一种表面负荷率测定装置及测定方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种表面负荷率测定装置及测定方法，用于沉沙池的野外测量，属于农业技术领域。该测定装置包括：水槽，整体呈长方体，其长宽比不小于4，长高比不小于10，一端侧壁上设有溢流口；以及虹吸管，其第一端位于所述水槽的外侧水源处，第二端位于所述水槽远离所述溢流口的内侧，并且所述第二端高于所述水槽的液面；其中，含沙水体能够通过虹吸的方式从所述虹吸管的第一端经所述虹吸管的第二端引导入所述水槽，再经所述溢流口引导出所述水槽。本发明专利技术的测定装置及测定方法简单方便，尤便于野外实测；同时绕开泥沙粒径级配分析、泥沙沉速计算，通过试验直接获取的表面负荷率更贴近实际值，可更方便、更真实地指导沉沙池的设计和运行管理。

【技术实现步骤摘要】
一种表面负荷率测定装置及测定方法
本专利技术涉及农业
，具体涉及一种表面负荷率测定装置及测定方法。
技术介绍
引用含沙水用于生产生活时，均需去除泥沙。沉沙池是一种依靠重力作用沉淀去除水中泥沙，实现水沙分离的常用水处理构筑物。含沙水进入沉沙池后，泥沙颗粒在随水流向出口水平运动的同时在重力作用下下沉。水流从进口到出口在池中停留时间一定时，水中泥沙从水面沉至池底的时间不同，粒径大，沉速快，沉至池底时间短；粒径小，沉速慢，沉至池底时间长。如果颗粒沉降时间超过水在池中停留时间，则其不能在到达出口时沉至池底，将随水流被带出池外。因此，某粒径(控制粒径)及以上的泥沙可在到达池出口前全部沉至池底去除，该粒径以下的泥沙随水流在到达出口时只有部分(进口某水深以下)能沉降至池底，其余部分(该水深以上)无法沉降至池底而随水流被带出沉沙池。控制粒径越小，沉沙池截留的泥沙就越多，沉沙池的泥沙去除率就越高，出池水泥沙含量就越低。控制粒径的选取，主要取决于引水的用途及相关要求。控制粒径并不能直接用来指导沉沙池的设计和运行管理。根据理想沉沙池理论，沉沙池的表面负荷率(沉沙池出水流量与沉沙池面积的比值)在数值上等于控制粒径的沉速。因此，对于沉沙池的设计和运行管理来说，表面负荷率成为其关键参数。有了表面负荷率，就可以根据设计流量确定沉沙池的面积(须满足规范规定的池长宽比不小于4的要求)。池深理论上不影响池泥沙沉降率，在地质条件允许下需根据池调蓄容积来定，但要满足规范规定的池长深比不小于10的要求。目前表面负荷率的获取途径为：取含沙水样，借激光粒度分析仪检测泥沙颗粒粒径级配，按粒径由大到小的顺序依次取各粒径组界限值作为控制粒径，计算其相应的泥沙沉降率，根据泥沙沉降率随各控制粒径的变化规律曲线，选取泥沙沉降率随控制粒径减小而增加趋缓的拐点粒径作为控制粒径，再采用一定的公式计算其泥沙沉速作为建议表面负荷率。该方法需要昂贵的设备和复杂的计算，不便于推广也不便于在野外实施现场测定。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服上述方法复杂和设备昂贵的不足，绕过理论的假定和复杂的计算，提供一种表面负荷率测定装置及测定方法。为实现上述目标，思路如下：对于一定的沉沙池，改变流量，池表面负荷率改变，出池水含沙量改变。随流量的减小，表面负荷率减小，控制粒径减小，沉沙池泥沙沉降率增加，出池水泥沙含量减小。从除沙的角度来说，沉沙池表面负荷率宜小，但表面负荷率的降低，意味着沉沙池面积需增加或沉沙池水处理能力降低。当表面负荷率降至某个值时，再继续减小对降低出池水含沙量的作用已不明显，但可导致池面积的急速增加。因此，可根据实测的池出水含沙量随表面负荷率的变化规律曲线，选择池出水含沙量随表面负荷率减小而增加不明显的拐点表面负荷率作为建议表面负荷率。根据本专利技术实施例的第一方面，提供了一种表面负荷率测定装置，用于沉沙池的野外测量，包括：水槽，整体呈长方体，其长宽比不小于4，长高比不小于10，一端侧壁上设有溢流口；以及虹吸管，第一端位于所述水槽的外侧水源处，第二端位于所述水槽远离所述溢流口的内侧，并且所述第二端高于所述水槽的液面；其中，含沙水体能够通过虹吸的方式从所述虹吸管的第一端经所述虹吸管的第二端引导入所述水槽，再经所述溢流口引导出所述水槽。进一步地，所述测定装置还包括高度调节装置，用于调节所述虹吸管第二端的高度，包括：支承杆，设置在所述水槽远离所述溢流口的的外侧；夹持器，套设在所述支承杆上，所述虹吸管固定在所述夹持器上，并且所述夹持器能够沿所述支承杆的长度方向移动；调节旋钮，设置在所述夹持器上，用于将所述夹持器固定在所述支承杆上。进一步地，所述虹吸管的第二端和所述溢流口分别位于所述水槽沿长度方向的两端的中部。进一步地，所述虹吸管的个数为N，其中N为大于或等于1的正整数。进一步地，所述溢流口设置在所在端中上部。进一步地，所述溢流口下部设有用于收集溢流的集水槽。进一步地，所述集水槽第一端封闭，第二端设有内侧向外收缩的出水口，其中，所述第一端高于所述第二端。根据本专利技术实施例的第二方面，提供了一种表面负荷率测定方法，包括：步骤S101：将含沙水体通过前述的虹吸管引导到所述水槽中；步骤S102：调节进入所述水槽的含沙水体的流量；步骤S103：测量所述水槽的出水流量，计算该工况下的表面负荷率，同时取样测量所述溢流口处的出水含沙量；其中，表面负荷率的计算公式为：表面负荷率＝水槽出水流量/水槽底面积；步骤S104：重复执行M次步骤S102和步骤S103，其中M为大于1的正整数；步骤S105：分析不同工况下表面负荷率与出水含沙量的关系，选择合适的表面负荷率值。进一步地，步骤S102中，所述进水流量的调节方式为改变所述虹吸管的数目和/或调节所述虹吸管出口的高度。本专利技术的表面负荷率测定装置及测定方法，利用地形特点，依靠虹吸管供水，省去复杂的泵(微型)供水系统，且不需电源，便于野外实测；通过增减虹吸管根数和调节虹吸管出水口高度，方便地调节进水流量，省去流量调节和计量设备；水槽采用溢流口出水，方便地自适应水槽出水流量的变化。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：a.测定装置与测定方法简单方便，无需复杂昂贵的设备设施，无需电源，尤便于野外实测；b.绕开泥沙粒径级配分析、泥沙沉速计算，通过试验直接获取的表面负荷率更贴近实际值，可更方便、更真实地指导沉沙池的设计和运行管理。本专利技术的表面负荷率测定装置和测定方法，经在宁夏扬黄灌区试验验证，根据泥沙粒径级配分析、泥沙沉速计算方法得到的表面负荷率建议值为0.0000157m3·s-1·m-2，相应的泥沙沉降率为78.81％；根据本专利技术实施例实测分析得到的表面负荷率建议值为0.0000333m3·s-1·m-2，此时的泥沙沉降率约为76％～80％，与理论分析值基本一致。附图说明图1为根据本专利技术实施例的测定原理示意图；图2为根据本专利技术实施例的测定装置的结构示意图。图3为根据本专利技术实施例的溢流口与集水槽的结构示意图。图4为根据本专利技术实施例的测定方法的流程图。附图标记说明：1.水槽，2.虹吸管，3.支承杆，4.夹持器，5.调节旋钮，6.溢流口，7.集水槽，8.输水渠。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1-2所示，本专利技术实施例的一种表面负荷率测定装置，用于沉沙池的野外测量，包括水槽1，整体呈长方体，其长宽比不小于4，长高比不小于10，一端侧壁上设有溢流口6；以及虹吸管2，其第一端位于所述水槽1的外侧水源处，第二端位于所述水槽1远离所述溢流口6的内侧，并且所述第二端高于所述水槽1的液面；其中，含沙水体能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面负荷率测定装置，用于沉沙池的野外测量，其特征在于，包括：/n水槽(1)，整体呈长方体，其长宽比不小于4，长高比不小于10，一端侧壁上设有溢流口(6)；以及/n虹吸管(2)，第一端位于所述水槽(1)的外侧水源处，第二端位于所述水槽(1)远离所述溢流口(6)的内侧，并且所述第二端高于所述水槽(1)的液面；/n其中，含沙水体能够通过虹吸的方式从所述虹吸管(2)的第一端经所述虹吸管(2)的第二端引导入所述水槽(1)，再经所述溢流口(6)引导出所述水槽(1)。/n

【技术特征摘要】
1.一种表面负荷率测定装置，用于沉沙池的野外测量，其特征在于，包括：
水槽(1)，整体呈长方体，其长宽比不小于4，长高比不小于10，一端侧壁上设有溢流口(6)；以及
虹吸管(2)，第一端位于所述水槽(1)的外侧水源处，第二端位于所述水槽(1)远离所述溢流口(6)的内侧，并且所述第二端高于所述水槽(1)的液面；
其中，含沙水体能够通过虹吸的方式从所述虹吸管(2)的第一端经所述虹吸管(2)的第二端引导入所述水槽(1)，再经所述溢流口(6)引导出所述水槽(1)。


2.如权利要求1所述的测定装置，其特征在于，所述测定装置还包括调节装置，用于调节所述虹吸管(2)第二端的高度，包括：
支承杆(3)，设置在所述水槽(1)第一端的外侧；
夹持器(4)，套设在所述支承杆(3)上，所述虹吸管(2)固定在所述夹持器(4)上，并且所述夹持器(4)能够沿所述支承杆(3)的长度方向移动；
调节旋钮(5)，设置在所述夹持器(4)的第一端，用于将所述夹持器(4)固定在所述支承杆(3)上。


3.如权利要求1所述的测定装置，其特征在于，所述虹吸管(2)的第二端和所述溢流口(6)分别位于所述水槽(1)沿长度方向的两端的中部。


4.如权利要求1所述的测定装置，其特征在于，所述虹吸管(2)的个数为N，其中N为大于或等于1的正整数。

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【专利技术属性】
技术研发人员：柴红敏，尹仲秋，李道西，王静，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：河南;41