CN105756008B - 用于潮汐河口泥沙物理模型的自动加沙装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水利试验的技术领域，提供了用于潮汐河口泥沙物理模型的自动加沙装置，潮汐河口泥沙物理模型包括模型河道，模型河道下游具有模型河口，包括清水池、供沙池以及终端装置，清水池和供沙池均设有输出管路，输出管路汇集后末端设有加沙管，清水池和供沙池均设有流量控制结构，加沙管出口处设有在线浊度计，在线浊度计和流量控制结构均由终端装置控制。本发明中的自动加沙装置，其对模型河道中的含沙量实时监测，从率定曲线加沙量中扣除来流水中的含沙量，使加沙量满足实验要求，提高了实验精度。而且在不需要加沙的时候，终端设备控制水持续从加沙管的加沙孔流出，可起到避免其堵塞的作用。

Description

用于潮汐河口泥沙物理模型的自动加沙装置

技术领域

本发明涉及水利试验的技术领域，尤其涉及用于潮汐河口泥沙物理模型的自动加沙装置。

背景技术

在研究水流和泥沙运动的领域中，河流模拟是一种常见的实验手段，其中河工模拟实验运用了河流动力学知识，在实验室中对天然河流或在有水工建筑物的情况下进行模拟，以研究实际河流结构、河床演变、工程方案效果等。

在河工模型试验中，经常会涉及悬沙加沙问题。现有技术中根据率定好的加沙曲线对河道进行加沙，但因模型试验一般采用循环用水，模型试验达到一定周期后，来流方向的水流也具有一定含沙量，如仍按照率定曲线加沙，必将造成加沙量的增加，影响模型试验精度。而且，潮汐河口模型加沙时，一般对试验区的上游河道，落潮时加沙，涨潮时不加沙；对试验区的下游河道，涨潮时加沙，落潮时不加沙，加沙管加沙具有间歇性，其在不加沙时段中，加沙孔极易堵塞。

发明内容

本发明的目的在于提供用于潮汐河口泥沙物理模型的自动加沙装置，旨在解决现有的河工模型试验过程中，随着实验的进行，含沙量会超过预定值导致实验精度下降的问题。

本发明是这样实现的，用于潮汐河口泥沙物理模型的自动加沙装置，所述潮汐河口泥沙物理模型包括模型河道，所述模型河道下游具有模型河口，包括清水池、供沙池以及终端装置，所述清水池和所述供沙池均设有输出管路，所述输出管路汇集后末端设有用于为所述模型河道加沙的加沙管，所述清水池和所述供沙池均设有流量控制结构，所述加沙管出口处设有用于检测含沙量的在线浊度计，所述在线浊度计和所述流量控制结构均由所述终端装置控制。

进一步地，所述输出管路包括连接于所述清水池的上游供水管和连接于所述供沙池的上游供沙管，所述加沙管包括设置于所述模型河道上游的上游加沙管，所述上游供水管和所述上游供沙管汇集的管路末端设有所述上游加沙管，所述上游供水管和所述上游供沙管上分别设有用于检测流量的电磁流量计。

进一步地，在所述上游加沙管所处河道上游处设有所述在线浊度计。

进一步地，所述输出管路包括分别连接于所述清水池和所述供沙池的下游供水管和下游供沙管，所述加沙管包括设置于所述模型河口处的下游加沙管，所述下游供水管和所述下游供沙管汇集的管路末端设有述下游加沙管，所述下游供水管和所述下游供沙管上分别设有所述电磁流量计。

进一步地，在所述下游加沙管所处河道下游处设有所述在线浊度计。

进一步地，所述供沙池包括用于混合模型沙的泡沙池、用于提供预设浓度泥沙的拌沙池、用于暂存泥沙的加沙池以及具有恒定水位的分沙池，所述泡沙池、所述拌沙池、所述加沙池和所述分沙池依次通过单向污水泵转运泥沙，所述分沙池设有所述输出管路。

进一步地，所述拌沙池、所述加沙池和所述分沙池均设有搅拌器。

进一步地，所述分沙池和所述加沙池之间设有用于回流含沙水的泥水溢流口。

进一步地，所述清水池包括蓄水池和具有恒定水位的加水池，所述蓄水池和所述加水池之间设有清水溢流口，所述加水池上设有所述输出管路。

进一步地，所述流量控制结构包括单向水泵和用于控制所述单向水泵的变频控制器。

与现有技术相比，本发明中的用于潮汐河口泥沙物理模型的自动加沙装置，其对模型河道中的含沙量实时监测，从率定曲线加沙量中扣除来流水中的含沙量，并按照计算结果对模型河道进行加沙，使加沙量满足实验要求，提高了实验精度。而且在不需要加沙的时候，终端设备控制水持续从加沙管的加沙孔流出，可起到避免其堵塞的作用。

附图说明

图1为本发明实施例提供的用于潮汐河口泥沙物理模型的自动加沙装置的整体结构示意图；

图2为图1中A处的局部放大示意图；

图3为本发明实施例提供的用于潮汐河口泥沙物理模型的自动加沙装置的终端装置控制示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合具体附图对本实施例的实现进行详细的描述。

如图1至图3所示，潮汐河口泥沙物理模型包括模型河道2、模拟海区22 和模拟水池23，模型河道2的下游通过模型河口21输出水流和泥沙进入模拟海区22，模拟海区22通过双向水泵和模拟水池23实现交流，模拟水池23通过管路向模型河道2的上游提供回流水，使水在整个潮汐河口泥沙物理模型中循环。本实施例中提供用于潮汐河口泥沙物理模型的自动加沙装置，主要包括清水池12、供沙池11以及终端装置15几个部分。

清水池12和供沙池11均设有输出管路13，分别连接至清水池12和供沙池11的两输出管路13汇集成为一条管路，在末端设有用于为模型河道2加沙的加沙管14。清水和泥沙分别从两条输出管路13中流出并汇集，最后进入加沙管14。加沙管14深入模型河道2中，其设有多个加沙孔，通过加沙孔将泥沙和水加入模型河道2中，完成加沙。

清水池12和供沙池11连接至输出管路13处均设有流量控制结构152，在加沙管14出口处设有用于检测含沙量的在线浊度计151，在线浊度计151和流量控制结构152均由终端装置15控制。终端装置15通过在线浊度计151采集的含沙数据，与预设的实验数据对比，从而通过流量控制结构152控制清水和泥沙的供给量，调节含沙数据使其满足实验要求。

在采用潮汐河口泥沙物理模型进行实验时，如果未采用本实施例中的自动加沙装置，由于水流循环，从模拟水池23回流至模型河道2上游的清水中携带了一定量的泥沙，这部分水进入模型河道2后，如果加沙管14按照率定曲线加沙，水中的含沙量会大于加沙管14加入的沙量，与试验要求出现偏差。而采用了自动加沙装置后，在线浊度计151可实时采集含沙数据传送至终端装置15，终端装置15根据采集的含沙量数据和下一时刻实验模型的理论加沙量，计算出模型实际需要的加沙量，该加沙量扣除了来流水中的含沙量，其小于加沙管14 原预定加沙量，终端装置15控制流量控制结构152，使供沙池11按照计算值输出的泥沙量，从而排除了回流清水所携带的泥沙带来的干扰，避免出现偏差，保证悬沙模型试验对泥沙浓度场模拟相似。

在不需要加沙的阶段，终端装置15控制供沙池11停止输出泥沙，清水池 12持续输出清水，使得在加沙管14内有持续的水流经加沙孔，避免加沙孔阻塞。

根据上述的工作原理可知，本实施例中用于潮汐河口泥沙物理模型的自动加沙装置，其采用终端装置15计算修正加沙量的方式，排除了来流水中携带泥沙对实验模型的干扰，并且可实时根据采集的数据计算并自动控制加沙，保证悬沙模型试验对泥沙浓度场模拟相似，而且还能避免加沙孔阻塞。

如图1至图3所示，输出管路13包括连接于清水池12上游供水管131和连接于供沙池11的上游供沙管132，加沙管14包括设置于模型河道2上游的上游加沙管141 ，上游加沙管141 设置在上游供水管131和上游供沙管132汇集后形成的管路的末端，在上游供水管131和上游供沙管132上还分别设有用于检测流量的电磁流量计153，清水池12连接上游供水管131处以及供沙池11 连接上游供沙管132处均设有流量控制结构152。上游加沙管14用于为模型河道2的上游加沙，分设在上游供水管131和上游供沙管132上的两电磁流量计153可分别采集水流和泥沙的流量，并将采集的数据传输到终端装置15内，作为终端装置15计算供沙量的参考数据。

在上游加沙管141所处河道上游处，设有在线浊度计151，该在线浊度计 151用于采集来流方向水流的含沙量，作为上游加沙管141的加沙数据计算参考。

输出管路13还包括分别连接于清水池12和供沙池11的下游供水管133 和下游供沙管134，加沙管14包括设置于模型河口处的下游加沙管142 ，下游加沙管142 设置在下游供水管133和下游供沙管134汇集形成的管路的末端，下游供水管133和下游供沙管134上分别设有电磁流量计153，清水池12连接下游供水管133处以及供沙池11连接下游供沙管134处也各设有流量控制结构152。下游供水管133和下游供沙管134可为下游加沙管142提供泥沙和水，其与上游供水管131和上游供沙管132相对独立，使上游加沙管141和下游加沙管142 可以分别独立控制加沙量，满足实验的加沙需求。

在下游加沙管142所处河道下游处，设有在线浊度计151，该在线浊度计 151用于采集模型河道2的模型河口21处的含沙量，即流入模拟海区22的实际含沙量，作为上游加沙管141和下游加沙管142的加沙数据计算参考。

根据上述的结构和工作过程可知，终端装置15接受到的数据包括分别来自上游供水管131和下游供水管133的各自供水流量数据、分别来自上游供沙管 132和下游供沙管134的各自供沙流量数据、模型河道2上游处的含沙量以及模型河口处的含沙量，终端装置15根据预设的软件、数据，结合上述的数据，即可计算出实际需要加沙的数据，并通过该数据分别控制上游加沙管141和下游加沙管142的加沙量，以提高悬沙模型试验对实际泥沙浓度场模拟的相似度，并且能在试验中实时调节模型河道2上下游的供沙量，排除外界干扰。

本实施例中的流量控制结构152包括单向水泵1521和变频控制器1522，变频控制器1522可在终端装置15的控制下改变频率从而控制单向水泵1521 的功率，从而改变相关流量。

如图1所示，本实施例中的供沙池11包括泡沙池111、拌沙池112、加沙池113以及分沙池114。泡沙池111、拌沙池112、加沙池113和分沙池114依次通过单向污水泵转运泥沙，即泥沙从泡沙池111流出，依次并单向流经拌沙池112和加沙池113，最终流入分沙池114，在分沙池114上设有输出管路13，作为最终输出泥沙的场所。

供沙池11内部的泥沙流程为：

(1)模型沙放入泡沙池111中浸泡，满足要求后通过单向污水泵抽送至拌沙池112；

(2)在拌沙池112安装有搅拌器，可将泥沙和水搅拌成为泥沙，泥沙浓度达到要求后，再通过单向污水泵抽送至加沙池113；

(3)加沙池113通过单向污水泵抽送泥沙至分沙池114，分沙池114和加沙池113之间设有泥水溢流口1141，当水位超过泥水溢流口1141后，含沙水从泥水溢流口1141回流至加沙池113，以保证分沙池114具有恒定的水位。

本实施例中的供沙池11，具有多个池体相互配合，最后的分沙池114中水位恒定，分沙池114无论是输入泥沙或者向外输出泥沙，均不会改变自身水位，提供的稳定的供沙环境。为了避免泥沙在转运的过程中沉积，在加沙池113和分沙池114中也设有搅拌器。

如图1所示，本实施例中的清水池12包括蓄水池121和加水池122，蓄水池121和加水池122之间设有用于水回流的清水溢流口1221，加水池122上设有输出管路13。加水池122原理与分沙池114相似，其通过清水溢流口1221 将水位控制，提供稳定的供水环境。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.用于潮汐河口泥沙物理模型的自动加沙装置，所述潮汐河口泥沙物理模型包括模型河道，所述模型河道下游具有模型河口，其特征在于，包括清水池、供沙池以及终端装置，所述清水池和所述供沙池均设有输出管路，所述输出管路汇集后末端设有用于为所述模型河道加沙的加沙管，所述清水池和所述供沙池均设有流量控制结构，所述加沙管出口处设有用于检测含沙量的在线浊度计，所述在线浊度计和所述流量控制结构均由所述终端装置控制，所述输出管路包括连接于所述清水池的上游供水管和连接于所述供沙池的上游供沙管，所述加沙管包括设置于所述模型河道上游的上游加沙管，所述上游供水管和所述上游供沙管汇集构成的管路末端设有所述上游加沙管，所述上游供水管和所述上游供沙管上分别设有用于检测流量的电磁流量计，所述输出管路包括分别连接于所述清水池和所述供沙池的下游供水管和下游供沙管，所述加沙管包括设置于所述模型河口处的下游加沙管，所述下游供水管和所述下游供沙管汇集的管路末端设有所述下游加沙管，所述下游供水管和所述下游供沙管上分别设有所述电磁流量计；所述供沙池包括用于混合模型沙的泡沙池、用于提供预设浓度泥沙的拌沙池、用于暂存泥沙的加沙池以及具有恒定水位的分沙池，所述泡沙池、所述拌沙池、所述加沙池和所述分沙池依次通过单向污水泵转运泥沙，所述分沙池设有所述输出管路，所述加沙管设有多个加沙孔；在不需要加沙的阶段，终端装置控制供沙池停止输出泥沙，清水池持续输出清水。

2.如权利要求1所述的用于潮汐河口泥沙物理模型的自动加沙装置，其特征在于，在所述上游加沙管所处河道上游处设有所述在线浊度计。

3.如权利要求1所述的用于潮汐河口泥沙物理模型的自动加沙装置，其特征在于，在所述下游加沙管所处河道下游处设有所述在线浊度计。

4.如权利要求1所述的用于潮汐河口泥沙物理模型的自动加沙装置，其特征在于，所述拌沙池、所述加沙池和所述分沙池均设有搅拌器。

5.如权利要求1所述的用于潮汐河口泥沙物理模型的自动加沙装置，其特征在于，所述分沙池和所述加沙池之间设有用于回流含沙水的泥水溢流口。

6.如权利要求1至3任一项所述的用于潮汐河口泥沙物理模型的自动加沙装置，其特征在于，所述清水池包括蓄水池和具有恒定水位的加水池，所述蓄水池和所述加水池之间设有清水溢流口，所述加水池上设有所述输出管路。

7.如权利要求1至3任一项所述的用于潮汐河口泥沙物理模型的自动加沙装置，其特征在于，所述流量控制结构包括单向水泵和用于控制所述单向水泵的变频控制器。