[发明专利]一种用于环境与生态水力学流速试验模拟装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及生态环境保护技术领域，具体地说是涉及室内模拟流速单一因素变化和流速与光照、温度等多因素耦合作用对水生生物生长的试验装置及其使用方法，是用于水生态环境研究的实验设备，同时该装置也可用于泥沙悬浮试验研究。

背景技术

受人类活动强烈干扰，很多生态系统的水动力特性发生了显著改变。水动力特性是影响水生环境的一个重要因素，比如流速降低导致湖泊、水库的换水周期增加，营养物质得以积累，加速水体的富营养化进程，引起有害藻类水华频繁爆发；流速可造成水体泥沙输移特性改变从而影响沉积型湿生环境的稳定发展；流速增加不仅对水生生物产生直接的机械损伤，还能够通过泥沙悬浮影响水体的光照，从而带来水生生物退化等生态环境问题。

变化水动力条件下的生态环境响应研究是当前热点问题之一。流速是水动力条件变化的最直观表征因素之一。关于流速变化对湖泊藻类生长-消亡过程的影响、对沉积物污染物释放的影响以及对高等水生生物生理因素的影响是当前需要解决的基础问题。现有关于流速生态环境效应室内试验的流速发生装置多通过剪切力实现，同时在实现流速与其他环境因子耦合效应的模拟上也存在一定的难度。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于环境与生态水力学流速试验模拟装置。

技术方案：

一种用于环境与生态水力学流速试验模拟装置，包括环形水槽、光照系统、流速发生装置以及温度控制系统；

所述环形水槽包括底板及固定安装在所述底板上的环形外墙和环形内墙；所述光照系统包括若干日光灯管、灯管固定板及用于控制所述日光灯管通电时间的光照定时器；所述灯管固定板覆盖在所述环形水槽的敞口处，所述日光灯管固定在所述灯管固定板上；所述光照定时器安插在市电电源插孔上；

所述流速发生装置包括变频器、变频电机、转矩传递装置以及螺旋桨；所述螺旋桨通过所述转矩传递装置与所述变频电机的电机轴连接；

所述温度控制系统包括空调和浸水式恒温加热棒，所述浸水式恒温加热棒安装在所述环形水槽内。

所述环形水槽由亚克力材料制成或砖石和水泥砌成。

所述环形水槽的形状为跑道型或同心圆环型。

所述日光灯管根据所述环形水槽形状选择灯泡型、直灯管或环状灯管。

所述日光灯管的数量根据需要设置成单排或多排。

根据试验需要调整所述日光灯管的开启数量，实现光照强度控制。

所述流速发生装置的转矩传递装置包括垂直设置的垂直尼龙塑料棒、水平设置的横置尼龙塑料棒及伞形齿轮组；所述垂直尼龙塑料棒的一端连接并固定在所述变频电机的电机轴上，另一端连接并固定有一伞形齿轮；所述横置尼龙塑料棒的一端连接并固定所述螺旋桨，另一端连接并固定一伞形齿轮，两个所述伞形齿轮咬合共同构成所述伞形齿轮组。

在所述横置尼龙塑料棒上设有两个卧式轴承，所述卧式轴承固定安装在底座上，所述底座固定安装在所述环形水槽的底板上。

在所述环形水槽的底部设有便于试验结束后快速排净水槽内的试验用水的排水口。

一种环境与生态水力学流速试验模拟方法，包括步骤：

步骤1：通过ADV流速仪率定变频电机转速与流速的关系，并建立校准曲线；通过控制电机转速控制环形水槽内的水流速度；

步骤2：将过滤净化后的自来水引入环形水槽内，加入适当的培养基母液，获得水生生物生长的培养液；并通过温度控制系统根据实验需要调节环形水槽内的水温；

步骤3：加入预先培养好的水生生物母株、母液或母体，获得所需的起始水生生物密度；

步骤4：开启电机，通过光照系统根据实验需要调节光照强度和时间，开始流速变化对水生生物生长的影响试验；

步骤5：定期测量水槽内水生生物的生物量或生理指标，绘制不同流速下水生生物的生长曲线或生理指标的变化曲线。

有益效果：

1、本发明通过对现有的流速变化试验装置进行改进，克服了剪切力产生水流过程中流速垂向差异较大的缺陷。

2、本发明通过伞形齿轮组实现电机传动力方向的转变，确保电机位于水位上方，避免了电机浸水的危险。

3、本发明的流速发生装置位置固定，为大型水生生物在装置内的生长提供了相对固定和稳定的环境，避免了剪切力流速发生装置在该类试验中应用的局限。

4、本发明不仅能够进行流速变化单因素生态环境效应试验，还能开展流速与光照、温度等其他环境因素耦合作用下的生态环境效应试验。

附图说明