一種河流水環境物理模型縮尺效應研究試驗裝置製造方法

2023-06-19 15:43:26 1

一種河流水環境物理模型縮尺效應研究試驗裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種河流水環境物理模型縮尺效應研究試驗裝置，包括縮放系統、循環系統和測控系統。縮放系統包括側牆、寬度調節柵、夾板架、軌道、雙向伸縮杆和雙槽齒輪盒等；循環系統包括集水槽、回水管道、水泵、上水管、水箱和穩流罩；測控系統包括三角量水堰、ADV三維流速儀、高頻數碼攝像機、水質傳感器和數據處理器。本發明通過側牆分形、重組實現模型三維尺度任意縮放，利用側牆彎曲、底床變化實現河道形態、邊界仿真，設計巧妙，具有改造快、效率高、縮尺細觀效應明顯等優點。
【專利說明】一種河流水環境物理模型縮尺效應研究試驗裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬於環境水力學試驗【技術領域】，具體涉及一種河流水環境物理模型縮尺效應研究試驗裝置。
【背景技術】
[0002]河流是一個完整的連續體，上下遊、左右岸構成一個完整的體系，高度連通性的河流對物質和能量的循環流動以及水環境的生態平衡等非常重要。興建水利工程能夠滿足人類對供水、防洪、發電、灌溉、旅遊等方面的需要，但在促進河流發揮服務功能的同時，也產生了一定的負面效應，造成河流水環境的各種響應，影響著河流生態系統的健康。如修建大壩，會在壩上形成一個庫區，水體由動水變成靜水，水深增大使水體自淨能力減弱、水溫結構發生變化，壩下則變成一個受大壩調度變化的人工河流，一旦超出了河流系統的承受能力，整個河流生態系統將失調或退化，河流水環境將遭到破壞，使得河流失去本來面目。高壩洩流時，常會導致下遊水體中總溶解氣體過飽和，使得魚類患氣泡病，嚴重時可導致魚類死亡。高壩修建對魚類的危害程度遠遠超過環境汙染和捕撈，不僅由於阻隔魚類的徊遊通道直接影響魚類生存，而且改變生態環境間接影響魚類生存。
[0003]水利工程影響下的河流水環境變化需要在工程建設前期進行論證，河流水環境物理模型試驗是研究河流水動力和水環境的重要手段。然而，模型經常受到場地空間、供水能力、製作條件以及建造和運轉費用等多方面因素的限制，往往需要按照一定比例縮小。河流水環境物理模型是建立在水流相似、水質相似和邊界條件相似原理的基礎上，在實際建立模型過程中，模型的平面比尺不能選得過小(模型不能過大)，而垂直比尺不能選得過大(水深不能過小)，致使模型試驗中出現若干水流現象、環境要素的縮尺、變態問題。
[0004]縮尺效應是影響河流水環境物理模型試驗效果最重要的因素之一。研究縮尺效應主要是根據原型觀測資料與模型試驗成果進行對比分析，對於缺乏原型觀測資料，或者難以獲得原型觀測參數的情況，利用系列模型進行試驗是主要的研究手段。目前，河流水環境物理模型縮尺效應研究試驗裝置缺少，且傳統模型存在較大的不足與缺陷:
[0005](I)模型材料為有機玻璃或混凝土。有機玻璃或混凝土材料決定了系列模型過程中，必須重複建設，工程量大、周期長，浪費大量財力和人力。有機玻璃或混凝土的糙率也難以調整，影響試驗結果的精度。
[0006](2)模型結構不易調節、比例難以縮放。傳統模型固定的整體結構決定了模型的寬度、高度和底形無法變化，模型的垂直比尺和水平比尺難以調整。
[0007]因此，研發具有尺度縮放自由的試驗裝置及相應技術方案，對研究河流水環境物理模型試驗過程中縮尺效應產生的影響具有重要意義。

【發明內容】

[0008]發明目的:為了克服現有河流水環境物理模型縮尺效應對試驗的不利影響，本發明提供一種河流水環境物理模型縮尺效應研究試驗裝置，以實現河流水環境物理模型比例縮放自由、壁面糙率調整方便、河床底形模仿逼真、環境因子監測便捷等多重目的，用於揭示縮尺效應對河流水環境物理模型試驗的細觀影響機理，解決現有試驗模型建設成本較高、周期長、工程量大和縮尺效應難以研究等問題。
[0009]技術內容:為實現上述技術目的，本發明提出一種河流水環境物理模型縮尺效應研究試驗裝置，包括縮放系統、循環系統和測控系統:
[0010]所述縮放系統包括第一側牆、第二側牆、第三側牆、第四側牆、寬度調節柵、橫向軌道、雙向伸縮杆、縱向軌道、滑杆和帆布，其中，所述的第二側牆、第三側牆和第四側牆分別由若干側牆板組合而成；所述的寬度調節柵設置於第一側牆和第二側牆上，用於調節模型的寬度；所述的橫向軌道設置於模型的底部，與水流方向垂直，鑲嵌並固定在地面上；所述的雙向伸縮杆包括兩根方形杆，每根方形杆一端固定於第三側牆或第四側牆下端，另一端設有齒條並插入雙槽齒輪盒中，並與與雙槽齒輪盒中的齒輪互相嚙合，所述第三側牆和第四側牆在所述雙向伸縮杆的作用下沿著橫向軌道移動；所述的縱向軌道設置於第三側牆和第四側牆的下端靠近地面的位置，與水流方向一致；所述滑杆設置於第一側牆和第二側牆的下端，所述第一側牆和第二側牆通過所述滑杆在縱向軌道上移動；所述帆布鋪設於四個側牆內壁和模型的底部，確保模型不漏水，所述的帆布具有不同的尺寸和不同等級的糙率，方便用於不同比尺模型內壁和底部鋪蓋，模擬真實河道或者庫區岸坡的糙率，減小糙率比對試驗精度的影響，所述的側牆內壁和模型底部與帆布之間可以根據實際河岸、河床的形態建造臨時性泥土質島嶼、淺灘以及其他河床底形，以更精確地保證模型和原型的邊界條件相似；所述的第三側牆和第四側牆均可折彎以精確模仿實際河道或庫區的岸坡形態，且長度和高度可以調節，具體是通過不同規格的側牆板、直線型或彎曲型連接件和插銷組合而實現，折彎段採用長度較小的側牆板和彎曲型連接件。
[0011]所述的循環系統包括穩流罩、水箱、上水管、水泵、回水管道和集水槽，其中，所述穩流罩和水箱固定於所述第二側牆最上面的側牆板上；所述上水管固定於所述第二側牆上，且所述上水管的一端與所述水箱相連通，另一端延伸至第二側牆底部並與所述水泵連接；所述回水管道設置於模型的底部，所述回水管道一端與水泵連接，另一端連接到集水槽；
[0012]所述的測控系統包括ADV三維流速儀、三角量水堰、高頻數碼攝像機、水質傳感器、數據傳輸線和數據處理器，其中，所述的ADV三維流速儀通過支撐杆固定座固定在設置於試驗過程中水中建築物的正上方的支撐杆上；所述三角量水堰位於所述集水槽的側上方，通過翼牆與第三側牆、第四側牆相連；所述高頻數碼攝像機設置於第一側牆的內部，用於記錄水面下水工建築物附近的水動力現象；所述水質傳感器設置於第一側牆附近的水工建築物上遊或下遊位置，通過數據傳輸線與數據處理器連接，優選地，所述水質傳感器採用美國IN-SITU的在線多合一水質傳感器AQUA TR0LL400，可測定PH、0RP、螢光法溶解氧、溫度等多個參數。
[0013]其中，所述的縮放系統還包括固定裝置，所述固定裝置包括夾板架和支撐三角器，其中，所述夾板架橫跨在第三側牆和第四側牆的上方，用於固定第三側牆和第四側牆；所述的支撐三角器分別分布在第一側牆、第二側牆、第三側牆和第四側牆下端的兩側。
[0014]所述的支撐三角器下端設有單向擴展支撐底座和彈簧，所述支撐三角器通過長釘錨固在試驗地面上，所述支撐三角器頂端設有鎖件，打開的支撐三角器用長釘固定在試驗場地上，以確保最下端的側牆穩定、豎立，在豎直方向上，側牆依靠直線型連接件、插銷和上端夾板架保持結構穩定。
[0015]所述的夾板架兩端分別裝有單向夾板和雙向夾板，所述雙向夾板可滑動地設置在夾板架上，並且可在垂直於夾板架的面上旋轉-5°?5°，所述雙向夾板頂部閉合，通過直角架、卡槽和螺栓固定在夾板架上；所述單向夾板通過直角架固定在夾板架上。
[0016]所述的側牆板由木質材料製作，四周為鐵邊，邊上設有鋼製插孔、橫插槽和豎插槽。
[0017]所述的側牆板通過連接件和插銷相互連接，其中，所述連接件由鋼質材料製作，包括直線型和彎曲型，所述直線型用於模型不需要彎曲或者模型垂直增加高度時連接不同側牆板的橫插槽；所述彎曲型用於模型需要彎折時連接不同側牆板的豎插槽；所述的插銷用於側牆垂直增加高度時固定不同側牆板。
[0018]優選地，所述上水管為塑料軟管。
[0019]優選地，所述第一側牆由透明的亞克力材料製作而成。
[0020]所述的三角量水堰為90°的三角量水堰。
[0021 ] 上述河流水環境物理模型縮尺效應研究試驗裝置的組裝方法，包括如下步驟:
[0022](I)根據模型的最大尺寸，修建三角量水堰、集水槽與回水管道，確定側牆板的數量和規格、縱向軌道和橫向軌道的長度、寬度調節柵的柵數；
[0023](2)將橫向軌道鑲嵌並固定在地面上，剛好出露地面為宜，將縱向軌道卡入橫向軌道，根據需要可以採用多條橫向軌道，然後，沿著軌道將最下端的側牆板、第一側牆和第二側牆用支撐三角器固定；
[0024](3)在水平方向根據側牆是否需要折彎，分別選擇彎曲型和直線型連接件，折彎段採用長度較小的側牆板和彎曲型連接件，將彎曲型連接件兩端插入相鄰牆板的插孔中連接相鄰側牆板；在豎直方向用直線型連接件插入插孔中，再將插銷插入橫插槽中連接相鄰側牆板；用夾板架固定第三側牆和第四側牆，在側牆板安裝完畢，根據模型的實際需要確定夾板架的數量；
[0025](4)第三側牆、第四側牆和三角量水堰之間用翼牆連接，模型縮尺變化時，只需要調節翼牆即可；
[0026](5)安裝雙向伸縮杆，將有齒條的一端插入雙槽齒輪盒中，通過齒條與齒輪互相嚙合，將另一端連接在第三側牆和第四側牆下端；
[0027](6)模型組裝完畢後，在模型的內壁和底部建造臨時性泥土質島嶼、淺灘以及其他河床底形，接著鋪蓋帆布，然後，安裝水箱、穩流罩、水泵和上水管，完成水循環系統的組裝；最後，安裝ADV三維流速儀、高頻數碼攝像機、數據傳輸線、數據處理器和水質傳感器組成測控系統。
[0028]上述試驗裝置的調節過程如下:
[0029]( I)在研究縮尺效應過程中，調節模型寬度時，先將支撐三角器的長釘拔出，鬆開雙向夾板上的螺栓，再將第一側牆和第二側牆向內水平放置，在人工協助下，用搖把轉動齒輪驅動雙向伸縮杆，使第三側牆和第四側牆在橫線軌道上移動，通過設在第一側牆、第二側牆上的寬度調節柵觀測模型寬度變化，當達到試驗橫向寬度要求後，將第一側牆和第二側牆豎立，用夾板架固定第三側牆和第四側牆。[0030](2)在調節縱向尺度時，主要依靠第二側牆的滑杆在縱向軌道的移動來實現，為方便操作，建議在第二側牆豎立前完成縱向尺度的調節；第一側牆可以起到縱向微調節作用。
[0031](3)在調節模型高度時，利用插孔、連接件和插銷安裝或拆卸側牆板，完成垂向不同水深系列比例試驗，在從大比尺轉向小比尺試驗時，模型高度也可以不降低，等試驗結束後再拆卸側牆板。
[0032]有益效果:本發明的河流水環境物理模型縮尺效應研究試驗裝置，利用側牆板、橫向軌道、縱向軌道、滑杆、雙向伸縮杆和寬度調節柵等實現了模型三維尺度自由縮放，解決了傳統的河流水環境物理模型比尺不易調節、重複建設費用高、縮尺效應難以細觀研究等問題；側牆板的特殊結構和連接、組合方式使得模型改造快、效率高、建設工程量小；折彎的第三側牆和第四側牆設計使得模型更加靈活易用，能夠實現模仿實際河道或庫區岸坡複雜邊界的需求；採用ADV三維流速儀、高頻數碼攝像機和水質傳感器可以研究不同水流動力條件對水環境的影響規律，通過水質傳感器測量的水質數據可以分析水利工程影響下的水質變化和縮尺效應對水質指標的敏感性；模型內壁和底部採用不同等級糙率的帆布鋪蓋，可以減小糙率比對試驗精度的影響，同時，利用帆布的柔韌性，在帆布下面可以建造臨時性泥土質島嶼、淺灘以及其他河床底形，更精確地保證模型和原型的邊界條件相似，使試驗結果與原型測量值更加吻合。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1為本發明的整體結構示意圖。
[0034]圖2為本發明的側牆板、連接件和插銷結構示意圖。
[0035]圖3為本發明的支撐三角器結構示意圖。
[0036]圖4為第二側牆和第一側牆平面示意圖。
[0037]圖5為單向夾板和雙向夾板的平面示意圖。
【具體實施方式】
[0038]下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。
[0039]如附圖1-5所示，本發明的一種河流水環境物理模型縮尺效應研究試驗裝置，包括第一側牆31、第二側牆15、第三側牆1、第四側牆17、支撐杆2、雙向夾板3、直角架4、卡槽5、螺栓6、夾板架7、單向夾板8、ADV三維流速儀9、插孔10、橫插槽11、豎插槽12、穩流罩13、水箱14、寬度調節柵16、滑杆18、縱向軌道19、支撐三角器20、帆布21、三角量水堰22、集水槽23、回水管道24、支撐杆固定座25、翼牆26、數據傳輸線27、數據處理器28、橫向軌道29、水質傳感器30、高頻數碼攝像機32、雙向伸縮杆33、齒輪34、雙槽齒輪盒35、水泵36、上水管37、側牆板38、連接件39、插銷40、彈簧41、長釘42和鎖件43。
[0040]其中，第一側牆31、第二側牆15、第三側牆1、第四側牆17、夾板架7、寬度調節柵16、縱向軌道19、橫向軌道29、支撐三角器20、雙向伸縮杆33以及帆布21構成縮放系統，第三側牆1、第二側牆15、第四側牆17由若干側牆板38、連接件39和插銷40組合而成，側牆板38由木質材料製作，四周為鐵邊，邊上設有鋼製插孔10、橫插槽11和豎插槽12 ;連接件39由鋼質材料製作，包括直線型和彎曲型，其中，直線型用於模型不需要彎曲或者試驗裝置垂直增加高度是連接不同側牆板38的橫插槽11，彎曲型用於模型需要彎折時連接不同側牆板38的豎插槽12 ;第一側牆31由透明的亞克力材料製作而成，第一側牆31和第二側牆15上設置寬度調節柵16 ;夾板架7橫跨在第三側牆I和第四側牆17的上方，用於固定第三側牆I和第四側牆17，夾板架7兩端分別裝有單向夾板8和雙向夾板3，雙向夾板3可滑動地設置在夾板架7上，並且可以在垂直於夾板架7的面上旋轉-5°?5°，雙向夾板3頂部閉合，通過直角架4、卡槽5和螺栓6固定在夾板架7上；所述單向夾板8通過直角架4固定在夾板架7上；縱向軌道19設置於第三側牆I和第四側牆17的下端靠近地面的位置，與水流方向一致；橫向軌道29位於模型的下面，與水流方向垂直，鑲嵌並固定在地面上；第一側牆31和第二側牆15下端設有滑杆18，第一側牆31和第二側牆15通過滑杆18在縱向軌道19上移動；支撐三角器20分別分布在第一側牆31、第二側牆15、第三側牆1、第四側牆17下端的兩側，支撐三角器20下端設有單向擴展支撐底座和彈簧41，支撐三角器20通過長釘42錨固在試驗地面上，支撐三角器20頂端設有鎖件(43);雙向伸縮杆33由兩根方形杆組成，每根方形杆一端固定於第三側牆I或第四側牆17下端，另一端設有齒條並插入雙槽齒輪盒35中，與齒輪34通過齒條互相嚙合，第三側牆I和第四側牆17下端與雙向伸縮杆33連接，第三側牆I和第四側牆17在雙向伸縮杆33的作用下沿著橫向軌道29移動；帆布21鋪設於四個側牆內壁和模型的底部。模型的第三側牆I和第四側牆17均可折彎，通過彎曲型連接件39連接相鄰的側牆板38以滿足側牆彎曲的需要，方便精確模仿實際河道或庫區岸坡的不同形態。在第三側牆I或第四側牆17折彎處均在下端增加支撐三角器20、上端增加夾板架7加以固定。
[0041]穩流罩13、水箱14、上水管37、水泵36、回水管道24和集水槽23構成循環系統。其中，穩流罩13和水箱14固定於第二側牆15最上面的側牆板上；上水管37為塑料軟管，固定於第二側牆15上，且上水管37的一端與水箱14相連通，另一端延伸至第二側牆15底部並與水泵36連接；回水管道24設置於模型的底部，回水管道24 —端與水泵36連接，另一端連接到集水槽23。
[0042]ADV三維流速儀9、三角量水堰22、高頻數碼攝像機32、水質傳感器30、數據傳輸線27和數據處理器28構成測控系統。其中，ADV三維流速儀9通過支撐杆固定座25固定在設置於試驗過程中水中建築物的正上方的支撐杆2上；三角量水堰22為90°的三角量水堰，位於集水槽23的側上方，通過翼牆26與第三側牆1、第四側牆17相連；高頻數碼攝像機32設置於第一側牆31的內部，用於記錄水面下水工建築物附近的水動力現象；水質傳感器30設置於第一側牆31附近的水工建築物上遊或下遊位置，通過數據傳輸線27與數據處理器28連接。該水質傳感器採用IN-SITU的在線多合一水質傳感器AQUA TR0LL400，可測定PH、0RP、螢光法溶解氧、溫度等多個參數。
[0043]其組裝過程如下:
[0044](I)根據模型最大尺寸，修建三角量水堰22、集水槽23與回水管道24，確定側牆板38的數量和規格、縱向軌道19和橫向軌道29的長度、寬度調節柵16的柵數；
[0045](2)將橫向軌道29鑲嵌並固定在地面上，剛好出露地面為宜，縱向軌道19卡入橫向軌道29，根據需要可以採用多條橫向軌道29 ;然後，沿著軌道將最下端的側牆板38、第一側牆31和第二側牆15用支撐三角器20固定；
[0046](3)在水平方向根據側牆是否需要折彎，分別選擇彎曲型和直線型連接件39，折彎段採用長度較小的側牆板38和彎曲型連接件39，將彎曲型連接件39兩端插入相鄰牆板38的插孔10中連接相鄰側牆板38 ;在豎直方向用直線型連接件39插入插孔10中，再將插銷40插入橫插槽11中連接相鄰側牆板38 ；
[0047]在側牆板38的安裝過程中，為保證裝置結構穩定，需要臨時採用夾板架7固定第三側牆I和第四側牆17。在側牆板38安裝完畢、帆布21鋪設好後，夾板架7始終固定在第三側牆I和第四側牆17上端，夾板架7的數量可以根據模型的實際需要確定。
[0048](4)第三側牆1、第四側牆17和三角量水堰22之間用翼牆26連接，模型縮尺變化時，只需要調節翼牆即可；
[0049](5)安裝雙向伸縮杆33，將有齒條的一端插入雙槽齒輪盒35中，通過齒條與齒輪34互相嚙合，將另一端連接在第三側牆I和第四側牆17下端；
[0050](6)模型組裝完畢後，在模型的內壁和底部建造臨時性泥土質島嶼、淺灘以及其他河床底形，接著鋪蓋帆布21，然後，安裝水箱14、穩流罩13、水泵36和上水管37，完成水循環系統的組裝。最後，安裝ADV三維流速儀9、高頻數碼攝像機32、數據傳輸線27、數據處理器28和水質傳感器30組成測控系統。
[0051]本發明試驗裝置的調節過程如下:
[0052](I)在研究縮尺效應過程中，調節模型寬度時，先將支撐三角器20的長釘42拔出，鬆開雙向夾板3上的螺栓6，再將第一側牆31和第二側牆15向內水平放置，在人工協助下，用搖把轉動齒輪34驅動雙向伸縮杆33，使第三側牆I和第四側牆17在橫線軌道上移動，通過設在第一側牆31、第二側牆15上的寬度調節柵16觀測模型寬度變化，當達到試驗橫向寬度要求後，將第一側牆31和第二側牆15豎立，用夾板架7固定第三側牆I和第四側牆17。
[0053](2)在調節縱向尺度時，主要依靠第二側牆15的滑杆18在縱向軌道19的移動來實現，為方便操作，建議在第二側牆15豎立前完成縱向尺度的調節；第一側牆31可以起到縱向微調節作用。
[0054](3)在調節模型高度時，利用插孔10、連接件39和插銷40安裝或拆卸側牆板38，完成垂向不同水深系列比例試驗，在從大比尺向小比尺試驗時，模型高度也可以不降低，等試驗結束後再拆卸側牆板38。
[0055]本發明的河流水環境物理模型縮尺效應研究試驗裝置利用側牆板、橫向軌道、縱向軌道、滑杆、雙向伸縮杆和寬度調節柵等實現了模型三維尺度自由縮放，解決了傳統的河流水環境物理模型比尺不易調節、重複建設費用高、縮尺效應難以細觀研究等問題；側牆板的特殊結構和連接、組合方式使得模型改造快、效率高、建設工程量小；折彎的第三側牆和第四側牆設計使得模型更加靈活易用，能夠實現模仿實際河道或庫區岸坡複雜邊界的需求；採用ADV三維流速儀、高頻數碼攝像機和水質傳感器可以研究不同水流動力條件對水環境的影響規律，通過水質傳感器測量的水質數據可以分析水利工程影響下的水質變化和縮尺效應對水質指標的敏感性；模型內壁和底部採用不同等級糙率的帆布鋪蓋，可以減小糙率比對試驗精度的影響，同時，利用帆布的柔韌性，在帆布下面可以建造臨時性泥土質島嶼、淺灘以及其他河床底形，更精確地保證模型和原型的邊界條件相似，使試驗結果與原型測量值更加吻合。
[0056]本發明主要實現河流水環境物理模型縮尺效應試驗研究，揭示縮尺效應對河流水環境試驗的細觀影響機理，特別是模型縮尺效應對水利工程作用下的相關水環境變化測定的影響規律，如水利工程對壩下水域溶解氣體過飽和在模型縮尺效應下響應，在不同運行工況和洩洪方式下，壩前水體水質的變化、溫度分層、汙染物質的擴散輸移特性變化規律在模型縮尺效應下響應等。本發明中的水質傳感器採用IN-SITU的在線多合一水質傳感器AQUA TR0LL400，可測定PH、ORP、螢光法溶解氧、溫度等多個參數，通過水工建築物前、後水質傳感器測量的水質數據，可以分析河流的水質變化和縮尺效應對水質指標的敏感性影響。通過高頻數碼攝像機記錄試驗過程中水工建築物附近的水動力現象，從水流動力特性變化分析模型縮尺效應對水環境變化的影響。
[0057]試驗過程中的水工建築物可以是不同類型壩體、堰或水閘等，對其進行重要的水力特性問題的預演和試驗研究，如原型和模型水流運動過程中，由於縮尺效應的存在，對流量係數、阻力係數、壓力係數、脈動壓力係數、水流摻氣、水霧和振動等問題的影響及其規律。
【權利要求】
1.一種河流水環境物理模型縮尺效應研究試驗裝置，其特徵在於，包括縮放系統、循環系統和測控系統: 所述縮放系統包括第一側牆(31)、第二側牆(15)、第三側牆(I)、第四側牆(17)、寬度調節柵(16)、橫向軌道(29)、雙向伸縮杆(33)、縱向軌道(19)、滑杆(18)和帆布(21)，其中，所述的第二側牆(15)、第三側牆(I)和第四側牆(17)分別由若干側牆板(38)組合而成；所述的寬度調節柵(16)設置於第一側牆(31)和第二側牆(15)上，用於調節模型的寬度；所述的橫向軌道(29)設置於模型的底部，與水流方向垂直，鑲嵌並固定在地面上；所述的雙向伸縮杆(33)包括兩根方形杆，每根方形杆一端固定於第三側牆(I)或第四側牆(17)下端，另一端設有齒條並插入雙槽齒輪盒(35)中，並與與雙槽齒輪盒(35)中的齒輪(34)互相嚙合，所述第三側牆(I)和第四側牆(17)在所述雙向伸縮杆(33)的作用下沿著橫向軌道(29)移動；所述的縱向軌道(19)設置於第三側牆(I)和第四側牆(17)的下端靠近地面的位置，與水流方向一致；所述滑杆(18)設置於第一側牆(31)和第二側牆(15)的下端，所述第一側牆(31)和第二側牆(15)通過所述滑杆(18)在縱向軌道(19)上移動；所述帆布(21)鋪設於四個側牆內壁和模型的底部； 所述的循環系統包括穩流罩(13)、水箱(14)、上水管(37)、水泵(36)、回水管道(24)和集水槽(23)，其中，所述穩流罩(13)和水箱(14)固定於所述第二側牆(15)最上面的側牆板(38)上；所述上水管(37)固定於所述第二側牆(15)上，且所述上水管(37)的一端與所述水箱(14)相連通，另一端延伸至第二側牆(15)底部並與所述水泵(36)連接；所述回水管道(24)設置於模型的底部，所述回水管道(24)—端與水泵(36)連接，另一端連接到集水槽(23)； 所述的測控系統包括ADV三維流速儀(9 )、三角量水堰(22 )、高頻數碼攝像機(32 )、水質傳感器(30)、數據傳輸線(27)和數據處理器(28)，其中，所述的ADV三維流速儀(9)通過支撐杆固定座(25)固定在設置於試驗過程中水中建築物的正上方的支撐杆(2)上；所述三角量水堰(22)位於所述`集水槽(23)的側上方，通過翼牆(26)與第三側牆(I)、第四側牆(17)相連；所述高頻數碼攝像機(32)設置於第一側牆(31)的內部，用於記錄水面下水工建築物附近的水動力現象；所述水質傳感器(30)設置於第一側牆(31)附近的水工建築物上遊或下遊位置，通過數據傳輸線(27 )與數據處理器(28 )連接。
2.根據權利要求1所述的河流水環境物理模型縮尺效應研究試驗裝置，其特徵在於，所述縮放系統還包括固定裝置，所述固定裝置包括夾板架(7)和支撐三角器(20)，其中，所述夾板架(7)橫跨在第三側牆(I)和第四側牆(17)的上方，用於固定第三側牆(I)和第四側牆(17);所述的支撐三角器(20)分別分布在第一側牆(31)、第二側牆(15)、第三側牆(I)和第四側牆(17)下端的兩側。
3.根據權利要求2所述的河流水環境物理模型縮尺效應研究試驗裝置，其特徵在於，所述的支撐三角器(20)下端設有單向擴展支撐底座和彈簧(41)，所述支撐三角器(20)通過長釘(42 )錨固在試驗地面上，所述支撐三角器(20 )頂端設有鎖件(43 )。
4.根據權利要求2所述的河流水環境物理模型縮尺效應研究試驗裝置，其特徵在於，所述的夾板架(7)兩端分別裝有單向夾板(8)和雙向夾板(3)，所述雙向夾板(3)可滑動地設置在夾板架(7)上，並且可在垂直於夾板架(7)的面上旋轉-5°~5°，所述雙向夾板(3)頂部閉合，通過直角架(4)、卡槽(5)和螺栓(6)固定在夾板架(7)上；所述單向夾板(8)通過直角架(4)固定在夾板架(7)上。
5.根據權利要求1所述的河流水環境物理模型縮尺效應研究試驗裝置，其特徵在於，所述的側牆板(38)由木質材料製作，四周為鐵邊，邊上設有鋼製插孔(10)、橫插槽(11)和豎插槽(12)。
6.根據權利要求5所述的河流水環境物理模型縮尺效應研究試驗裝置，其特徵在於，所述的側牆板(38)通過連接件(39)和插銷(40)相互連接，其中，所述連接件(39)由鋼質材料製作，包括直線型和彎曲型，所述直線型用於模型不需要彎曲或者模型垂直增加高度時連接不同側牆板(38)的橫插槽(11);所述彎曲型用於模型需要彎折時連接不同側牆板(38)的豎插槽(12);所述的插銷(40)用於側牆垂直增加高度時固定不同側牆板(38)。
7.根據權利要求1所述的河流水環境物理模型縮尺效應研究試驗裝置，其特徵在於，所述的上水管(37)為塑料軟管。
8.根據權利要求1所述的河流水環境物理模型縮尺效應研究試驗裝置，其特徵在於，所述的第一側牆(31)由透明的亞克力材料製作而成。
9.根據權利要求1所述的河流水環境物理模型縮尺效應研究試驗裝置，其特徵在於，所述的三角量水堰(22)為90°的`三角量水堰。
【文檔編號】G01M10/00GK103698103SQ201310695382
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月17日 優先權日:2013年12月17日
【發明者】戴會超, 戎貴文, 毛勁喬, 張鴻清, 張培培, 趙倩 申請人:河海大學, 中國長江三峽集團公司