专利名称：室内水槽沙卵石推移质全断面采样装置的制作方法
技术领域：
本发明属于水利工程河流泥沙采样装置技术领域，具体地说，是一种针对室内水槽研究沙卵石推移质输沙率变化过程的试验全断面采样装置。
背景技术：
在水利工程技术领域中，推移质输沙率的准确计算是河流泥沙理论研究、工程设计、模型试验和河流模拟的前提和基础。而推移质输沙率的准确计算则要依赖于推移质输沙率的准确取样。
在山区性河流中，卵石推移质数量占了相当大的比例，如长江上游的岷江、都江堰河段，最大床沙粒径达到了500mm，曾有人研究认为都江堰河段卵砾石推移质输沙量每年在200万吨左右(朱鉴远，长江上游床沙变化和卵砾石推移质输移研究，水力发电学报，1999，66(3)86-102。)。为了保证长江三峡工程正常运行，研究长江上游沙卵石推移质输沙量、粒径分布以及沿程分布就显得极为重要，而输沙率采样是研究推移质运动机理的最为直接及有效的办法。
在卵石推移质野外采样方面，当前以网式和压差式为主。网式在国内使用较多，一般适用于测取10mm以上的卵石推移质，它的进口流速系数一般为0.9左右，采样效率较低，一般在8～25％之间，粒配代表性较差。而以美国HS采样器为代表的压差式采样器，一般适用于测取60mm以下的卵石推移质，进口流速系数1.54，平均采样效率100％，但HS-1型和HS-1a型的高水力效率可能造成沙质河床的水力淘刷、导致采样偏多，推移质输沙率的计算不准确(周刚炎，高焕锦，中国和美国的推移质泥沙采样器野外比测试验，泥沙研究，2000(5)28-31)。
而在室内水槽试验推移质采样方面，基本上没有形成较为系统的理论基础，也没有相应的采样装置，通常是采用在水槽尾部开口的简易方法，用形成的漏斗式接沙槽来计算输沙率。该方法的不足之处主要有两点其一是接沙开始时，漏斗口上游要形成急速拉沙，增加了采样沙量，不能反映实际的输沙率；其二，是接沙位置固定，无法了解水槽沿程的输沙率变化。
另外，运用于野外的网式或压差式推移质采样器，不管是在置入河床或水槽的过程中，都会引起较大的局部水流变化，影响局部区域泥沙运动的原有特征，导致采样不准确。
发明内容
本发明的目的是针对已有技术存在的问题，提供一种室内水槽的沙卵石推移质全断面采样装置，该装置适合于室内水槽沿程全断面推移质采样，具有阻水作用小、基本不改变原有水沙运动特征及高效率采沙等优点。
本发明提供的室内水槽沙卵石推移质全断面采样装置，其特征在于该装置包括轨道车、采沙固定架和采沙网，轨道车由两根平行的纵梁和两根平行的横梁连接的矩形框构成，框底沿纵梁长度方向两边各设置有与室内水槽沿边轨道相匹配的轨道连接件；采沙固定架由连接框、锚定杆和采沙网固定杆组成，连接框与轨道车矩形框匹配，活动连接于轨道车的矩形框内，锚定杆和采沙网固定杆各四根，锚定杆和采沙网固定杆一一配对并使其下端连为一体，且通过锚定杆的上部固定于连接框四角；采沙网通过其上的套圈套接于采沙网固定杆底部。
使用时，先将轨道车通过其底部的轨道连接件安置于与室内水槽沿边的轨道上，然后将采沙固定架安装在轨道车的矩形框内，最后将采沙网通过其上的套圈套接于采沙网固定杆底部，即可进行实验采样。
为了减少采样装置置入水槽的过程中对水沙运动的影响，并使运动泥沙能完全收集于采沙网中，本发明采用了以下技术措施1、采沙网采用软式网，便于贴紧水槽底面，收集泥沙；2、采沙网网孔的尺寸设计至少为1厘米，使之在落入槽底的过程中，不影响水沙运动；3、位于本装置出水端一侧的采沙网网端部设置有至少两根卷网绳，该卷网绳可分别栓接于采沙固定架同侧的锚定杆上，以使采沙网后部略微提起，防止收集的运动泥沙又被流水带走，影响测试的准确性；4、在位于本装置进水端一侧的采沙网网端部设置有锚垂，该锚垂可使采沙网前端紧贴水槽底面，不被流水冲带卷起，且能适应凹凸不平的底部。
为了使本发明能满足采集不同粒径泥沙研究的需求和适应高度、宽度不同的水槽，以扩大本发明的使用面，本发明还采用了以下进一步的技术措施将采沙网设计为可由2～5层叠放的软式网组成，按叠放后从上至下的顺序，其第一层采沙网网孔尺寸均为1厘米，第2～5层采沙网网孔的基本尺寸也为1厘米，但第2～5层采沙网网孔的经线以第一层采沙网网孔经线为基准，按从左向右或从右向左同一方向每张网依次以2、4、6、8毫米的距离错位，同时纬线也以第一层采沙网网格的纬线为基准，按从上向下或从下向上同一方向每张网依次以2、4、6、8毫米的距离错位，使叠放后的软式网的网孔尺寸按采沙网的层数以2毫米的尺寸逐渐缩小；最下层采沙网网端部设置有至少两根卷网绳，该卷网绳分别栓接于采沙固定架同侧的锚定杆上，而位于本装置进水端一侧的第一层采沙网网端部设置有锚垂。
将轨道车两根平行的横梁设计为伸缩梁，该梁断开分为两段，断头端部开有定位孔，中间通过两端部开有等距定位孔或定位滑孔的伸缩板配合，用连接件活动连接；采沙固定架的连接框的两横杆同时为伸缩杆，伸缩杆由同心套接的两长杆构成，在内杆抽拉一端的外杆壁上有一定位销。
锚定杆的上部外同心套接有空心杆，锚定杆通过该固连于采沙固定架连接框上的空心杆和其外壁上的定位销与采沙固定架活动连接。
本发明具有以下优点1、由于本发明可以平稳地置入水槽中，不会引起较大的局部水流变化，影响局部区域泥沙运动的原有特征，因而不仅解决了现有技术存在的采样不准确，无法了解水槽沿程的输沙率变化等问题，而且还填补了室内水槽没有推移质全断面采样装置的空白。
2、由于本发明的结构设计属于框架结构，其轨道车、采沙固定架和锚定杆还可在横向、垂向进行伸缩调节，因而不仅结构简单，重量轻，而且还可对不同尺度水槽的任意全断面运动的推移质进行采样，适用面广，采样反映全面，可达到最大采样范围及最大采样能力。
3、由于本发明的采沙网为软式网，且网孔基本尺寸确定恰当，因而在垂向放网时，对水流扰动最小，大大减少了对水槽内水沙特性的影响。
4、由于本发明的采沙网可以为多层叠加网，因而不仅可以根据采集不同粒径范围的推移质泥沙的要求，在2～5层范围内进行组合选择，使用灵活，能满足最小采样粒径的要求，而且在采集粒径较小的泥沙时，也不会因网孔小，导致在放网过程中对水流产生扰动，进而对水槽水沙特性产生影响。
5、在本发明使用的多层叠加网中，当其2～5层采沙网网孔的经线以第一层采沙网网孔经线为基准，按从左向右同一方向每张网依次以2、4、6、8毫米的距离错位安排，并将这种安排的多层叠加网的左边作为出水端时，其网尾部的上层网孔正好为大孔径网，因而减少了软式网尾部蓄沙后对采沙段产生的壅水，使采样更能反映实际情况。
6、由于本发明采沙网的进水端设计有锚垂，出水端设计有卷网绳，因而既能使采样器进口软网与水槽床面紧密结合，保证断面来沙全部被采集，又能防止采集的来沙不被水流再带走，影响采样结果。
7、由于本发明的锚定杆与采沙网固定杆一一配对地设计为下端连为一体的结构，因而使用时能满足其稳定性的要求。
四
图1为本发明的一种立体结构示意图；图2为本发明的另一种立体结构示意图；图3为轨道车及伸缩梁的一种立体结构示意图；图4为轨道车及伸缩梁的另一种立体结构示意图；图5为轨道车的轨道连接件的一种结构示意图；图6为轨道车的轨道连接件的另一种结构示意图；图7为采沙固定架的立体结构示意图；图8为采沙网依次安放于采沙固定架的立体结构示意图；图9为从上至下1～5层各层采沙网的网孔结构和叠放后的平面结构示意图。
五具体实施例方式
下面结合附图给出实施例并对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1如图1所示，本实施装置主要包括轨道车1、采沙固定架10和采沙网19。
轨道车1由两根平行的纵梁2和两根平行的横梁4连接的矩形框构成，纵梁2和横梁4本实施例采用角钢制成。两根平行的纵梁2相背的竖向边上各自开有两个止口3，采沙固定架10通过该止口3与轨道车1相连。为了使本装置能适用不同宽度的水槽，两根平行的横梁4本实施例设计为伸缩梁，该梁断开分为两段，断头端部开有定位孔6，中间通过两端部开有等距定位孔6的伸缩板5配合，用连接件，如螺钉活动连接，见图3。轨道车1矩形框框底沿纵梁2长度方向两边各设置有与室内水槽导轨25相匹配的轨道连接件8，本实施例轨道连接件8为轨道轮，如图5所示，为了防止轨道轮8采样时滑动，在其旁侧安装有一个止滑螺钉9。
采沙固定架10由连接框11、锚定杆16和采沙网固定杆18组成，如图1、7所示。连接框11与轨道车1矩形框匹配，并通过两纵杆12上各自设置的与轨道车两纵梁2上止口3匹配的止杆13活动连接于轨道车1的矩形框内。为了与轨道车1两根平行的伸缩横梁4匹配，采沙固定架10的连接框11的两横杆14也设计为伸缩杆，伸缩杆由同心套接的两长杆构成，在内杆抽拉一端的外杆壁上有一定位销15。锚定杆16和采沙网固定杆18各四根，锚定杆16和采沙网固定杆18一一配对并使其下端连为一体，且通过锚定杆16的上部固定于连接框11四角。考虑水槽的不同，其深度也有所不同，本实施例锚定杆16也设计为可伸缩的，其结构形式是在锚定杆上部外同心套接一空心杆17，空心杆17固连于采沙固定架连接框11上，穿在该空心杆17中的锚定杆16通过空心杆17外壁上的定位销15与采沙固定架10活动连接。
采沙网19可由1～5层软式网组成，该网用尼龙丝或细铁丝制造，其网孔的基本尺寸设计不小于1厘米。本实施例的采沙网19按要求采样泥沙最小粒径为2毫米以上计，确定的网孔基本尺寸为1厘米时，应由5层叠放的软式网组成，采沙网19通过其上的套圈20一张张套接于采沙网固定杆18上，见图8，并靠其自重滑至杆底及水槽床面，按叠放后从上至下的顺序，其第一层采沙网19网孔尺寸均为1厘米，第2～5层采沙网19网孔的基本尺寸也为1厘米，但第2～5层采沙网19网孔的经线21以第一层采沙网网孔经线21为基准，按从左向右同一方向每张网依次以2、4、6、8毫米的距离错位，同时纬线22也以第一层采沙网19网格的纬线22为基准，按从下向上的同一方向每张网依次以2、4、6、8毫米的距离错位，使叠放后的软式网的网孔尺寸按采沙网19的层数以2毫米的尺寸逐渐缩小，最后形成的网孔尺寸只有2毫米，见图9。最下层采沙网19网端部设置有三根卷网绳23，该卷网绳23分别栓接于采沙固定架10同侧的锚定杆16和连接框出水端横杆的定位销15上，而位于本装置进水端一侧的第一层采沙网19网端部设置有锚垂24，以达到密实采沙网进口使之紧贴水槽床面，使运动泥沙完全进入采沙网。
实施例2如图2所示，本实施装置主要包括轨道车1、采沙固定架10和采沙网19。
轨道车本实施例除横梁为伸缩梁时，其配合的伸缩板5两端部是开的定位滑孔7和轨道连接件8为轨道叉，如图4和6所示外，其余部件的结构和连接关系同实施例1，略。
采沙固定架10的结构和连接关系同实施例1，略。
采沙网19本实施例由1层软式网组成，该网用尼龙丝或细铁丝制造，其网孔的尺寸按要求采样泥沙最小粒径为1厘米以上计，确定为1厘米。本实施例的采沙网19在位于本装置出水端一侧的网端部设置有三根卷网绳23，该卷网绳23分别栓接于采沙固定架10同侧的锚定杆16和连接框出水端横杆的定位销15上，且位于本装置进水端一侧的网端部设置有锚垂24。
权利要求
1.一种室内水槽沙卵石推移质全断面采样装置，其特征在于该装置包括轨道车(1)、采沙固定架(10)和采沙网(19)，轨道车(1)由两根平行的纵梁(2)和两根平行的横梁(4)连接的矩形框构成，框底沿纵梁(2)长度方向两边各设置有与室内水槽导轨(25)相匹配的轨道连接件(8)；采沙固定架(10)由连接框(11)、锚定杆(16)和采沙网固定杆(18)组成，连接框(11)与轨道车(1)矩形框匹配，活动连接于轨道车(1)的矩形框内，锚定杆(16)和采沙网固定杆(18)各四根，锚定杆(16)和采沙网固定杆(18)一一配对并使其下端连为一体，且通过锚定杆(16)的上部固定于连接框(11)四角；采沙网(19)通过其上的套圈20套接落于采沙网固定杆(18)底部。
2.根据权利要求1所述的室内水槽沙卵石推移质全断面采样装置，其特征在于采沙网(19)为软式网，其网孔尺寸至少为1厘米，位于本装置出水端一侧的网端部设置有至少两根卷网绳(23)，该卷网绳(23)分别栓接于采沙固定架(10)同侧的锚定杆(16)上，位于本装置进水端一侧的网端部设置有锚垂(24)。
3.根据权利要求1所述的室内水槽沙卵石推移质全断面采样装置，其特征在于采沙网(19)设计为由2～5层叠放的软式网组成，按叠放后从上至下的顺序，其第一层采沙网(19)网孔尺寸均为1厘米，第2～5层采沙网(19)网孔的基本尺寸也为1厘米，但第2～5层采沙网(19)网孔的经线(21)以第一层采沙网网孔经线为基准，按从左向右或从右向左的同一方向每张网依次以2、4、6、8毫米的距离错位，同时纬线(22)也以第一层采沙网(19)网格的纬线为基准，按从上向下或从下向上的同一方向每张网依次以2、4、6、8毫米的距离错位，使叠放后的软式网的网孔尺寸按采沙网的层数以2毫米的尺寸逐渐缩小；最下层采沙网(19)网端部设置有至少两根卷网绳(23)，该卷网绳(23)分别栓接于采沙固定架(10)同侧的锚定杆(16)上，而位于本装置进水端一侧的第一层采沙网(19)网端部设置有锚垂(24)。
4.根据权利要求1或2或3所述的室内水槽沙卵石推移质全断面采样装置，其特征在于轨道车(1)两根平行的横梁(4)为伸缩梁，该梁断开分为两段，断头端部开有定位孔(6)，中间通过两端部开有等距定位孔(6)或定位滑孔(7)的伸缩板(5)配合，用连接件活动连接；采沙固定架(10)的连接框(11)的两横杆(14)同时为伸缩杆，伸缩杆由同心套接的两长杆构成，在内杆抽拉一端的外杆壁上有一定位销(15)。
5.根据权利要求1或2或3所述的室内水槽沙卵石推移质全断面采样装置，其特征在于锚定杆(16)的上部外壁同心套接有空心杆(17)，锚定杆(16)通过该固连于采沙固定架连接框(11)上的空心杆(17)和其外壁上的定位销(15)与采沙固定架(10)活动连接。
6.根据权利要求4所述的室内水槽沙卵石推移质全断面采样装置，其特征在于锚定杆(16)的上部外壁同心套接有空心杆(17)，锚定杆(16)通过该固连于采沙固定架连接框(11)上的空心杆(17)和其外壁上的定位销(15)与采沙固定架(10)活动连接。
7.根据权利要求1或2或3所述的室内水槽沙卵石推移质全断面采样装置，其特征在于轨道车(1)的两纵梁(2)上各自开有至少两个止口(3)，采沙固定架(10)通过其连接框两纵杆(12)上各自设置的与轨道车两纵梁(2)上止口(3)匹配的止杆(13)与轨道车(1)相连；轨道连接件(8)为轨道叉或轨道轮。
8.根据权利要求4所述的室内水槽沙卵石推移质全断面采样装置，其特征在于轨道车(1)的两纵梁(2)上各自开有至少两个止口(3)，采沙固定架(10)通过其连接框两纵杆(12)上各自设置的与轨道车两纵梁(2)上止口(3)匹配的止杆(13)与轨道车(1)相连；轨道连接件(8)为轨道叉或轨道轮。
9.根据权利要求6所述的室内水槽沙卵石推移质全断面采样装置，其特征在于轨道车(1)的两纵梁(2)上各自开有至少两个止口(3)，采沙固定架(10)通过其连接框两纵杆(12)上各自设置的与轨道车两纵梁(2)上止口(3)匹配的止杆(13)与轨道车(1)相连；轨道连接件(8)为轨道叉或轨道轮。
全文摘要
一种室内水槽沙卵石推移质全断面采样装置，其特征在于该装置包括轨道车、采沙固定架和采沙网，轨道车由纵梁和横梁连接的矩形框构成，框底沿纵梁设置有与室内水槽导轨相匹配的轨道连接件；采沙固定架由连接框、锚定杆和采沙网固定杆组成，活动连接于轨道车的矩形框内，锚定杆和采沙网固定杆一一配对并使其下端连为一体，且通过锚定杆的上杆部固定于连接框四角；采沙网通过其上的套圈套接落于采沙网固定杆底部。该装置结构简单，重量轻，调节方便，使用灵活，可对不同尺度水槽的任意全断面运动的推移质进行采样，且置入水槽平稳，不会影响局部区域泥沙运动的原有特征，采样准确，填补了室内水槽推移质全断面采样装置的空白。
文档编号G01N33/00GK1888847SQ20061002142
公开日2007年1月3日 申请日期2006年7月20日 优先权日2006年7月20日
发明者王协康, 曹叔尤, 刘兴年 申请人:四川大学