专利名称：一种采集水力学试验水槽沉积层断面的方法和装置的制作方法
一种采集水力学试验水槽沉积层断面的方法和装置技术领域
本发明属于水力学试验水槽中泥沙沉积、污染物迁移和转化研究领域，具体涉及一种沉积层断面的采样方法和装置。
背景技术：
地表土壤径流冲刷、农田灌溉、工业污水和生活污水排放都为江河、湖泊和海洋带来了大量泥沙和污染物，这些泥沙在被输送过程中，进行着不断的冲淤，改变着河床、湖底和海底。同时还夹带着自然界、工农业生产和生活污水中的有机质、重金属和其它污染物， 日积月累地聚集和迁移。对海底石油的形成、分布和近海环境都有着密切影响。为了研究这些沉积、迁移和讲解规律，人们设计建造了各种规模的水力学试验水槽，开展大量相关研究。同时，还利用计算机数值模拟计算技术，对水体中沉积物和其中污染物的沉积、迁移和转化规律进行了很多数值模拟试验。
在这些研究中，由于沉积物含水量大、流动性强，易受测量干扰等影响，一直没有理想的采样和检测方法。发明内容
为了解决河、湖和海洋中泥沙、有机质、重金属和其它污染物的沉积、迁移和转化规律试验研究中的准确采样和量测难题，本发明提供了一种采集水力学试验水槽沉积层断面的方法与实现该方法的装置。
本发明采集水力学试验水槽沉积层断面的方法，其步骤如下(1)进行水力学沉积试验；(2)在上述水力学沉积试验完成后，采用冷冻法对待测断面进行冷冻，将待测断面的水和水下沉积物一并冻成冰块，使样品固化；(3)取出固化后的样品，按照研究需要，进行切割、抛光、拍照、量测和采样。
所述步骤(2)中的冷冻法优选液氮冷冻法。
实现上述采集水力学试验水槽沉积层断面方法的装置，由水槽、隔板、内冷管、外冷管、保温层和液氮瓶组成，所述隔板有两块，分别设置在取样断面上、下游位置，在水槽内外分别设置内冷管和外冷管，所述内冷管悬空挂在水槽的口上，距离水槽侧壁和底部沉积层面20 40mm，所述外冷管贴近水槽的外壁，其外设置可拆卸的保温层。
所述隔板为不吸水的塑料泡沫板。
所述内外冷管均为铜管。
所述外冷管和内冷管可多根并联。
为避免在冷冻期间沉积层缓慢流动，在待测断面的上、下游各放置一块轻质塑料隔板，挡住稳住水流，从而限制沉积层流动变化。该隔板同时起隔热作用，减少液氮消耗；完成速冻后，从轻质塑料隔板处将待测断面与上下游分开。
液氮和内外冷冻管主要是利用液氮在气化过程大量吸热的物理作用，将水和沉积物一同冷冻固化，再利用冻在样品中的内冷管，从水槽中取出断面样品，以便后续研究。
本发明可解决水力学沉积试验研究中的准确采样和量测难题，适合开展多层沉积物的研究。
图1为本发明装置的截面示意图。
图2为本发明装置的俯视示意图。
图中1.水槽，2.水流，3.沉积物，4.隔板，5.内冷管，6.外冷管，7.保温层，8.液氮瓶。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1和图2所示，采集水力学试验水槽沉积层断面的装置由水槽1、隔板4、内冷管5、外冷管6、保温层7和液氮瓶8组成；隔板4有两块，分别设置在取样断面上、下游位置， 在水槽1内外分别设置内冷管5和外冷管6，内冷管5悬空挂在水槽1的口上，距离水槽1 侧壁和底部沉积层面20 40mm，外冷管6贴近水槽1的外壁，其外设置可拆卸的保温层7。
以下结合实施例对本发明作进一步的详述。
本发明所公开的一种试验水槽断面冷冻采样方法与装置，是根据对沉积物断面研究需要而设计，按照前述技术方案，其主要实施步骤如下步骤一、水槽制作主要结合具体研究需要进行断面设计，材质尽量采用钢板，以便导热和承受水体结冰后的膨胀应力。
步骤二、隔板制作隔板应选择不吸水的塑料泡沫板，一次性使用，冷冻前轻轻插入水槽内，尽量避免扰动水下沉积层。在完成断面冷冻固化后便于与采样断面上下游水流分离。
步骤三、内外冷管制作与安装内外冷管优先采用铜管，事先按水槽尺寸煨弯。内冷管要离开水槽侧壁和沉积层面 20 40mm，外冷管可贴近水槽外壁。冷冻前要轻轻放入内冷管，并要悬空挂在水槽口上，以免扰动沉积层。当待测断面样块较长时，可采用多根并联。
外冷管可用管卡固定在水槽外壁，长期使用，必要时可多根并联。设置于外冷管外的保温层要采用可拆卸材料，冷冻完成后，要及时去掉保温层，以利于待测断面体能够在与水槽接触面轻微融化脱模。
步骤四、冷冻固化上述步骤完成后，即可打开液氮瓶，缓慢交替将液氮倒入内外冷管，当冷冻管多时，可多用几个液氮瓶同时倒，直到水面冻结后，再继续10分钟以上。操作人员要穿戴防护服和手套，以免冻伤，同时要保持室内通风以免缺氧窒息。
步骤五、取样先卸掉水槽外的保温层，让水槽适度解冻，同时根据环境温度高低，在断面体表面继续滴加液氮。清除水槽内上下游冰渣，能前后推动断面体后，即可取出，进行必要的切割、抛光、拍照、量测和采样。
权利要求
1.一种采集水力学试验水槽沉积层断面的方法，其特征在于该方法包括以下步骤(1)进行水力学沉积试验；(2)在上述水力学沉积试验完成后，采用冷冻法对待测断面进行冷冻，将待测断面的水和水下沉积物一并冻成冰块，使样品固化；(3)取出固化后的样品，按照研究需要，进行切割、抛光、拍照、量测和采样。
2.如权利要求1所述的采集水力学试验水槽沉积层断面的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的冷冻法为液氮冷冻法。
3.一种实现权利要求2所述采集水力学试验水槽沉积层断面方法的装置，其特征在于，该装置由水槽[1]、隔板[4]、内冷管[5]、外冷管[6]和液氮瓶[8]组成，所述隔板[4] 有两块，分别设置在取样断面上、下游位置，在水槽[1]内外分别设置内冷管[5]和外冷管 W]，所述内冷管[5]悬空挂在水槽[1]的口上，距离水槽[1]侧壁和底部沉积层面20 40mm，所述外冷管[6]贴近水槽[1]的外壁，其外设置可拆卸的保温层[7]。
4.如权利要求3所述实现采集水力学试验水槽沉积层断面方法的装置，其特征在于， 所述隔板[4]为不吸水的塑料泡沫板。
5.如权利要求3所述实现采集水力学试验水槽沉积层断面方法的装置，其特征在于， 所述内冷管[5]和外冷管[6]均为铜管。
6.如权利要求3至5所述的任一实现采集水力学试验水槽沉积层断面方法的装置，其特征在于，所述外冷管[6]和内冷管[5]可多根并联。
全文摘要
本发明公开了一种采集水力学试验水槽沉积层断面的方法和装置。该方法是在完成水力学沉积试验后，采用液氮冷冻法对待测断面进行冷冻，将待测断面的水和水下沉积物一并冻成冰块，使样品固化，然后取出固化后的断面样品。实现上述方法的装置由水槽、隔板、内冷管、外冷管、保温层和液氮瓶组成，隔板有两块，分别设置在取样断面上、下游位置，在水槽内外分别设置内冷管和外冷管，内冷管悬空挂在水槽的口上，距离水槽侧壁和底部沉积层面20～40mm，外冷管贴近水槽的外壁。本发明解决了河、湖和海洋中泥沙、有机质、重金属和其它污染物的沉积、迁移和转化规律试验研究中的准确采样和量测难题，适合开展多层沉积物的研究。
文档编号G01N1/04GK102494920SQ201110368070
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月18日 优先权日2011年11月18日
发明者张新喜, 江用彬 申请人:安徽工业大学