專利名稱：一種采集水力學(xué)試驗(yàn)水槽沉積層斷面的方法和裝置的制作方法
一種采集水力學(xué)試驗(yàn)水槽沉積層斷面的方法和裝置技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于水力學(xué)試驗(yàn)水槽中泥沙沉積、污染物遷移和轉(zhuǎn)化研究領(lǐng)域，具體涉及一種沉積層斷面的采樣方法和裝置。
背景技術(shù)：
地表土壤徑流沖刷、農(nóng)田灌溉、工業(yè)污水和生活污水排放都為江河、湖泊和海洋帶來(lái)了大量泥沙和污染物，這些泥沙在被輸送過(guò)程中，進(jìn)行著不斷的沖淤，改變著河床、湖底和海底。同時(shí)還夾帶著自然界、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活污水中的有機(jī)質(zhì)、重金屬和其它污染物， 日積月累地聚集和遷移。對(duì)海底石油的形成、分布和近海環(huán)境都有著密切影響。為了研究這些沉積、遷移和講解規(guī)律，人們?cè)O(shè)計(jì)建造了各種規(guī)模的水力學(xué)試驗(yàn)水槽，開展大量相關(guān)研究。同時(shí)，還利用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬計(jì)算技術(shù)，對(duì)水體中沉積物和其中污染物的沉積、遷移和轉(zhuǎn)化規(guī)律進(jìn)行了很多數(shù)值模擬試驗(yàn)。
在這些研究中，由于沉積物含水量大、流動(dòng)性強(qiáng)，易受測(cè)量干擾等影響，一直沒(méi)有理想的采樣和檢測(cè)方法。發(fā)明內(nèi)容
為了解決河、湖和海洋中泥沙、有機(jī)質(zhì)、重金屬和其它污染物的沉積、遷移和轉(zhuǎn)化規(guī)律試驗(yàn)研究中的準(zhǔn)確采樣和量測(cè)難題，本發(fā)明提供了一種采集水力學(xué)試驗(yàn)水槽沉積層斷面的方法與實(shí)現(xiàn)該方法的裝置。
本發(fā)明采集水力學(xué)試驗(yàn)水槽沉積層斷面的方法，其步驟如下(1)進(jìn)行水力學(xué)沉積試驗(yàn)；(2)在上述水力學(xué)沉積試驗(yàn)完成后，采用冷凍法對(duì)待測(cè)斷面進(jìn)行冷凍，將待測(cè)斷面的水和水下沉積物一并凍成冰塊，使樣品固化；(3)取出固化后的樣品，按照研究需要，進(jìn)行切割、拋光、拍照、量測(cè)和采樣。
所述步驟(2)中的冷凍法優(yōu)選液氮冷凍法。
實(shí)現(xiàn)上述采集水力學(xué)試驗(yàn)水槽沉積層斷面方法的裝置，由水槽、隔板、內(nèi)冷管、外冷管、保溫層和液氮瓶組成，所述隔板有兩塊，分別設(shè)置在取樣斷面上、下游位置，在水槽內(nèi)外分別設(shè)置內(nèi)冷管和外冷管，所述內(nèi)冷管懸空掛在水槽的口上，距離水槽側(cè)壁和底部沉積層面20 40mm，所述外冷管貼近水槽的外壁，其外設(shè)置可拆卸的保溫層。
所述隔板為不吸水的塑料泡沫板。
所述內(nèi)外冷管均為銅管。
所述外冷管和內(nèi)冷管可多根并聯(lián)。
為避免在冷凍期間沉積層緩慢流動(dòng)，在待測(cè)斷面的上、下游各放置一塊輕質(zhì)塑料隔板，擋住穩(wěn)住水流，從而限制沉積層流動(dòng)變化。該隔板同時(shí)起隔熱作用，減少液氮消耗；完成速凍后，從輕質(zhì)塑料隔板處將待測(cè)斷面與上下游分開。
液氮和內(nèi)外冷凍管主要是利用液氮在氣化過(guò)程大量吸熱的物理作用，將水和沉積物一同冷凍固化，再利用凍在樣品中的內(nèi)冷管，從水槽中取出斷面樣品，以便后續(xù)研究。
本發(fā)明可解決水力學(xué)沉積試驗(yàn)研究中的準(zhǔn)確采樣和量測(cè)難題，適合開展多層沉積物的研究。


圖1為本發(fā)明裝置的截面示意圖。
圖2為本發(fā)明裝置的俯視示意圖。
圖中1.水槽，2.水流，3.沉積物，4.隔板，5.內(nèi)冷管，6.外冷管，7.保溫層，8.液氮瓶。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
如圖1和圖2所示，采集水力學(xué)試驗(yàn)水槽沉積層斷面的裝置由水槽1、隔板4、內(nèi)冷管5、外冷管6、保溫層7和液氮瓶8組成；隔板4有兩塊，分別設(shè)置在取樣斷面上、下游位置， 在水槽1內(nèi)外分別設(shè)置內(nèi)冷管5和外冷管6，內(nèi)冷管5懸空掛在水槽1的口上，距離水槽1 側(cè)壁和底部沉積層面20 40mm，外冷管6貼近水槽1的外壁，其外設(shè)置可拆卸的保溫層7。
以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳述。
本發(fā)明所公開的一種試驗(yàn)水槽斷面冷凍采樣方法與裝置，是根據(jù)對(duì)沉積物斷面研究需要而設(shè)計(jì)，按照前述技術(shù)方案，其主要實(shí)施步驟如下步驟一、水槽制作主要結(jié)合具體研究需要進(jìn)行斷面設(shè)計(jì)，材質(zhì)盡量采用鋼板，以便導(dǎo)熱和承受水體結(jié)冰后的膨脹應(yīng)力。
步驟二、隔板制作隔板應(yīng)選擇不吸水的塑料泡沫板，一次性使用，冷凍前輕輕插入水槽內(nèi)，盡量避免擾動(dòng)水下沉積層。在完成斷面冷凍固化后便于與采樣斷面上下游水流分離。
步驟三、內(nèi)外冷管制作與安裝內(nèi)外冷管優(yōu)先采用銅管，事先按水槽尺寸煨彎。內(nèi)冷管要離開水槽側(cè)壁和沉積層面 20 40mm，外冷管可貼近水槽外壁。冷凍前要輕輕放入內(nèi)冷管，并要懸空掛在水槽口上，以免擾動(dòng)沉積層。當(dāng)待測(cè)斷面樣塊較長(zhǎng)時(shí)，可采用多根并聯(lián)。
外冷管可用管卡固定在水槽外壁，長(zhǎng)期使用，必要時(shí)可多根并聯(lián)。設(shè)置于外冷管外的保溫層要采用可拆卸材料，冷凍完成后，要及時(shí)去掉保溫層，以利于待測(cè)斷面體能夠在與水槽接觸面輕微融化脫模。
步驟四、冷凍固化上述步驟完成后，即可打開液氮瓶，緩慢交替將液氮倒入內(nèi)外冷管，當(dāng)冷凍管多時(shí)，可多用幾個(gè)液氮瓶同時(shí)倒，直到水面凍結(jié)后，再繼續(xù)10分鐘以上。操作人員要穿戴防護(hù)服和手套，以免凍傷，同時(shí)要保持室內(nèi)通風(fēng)以免缺氧窒息。
步驟五、取樣先卸掉水槽外的保溫層，讓水槽適度解凍，同時(shí)根據(jù)環(huán)境溫度高低，在斷面體表面繼續(xù)滴加液氮。清除水槽內(nèi)上下游冰渣，能前后推動(dòng)斷面體后，即可取出，進(jìn)行必要的切割、拋光、拍照、量測(cè)和采樣。
權(quán)利要求
1.一種采集水力學(xué)試驗(yàn)水槽沉積層斷面的方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)進(jìn)行水力學(xué)沉積試驗(yàn)；(2)在上述水力學(xué)沉積試驗(yàn)完成后，采用冷凍法對(duì)待測(cè)斷面進(jìn)行冷凍，將待測(cè)斷面的水和水下沉積物一并凍成冰塊，使樣品固化；(3)取出固化后的樣品，按照研究需要，進(jìn)行切割、拋光、拍照、量測(cè)和采樣。
2.如權(quán)利要求1所述的采集水力學(xué)試驗(yàn)水槽沉積層斷面的方法，其特征在于，所述步驟(2)中的冷凍法為液氮冷凍法。
3.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求2所述采集水力學(xué)試驗(yàn)水槽沉積層斷面方法的裝置，其特征在于，該裝置由水槽[1]、隔板[4]、內(nèi)冷管[5]、外冷管[6]和液氮瓶[8]組成，所述隔板[4] 有兩塊，分別設(shè)置在取樣斷面上、下游位置，在水槽[1]內(nèi)外分別設(shè)置內(nèi)冷管[5]和外冷管 W]，所述內(nèi)冷管[5]懸空掛在水槽[1]的口上，距離水槽[1]側(cè)壁和底部沉積層面20 40mm，所述外冷管[6]貼近水槽[1]的外壁，其外設(shè)置可拆卸的保溫層[7]。
4.如權(quán)利要求3所述實(shí)現(xiàn)采集水力學(xué)試驗(yàn)水槽沉積層斷面方法的裝置，其特征在于， 所述隔板[4]為不吸水的塑料泡沫板。
5.如權(quán)利要求3所述實(shí)現(xiàn)采集水力學(xué)試驗(yàn)水槽沉積層斷面方法的裝置，其特征在于， 所述內(nèi)冷管[5]和外冷管[6]均為銅管。
6.如權(quán)利要求3至5所述的任一實(shí)現(xiàn)采集水力學(xué)試驗(yàn)水槽沉積層斷面方法的裝置，其特征在于，所述外冷管[6]和內(nèi)冷管[5]可多根并聯(lián)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采集水力學(xué)試驗(yàn)水槽沉積層斷面的方法和裝置。該方法是在完成水力學(xué)沉積試驗(yàn)后，采用液氮冷凍法對(duì)待測(cè)斷面進(jìn)行冷凍，將待測(cè)斷面的水和水下沉積物一并凍成冰塊，使樣品固化，然后取出固化后的斷面樣品。實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置由水槽、隔板、內(nèi)冷管、外冷管、保溫層和液氮瓶組成，隔板有兩塊，分別設(shè)置在取樣斷面上、下游位置，在水槽內(nèi)外分別設(shè)置內(nèi)冷管和外冷管，內(nèi)冷管懸空掛在水槽的口上，距離水槽側(cè)壁和底部沉積層面20～40mm，外冷管貼近水槽的外壁。本發(fā)明解決了河、湖和海洋中泥沙、有機(jī)質(zhì)、重金屬和其它污染物的沉積、遷移和轉(zhuǎn)化規(guī)律試驗(yàn)研究中的準(zhǔn)確采樣和量測(cè)難題，適合開展多層沉積物的研究。
文檔編號(hào)G01N1/04GK102494920SQ201110368070
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者張新喜, 江用彬 申請(qǐng)人:安徽工業(yè)大學(xué)