用于模拟河道冲沙的实验装置的制作方法

本申请涉及水利工程实验用具领域，具体而言，涉及一种用于模拟河道冲沙的实验装置。

背景技术：

随着城市化快速发展，城市河道具有排出过境洪水的功能，同时城市边岸和河道内存在天然的泥沙，会随着过境洪水迁移沉降，使河道和边岸表面发生变化，这对边岸景观设计产生直接的影响。由于全球气候变化的影响，极端气象水文事件尤其是城市暴雨洪水常有发生，现实中河道洪水发生时，常伴随着漫溢洪水的发生。这种情况下，河道边岸尤其是弯曲河道边岸泥沙随漫溢洪水的迁移和沉降机理是广泛关注的热点问题，需要通过物理模型进行机理研究。

目前，常用的弯曲河道实验装置，多在水槽中进行，不能满足边岸- 河道水沙机理研究的需要，另外，现有的实验装置未考虑上游来沙的影响，模拟冲沙环境的真实性较低，实验获得的数据误差较大。

针对相关技术中模拟城市河道冲沙场景真实性低、实验精确度较差的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本申请的主要目的在于提供一种用于模拟河道冲沙的实验装置，以解决模拟城市河道冲沙场景真实性低、实验精确度较差的问题。

为了实现上述目的，本申请提供了一种用于模拟河道冲沙的实验装置。

根据本申请的用于模拟河道冲沙的实验装置，包括：河道模拟部、河岸模拟部、供水组件、供沙器、沉沙池和用于记录实验过程的摄像机，所述河岸模拟部设置在所述河道模拟部的两侧，所述河道模拟部的一端与所述供沙器的出沙口连接，所述供沙器通过供水口与所述供水组件连通，所述河道模拟部的另一端与沉沙池的进水口连接，所述沉沙池的上清液出口与所述供水组件的进水口连接，所述摄像机设置在所述实验装置的上方，所述摄像机的拍摄范围覆盖所述实验装置上方的三维空间。

进一步的，所述实验装置还包括水渠模拟部，所述水渠模拟部呈矩形围绕在所述河道模拟部的外侧，所述河岸模拟部位于所述河道模拟部与所述水渠模拟部之间，所述水渠模拟部与所述沉沙池的进水口连通，所述河道模拟部为单弯结构，在交汇点处所述河道模拟部与所述水渠模拟部的相互垂直。

进一步的，所述供水组件包括净水池、水泵和流量控制器，所述净水池的进水口与所述沉沙池的上清液出口连通，所述流量控制器与所述净水池连接，所述水泵设置在所述净水池与所述流量控制器之间。

进一步的，所述供沙器与所述流量控制器之间设置有隔板，所述供水口开设在所述隔板上，所述供沙器的顶部开设有投沙口，所述供沙器的内部设置有可筛除大粒径沙粒的搅拌涡轮，所述供沙器通过出沙口与所述河道模拟部连通。

进一步的，所述出沙口开设在所述供沙器的下部，所述出沙口的下边缘的高度与所述搅拌涡轮的顶部高度相同，且出沙口的上边缘的高度高于所述搅拌涡轮的顶部高度的9/10。

进一步的，所述搅拌涡轮的顶部高度低于所述供水口的下边缘的高度。

进一步的，所述沉沙池与所述净水池之间、所述净水池与所述水泵之间、所述水泵与所述流量控制器之间，均通过管道连接。

进一步的，所述河岸模拟部包括第一河岸模拟部和第二河岸模拟部，所述第一河岸模拟部和所述第二河岸模拟部对应设置于所述河道模拟部的两侧，所述第一河岸模拟部的高度低于水平面的高度，所述第二河岸模拟部的高度高于所述水平面的高度。

进一步的，所述摄像机的数量为多个，多个所述摄像机均匀布设于所述实验装置的正上方。

进一步的，所述河道模拟部的内部底壁和外侧边缘均铺设有沙层。

在本申请实施例中，在河道模拟部的两侧分别设置有河岸模拟部，河道模拟部的一端与供沙器连接，河道模拟部的另一端与沉沙池连接，充分模拟河道两岸的环境特征，并且在水流进入河道模拟部时会携带供沙器中的沙子进入河道模拟部，考虑到了实际冲水过程中上游来沙的情况，达到了真实模拟河道冲沙场景的目的，另外，通过摄像机实施记录整个实验的过程、水流的流动和冲沙情况，从而实现了提高实验数据准确性的技术效果，进而解决了模拟城市河道冲沙场景真实性低、实验精确度较差的技术问题。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型用于模拟河道冲沙的实验装置的结构示意图；

图2是本实用新型用于模拟河道冲沙的实验装置中供沙器和流量控制器的连接结构示意图；

图3是本实用新型用于模拟河道冲沙的实验装置中河道模拟部的局部结构示意图；

图4是本实用新型用于模拟河道冲沙的实验装置中摄像机的布设示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本实用新型及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本实用新型中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1所示，本申请涉及一种用于模拟河道冲沙的实验装置，该用于模拟河道冲沙的实验装置包括河道模拟部1、河岸模拟部、水渠模拟部2、供水组件、供沙器5、沉沙池6和用于记录实验过程的摄像机10，水渠模拟部2呈矩形围绕在河道模拟部1的外侧，河道模拟部1为单弯结构，在交汇点处河道模拟部1与水渠模拟部2的相互垂直，河岸模拟部设置在河道模拟部1与水渠模拟部2之间。河道模拟部1的一端与供沙器5的出沙口501连接，供沙器5 通过供水口902与供水组件连通，河道模拟部1的另一端与沉沙池6的进水口连接，沉沙池6的上清液出口与供水组件的进水口连接，摄像机10设置在实验装置的上方，摄像机10的拍摄范围覆盖实验装置上方的三维空间。本实用新型在河道模拟部1的两侧分别设置有河岸模拟部，河道模拟部的一端与供沙器5连接，河道模拟部的另一端与沉沙池6连接，充分模拟河道两岸的环境特征，并且在水流进入河道模拟部1时会携带供沙器5中的沙子进入河道模拟部 1，考虑到了实际冲水过程中上游来沙的情况，达到了真实模拟河道冲沙场景的目的，另外，通过摄像机10实施记录整个实验的过程、水流的流动和冲沙情况，从而实现了提高实验数据准确性的技术效果。

具体的，河道模拟部1的深度与宽度的比值小于1:2。

本实用新型的一些实施例中，如图3所示，河道模拟部1的内部底壁 101和外侧边缘102均铺设有沙层，沙层的厚度大于40cm。

本实用新型的一些实施例中，河道模拟部1、水渠模拟部2和河岸模拟部采用钢制框架，并结合PVC材料制成。

如图1所示，供水组件包括净水池8、水泵7和流量控制器9，净水池8 内设置有过滤装置，可通过过滤装置滤除水流中的沙粒，净水池8的进水口通过管道与沉沙池6的上清液出口连通，流量控制器9的进水口通过管道与净水池8的出水口连接，水泵7设置在净水池8与流量控制器9之间，水泵7与净水池8和流量控制器9分别通过管道连接。沉沙池6对回收到的水进行沉淀后通入到净水池8中进行过滤，过滤后的水在水泵7的作用下再次通入河道模拟部1中进行模拟实验，在进入河道模拟部1之前可通过控制流量控制器9对水流的流量进行控制。

本实用新型的一些实施例中，流量控制器9可为但不限于电磁阀。

本实用新型的一些实施例中，水泵7设置在泵房内。

本实用新型的一些实施例中，管道可采用但不限于PVC材料制成，管道的直径大于等于50cm，且上游到下游的比降大于5‰。

如图2所示，供沙器5与流量控制器9可采用铝制材料一体成型，供沙器 5与流量控制器9之间通过隔板903进行隔离，供水口902开设在隔板903上，供沙器5的顶部开设有投沙口502，供沙器5的内部设置有可筛除大粒径沙粒的搅拌涡轮503，搅拌涡轮503位于投沙口502的正下方，供沙器5通过出沙口501与河道模拟部1连通。在实验进行中可通过投沙口502向供沙器5中投入沙子，根据实验的要求，可通过调节搅拌涡轮503的旋转速度对不符合粒径要求的沙粒进行滤除，从而进一步提高实验准确性。

本实用新型的一些实施例中，出沙口501开设在供沙器5的下部，出沙口 501的下边缘的高度与搅拌涡轮503的顶部高度相同，且出沙口501的上边缘的高度高于搅拌涡轮503的顶部高度的9/10。

本实用新型的一些实施例中，供水口902的高度大于等于供沙器5内壁的高度的1/3。

本实用新型的一些实施例中，搅拌涡轮503的顶部高度低于供水口902 的下边缘的高度，避免搅拌涡轮503在工作过程中将沙子直接通过供水口902 抛入到河道模拟部1内，影响实验的准确性。

如图1所示，河岸模拟部包括第一河岸模拟部3和第二河岸模拟部4，第一河岸模拟部3和第二河岸模拟部4对应设置于河道模拟部1的两侧，第一河岸模拟部3的高度低于水平面的高度，第二河岸模拟部4的高度高于水平面的高度。既满足对凸出式河岸的模拟要求，又能够满足对凹陷式河岸的模拟要求，增加实验数据的准确性和全面性。

如图4所示，摄像机10的数量为多个，多个摄像机10均匀安装于固定装置上，固定装置设置于实验装置的正上方。

本实用新型的一些实施例中，摄像机10可采用但不限于高速摄像机。

从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果：

在河道模拟部1的两侧分别设置有河岸模拟部，河道模拟部1的一端与供沙器5连接，河道模拟部1的另一端与沉沙池6连接，充分模拟河道两岸的环境特征，并且在水流进入河道模拟部1时会携带供沙器5中的沙子进入河道模拟部1，考虑到了实际冲水过程中上游来沙的情况，达到了真实模拟河道冲沙场景的目的，另外，通过摄像机10实施记录整个实验的过程、水流的流动和冲沙情况，大大提高实验数据准确性。本申请的实验装置模拟的河道环境包含边岸和河道的三维立体空间，借助摄像机10的图像和数据处理能力，另外，借助供沙器10呈现不同来水、来沙情景，可根据需要自行调节供沙量，从而实现三维空间上不同河道洪水情景下边岸至河道水沙运移沉降的对比实验，提高了实验的可操作性和灵活性，便于进行规律性实验。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。