一種底泥侵蝕和釋放的采樣裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種底泥侵蝕和釋放的采樣裝置，包括：環(huán)形內(nèi)桶體、環(huán)形外桶體、環(huán)形蓋、驅(qū)動機構(gòu)及采樣機構(gòu)；環(huán)形內(nèi)桶體和環(huán)形外桶體固定連接且同軸設(shè)置，兩者之間留有均勻的、兩端開口的環(huán)形空間以容納待采樣的水體；環(huán)形蓋設(shè)置于環(huán)形空間的頂部并且由驅(qū)動機構(gòu)帶動其轉(zhuǎn)動；環(huán)形內(nèi)桶體和環(huán)形外桶體上均形成有若干組采樣口，采樣機構(gòu)包括多個與采樣口對應(yīng)設(shè)置的采樣管；本裝置適用于室外水體直接采樣，保證沉積物結(jié)構(gòu)不受破壞，水體特征能呈現(xiàn)原樣，可采集不同高度和相同高度下不同流速狀態(tài)下的水樣，提高測試結(jié)果的準確性和可靠性。
【專利說明】一種底泥侵蝕和釋放的采樣裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種采樣裝置，具體涉及一種底泥侵蝕和釋放的采樣裝置，屬于淺水湖泊和河流系統(tǒng)水體生態(tài)環(huán)境模擬【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]湖泊在受到外界污染后，一部分通過自身自凈作用消解，剩余部分則通過沉降形成底部沉積物，底部沉積物在受到外力擾動(如波浪、湖流)時易發(fā)生再懸浮重新進入水體，進而將沉積物中的污染物再次帶入水體中，從而影響水體水質(zhì)。內(nèi)源釋放對水生態(tài)環(huán)境的影響是顯而易見的，沉積物再懸浮對營養(yǎng)鹽的釋放有重要影響，湖泊或河道沉積物侵蝕、再懸浮過程會引起表層沉積物營養(yǎng)鹽的釋放、生物數(shù)量的變化等，在不同水深處釋放營養(yǎng)鹽含量的多少對水生生物的生長和生存有決定性影響，同時影響整個水體的水環(huán)境特征，因此，研究侵蝕后水體中營養(yǎng)鹽的含量是進一步研究侵蝕對水質(zhì)影響的基礎(chǔ)。
[0003]目前，模擬對底泥侵蝕的方法主要有震蕩法、波浪水槽法和環(huán)形水槽法，都是在室內(nèi)的模擬實驗。震蕩法是在三角瓶中裝入一定量沉積物和水樣，以震蕩頻率模擬水動力大小，該方法簡單易于控制條件且可多組平行，但是體積過小，不能準確地反映底泥侵蝕隨風(fēng)浪增強而遞增的趨勢。波浪水槽和環(huán)形水槽法是采用機械方法產(chǎn)生上覆水的定向流動使底泥發(fā)生懸浮，這兩種方法易于控制條件，但是實驗底泥的原狀性受到一定破壞，較淺的上覆水與湖泊實際情況差異較大。我們知道，在該研究中，保持沉積物的原狀性非常重要，它不僅關(guān)系到暴露于上覆水的界面及其結(jié)構(gòu)的變化影響再懸浮的結(jié)果，并且對營養(yǎng)物質(zhì)的釋放量也產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。
[0004]上述的底泥侵蝕實驗都是在室內(nèi)進行模擬的，底泥侵蝕的泥樣結(jié)構(gòu)在帶回實驗室時大多已經(jīng)遭到破壞，與真實沉積物結(jié)構(gòu)相差甚遠，而且外力條件不可控，所以實驗結(jié)果不夠準確真實。鑒于此，迫切需要一種能夠真實地反映實際情況、保證結(jié)果準確性的裝置。
實用新型內(nèi)容
[0005]為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的在于提供一種底泥侵蝕和釋放的采樣裝置，適用于室外水體直接采樣，保證沉積物結(jié)構(gòu)不受破壞，水體特征能呈現(xiàn)原樣，并且能采集不同高度和相同高度下不同流速狀態(tài)下的水樣，提高測試結(jié)果的準確性和可靠性。
[0006]為了實現(xiàn)上述目標，本實用新型采用如下的技術(shù)方案:
[0007]—種底泥侵蝕和釋放的采樣裝置，包括:環(huán)形內(nèi)桶體、環(huán)形外桶體、環(huán)形蓋、驅(qū)動機構(gòu)及采樣機構(gòu)；所述環(huán)形內(nèi)桶體和環(huán)形外桶體固定連接且同軸設(shè)置，兩者之間留有均勻的、兩端開口的環(huán)形空間以容納待采樣的水體；所述環(huán)形蓋設(shè)置于環(huán)形空間的頂部并且由驅(qū)動機構(gòu)帶動其轉(zhuǎn)動；所述環(huán)形內(nèi)桶體和環(huán)形外桶體上均形成有若干組采樣口，所述采樣機構(gòu)包括多個與采樣口對應(yīng)設(shè)置的采樣管。
[0008]優(yōu)選地，前述采樣管為L形，自彎折處至采樣口處的管徑為漸進縮徑的，這樣能夠快速地將待采樣的水體導(dǎo)入采樣管內(nèi)。
[0009]進一步地，前述采樣管遠離采樣口處的另一端設(shè)有密封蓋。
[0010]此外，前述采樣機構(gòu)還包括一采樣瓶，采集的水樣及時轉(zhuǎn)移至采樣瓶中。
[0011]具體地，前述環(huán)形內(nèi)桶體和環(huán)形外桶體上均設(shè)有四組采樣口，每組采樣口均包括位于同一豎直線上的不同水深位置的三個采樣孔，采樣孔處設(shè)有橡膠止回塞，綜合考慮了不同高度下環(huán)形內(nèi)桶體和環(huán)形外桶體處的水樣流速和水體狀況的差異，多點采樣從而提高了采樣結(jié)果的可靠性；而且通過橡膠止回塞自動向外閉合防止外界水體倒流進入環(huán)形空間內(nèi)部，排除了外部干擾。
[0012]具體地，前述驅(qū)動裝置包括:電機、轉(zhuǎn)子、連桿、齒輪及齒鏈，所述齒鏈安裝于環(huán)形蓋的內(nèi)側(cè)壁上，所述電機與轉(zhuǎn)子連接，所述轉(zhuǎn)子通過連桿驅(qū)動齒輪，所述齒輪帶動齒鏈轉(zhuǎn)動從而驅(qū)動環(huán)形蓋轉(zhuǎn)動。
[0013]作為一種具體結(jié)構(gòu)，前述環(huán)形內(nèi)桶體通過一 U型固定框架連接于環(huán)形外桶體內(nèi)。
[0014]優(yōu)選地，前述環(huán)形外桶體的內(nèi)壁和環(huán)形內(nèi)桶體的外壁頂部均設(shè)置有用于支撐環(huán)形蓋的滾軸，以減少環(huán)形蓋在轉(zhuǎn)動過程中的摩擦損失。
[0015]進一步地，前述環(huán)形蓋與環(huán)形外桶體及環(huán)形內(nèi)桶體之間均設(shè)有密封條，在不影響環(huán)形蓋轉(zhuǎn)動的前提下，減少取樣時的環(huán)境干擾，提高取樣結(jié)果的真實性。
[0016]更進一步地，前述環(huán)形內(nèi)桶體的內(nèi)壁之間設(shè)有一底部支撐板，所述環(huán)形外桶體的外壁上連接一側(cè)壁支撐板，所述側(cè)壁支撐板與底部支撐板均與環(huán)形內(nèi)桶體的軸向方向垂直。
[0017]本實用新型的有益之處在于:(I)利用驅(qū)動機構(gòu)控制環(huán)形蓋的轉(zhuǎn)速產(chǎn)生恒定的作用力，模擬底泥侵蝕效果，克服了外力條件不可控的問題；(2)在室外進行實地采樣，對垂向結(jié)構(gòu)未受到擾動的底泥進行侵蝕實驗，維持了底泥原有特性，表征底泥的實際侵蝕特性，采樣結(jié)果準確可靠；(3)采樣管伸入環(huán)形空間內(nèi)部，精確采集環(huán)形空間內(nèi)一定高度位置的水樣，操作簡易且減少了人力；(4)考慮了相同高度下貼近環(huán)形內(nèi)桶體和環(huán)形外桶體的水樣流速不同，在環(huán)形內(nèi)桶體上也設(shè)置了采樣孔，提高了采樣的精確性；(5)實驗裝置小，便于運輸和裝置，而且能夠精確測得底部剪切力，有效控制實驗誤差；(6)由于裝置連續(xù)操作，因此消除了水槽首末端由強紊動引起的沖刷，避免了外部干擾；(7)在采樣孔設(shè)置有橡膠止回塞，自動向外閉合防止外界水體倒流進入環(huán)形空間內(nèi)部，進一步排除了外部干擾。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型的一種底泥侵蝕和釋放的采樣裝置的一個優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是圖1所示實施例采樣時的主視圖；
[0020]圖3是圖1所示實施例中驅(qū)動機構(gòu)的齒輪與齒鏈傳動示意圖。
[0021]圖中附圖標記的含義:1、環(huán)形外桶體，2、環(huán)形內(nèi)桶體，3、環(huán)形蓋，4、環(huán)形上蓋板，5、齒鏈，6、齒輪，7、連桿，8、轉(zhuǎn)子，9、電機，10、采樣孔，11、橡膠止回塞，12、支撐架，13、采樣管，14、橡膠固定圈，15、密封蓋，16、采樣瓶，17、河泥，18、底部支撐板，19、側(cè)壁支撐板，20、斜板固定架，21、U型固定框架，22、滾軸。

【具體實施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作具體的介紹。
[0023]參見圖1和圖2，本實用新型的一種底泥侵蝕和釋放的采樣裝置，包括:環(huán)形內(nèi)桶體2、環(huán)形外桶體1、環(huán)形蓋3、驅(qū)動機構(gòu)及采樣機構(gòu)。其中，環(huán)形內(nèi)桶體2和環(huán)形外桶體I固定連接且同軸設(shè)置，優(yōu)選地，環(huán)形內(nèi)桶體2通過一 U型固定框架21連接于環(huán)形外桶體I內(nèi)，連接后，兩者之間留有均勻的、兩端開口的環(huán)形空間以容納待采樣的水體。環(huán)形蓋3設(shè)置于環(huán)形空間的頂部(其中一端的開口處)并且由驅(qū)動機構(gòu)帶動其轉(zhuǎn)動，將該采樣裝置置入室外水體后，環(huán)形蓋3轉(zhuǎn)動對水體產(chǎn)生擾動，對垂向結(jié)構(gòu)未受到擾動的河泥17表面施加水平?jīng)_刷力，使泥樣發(fā)生侵蝕，然后，由于環(huán)形內(nèi)桶體2和環(huán)形外桶體I上均形成有若干組采樣口，通過采樣機構(gòu)的采樣管13伸入采樣口內(nèi)部即可進行水體采樣，將采集的水樣及時收集至采樣瓶16內(nèi)，進而分析水體營養(yǎng)鹽含量，從而實現(xiàn)底泥侵蝕和營養(yǎng)鹽釋放量的研究。
[0024]作為一種優(yōu)選，如圖2所示，采樣管13為L形，當(dāng)然，也可以是其他形狀的彎曲采樣管13，本實施例中，自彎折處至采樣口處的管徑為漸進縮徑的，這樣能夠快速地將待采樣的水體導(dǎo)入采樣管13內(nèi)，提高采樣效率。并且，在采樣管13遠離采樣口處的另一端設(shè)有密封蓋15，這樣的話，當(dāng)采樣管13插入采樣口后，合上密封蓋15，待采水樣就會在虹吸原理和真空作用下自動進入采樣管13，操作方便易實現(xiàn)。需要特別說明的是，采用這種漸進縮徑的L形采樣管13對環(huán)形空間內(nèi)的水樣進行采集，能夠精確采集目標高度的水樣，不會對泥床結(jié)構(gòu)產(chǎn)生擾動，而且不會影響起懸后的泥在水體中的再次絮凝和沉淀的過程。
[0025]為了消除不同位置、不同高度的水樣區(qū)別帶來的采樣結(jié)果差異，在環(huán)形內(nèi)桶體2和環(huán)形外桶體I上均等弧度地設(shè)有四組采樣口，每組采樣口均包括位于同一豎直線上的不同水深位置的三個采樣孔10，即環(huán)形內(nèi)桶體2和環(huán)形外桶體I上分別形成了 12個采樣孔10，綜合考慮了不同高度下環(huán)形內(nèi)桶體2和環(huán)形外桶體I處的水樣流速和水體狀況的差異，多點采樣從而提高了采樣結(jié)果的可靠性。
[0026]對應(yīng)于每個采樣孔10，均設(shè)置了單獨的采樣管13，多個采樣管13之間可以采用橡膠固定圈14進行限位和綁定，在采樣孔10的外側(cè)還設(shè)置有支撐架12以起到支撐采樣管13的作用。另外，在采樣孔10內(nèi)側(cè)還設(shè)有橡膠止回塞11，非采樣狀態(tài)下，橡膠止回塞11自動向外閉合防止外界水體倒流進入環(huán)形空間內(nèi)部，排除了外部干擾。
[0027]作為一種具體結(jié)構(gòu)，如圖1至圖3所示，驅(qū)動裝置包括:電機9、轉(zhuǎn)子8、連桿7、齒輪6及齒鏈5，齒鏈5安裝于環(huán)形蓋3的內(nèi)側(cè)壁上，電機9與轉(zhuǎn)子8連接，轉(zhuǎn)子8通過連桿7驅(qū)動齒輪6，齒輪6帶動齒鏈5轉(zhuǎn)動從而驅(qū)動環(huán)形蓋3轉(zhuǎn)動。為了使得整體裝置的結(jié)構(gòu)更加緊湊，在環(huán)形內(nèi)桶體2的上端口還設(shè)置了一個環(huán)形上蓋板4，環(huán)形上蓋板4和環(huán)形內(nèi)桶體2通過一個斜板固定架20實現(xiàn)三角連接，齒輪6就設(shè)置在環(huán)形上蓋板4上。采樣時，可通過調(diào)節(jié)電機9進而調(diào)節(jié)環(huán)形蓋3的轉(zhuǎn)速，對水體產(chǎn)生實際所需強度的擾動。
[0028]為了減少環(huán)形蓋3在轉(zhuǎn)動過程中的摩擦損失，環(huán)形外桶體I的內(nèi)壁和環(huán)形內(nèi)桶體2的外壁頂部均設(shè)置有用于支撐環(huán)形蓋3的滾軸22。進一步地，環(huán)形蓋3與環(huán)形外桶體I及環(huán)形內(nèi)桶體2之間均設(shè)有密封條，在不影響環(huán)形蓋3轉(zhuǎn)動的前提下，減少取樣時的環(huán)境干擾，提高取樣結(jié)果的真實性。
[0029]此外，為了使整個裝置不至于陷入河泥17里太深，環(huán)形內(nèi)桶體2的內(nèi)壁之間設(shè)有一底部支撐板18，環(huán)形外桶體I的外壁上連接一側(cè)壁支撐板19，側(cè)壁支撐板19與底部支撐板18均與環(huán)形內(nèi)桶體2的軸向方向垂直。
[0030]本裝置的具體操作方法如下:實際流速lOcm/s所對應(yīng)轉(zhuǎn)子8的轉(zhuǎn)速是70rmp，根據(jù)需要模擬的流速調(diào)節(jié)電機9，由電機9控制轉(zhuǎn)子8的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子8通過連桿7控制齒輪6的轉(zhuǎn)動，齒輪6帶動齒鏈5控制與之相連的環(huán)形蓋3轉(zhuǎn)動，進而對水體產(chǎn)生擾動。水體受到擾動后，當(dāng)環(huán)形空間內(nèi)部底泥所受到的底部切應(yīng)力超過底泥的臨界剪切力時，河泥17開始發(fā)生侵蝕，部分泥樣進入水體，并將營養(yǎng)鹽釋放入水體。將采樣管13伸入環(huán)形外桶體I和環(huán)形內(nèi)桶體2上的采樣孔10內(nèi)部，然后合上采樣管13端部的密封蓋15，水樣自動進入采樣管13內(nèi)部，最后取出采樣管13，將采得的水樣導(dǎo)入采樣瓶16，對采集的水樣進行分析，進而得出底泥侵蝕機制和營養(yǎng)鹽釋放含量。
[0031]底泥表面侵蝕率定義為單位面積底床在單位時間內(nèi)的底泥侵蝕量，河床切應(yīng)力是粘性泥沙研究中的重要參數(shù)，它直接決定了底泥被侵蝕的深度。然而，現(xiàn)有技術(shù)中，確定河床切應(yīng)力、控制外力條件是十分困難的，本實用新型則完全克服了這一技術(shù)難題。
[0032]裝置內(nèi)部水體產(chǎn)生正切于環(huán)形外桶體I和環(huán)形內(nèi)桶體2的正切流速，在任意水位z = h處的正切流速可用下式計算:
[0033]U = τω(I)
[0034]式中，U代表流速，r代表半徑，ω代表旋轉(zhuǎn)角速度。水體擾動過程中對底部泥床會產(chǎn)生切應(yīng)力，當(dāng)?shù)撞壳袘?yīng)力超過底泥的臨界剪切力時，底泥就會被水體擾動進入水體產(chǎn)生侵蝕。底部剪切力的計算方法如下:
[0035]τ = 0.01135 ω1.6932(2)
[0036]式中，τ代表切應(yīng)力，ω代表旋轉(zhuǎn)角速度。通過驗證，該數(shù)值計算的結(jié)果與實驗結(jié)果誤差約5%。因而可利用上述公式計算出水槽內(nèi)的流場結(jié)構(gòu)和底部切應(yīng)力。
[0037]綜上，本實用新型的底泥侵蝕和釋放的采樣裝置，通過轉(zhuǎn)動環(huán)形蓋3擾動水體形成不同的正切流速和底部切應(yīng)力；并且考慮同一高度存在有不同流速的水樣區(qū)別，通過采樣裝置采集環(huán)形空間內(nèi)部水樣進行分析，揭示底泥侵蝕規(guī)律和營養(yǎng)鹽釋放含量，克服了現(xiàn)有技術(shù)中外力不可控、難以維持底泥原狀結(jié)構(gòu)、不便采集水樣等問題。
[0038]以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特征和優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，上述實施例不以任何形式限制本實用新型，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本實用新型的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種底泥侵蝕和釋放的采樣裝置，其特征在于，包括:環(huán)形內(nèi)桶體、環(huán)形外桶體、環(huán)形蓋、驅(qū)動機構(gòu)及采樣機構(gòu)；所述環(huán)形內(nèi)桶體和環(huán)形外桶體固定連接且同軸設(shè)置，兩者之間留有均勻的、兩端開口的環(huán)形空間以容納待采樣的水體；所述環(huán)形蓋設(shè)置于環(huán)形空間的頂部并且由驅(qū)動機構(gòu)帶動其轉(zhuǎn)動；所述環(huán)形內(nèi)桶體和環(huán)形外桶體上均形成有若干組采樣口，所述采樣機構(gòu)包括多個與采樣口對應(yīng)設(shè)置的采樣管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種底泥侵蝕和釋放的采樣裝置，其特征在于，所述采樣管為L形，自彎折處至采樣口處的管徑為漸進縮徑的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種底泥侵蝕和釋放的采樣裝置，其特征在于，所述采樣管遠離采樣口處的另一端設(shè)有密封蓋。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種底泥侵蝕和釋放的采樣裝置，其特征在于，所述采樣機構(gòu)還包括一米樣瓶。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的一種底泥侵蝕和釋放的采樣裝置，其特征在于，所述環(huán)形內(nèi)桶體和環(huán)形外桶體上均設(shè)有四組采樣口，每組采樣口均包括位于同一豎直線上的不同水深位置的三個采樣孔，采樣孔處設(shè)有橡膠止回塞。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種底泥侵蝕和釋放的采樣裝置，其特征在于，所述驅(qū)動裝置包括:電機、轉(zhuǎn)子、連桿、齒輪及齒鏈，所述齒鏈安裝于環(huán)形蓋的內(nèi)側(cè)壁上，所述電機與轉(zhuǎn)子連接，所述轉(zhuǎn)子通過連桿驅(qū)動齒輪，所述齒輪帶動齒鏈轉(zhuǎn)動從而驅(qū)動環(huán)形蓋轉(zhuǎn)動。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的一種底泥侵蝕和釋放的采樣裝置，其特征在于，所述環(huán)形內(nèi)桶體通過一U型固定框架連接于環(huán)形外桶體內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種底泥侵蝕和釋放的采樣裝置，其特征在于，所述環(huán)形外桶體的內(nèi)壁和環(huán)形內(nèi)桶體的外壁頂部均設(shè)置有用于支撐環(huán)形蓋的滾軸。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種底泥侵蝕和釋放的采樣裝置，其特征在于，所述環(huán)形蓋與環(huán)形外桶體及環(huán)形內(nèi)桶體之間均設(shè)有密封條。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種底泥侵蝕和釋放的采樣裝置，其特征在于，所述環(huán)形內(nèi)桶體的內(nèi)壁之間設(shè)有一底部支撐板，所述環(huán)形外桶體的外壁上連接一側(cè)壁支撐板，所述側(cè)壁支撐板與底部支撐板均與環(huán)形內(nèi)桶體的軸向方向垂直。
【文檔編號】G01N1/10GK204085941SQ201420580659
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月9日
【發(fā)明者】黃冬菁, 田傳沖, 余鐘波, 李一平, 向龍, 盧緒川, 陳竟文, 覃春喬 申請人:河海大學(xué)