[实用新型]大坝泄水下游水体过饱和总溶解气体的实验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种水体总溶解气体(TDG)过饱和技术，特别涉及一种可用于大坝泄水时下游水体过饱和总溶解气体的产生和释放规律研究的实验装置，属于水利工程溶解气体过饱和技术领域。

背景技术

我国许多大型水利工程中，根据其水量调度需求，水利工程需要通过溢洪道、泄洪洞等泄水建筑物向下游河道泄水。大坝泄水时其水流会伴随大量掺气，这种大流量、强掺气水流在大坝下游河道会出现过饱和溶解气体，且这种过饱和溶解气体会存在于下游数十千米甚至数百千米水体中，致使鱼类等水生生物患气泡病，甚至造成水生生物大量死亡，从而对河流水生生态系统造成严重危害。

大坝下游过饱和总溶解气体(TDG)产生和释放，主要与掺气量、以及掺入气体在水体内的承压大小和时间、坝下水垫塘和河道的水深及流速等诸多因素有关，因此过饱和总溶解气体问题属于复杂的水气两相流问题，它涉及到水工水力学、环境水力学、气液界面传质等许多领域，其研究难度极大。因此，目前关于水体过饱和总溶解气体的产生机理方面研究相当匮乏，用于研究的实验装置亦缺乏。

目前，水利工程中对总溶解气体过饱和问题通常采用原型观测、物理模型实验、机理实验、数值模拟等研究手段。这些研究手段在坝下过饱和总溶解气体问题的研究中均存在不同程度的困难和限制性因素。如原型观测是水利工程中一种常用的水体过饱和总溶解气体的研究手段，但观测者必须到正在泄水的大坝现场观测，极为不便。另外，这种研究手段一方面在高坝泄洪中水体流量、流速、掺气量、下游压力、水深等诸多物理因素和物理条件均存在着不可重复性或不可控制性；另一方面，还要为保证水利工程发电、灌溉等综合效益的发挥，高坝泄水频率固然较少，且时间短，这又限制了原型观测工作的开展。同时由于坝下水垫塘中流速大，流场、掺气场变化剧烈，所述原型观测手段尚无法对坝下水垫塘中三维流场、压力场及掺气浓度场等实施高精度测量，因此对大坝下游总溶解气体过饱和问题的研究仅仅依靠原型观测是远远不够的。

其次，采用水利工程中常用的小比尺物理模型实验研究水利工程中对总溶解气体过饱和问题也存在很大困难。所谓小比尺物理模型实验是在一定比尺的大坝模型上进行实验，再将模型上的量测结果按比尺扩展到原型。这一研究手段存在的主要困难在于：(1)由于实验模型尺度小、掺气量少及掺入气体承压小等因素，因此难于产生总溶解气体过饱和现象；(2)坝下水垫塘中复杂的水流现象、掺气及总溶解气体分布等物理参数在模型与实际原型的相似律问题尚未解决，模型实验的量测结果无法“放大”到实际原型；(3)大多数测量仪器不可避免地局部改变流场、温度场、浓度场等，致使测量结果存在一定误差。

近年来，随着计算机科学水平的提高及数值模拟技术的发展，一些研究者开始尝试采用数值模拟技术研究总溶解气体过饱和问题。但该模型中诸多物理参数需要依靠足够的实验和原观数据进行率定和验证。而机理实验研究是通过实验装置，来模拟总溶解气体过饱和压力、掺气、流速等各种影响总溶解气体过饱和的物理条件，从而通过研究分析各种物理条件对总溶解气体过饱和生成和释放过程的影响。

发明内容

本实用新型的目的正是针对所述现有技术中所存在的缺陷，提供一种大坝泄水时下游水体过饱和总溶解气体问题的实验装置，通过该实验装置，可实现对水体压力、掺气量、水深、紊动强度等影响过饱和总溶解气体生成和释放过程的主要物理条件的测量控制，从而达到对过饱和总溶解气体生成和释放过程的定量化研究；以及对保护河流水生生态环境及建立生态友好型水利工程具有重要的促进作用。

本实用新型的目的是通过以下措施构成的技术方案来实现的。

本实用新型大坝泄水时下游水体过饱和总溶解气体的实验装置，其特征在于，包括水柱，流量计，阀门，空压机，总溶解气体测定仪和搅拌器；第一阀门和流量计通过管道分别与水柱底部连接，空压机出口经三通管的一端与流量计连通，空压机出口经三通管另一端与大气连通；总溶解气体测定仪和搅拌器是独立的。

上述技术方案中，所述第一阀门与水柱底部的小孔连接并密封，所述流量计与水柱底部的另一小孔连接并密封，水柱顶端为敞口。

上述技术方案中，所述水柱其高度设置不小于2m，直径设置不小于20cm。

上述技术方案中，所述水柱外壁上间隔均匀地刻有刻度。

上述技术方案中，所述水柱外壁上每个刻度处均设置小孔，在每个小孔上连接乳胶管，乳胶管与水柱内水体连通并密封。

上述技术方案中，为了测量水柱内水体饱和度，所述乳胶管上均连接有水银测压计。