡一侧粘有细孔铁丝网，用于拦沙称之为拦沙网。进一步的，所述尾水池底部设置有回水管，所述回水管上设置有溢流堰。一种如上所述的水沙界面污染物输移实验装置的实施方法，包括如下步骤：(1)按照实验要求设置沙坡形状，调节升降闸门至初始最低位置，保证钢绞线与闸门升降幅度调节器中轴线垂直，同时弹簧转盘的弹簧盘收紧，钢绞线绷直，保持ZAZP型电动调节阀门关闭，添加去离子水至模拟河床水槽内，达到初始溢流高度，添加所需水量至实验溶液箱内；(2)按照初始流量打开离心泵，开启ZAZP型电动调节阀门，使水流在模拟河床水槽内充分循环；(3)将摄影相机布置与模拟河床水槽前，开启相机，进行图像采集；(4)在实验溶液箱内加入适量诱惑红染色剂作为示踪剂，搅拌均匀，使之完全融合；(5)待示踪剂进入沙坡并达到交换相对稳定之后，开启变频器和电动机，按照设定的转动频率产生所需大小和周期的半波正弦水位信号，同时改变ZAZP型电动调节阀门输入电信号，产生半波正弦流量信号；(6)完成一个流量输入周期后使ZAZP型电动调节阀门输入电信号回到初始值，电动机驱动升降幅度调节器转动一周后关闭电动机和变频器；(7)待实验示踪溶液在沙坡内交换稳定后，关闭流量阀门，取出泥沙清洗；(8)改变流量变化频率与幅度和水位变化频率与幅度，进行重复试验。有益效果：本专利技术与现有技术相比具有以下优点：(1)本专利技术所述的实验装置能够改变流量、流量变化频率、水位、水位变化频率等多种参数，实现了多频率洪水驱动下水沙界面及潜流带内污染物输移的模拟实验，实验方便、造价低廉、成果直观；(2)本专利技术利用物理原理和图像采集技术，有效的展示了模拟污染物的示踪溶液的输移路径，反映了多频率洪水对污染物迁移变化的影响，为洪水驱动下水沙界面及潜流带内污染物输移问题提供了技术支持；(3)本专利技术所述的多泵联动系统通过电信号的改变，调节ZAZP型电动调节阀门开度，从而实现了不同变化频率和幅度的流量，提高了人工控制阀门的效率和准确性；(4)本专利技术所述的多频率水位控制系统通过升降闸门位置的改变，实现了不同变化频率和幅度的水位，从而产生的半波正弦水位变化有效的模拟了洪水。(5)本专利技术所述的汇流接口采用流线型对称设计，能够使进水管内水流更加平稳，减少水流不对称产生的一起震动；(6)本专利技术所述的上游水池采用多孔进水管进水，并在管端设有稳水装置，从而有效的减少水流的紊动，亦可组织泥沙倒灌进入进水管，影响离心泵的正常运行。(7)本专利技术所述的拦沙池及拦沙网的使用，既避免了水流经闸门溢流后产生的水流流态对实验沙坡的影响，又阻止了泥沙进入循环水管。(8)本专利技术所述的弹簧转盘的弹簧盘在模拟洪峰的过程中收紧，钢绞线绷直，而当方向调节器转动到另一半时弹簧盘放松，钢绞线卷曲，从而产生半波水位变化。附图说明图1为实验装置结构示意图；图2为多泵联动系统示意图；图3为闸门初始最低位置示意图；图4为闸门最终最低位置示意图；图5为闸门最高位置示意图；图6为弹簧转盘收线时闸门位置示意图；图7为弹簧转盘最松时示意图；图8为弹簧转盘最紧时示意图；图9为闸门升降高度计算示意图；图10为闸门槽板示意图；1.实验溶液箱；2.多泵联动系统；2-1.离心泵；2-2.调节阀门；2-3.汇流接口；2-4.电磁流量计；3.上游水池；3-1.PVC多孔进水管；3-2.稳水板；3-3.消能拦污栅；4.模拟河床水槽；4-1.整流段；4-2.沙坡；4-3.金属底板；5.拦沙池；6.多频率水位控制系统；6-1.驱动系统；6-1-1.闸门升降幅度调节器；6-1-2.电动机；6-1-3.变频器；6-1-4.支座；6-2.传动系统；6-2-1.第一定滑轮；6-2-2.固定扣；6-2-3.钢绞线；6-2-4.第二定滑轮2；6-2-5.支架；6-2-6.弹簧转盘；6-2-6-1.弹簧盘；6-2-6-2.钢绞线转向支点；6-3.水位控制闸门；6-3-1.升降闸门；6-3-2.闸门槽；6-3-3.拦沙网；6-3-4.挡水隔板；6-3-5.多孔板；7.尾水池；7-1.溢流堰；7-2.回水管。具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水沙界面污染物输移实验装置，其特征在于：包括实验溶液箱、多泵联动系统、上游水池、模拟河床水槽、拦沙池、多频率水位控制系统和尾水池，所述模拟河床水槽由上游水池、拦沙池和尾水池构成，所述实验溶液箱通过多泵联动系统与上游水池连接，所述上游水池与尾水池之间设置有拦沙池，所述模拟河床水槽上方设置有多频率水位控制系统；所述多频率水位控制系统由驱动系统、传动系统和水位控制闸门构成，所述模拟河床水槽内设置有整流段和沙坡，所述整流段与上游水池之间设置有消能拦污栅。

【技术特征摘要】
1.一种水沙界面污染物输移实验装置，其特征在于：包括实验溶液箱、多泵联动系统、上游水池、模拟河床水槽、拦沙池、多频率水位控制系统和尾水池，所述模拟河床水槽由上游水池、拦沙池和尾水池构成，所述实验溶液箱通过多泵联动系统与上游水池连接，所述上游水池与尾水池之间设置有拦沙池，所述模拟河床水槽上方设置有多频率水位控制系统；所述多频率水位控制系统由驱动系统、传动系统和水位控制闸门构成，所述模拟河床水槽内设置有整流段和沙坡，所述整流段与上游水池之间设置有消能拦污栅。2.根据权利要求1所述的一种水沙界面污染物输移实验装置，其特征在于：所述多泵联动系统由五组离心泵和ZAZP型电动调节阀门并联而成，所述五组离心泵一端与汇流接口连接，所述汇流接口另一端连接PVC进水管并装有电磁流量计。3.根据权利要求1所述的一种水沙界面污染物输移实验装置，其特征在于：所述模拟河床水槽为五面隔水的箱体结构，底部为金属底板，背面为金属板，正面为有机玻璃板。4.根据权利要求1所述的一种水沙界面污染物输移实验装置，其特征在于：所述上游水池下部连接PVC多孔进水管，多孔进水管端设有稳水装置，所述稳水装置为直径大于PVC多孔进水管管径的有机玻璃板。5.根据权利要求1所述的一种水沙界面污染物输移实验装置，其特征在于：所述驱动系统通过支座与模拟河床水槽上表面固定，所述支座上设置有变频器，所述变频器另一端连接有电动机，所述电动机上设置有闸门升降幅度调节器。6.根据权利要求1所述的一种水沙界面污染物输移实验装置，其特征在于：所述传动系统由第一定滑轮、第二定滑轮、固定扣、钢绞线和支架，所述支架固定设置在模拟河床水槽上表面，所述第一定滑轮设置在闸门升降幅度调节器上、第二定滑轮设置在支架上，所述第一定滑轮和第二定滑轮之间设置有钢绞线，所述钢绞线通过固定扣固定。7.根据权利要求6所述的一种水沙...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝永飞，金光球，张欢，唐洪武，张向洋，莫玉铭，邵文慧，陈鹤翔，李凌，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32