一种底泥侵蚀和释放的采样装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种底泥侵蚀和释放的采样装置，包括：环形内桶体、环形外桶体、环形盖、驱动机构及采样机构；环形内桶体和环形外桶体固定连接且同轴设置，两者之间留有均匀的、两端开口的环形空间以容纳待采样的水体；环形盖设置于环形空间的顶部并且由驱动机构带动其转动；环形内桶体和环形外桶体上均形成有若干组采样口，采样机构包括多个与采样口对应设置的采样管；本装置适用于室外水体直接采样，保证沉积物结构不受破坏，水体特征能呈现原样，可采集不同高度和相同高度下不同流速状态下的水样，提高测试结果的准确性和可靠性。
【专利说明】一种底泥侵蚀和释放的采样装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种采样装置，具体涉及一种底泥侵蚀和释放的采样装置，属于浅水湖泊和河流系统水体生态环境模拟【技术领域】。
【背景技术】
[0002]湖泊在受到外界污染后，一部分通过自身自净作用消解，剩余部分则通过沉降形成底部沉积物，底部沉积物在受到外力扰动(如波浪、湖流)时易发生再悬浮重新进入水体，进而将沉积物中的污染物再次带入水体中，从而影响水体水质。内源释放对水生态环境的影响是显而易见的，沉积物再悬浮对营养盐的释放有重要影响，湖泊或河道沉积物侵蚀、再悬浮过程会引起表层沉积物营养盐的释放、生物数量的变化等，在不同水深处释放营养盐含量的多少对水生生物的生长和生存有决定性影响，同时影响整个水体的水环境特征，因此，研究侵蚀后水体中营养盐的含量是进一步研究侵蚀对水质影响的基础。
[0003]目前，模拟对底泥侵蚀的方法主要有震荡法、波浪水槽法和环形水槽法，都是在室内的模拟实验。震荡法是在三角瓶中装入一定量沉积物和水样，以震荡频率模拟水动力大小，该方法简单易于控制条件且可多组平行，但是体积过小，不能准确地反映底泥侵蚀随风浪增强而递增的趋势。波浪水槽和环形水槽法是采用机械方法产生上覆水的定向流动使底泥发生悬浮，这两种方法易于控制条件，但是实验底泥的原状性受到一定破坏，较浅的上覆水与湖泊实际情况差异较大。我们知道，在该研究中，保持沉积物的原状性非常重要，它不仅关系到暴露于上覆水的界面及其结构的变化影响再悬浮的结果，并且对营养物质的释放量也产生至关重要的影响。
[0004]上述的底泥侵蚀实验都是在室内进行模拟的，底泥侵蚀的泥样结构在带回实验室时大多已经遭到破坏，与真实沉积物结构相差甚远，而且外力条件不可控，所以实验结果不够准确真实。鉴于此，迫切需要一种能够真实地反映实际情况、保证结果准确性的装置。
实用新型内容
[0005]为解决现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种底泥侵蚀和释放的采样装置，适用于室外水体直接采样，保证沉积物结构不受破坏，水体特征能呈现原样，并且能采集不同高度和相同高度下不同流速状态下的水样，提高测试结果的准确性和可靠性。
[0006]为了实现上述目标，本实用新型采用如下的技术方案:
[0007]—种底泥侵蚀和释放的采样装置，包括:环形内桶体、环形外桶体、环形盖、驱动机构及采样机构；所述环形内桶体和环形外桶体固定连接且同轴设置，两者之间留有均匀的、两端开口的环形空间以容纳待采样的水体；所述环形盖设置于环形空间的顶部并且由驱动机构带动其转动；所述环形内桶体和环形外桶体上均形成有若干组采样口，所述采样机构包括多个与采样口对应设置的采样管。
[0008]优选地，前述采样管为l形，自弯折处至采样口处的管径为渐进缩径的，这样能够快速地将待采样的水体导入采样管内。
[0009]进一步地，前述采样管远离采样口处的另一端设有密封盖。
[0010]此外，前述采样机构还包括一采样瓶，采集的水样及时转移至采样瓶中。
[0011]具体地，前述环形内桶体和环形外桶体上均设有四组采样口，每组采样口均包括位于同一竖直线上的不同水深位置的三个采样孔，采样孔处设有橡胶止回塞，综合考虑了不同高度下环形内桶体和环形外桶体处的水样流速和水体状况的差异，多点采样从而提高了采样结果的可靠性；而且通过橡胶止回塞自动向外闭合防止外界水体倒流进入环形空间内部，排除了外部干扰。
[0012]具体地，前述驱动装置包括:电机、转子、连杆、齿轮及齿链，所述齿链安装于环形盖的内侧壁上，所述电机与转子连接，所述转子通过连杆驱动齿轮，所述齿轮带动齿链转动从而驱动环形盖转动。
[0013]作为一种具体结构，前述环形内桶体通过一 u型固定框架连接于环形外桶体内。
[0014]优选地，前述环形外桶体的内壁和环形内桶体的外壁顶部均设置有用于支撑环形盖的滚轴，以减少环形盖在转动过程中的摩擦损失。
[0015]进一步地，前述环形盖与环形外桶体及环形内桶体之间均设有密封条，在不影响环形盖转动的前提下，减少取样时的环境干扰，提高取样结果的真实性。
[0016]更进一步地，前述环形内桶体的内壁之间设有一底部支撑板，所述环形外桶体的外壁上连接一侧壁支撑板，所述侧壁支撑板与底部支撑板均与环形内桶体的轴向方向垂直。
[0017]本实用新型的有益之处在于:(i)利用驱动机构控制环形盖的转速产生恒定的作用力，模拟底泥侵蚀效果，克服了外力条件不可控的问题；(2)在室外进行实地采样，对垂向结构未受到扰动的底泥进行侵蚀实验，维持了底泥原有特性，表征底泥的实际侵蚀特性，采样结果准确可靠；(3)采样管伸入环形空间内部，精确采集环形空间内一定高度位置的水样，操作简易且减少了人力；(4)考虑了相同高度下贴近环形内桶体和环形外桶体的水样流速不同，在环形内桶体上也设置了采样孔，提高了采样的精确性；(5)实验装置小，便于运输和装置，而且能够精确测得底部剪切力，有效控制实验误差；(6)由于装置连续操作，因此消除了水槽首末端由强紊动引起的冲刷，避免了外部干扰；(7)在采样孔设置有橡胶止回塞，自动向外闭合防止外界水体倒流进入环形空间内部，进一步排除了外部干扰。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型的一种底泥侵蚀和释放的采样装置的一个优选实施例的结构示意图；
[0019]图2是图1所示实施例采样时的主视图；
[0020]图3是图1所示实施例中驱动机构的齿轮与齿链传动示意图。
[0021]图中附图标记的含义:1、环形外桶体，2、环形内桶体，3、环形盖，4、环形上盖板，5、齿链，6、齿轮，7、连杆，8、转子，9、电机，10、采样孔，11、橡胶止回塞，12、支撑架，13、采样管，14、橡胶固定圈，15、密封盖，16、采样瓶，17、河泥，18、底部支撑板，19、侧壁支撑板，20、斜板固定架，21、u型固定框架，22、滚轴。
【具体实施方式】
[0022]以下结合附图和具体实施例对本实用新型作具体的介绍。
[0023]参见图1和图2，本实用新型的一种底泥侵蚀和释放的采样装置，包括:环形内桶体2、环形外桶体1、环形盖3、驱动机构及采样机构。其中，环形内桶体2和环形外桶体i固定连接且同轴设置，优选地，环形内桶体2通过一 u型固定框架21连接于环形外桶体i内，连接后，两者之间留有均匀的、两端开口的环形空间以容纳待采样的水体。环形盖3设置于环形空间的顶部(其中一端的开口处)并且由驱动机构带动其转动，将该采样装置置入室外水体后，环形盖3转动对水体产生扰动，对垂向结构未受到扰动的河泥17表面施加水平冲刷力，使泥样发生侵蚀，然后，由于环形内桶体2和环形外桶体i上均形成有若干组采样口，通过采样机构的采样管13伸入采样口内部即可进行水体采样，将采集的水样及时收集至采样瓶16内，进而分析水体营养盐含量，从而实现底泥侵蚀和营养盐释放量的研究。
[0024]作为一种优选，如图2所示，采样管13为l形，当然，也可以是其他形状的弯曲采样管13，本实施例中，自弯折处至采样口处的管径为渐进缩径的，这样能够快速地将待采样的水体导入采样管13内，提高采样效率。并且，在采样管13远离采样口处的另一端设有密封盖15，这样的话，当采样管13插入采样口后，合上密封盖15，待采水样就会在虹吸原理和真空作用下自动进入采样管13，操作方便易实现。需要特别说明的是，采用这种渐进缩径的l形采样管13对环形空间内的水样进行采集，能够精确采集目标高度的水样，不会对泥床结构产生扰动，而且不会影响起悬后的泥在水体中的再次絮凝和沉淀的过程。
[0025]为了消除不同位置、不同高度的水样区别带来的采样结果差异，在环形内桶体2和环形外桶体i上均等弧度地设有四组采样口，每组采样口均包括位于同一竖直线上的不同水深位置的三个采样孔10，即环形内桶体2和环形外桶体i上分别形成了 12个采样孔10，综合考虑了不同高度下环形内桶体2和环形外桶体i处的水样流速和水体状况的差异，多点采样从而提高了采样结果的可靠性。
[0026]对应于每个采样孔10，均设置了单独的采样管13，多个采样管13之间可以采用橡胶固定圈14进行限位和绑定，在采样孔10的外侧还设置有支撑架12以起到支撑采样管13的作用。另外，在采样孔10内侧还设有橡胶止回塞11，非采样状态下，橡胶止回塞11自动向外闭合防止外界水体倒流进入环形空间内部，排除了外部干扰。
[0027]作为一种具体结构，如图1至图3所示，驱动装置包括:电机9、转子8、连杆7、齿轮6及齿链5，齿链5安装于环形盖3的内侧壁上，电机9与转子8连接，转子8通过连杆7驱动齿轮6，齿轮6带动齿链5转动从而驱动环形盖3转动。为了使得整体装置的结构更加紧凑，在环形内桶体2的上端口还设置了一个环形上盖板4，环形上盖板4和环形内桶体2通过一个斜板固定架20实现三角连接，齿轮6就设置在环形上盖板4上。采样时，可通过调节电机9进而调节环形盖3的转速，对水体产生实际所需强度的扰动。
[0028]为了减少环形盖3在转动过程中的摩擦损失，环形外桶体i的内壁和环形内桶体2的外壁顶部均设置有用于支撑环形盖3的滚轴22。进一步地，环形盖3与环形外桶体i及环形内桶体2之间均设有密封条，在不影响环形盖3转动的前提下，减少取样时的环境干扰，提高取样结果的真实性。
[0029]此外，为了使整个装置不至于陷入河泥17里太深，环形内桶体2的内壁之间设有一底部支撑板18，环形外桶体i的外壁上连接一侧壁支撑板19，侧壁支撑板19与底部支撑板18均与环形内桶体2的轴向方向垂直。
[0030]本装置的具体操作方法如下:实际流速locm/s所对应转子8的转速是70rmp，根据需要模拟的流速调节电机9，由电机9控制转子8的转速，转子8通过连杆7控制齿轮6的转动，齿轮6带动齿链5控制与之相连的环形盖3转动，进而对水体产生扰动。水体受到扰动后，当环形空间内部底泥所受到的底部切应力超过底泥的临界剪切力时，河泥17开始发生侵蚀，部分泥样进入水体，并将营养盐释放入水体。将采样管13伸入环形外桶体i和环形内桶体2上的采样孔10内部，然后合上采样管13端部的密封盖15，水样自动进入采样管13内部，最后取出采样管13，将采得的水样导入采样瓶16，对采集的水样进行分析，进而得出底泥侵蚀机制和营养盐释放含量。
[0031]底泥表面侵蚀率定义为单位面积底床在单位时间内的底泥侵蚀量，河床切应力是粘性泥沙研究中的重要参数，它直接决定了底泥被侵蚀的深度。然而，现有技术中，确定河床切应力、控制外力条件是十分困难的，本实用新型则完全克服了这一技术难题。
[0032]装置内部水体产生正切于环形外桶体i和环形内桶体2的正切流速，在任意水位z = h处的正切流速可用下式计算:
[0033]u = τω(i)
[0034]式中，u代表流速，r代表半径，ω代表旋转角速度。水体扰动过程中对底部泥床会产生切应力，当底部切应力超过底泥的临界剪切力时，底泥就会被水体扰动进入水体产生侵蚀。底部剪切力的计算方法如下:
[0035]τ = 0.01135 ω1.6932(2)
[0036]式中，τ代表切应力，ω代表旋转角速度。通过验证，该数值计算的结果与实验结果误差约5%。因而可利用上述公式计算出水槽内的流场结构和底部切应力。
[0037]综上，本实用新型的底泥侵蚀和释放的采样装置，通过转动环形盖3扰动水体形成不同的正切流速和底部切应力；并且考虑同一高度存在有不同流速的水样区别，通过采样装置采集环形空间内部水样进行分析，揭示底泥侵蚀规律和营养盐释放含量，克服了现有技术中外力不可控、难以维持底泥原状结构、不便采集水样等问题。
[0038]以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本实用新型，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。
【权利要求】
1.一种底泥侵蚀和释放的采样装置，其特征在于，包括:环形内桶体、环形外桶体、环形盖、驱动机构及采样机构；所述环形内桶体和环形外桶体固定连接且同轴设置，两者之间留有均匀的、两端开口的环形空间以容纳待采样的水体；所述环形盖设置于环形空间的顶部并且由驱动机构带动其转动；所述环形内桶体和环形外桶体上均形成有若干组采样口，所述采样机构包括多个与采样口对应设置的采样管。
2.根据权利要求1所述的一种底泥侵蚀和释放的采样装置，其特征在于，所述采样管为l形，自弯折处至采样口处的管径为渐进缩径的。
3.根据权利要求2所述的一种底泥侵蚀和释放的采样装置，其特征在于，所述采样管远离采样口处的另一端设有密封盖。
4.根据权利要求3所述的一种底泥侵蚀和释放的采样装置，其特征在于，所述采样机构还包括一米样瓶。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种底泥侵蚀和释放的采样装置，其特征在于，所述环形内桶体和环形外桶体上均设有四组采样口，每组采样口均包括位于同一竖直线上的不同水深位置的三个采样孔，采样孔处设有橡胶止回塞。
6.根据权利要求1所述的一种底泥侵蚀和释放的采样装置，其特征在于，所述驱动装置包括:电机、转子、连杆、齿轮及齿链，所述齿链安装于环形盖的内侧壁上，所述电机与转子连接，所述转子通过连杆驱动齿轮，所述齿轮带动齿链转动从而驱动环形盖转动。
7.根据权利要求1-4任一项所述的一种底泥侵蚀和释放的采样装置，其特征在于，所述环形内桶体通过一u型固定框架连接于环形外桶体内。
8.根据权利要求7所述的一种底泥侵蚀和释放的采样装置，其特征在于，所述环形外桶体的内壁和环形内桶体的外壁顶部均设置有用于支撑环形盖的滚轴。
9.根据权利要求8所述的一种底泥侵蚀和释放的采样装置，其特征在于，所述环形盖与环形外桶体及环形内桶体之间均设有密封条。
10.根据权利要求9所述的一种底泥侵蚀和释放的采样装置，其特征在于，所述环形内桶体的内壁之间设有一底部支撑板，所述环形外桶体的外壁上连接一侧壁支撑板，所述侧壁支撑板与底部支撑板均与环形内桶体的轴向方向垂直。
【文档编号】g01n1/10gk204085941sq201420580659
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月9日 优先权日:2014年10月9日
【发明者】黄冬菁, 田传冲, 余钟波, 李一平, 向龙, 卢绪川, 陈竟文, 覃春乔 申请人:河海大学