专利名称：一种室内模拟水下沉积物再悬浮状态的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于水下动力扰动较频繁的浅水湖沼和河流系统的中尺度模拟，特别是一种室内模拟水下沉积物再悬浮状态的方法及装置。
背景技术：
浅水湖沼和河流等底部的表层沉积物经常受到风浪、水流、船只以及底栖动物等动力和生物扰动而产生再悬�。湫〉某潭韧运搴统粱锝绲奈锢硇宰�、化学物质迁移和分布、生物转化行为等产生较大影响，水体的生态环境特征也将会发生一定程度的改变。为了研究这类自然现象，人们往往采用室外观测和室内模拟这两类方法。野外观测由于对风浪和水流大小、以及生物扰动的强度和持续时间的不可控性，往往使得所获结果系统性不足且结果的不可重复，所产生的环境效应常不能得到明确的解释，限制了人们对现象研究的理论提升，因此较少应用；相比较而言，室内模拟则开展较多，这其中又可分为三角瓶式、直管式和水槽式三种装置，三角瓶式是将沉积物放入装有适量水的三角瓶中，在振荡器上振荡使沉积物在控制强度下悬�。恢惫苁绞墙粱锓湃胫惫艿撞浚细菜澹靡换钊谒猩舷峦匆贫佣斐啥猿粱锉聿愕亩θ哦。凰凼绞墙殖〕粱锲谭旁谑夷谒鄣撞浚迷觳ɑ斐龅牟ㄋ酵ü粱锷喜悖佣纬刹ɡ瞬�。在这三种方法及装置中，三角瓶式和水槽式都有不能保证沉积物在实验前具有与现场沉积物相一致的物理结构(如密实度、含水率等)，上覆水体的高度往往也不可能与实际情况接近(其中水槽式还有费用高的缺点)等，因此有很大的局限性。直管式虽可保证沉积物的物理原样性，但沉积物接受到的扰动力是从垂直方向上下来，这与浅水湖沼或河流水面上的风和水面下水流对湖底产生扰动主要是通过斜向传递到沉积物表层有很大差别，而且直管水柱中悬浮物的垂直分布，在活塞的往复运行周期内的不同阶段都难以保证一致，因此对上覆水的不同深度采样时必然会带来无法重复的取样误差；若果将活塞静止后采集上覆水样，则又因颗粒物自重沉降而不能使悬浮物的垂直分布在采样过程中一直保持活塞静止前的状态(这对近沉积物界面更难做到)。因此如何能在满足沉积物层叠状态的原样性，并能在控制下进行水底斜向扰动，以及能在沉积物在水柱中再悬浮相对稳定的条件下进行样品的采集，一直是人们寻求的目标。
发明内容
本发明的目的是克服上述缺陷，提供一种室内模拟水下沉积物再悬浮状态的方法及装置，可解决直管法中的无法斜向施力和水体取样精度的问题。
本发明的上述目的是这样实现的一种室内模拟水下沉积物再悬浮状态的方法，其特征是通过在未扰动采集的沉积物表面上，斜向施加可人为控制强度大小的水下动力，使水柱中悬浮颗粒物的量接近野外实际情况的垂直分布状态，从而达到定量模拟野外水体再悬浮状态。根据上述方法设计的室内模拟水下沉积物再悬浮状态的装置，其特征是设置一直管和一斜管的Y型连接体，斜管顶部由顶盖封顶，顶盖中心固定一油封轴承，轴承的轴为一旋桨器的搅拌杆，杆的下端设有桨叶，杆的上端与搅拌电机转轴联结，直管底部设有活动联结的密封承力托盘，自Y型接头处向上的直管壁上，依次排列设置若干带阀取样嘴。旋桨叶片的外沿不伸入直管围成的空间内，取样嘴间距可取等间距或不等间距，直管顶部设有防尘透气网罩，搅拌电机为调频电机。
本发明的优点及效果本方法及装置可解决直管法中的无法斜向施力和水体取样精度的问题，其特点是通过在未扰动采集的沉积物表面上，斜向施加可人为控制强度大小的水下动力，使水柱中悬浮颗粒物的量甚至垂直分布状态接近野外实际情况，从而达到定量模拟野外水体再悬浮状态的效果，可模拟水下不同扰动强度对沉积物界面的动力作用，适用于环保、水工研究领域对海洋近岸和河湾、湖泊、沼泽、河流等对象的研究，可制成标准或系列定型产品供用户使用。
图1是本发明的总体结构示意图。
具体实施例方式
参看图1，本专利的结构由Y型管、旋桨、搅拌电机、油封轴承、橡皮塞、法兰及一些紧固件等组成。其主体是由一直管4和一斜管15的Y型连接体(最好是透明圆管，便于观察)，两管夹角在30°-60°之间，夹角间有一为保护侧板的撑板9将两管壁相连。斜管顶部由一法兰形圆板封顶，圆板中心固定一油封轴承12，轴承的轴为一旋桨器的搅拌杆13，杆的下端将旋桨14的桨叶固定，上端与搅拌电机转轴铆定，旋桨叶片的外沿不伸入直管围成的空间内。搅拌电机与油封轴承一起由连接螺栓10固定于法兰圆盘上。沉积物6的上端面不超过直管与侧管交接处的最低点处，沉积物的高度不小于刚能保持沉积物物理结构与实际相一致的厚度。沉积物的下部与橡皮塞16紧密相接，承力托盘8在直管底部将橡皮塞托�。笳哂每炜菟�7与管壁法兰型外沿旋紧，起承压作用。自Y型接头处向上，依次排列若干带阀取样嘴3，取样嘴间距可根据实验目的取等间距和不等间距，再悬浮实验期间，取样嘴处于关闭状态，管中上覆水5的表面2的高度根据实验要求设计，但不低于侧管管内水体占据空间的最高位置处。管顶盖有一内径略大于管外径的可防杂物和灰尘的透气网罩1。另外搅拌电机可以通过电线与调频电机相连接以控制转速，该部分图略。
本装置的操作方法如下(1)按图1依次在Y型侧管顶端装上带油封轴承的法兰、搅拌电机；(2)连接搅拌电机与调频电机间电线；(3)将柱状沉积物6移入图1中直管4底部管口内(可将装有柱状沉积物的采样管(采样管内径需与Y型管直管内径同)与Y型直管底部对接，从下管口将沉积物顶入)；(4)待沉积物表层接近侧管与直管交接处的下端口适当位置时，去掉下端多余沉积物，塞上橡皮塞16；(5)用快开螺栓7将托盘8与直管下端的法兰连接，使托盘承接适当的压力；(6)从直管上端徐徐加注上覆水体5(通常为湖沼水)至预定高度，盖上防尘网罩1；(7)在调频电机上慢慢开启调速旋钮，启动搅拌电机11上的旋桨14旋转，然后逐渐使数显转速至预定值至；(8)(根据实验目的)在系统稳定一定时间后，在保持原搅拌状态下，自上而下逐个开启取样嘴采集上覆水样，若需要还可将上覆水通过取样嘴排放完后将沉积物从下部取出进行沉积物样品采集，根据要求分析样品的物理、化学和生物性质等。
实施例太湖是我国典型的大型浅水湖泊，平均水深2m，平均底泥厚度0.78m，该湖地处东南季风气候区，年平均风速3.2m/s，最大风速为17.3m/s，日平均湖面风速＞7.0m/s的机率约占17％，其中8-10月常受1-2次台风外围或正面影响。结合10m风场测定，用三维流速仪测定水下流速，反映波浪是水下动力扰动的主要因素，波浪的拍打将力斜向传递到约2m深的湖底，距表层0.5m湖水中悬浮颗粒物含量在4-238g/m3之间，距底层2cm水体处则最大可达到16000g/m3以上。根据太湖的实际情况，本专利申请人制作的再悬浮装置主要部件所取的参数和形状为直管和侧管为圆形透明管(内径110mm)，沉积物高度为220mm，水柱高度为2000mm，直管和侧管间夹角为35°，取样嘴以不等距排列，上疏下密。实际研究中制作并启用了9件如图1所示的再悬浮发生装置，分成3组，每组3件，用于平行实验。对太湖北部梅梁湾沉积物模拟的初步实验表明，该装置运行良好，可很方便地用调节搅拌电机转速来控制沉积物-水界面扰动强度，水柱中悬浮颗粒物的量及水柱中的垂直分布对不同转速(模拟风速)有很好的响应，平行样间的标准偏差约可控制在10％范围内，完成了设计前的预期要求。
权利要求
1.一种室内模拟水下沉积物再悬浮状态的方法，其特征是通过在未扰动采集的沉积物表面上，斜向施加可人为控制强度大小的水下动力，使水柱中悬浮颗粒物的量接近野外实际情况的垂直分布，达到定量模拟野外水体再悬浮状态。
2.根据权利要求1所述方法设计的室内模拟水下沉积物再悬浮状态的装置，其特征是设置一直管和一斜管的Y型连接体，斜管顶部由顶盖封顶，顶盖中心固定一油封轴承，轴承的轴为一旋桨器的搅拌杆，杆的下端设有桨叶，杆的上端与搅拌电机转轴联结，直管底部设有活动联结的密封承力托盘，自Y型接头处向上的直管壁上，依次排列设置若干带阀取样嘴。
3.根据权利要求2所述室内模拟水下沉积物再悬浮状态的装置，其特征是两管夹角在30°-60°之间，旋桨叶片的外沿不伸入直管围成的空间内。
4.根据权利要求2或3所述室内模拟水下沉积物再悬浮状态的装置，其特征是取样嘴间距可取等间距或不等间距，直管顶部设有防尘透气网罩，搅拌电机为调频电机。
全文摘要
一种室内模拟水下沉积物再悬浮状态的方法，其特征是通过在未扰动采集的沉积物表面上，斜向施加可人为控制强度大小的水下动力，使水柱中悬浮颗粒物的量接近野外实际情况的垂直分布状态，从而达到定量模拟野外水体再悬浮状态。根据上述方法设计的室内模拟水下沉积物再悬浮状态的装置，其特征是设置一直管和一斜管的Y型连接体，斜管顶部由顶盖封顶，顶盖中心固定一油封轴承，轴承的轴为一旋桨器的搅拌杆，杆的下端设有桨叶，杆的上端与搅拌电机转轴联结，直管底部设有活动联结的密封承力托盘，自Y型接头处向上的直管壁上，依次排列设置若干带阀取样嘴，旋桨叶片的外沿不伸入直管围成的空间内。
文档编号G01N1/10GK1563928SQ200410014329
公开日2005年1月12日 申请日期2004年3月16日 优先权日2004年3月16日
发明者范成新 申请人:中国科学院南京地理与湖泊研究所
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