一种河流沉积物再悬浮捕获及水体自净能力原位测定装置

技术领域

本发明涉及河流沉积物捕集技术领域，具体为一种河流沉积物再悬浮捕获及水体自净能力原位测定装置。

背景技术

由于风浪、水流、船只扰动等引起的沉积物再悬浮，在底泥中可溶性营养盐释放中起重要作用，而悬浮物沉降的过程中与微生物、污染物等发生絮凝、吸附，同时释放部分有机物与重金属。因此，沉积物再悬浮对污染物的迁移转化以及营养盐的循环具有重要意义。采集悬浮物浓度不同的河流原水，并通过斯托克斯沉降公式或重复深度吸管法计算悬浮物的沉降速率，以期了解河流沉积物悬浮沉降规律，对进一步揭示水体自净能力提供基础支撑。

目前沉积物再悬浮量测定方法主要为野外原位测量和室内模拟两种。已有的原位沉积物捕获器大多用于海洋中，且体积大、价格昂贵、布置回收困难，难以满足河流水中沉降物质的捕获需求。而室内的沉积物再悬浮模拟可能由于采样及运输过程中对沉积物进行扰动使得沉积物的部分性能发生改变，且所设装置一般为电机带动螺旋叶片，通过搅动或振荡产生湍流模拟水动力对再悬浮沉降过程产生的影响，或者控制沉积物颗粒、密度等来探究沉积物不同性质的再悬浮情况，其设计过于理想化，实际上野外的原位沉降过程较室内沉降要复杂得多，且人工处理的沉积物样品无法反应自然条件中的沉积物组分。

胡小贞等人公开了一种沉积物悬浮颗粒捕获器，通过支架固定捕集管深入水中，利用浮球重舵使得捕集管垂直，能够捕集一定时间段的沉积物颗粒，但是设备的开口设置在设备回收时易受水流的影响造成取样不均。

发明内容

本发明的目的在于提供一种河流沉积物再悬浮捕获及水体自净能力原位测定装置，以解决上述背景技术中提出的设备的开口设置在设备回收时易受水流的影响造成取样不均的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种河流沉积物再悬浮捕获及水体自净能力原位测定装置，包括：

采集装置，所述采集装置包括捕集管组件、设置在所述捕集管组件上的翻盖组件以及设置在所述捕集管组件上并与所述翻盖组件相连接的驱动机构；

所述捕集管组件包括捕集管以及相对称设置在所述捕集管圆周外侧壁顶部的安装块组件，所述安装块组件包括安装块、设置在所述安装块端面的第一电机安装板、开设在所述安装块上远离所述捕集管一侧的安装槽以及开设在所述安装块上远离所述第一电机安装板一端并贯穿所述第一电机安装板的安装孔；

所述翻盖组件包括设置在所述捕集管上的翻盖、设置在所述翻盖弧形面上并插接在所述安装槽内侧的连接块以及开设在所述连接块端面并贯穿所述连接块另一端且与所述安装孔相对应的花键孔；

所述驱动机构包括安装在所述第一电机安装板上远离所述安装块一端并与所述安装孔相对应的第一电机以及安装在所述第一电机输出轴上并通过轴承安装在所述安装孔内侧且通过花键连接安装在所述花键孔内侧的花键连接轴。

优选的，所述捕集管组件还包括环形安装块组件，所述环形安装块组件包括同轴心设置在所述捕集管内腔侧壁顶部的环形安装块、同轴心开设在所述环形安装块顶部的密封槽以及呈环形均匀开设在所述密封槽内腔底部的第一螺纹孔。

优选的，所述翻盖组件还包括开设在所述翻盖上平面一侧的弧形过线槽。

优选的，还包括浮台组件，所述浮台组件包括浮台、同轴心开设在所述浮台顶部并贯穿所述浮台底部且与所述弧形过线槽相对应的第一过线孔、相对称设置在所述浮台顶部并分布在所述第一过线孔两侧的第二电机安装板、安装在所述第二电机安装板外侧的第二电机、安装在所述第二电机输出轴上并通过轴承安装在两个所述第二电机安装板之间的转轴以及通过花键连接安装在所述转轴圆周外侧壁上并与所述第一过线孔相对应的线筒，所述线筒上缠绕的线贯穿所述第一过线孔与所述捕集管连接。

优选的，还包括配重件，所述配重件包括设置在所述捕集管下端的重砣以及设置在所述重砣顶部并通过绳索与所述捕集管底部相连接的固定环。

优选的，还包括过滤机构，所述过滤机构包括同轴心设置在所述捕集管内腔并与所述环形安装块顶部相接触的外环、同轴心设置在所述外环内侧的过滤网、同轴心设置在所述过滤网内侧并与所述弧形过线槽相对应的第二过线孔、同轴心设置在所述外环底部并插接在所述密封槽内侧的密封块以及呈环形开设在所述密封块底部并贯穿所述外环顶部且与所述第一螺纹孔相对的第二螺纹孔。

优选的，还包括浮标组件，所述浮标组件包括通过绳索与所述捕集管相连接的浮标、设置在所述浮标顶部得到报警器、设置在所述浮标底部凹槽内的定位机构以及设置在所述浮标底部并与所述定位机构底部相接触的底盖。

优选的，所述定位机构包括安装在所述浮标底部凹槽内的定位模块、安装在所述浮标底部凹槽内并与所述定位模块电性连接的微型计算机、安装在所述浮标底部凹槽内并与所述微型计算机电性连接的通讯模块、安装在所述浮标底部凹槽内并与所述微型计算机电性连接的第二控制器、安装在所述浮标底部凹槽内并分别与所述第二控制器和所述报警器电性连接的第二继电器以及安装在所述浮标底部凹槽内并与所述第二继电器电性连接的第二蓄电池。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该种河流沉积物再悬浮捕获及水体自净能力原位测定装置，通过捕集管对水体中的沉积物颗粒进行捕集，捕集完整后，通过电机带动翻盖翻转覆盖在捕集管顶部的开口处，并对捕集管进行回收，由于通过翻盖对回收中的捕集管的开口处进行封堵，能够有效的避免回收时受水力扰动，保障了取样均匀性，保证数据的准确性。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明捕集管组件结构示意图；

图3为本发明翻盖组件结构示意图；

图4为本发明驱动机构结构示意图；

图5为本发明浮台组件结构示意图；

图6为本发明配重件结构示意图；

图7为本发明过滤机构结构示意图；

图8为本发明浮标组件结构示意图；

图9为本发明定位机构示意框图；

图10为本发明定位系统示意框图；

图中：100采集装置、110捕集管组件、111捕集管、112安装块组件、112a安装块、112b第一电机安装板、112c安装槽、112d安装孔、113环形安装块组件、113a环形安装块、113b密封槽、113c第一螺纹孔、120翻盖组件、121翻盖、122连接块、123花键孔、124弧形过线槽、130驱动机构、131第一电机、132花键连接轴、200浮台组件、210浮台、220第一过线孔、230第二电机安装板、240第二电机、250转轴、260线筒、300配重件、310重砣、320固定环、400过滤机构、410外环、420过滤网、430第二过线孔、440密封块、450第二螺纹孔、500浮标组件、510浮标、520报警器、530定位机构、531定位模块、532微型计算机、533通讯模块、534第二控制器、535第二继电器、536第二蓄电池、540底盖。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种河流沉积物再悬浮捕获及水体自净能力原位测定装置，通过捕集管对水体中的沉积物颗粒进行捕集，捕集完整后，通过电机带动翻盖翻转覆盖在捕集管顶部的开口处，并对捕集管进行回收，由于通过翻盖对回收中的捕集管的开口处进行封堵，能够有效的避免回收时受水力扰动，保障了取样均匀性，保证数据的准确性，请参阅图1，包括：采集装置100、浮台组件200、配重件300、过滤机构400和浮标组件500；

请参阅图1-4，采集装置100包括捕集管组件110、设置在捕集管组件110上的翻盖组件120以及设置在捕集管组件110上并与翻盖组件120相连接的驱动机构130，捕集管组件110包括捕集管111以及相对称设置在捕集管111圆周外侧壁顶部的安装块组件112，安装块组件112包括安装块112a、设置在安装块112a端面的第一电机安装板112b、开设在安装块112a上远离捕集管111一侧的安装槽112c以及开设在安装块112a上远离第一电机安装板112b一端并贯穿第一电机安装板112b的安装孔112d，翻盖组件120包括设置在捕集管111上的翻盖121、设置在翻盖121弧形面上并插接在安装槽112c内侧的连接块122以及开设在连接块122端面并贯穿连接块122另一端且与安装孔112d相对应的花键孔123，驱动机构130包括安装在第一电机安装板112b上远离安装块112a一端并与安装孔112d相对应的第一电机131以及安装在第一电机131输出轴上并通过轴承安装在安装孔112d内侧且通过花键连接安装在花键孔123内侧的花键连接轴132，捕集管组件110还包括环形安装块组件113，环形安装块组件113包括同轴心设置在捕集管111内腔侧壁顶部的环形安装块113a、同轴心开设在环形安装块113a顶部的密封槽113b以及呈环形均匀开设在密封槽113b内腔底部的第一螺纹孔113c，翻盖组件120还包括开设在翻盖121上平面一侧的弧形过线槽124，捕集管为圆柱形有机玻璃管，高宽比为3：1，第一电机作防水处理，在具体使用时，通过第一电机带动花键连接轴旋转，花键连接轴通过花键孔带动连接块在安装槽内侧旋转，带动翻盖翻转，使得翻盖远离捕集管，翻盖与捕集管呈180°设置，使得捕集管顶部的开口处暴露出来，将捕集管投放到河流内，捕集管沉在水中，水中的沉积物颗粒物沉降在捕集管的内腔，当捕集管收集完成后，通过第一电机带动花键连接轴旋转，花键连接轴通过花键孔带动连接块在安装槽内旋转，使得翻盖覆盖在捕集管的顶部，对捕集管顶部的开口处进行封堵，再将捕集管从水体中取出，由于通过翻盖对捕集管的顶部开口处进行封堵，有效的避免了捕集管在回收时受水力扰动的现象出现，保障了取样的均匀性，从而有效的保障了数据的准确性，将捕集管从水体中取出后对捕集管采集的样品进行测定，测定沉积物再悬浮颗粒的沉降速率进行计算，用以分析水体的自净能力，计算公式：

式中，g为重力加速度(m/s2)，ρs和ρ颗粒和水的密度(g/cm3)，μ为水的粘附系数(Pa·s)，d为颗粒直径(cm)，V为沉降速率(cm/s)，

请参阅图1-3和图5，浮台组件200包括浮台210、同轴心开设在浮台210顶部并贯穿浮台210底部且与弧形过线槽124相对应的第一过线孔220、相对称设置在浮台210顶部并分布在第一过线孔220两侧的第二电机安装板230、安装在第二电机安装板230外侧的第二电机240、安装在第二电机240输出轴上并通过轴承安装在两个第二电机安装板230之间的转轴250以及通过花键连接安装在转轴250圆周外侧壁上并与第一过线孔220相对应的线筒260，线筒260上缠绕的线贯穿第一过线孔220与捕集管111连接，浮台漂浮在水面上，绳索缠绕在线筒上，绳索上远离线筒的一端贯穿第一过线孔延伸到捕集管的内部与捕集管固定连接，在具体使用时，将浮台和捕集管投放到水体上，捕集管沉没在水中，浮台漂浮在水体上，通过第二电机带动转轴旋转，通过转轴带动线筒旋转，通过线筒对绳索进行放卷，随着绳索的放卷捕集管朝向河床的一侧移动，直至捕集管投放到指定的高度时，切断第二电机的电源，第二电机通知工作，在捕集管采样结束后，启动第二电机，通过第二电机带动线筒旋转，通过线筒对绳索进行收卷，将捕集管从水体中提取到水面上对捕集管进行回收，为了保障电力的使用，浮台上安装有光伏板和第一蓄电池，通过光伏板将太阳能转换为电能输送到第一蓄电池内进行存储，通过第一蓄电池提供电源，为了便于进行远程操作，浮台上还安装有带有WiFi通讯的PLC控制器和继电器，继电器分别与第二电机和第一电机电性连接，在具体使用时，工作人员通过通讯设备向PLC控制器发送信号，此处的通讯设备包括但不限于手机、笔记本和平板电脑，PLC控制器接收到信号后控制继电器接通第一电机或者第二电机的电源，从而驱动第一电机和第二电机工作，已达到远程操作的目的；

请参阅图1-2和图6，配重件300包括设置在捕集管111下端的重砣310以及设置在重砣310顶部并通过绳索与捕集管111底部相连接的固定环320，重砣由金属构成，重力大于整个装置的浮力，在具体使用时，将绳索的一端系在固定环上，另一端固定在捕集管的底部，对捕集管进行投放时，先将重砣投放到水中，重砣在重力作用下沉没在水中，通过重砣将捕集管牵扯到水中，通过重砣将捕集管固定在水中，避免水流和风浪作用使本装置移动，在重砣的重力作用线使得捕集管垂直的沉没在水体中，便于对水体中的沉淀颗粒物进行捕集；

请参阅图1-2和图7，过滤机构400包括同轴心设置在捕集管111内腔并与环形安装块113a顶部相接触的外环410、同轴心设置在外环410内侧的过滤网420、同轴心设置在过滤网420内侧并与弧形过线槽124相对应的第二过线孔430、同轴心设置在外环410底部并插接在密封槽113b内侧的密封块440以及呈环形开设在密封块440底部并贯穿外环410顶部且与第一螺纹孔113c相对的第二螺纹孔450，外环的底部与环形安装块的顶部接触，密封块插接在密封槽的内腔，通过螺栓贯穿第二螺纹孔旋接到第一螺纹孔的内部，将外环固定在环形安装块的顶部，通过过滤网对浮游动植物进行过滤，避免浮游动植物进入到捕集管的内腔，能够有效的防止浮游动植物对样品采集的干扰；

请参阅图1、图5和图8-10，浮标组件500包括通过绳索与捕集管111相连接的浮标510、设置在浮标510顶部得到报警器520、设置在浮标510底部凹槽内的定位机构530以及设置在浮标510底部并与定位机构530底部相接触的底盖540，定位机构530包括安装在浮标510底部凹槽内的定位模块531、安装在浮标510底部凹槽内并与定位模块531电性连接的微型计算机532、安装在浮标510底部凹槽内并与微型计算机532电性连接的通讯模块533、安装在浮标510底部凹槽内并与微型计算机532电性连接的第二控制器534、安装在浮标510底部凹槽内并分别与第二控制器534和报警器520电性连接的第二继电器535以及安装在浮标510底部凹槽内并与第二继电器535电性连接的第二蓄电池536，定位模块为北斗卫星定位系统或者GPS定位系统，由于捕集管捕集需要时间，并且沉淀颗粒物的捕集一般需要对捕集管进行多点投放，在一段时间后，工作人员很难记得每个投放点的位置，因此，本装置还设置定位机构对投放点进行定位，通过定位模块向工作人员的通讯设备输送定位信息，此处的通讯设备包括但不限于手机、笔记本电脑和平板电脑，在具体使用时，工作人员通过通讯设备向能够进行回收的捕集管所对应的通讯模块发送信号，通过通讯模块将信号输送到微型计算机上，通过微型计算机调取定位模块的定位信息并通过通讯模块输送到工作人员的通讯设备上，工作人员根据定位信息对捕集管进行找寻，在微型计算机箱工作人员发送信号的同时，微型计算机还向第二控制器发送信号，通过第二控制器控制第二继电器接通报警器的电源，报警器发出声光进行报警，工作人员在临近需要回收的捕集管时能够通过报警器进行精准定位，避免因位置信息的错误造成将未达到回收时间的捕集管回收，有效的保障了数据的精确度。

虽然在上文中已经参考实施例对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施例中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。