[发明专利]自动生成地形的河流演变模拟装置及实验方法

说明书

本发明公开一种自动生成地形的河流演变模拟装置及实验方法，包括矩形框架结构、地形打印系统、水循环系统、编程控制及采集系统；所述地形打印系统包括导轨、丝杆、滑块、打印喷嘴、泥浆罐；所述水循环系统包括下水底板、收集槽、一级沉降罐、二级沉降罐、过滤器、水泵、喷淋器、流水管头，所述下水底板和所述收集槽安装在所述框架结构上，收集槽位于下水底板的下方，二级沉降罐储存的水通过所述水泵泵入所述喷淋器和所述流水管头；所述编程控制及采集系统包括编程计算机、控制器、视频监控器，所述编程计算机可根据输入的地形等高线图自动生成对应的三维地形图并导出控制代码，控制器可根据控制代码控制步进电机的动作，打印出泥浆质地形模型。

技术领域

本发明涉及河流地质领域，特别涉及一种自动生成地形的河流演变模拟装置及实验方法。

背景技术

自然河流经过长期的地质作用演变形成曲流河、辫状河和网状河等，经过沉积作用形成各种地质构造，如点沙坝、心滩、河漫滩、冲积扇和河口三角洲等。由于自然河流的演变过程缓慢，地质学者们对河流的研究往往通过野外河流相露头考察、使用各种设备对地层进行剖析等手段推演河流的演变历程，以了解河流在各个历史时期的形态及特点，工作复杂且艰辛。目前也有研究者们通过室内实验装置，模拟水流在砂体模型中的流动来研究河流的演变过程，这些装置存在不足在于：只是简单地铺设不同层次的砂体来研究，不能对真实的地形情况进行模型塑造，来具体分析某一河流在该地形环境中的演变。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种自动生成地形的河流演变模拟装置及实验方法，利用地形打印系统打印三维泥浆地形模型；通过水循环系统模拟不同时期不同含水期的河流，以及模拟降雨活动；再通过视频监控器记录模型的变化，以研究河流演变规律及沉积特点，可实现无人值守，在短时期内实现对某一地区的地形及河流长期演变的真实模拟，或者设计一种地形进行自定义模拟，来反映不同河流的演变过程及特点，为地质相关专业的学者研究河流相规律提供参考和帮助，同时起到实验教学的目的。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种自动生成地形的河流演变模拟装置，包括矩形框架结构、地形打印系统、水循环系统和编程控制及采集系统，所述地形打印系统采用三轴运动机构，包括固定在所述矩形框架结构上的平行双X导轨，在所述双X导轨之间水平设置沿双X导轨水平滑动的Y导轨，在所述Y导轨上竖直设置有沿Y导轨水平滑动的Z导轨，在所述Z导轨上设置有沿Z导轨竖直滑动的打印喷嘴，所述打印喷嘴通过管线依次连接慢速泥浆泵和泥浆罐；所述水循环系统包括安装在所述矩形框架结构上且用于支撑地形模型的下水底板和位于所述下水底板下方且用于收集河流在演变过程中的带水泥浆的收集槽，所述收集槽通过管线依次连接有一级沉降罐、二级沉降罐、过滤器和水泵，所述水泵的出水管线并联连接有用于模拟降雨的喷淋器和用于模拟河流入水口的流水管头；所述编程控制及采集系统包括编程计算机和分别与编程计算机电性连接的控制器和用于采集记录河流演变过程的视频监控器，所述控制器根据编程计算机的指令分别控制三轴运动机构和慢速泥浆泵。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述矩形框架结构长1500mm、宽800mm、高1000mm且采用5mm厚度的角钢结构焊接而成，框架四个侧面安装有塑料或玻璃隔板。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述平行双X导轨通过轴座固定在所述矩形框架结构，所述双X导轨、Y导轨和Z导轨均由两条直径12mm的平行圆钢轨道组成，在两条平行圆钢轨道的正中间位置均设置有丝杆，在所述双X导轨、Y导轨和Z导轨上分别设置有穿过两条平行圆钢轨道且与丝杆转动连接的滑块，每个丝杆的一端均与步进电机转动连接且控制器控制每个步进电机的转动，所述打印喷嘴固定在所述Z导轨上的滑块上。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述喷淋器铰接于所述矩形框架结构上，所述喷淋器和所述水泵之间的管线上设置有第二截止阀。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述流水管头为固定在矩形框架结构上可自由改变形状的定型软管，所述流水管头和水泵之间的管线上设置有流量控制阀。