專利名稱：：水體總?cè)芙鈿怏w過飽和生成及其對魚類影響研究的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種水體總?cè)芙鈿怏w過飽和生成技術(shù)，特別涉及一種可控溫的、能用于模擬高壩泄水導致下游水體總?cè)芙鈿怏w過飽和的產(chǎn)生，并研究其對魚類影響的實驗裝置，屬于水利工程對生態(tài)環(huán)境影響的
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：許多大型水利工程由于其調(diào)節(jié)徑流、防洪發(fā)電等方面的綜合作用，需根據(jù)水量調(diào)度需求，通過溢洪道、泄洪洞等泄水建筑物向下游河道泄水。大量資料表明，高壩泄水使下游水體中溶解氣體如02、、N2和C02等氣體壓力總和超過當?shù)卮髿鈮合碌南鄬︼柡投?，就會形成總?cè)芙鈿怏w(totaldissolvegas，簡稱TDG)過飽和，致使魚類等水生生物患氣泡病，甚至造成魚類等水生生物大量死亡，從而對河流水生生態(tài)系統(tǒng)造成嚴重危害。高壩下游TDG過飽和的產(chǎn)生主要與泄洪流量、泄洪消能方式以及壩下水墊塘深度等諸多因素有關(guān)，屬于復雜的水氣兩相流問題。它涉及到水工水力學、氣液界面?zhèn)髻|(zhì)等領(lǐng)域并延伸到了生態(tài)環(huán)境的領(lǐng)域，其研究難度極大。因此，目前關(guān)于水體TDG過飽和產(chǎn)生及其對魚類影響的機理研究和實驗裝置都相當匱乏。目前，對水利工程中TDG過飽和問題通常采用原型觀測、物理模型實驗、室內(nèi)模擬實驗等研究手段。這些研究手段在高壩泄水導致TDG過飽和問題的研究中均存在不同程度的困難和限制性因素。原型觀測要求觀測者必須到正在泄水的大壩現(xiàn)場觀測，極為不便。且這種研究手段一方面在高壩泄洪中水體流量、流速、摻氣量、下游壓力、水深等諸多物理因素和物理條件均存在著不可重復性或不可控制性；另一方面，還要為保證水利工程發(fā)電、灌溉等綜合效益的發(fā)揮，高壩泄水頻率較少，且時間短，這又限制了原型觀測工作的開展。同時由于壩下水墊塘中流速大，流場、摻氣場變化劇烈，所述原型觀測手段尚無法對壩下水墊塘中三維流場、壓力場及摻氣濃度場等實施高精度測量，因此對高壩下游TDG飽和問題的研究僅僅依靠原型觀測是遠遠不夠的。采用小比尺物理模型實驗研究水利工程中TDG過飽和問題的主要困難在于實驗模型尺度小、摻氣量少、摻入氣體承壓小等因素，難于產(chǎn)生TDG過飽和現(xiàn)象；壩下水墊塘中復雜的水流現(xiàn)象、摻氣及總?cè)芙鈿怏w分布等物理參數(shù)在模型與實際原型的相似律問題尚未解決。而目前室內(nèi)實驗模擬水體TDG過飽和的生成主要有(l)混合熱水與冷水3利用氣體在不同水溫下溶解度差異產(chǎn)生TDG過飽和；(2)通過鼓風機向高水柱內(nèi)鼓氣產(chǎn)生TDG過飽和；(3)通過抽氣減壓改變氣體溶解度產(chǎn)生TDG過飽和。以上產(chǎn)生TDG過飽和的方式或者不能控制水體溫度恒定，或者不能同時產(chǎn)生不同濃度的TDG飽和度并使其TDG飽和度穩(wěn)定，或者實驗裝置過于復雜不易操作等，都存在許多局限性。因此，針對上述不足設(shè)計此實驗裝置，以滿足室內(nèi)實驗的需要。對于TDG影響魚類生理生態(tài)的野外研究而言，在河流水庫中捕獲的死亡魚類是否與其患氣泡病有直接關(guān)系，捕獲患氣泡病魚類是否具有代表性，患氣泡病魚類數(shù)量是否具有統(tǒng)計意義等問題都存在爭議。為此，需要在室內(nèi)通過實驗裝置進行重復實驗，以控制實驗條件，從而分析研究TDG過飽和對魚類生理生態(tài)的影響。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對所述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷與不足，提供一種能模擬高壩泄水時導致下游水體TDG過飽和的裝置，可實現(xiàn)對水體溫度、壓力、摻氣量等影響水體過飽和總?cè)芙鈿怏w生成的主要物理條件和因素的控制，并對水體中相關(guān)水質(zhì)參數(shù)進行測量，進而進一步研究TDG過飽和對魚類的影響。通過本發(fā)明能達到對水體TDG過飽和產(chǎn)生和對魚類影響的定量研究，為保護河流水生生態(tài)環(huán)境，建立生態(tài)友好型水利工程具有重要的促進作用。為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明是通過以下措施構(gòu)成的技術(shù)方案來實現(xiàn)的。本發(fā)明水體總?cè)芙鈿怏w過飽和生成及其對魚類影響研究的實驗裝置，依照本發(fā)明，該裝置包括高壓釜及其上設(shè)置的進氣口，調(diào)節(jié)氣閥，安全氣閥，氣壓表，進水口和出水口；水池，水泵，第一球閥和第二球閥，空壓機，第一流量計和第二流量計，總?cè)芙鈿怏w測定儀，水質(zhì)監(jiān)測儀，溫度控制儀，水槽及其外壁上的乳膠管；所述空壓機連接高壓釜上進氣口，水池中設(shè)置溫度控制儀，水池與水泵進水口連接，水泵出水口連接第一球闊，第一球閥再連接第一流量計，第一流量計連接到高壓釜上進水口，高壓釜上出水口連接第二球閥，第二球閥連接第二流量計，第二流量計與水槽相連接，總?cè)芙鈿怏w測定儀和水質(zhì)監(jiān)測儀設(shè)置在水槽外，水槽通過其外壁上的乳膠管與水池連通。上述技術(shù)方案中，所述水池和水槽的頂端均為敞口，并與大氣相通。上述技術(shù)方案中，所述水池與水槽間的設(shè)置其落差不小于lm。上述技術(shù)方案中，所述水槽的外壁設(shè)置有均勻的刻度。上述技術(shù)方案中，所述水槽外壁上的乳膠管一端通過小孔與外壁上的每個刻度連接，該乳膠管另一端置于敞口的水池中連通。4本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的特點及有益技術(shù)效果1、本發(fā)明實驗裝置中采用循環(huán)水并通過溫度控制儀使水溫恒定。2、利用本發(fā)明的實驗裝置，可方便控制水體壓強、摻氣量等影響總?cè)芙鈿怏w過飽和的一系列重要因素，可實現(xiàn)對TDG過飽和問題的定量研究。3、利用本發(fā)明的實驗裝置，可控制TDG過飽和水體的飽和度范圍、流量及溫度，以模擬并研究TDG過飽和對魚類的影響。4、利用本發(fā)明的實驗裝置，可生成原型觀測中所能觀測到的TDG飽和度最高值，彌補了小比尺物理模型實驗難于產(chǎn)生TDG高過飽和度的問題。5、本發(fā)明實驗裝置相比原型觀測中，不僅解決了奔波于不同水電站開展原型觀測的問題；也解決了高壩泄水頻率少、持續(xù)時間短不能重復長期測量的問題。6、本發(fā)明實驗裝置的安裝和測量都極為方便；所需材料及設(shè)備投資小、占地少、成本低、且操作簡單。圖1本發(fā)明水體總?cè)芙鈿怏w過飽和生成及其對魚類影響研究的實驗裝置結(jié)構(gòu)示意圖2為圖1的實驗裝置在恒定摻氣量、恒定水體流量、恒定溫度條件下TDG飽和度與壓強關(guān)系圖3為采用圖1的實驗裝置研究兩種魚類在不同TDG飽和度下隨時間的耐受性關(guān)系圖。圖中，l水池，2水泵，3第一球閥，4第一流量計，5高壓釜，6進水口，7進氣口，8調(diào)節(jié)氣閥，8#安全氣閥，9氣壓表，IO出水口，11空壓機，12第二球閥，13第二流量計，14水槽，15乳膠管，16總?cè)芙鈿怏w測定儀，17水質(zhì)監(jiān)測儀，18溫度控制儀。具體實施例方式下面結(jié)合附圖、并通過具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但并不意味著對本
發(fā)明內(nèi)容的任何限定。本發(fā)明水體總?cè)芙鈿怏w過飽和生成及其對魚類影響研究的實驗裝置，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖1中，所述高壓釜5上設(shè)置有進氣口7，調(diào)節(jié)氣閥8，安全氣閥8弁，氣壓表9，進水口6和出水口10;所述空壓機11通過管道與高壓釜上進氣口7相通并向高壓釜5內(nèi)鼓氣，鼓氣量大小可根據(jù)需要由空壓機ll上自帶閥門控制；在水池l中設(shè)置有溫度控制儀18，水池1通過管道與水泵2進水口連接，水泵2出水口與第一球閥35連接，第一球閥3另一端與第一流量計4連接，第一流量計4通過管道與高壓釜上進水口6連接，高壓釜上出水口10通過管道與第二球閥12連接，第二球閥12與第二流量計13連接，第二流量計再通過管道與水槽14相連接，總?cè)芙鈿怏w測定儀16和水質(zhì)監(jiān)測儀17設(shè)置在水槽14外面，水槽14其外壁上的乳膠管15—端通過小孔與外壁上的每個刻度連接，乳膠管另一端置于敞口的水池l中。本發(fā)明實驗裝置采用水槽14外面設(shè)置的總?cè)芙鈿怏w測定儀16和水質(zhì)監(jiān)測儀17可分別測量水槽14中水體總?cè)芙鈿怏w飽和度及DO、水溫、pH值、濁度、鹽度等水質(zhì)參數(shù)；并采用水池中設(shè)置的溫度控制儀18控制水池1中水溫，使其恒定。實施例1本發(fā)明水體總?cè)芙鈿怏w過飽和生成及其對魚類影響研究的實驗裝置所用儀器設(shè)備1、高壓釜5由實驗用密封高壓釜自行改裝，該高壓釜能承受壓力為0.6Mpa，其高度為55cm，直徑為40cm;高壓釜上設(shè)置有直徑為0.8cm的進氣口7、直徑為0.8cm、高度為10cm的調(diào)節(jié)氣閥8和直徑為0.5cm的安全氣閥8#、直徑為1.5cm的進水口6，直徑為1.5cm的出水口10和量程為0.6Mpa、精度為0.02Mpa的氣壓表9，氣壓表為富陽市四方儀表廠生產(chǎn)的壓力表；2、空壓機11為昆山金誠機電設(shè)備有限公司生產(chǎn)的TA-65活塞式空氣壓縮機；3、水泵為天津源天泵業(yè)制造有限公司生產(chǎn)的WQ型不銹鋼水泵；4、第一流量計4和第二流量計13為上海銀環(huán)流量儀表公司生產(chǎn)的LZB-15型玻璃轉(zhuǎn)子流量計；5、總?cè)芙鈿怏w測定儀16為美國YSI公司生產(chǎn)的TDG測定儀；6、水質(zhì)監(jiān)測儀17為美國YSI公司生產(chǎn)的水溫、水質(zhì)多參數(shù)測定儀；7、溫度控制儀18為上海徳兆儀器儀表有限公司生產(chǎn)的甌龍溫度調(diào)節(jié)儀；8、水池1容積設(shè)定為IOOOL。本發(fā)明實驗裝置模擬高壩泄水時導致水體總?cè)芙鈿怏w過飽和的原理是在高壓條件下使大量氣體溶入水中，形成總?cè)芙鈿怏w過飽和。所以在水體溫度、流量及摻氣量恒定的條件下，總?cè)芙鈿怏w飽和度與壓強成正比。即通過增大或減小高壓釜內(nèi)壓強，就可生成相應飽和度的總?cè)芙鈿怏w過飽和水體。水體總?cè)芙鈿怏w過飽和生成實驗步驟及操作條件和操作過程如下1、按照圖1所示布置連接好各部件；2、在水池l中裝滿自來水并充分曝氣24h;63、由溫度控制儀18控制并恒定實驗水溫在25°C;4、打開空壓機ll，同時打開水泵2，使空氣和水分別由高壓釜上進氣口和高壓釜上進水口進入高壓釜5中，水的流量由第一球閥3控制為4L/min，摻氣量由空壓機上自帶閥門控制在0.05m3/min;5、為安全起見，通過調(diào)節(jié)氣閥8控制高壓釜內(nèi)壓強不超過0.2Mpa;6、經(jīng)高壓釜5充氣加壓后的水體由高壓釜上出水口10流入水槽14中，此時可見水槽水體中有大量微小氣泡，當高壓釜內(nèi)壓強大于0.1Mpa時，水槽水體中可見水霧化現(xiàn)象；7、開啟水槽14外壁上0.4m刻度處乳膠管15，將乳膠管另一端置于敞口的水池1中，關(guān)閉其他刻度處乳膠管15，以控制水槽中水位于0.4m;8、將設(shè)置在水槽14外面的總?cè)芙鈿怏w測定儀16和水質(zhì)監(jiān)測儀17的探頭，放入水槽中，以測定水體TDG飽和度值和DO、水溫、pH值、濁度、鹽度等水質(zhì)參數(shù)；9、如TDG飽和度測定值高于或低于實驗所需飽和度值，本實驗定為130%、125%、115%，則通過高壓釜上調(diào)節(jié)氣閥8來減小或增大高壓釜內(nèi)壓強以得到所需飽和度值；10、待水槽中水體TDG飽和度穩(wěn)定于實驗所需數(shù)值時，將實驗魚放入水槽中，觀測魚類受TDG飽和度影響下的存活情況并記錄DO、水溫、pH值、濁度、鹽度等水質(zhì)參數(shù)，直到放入水槽中實驗魚死亡一半后停止實驗。通過實施例1所得實驗數(shù)據(jù)如表1-表5所示，表1是水體溫度為25°C、流量為4L/min、摻氣量為0.05mVmin總?cè)芙鈿怏w飽和度與壓強的關(guān)系。表2是在水槽14中對實驗魚進行不同TDG過飽和耐受性的實驗數(shù)據(jù)。表3-表5分別是TDG飽和度為130%、125%、115%時，放入實驗魚后水槽中水體DO、水溫、pH值、濁度、鹽度等水質(zhì)參數(shù)值。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實驗結(jié)果表明，在水體溫度、流量及摻氣量恒定的條件下，總?cè)芙鈿怏w飽和度與壓強成正比且TDG飽和度在相應壓強的控制下能長時間穩(wěn)定；水體溫度也較恒定，避免了由于溫度變化使氣體溶解度改變導致TDG飽和度的變化；溫度變化還會影響魚類新陳代謝的速率，使魚類在不同溫度下出現(xiàn)不同的生理癥狀，從而干擾TDG過飽和單一影響因子對魚類的研究。在實驗過程，兩種實驗魚類由于其種類不同對TDG過飽和的耐受性有所差異，但都表現(xiàn)出存活時間隨TDG飽和度的升高而縮短的共同現(xiàn)象。當飽和度達到130%時，實驗魚都在幾小時內(nèi)就出現(xiàn)了死亡，此實驗現(xiàn)象經(jīng)過重復實驗也得到相同實驗結(jié)果。由于在各個飽和度條件下各水質(zhì)參數(shù)未有較大變化，據(jù)此可推斷實驗魚的死亡是由于TDG過飽和對其造成傷害而引起的。綜上，根據(jù)實驗所得總?cè)芙鈿怏w過飽和度與壓強的正比關(guān)系，在實際工程中，可以通過設(shè)置導流坎、減小泄水流量等措施，盡可能降低壩下水深，減小水流靜水壓強，以減小摻氣量，達到減小壩下總?cè)芙鈿怏w飽和度的目的。通過研究魚類對總?cè)芙鈿怏w飽和度的耐受性，可以為制定水環(huán)境質(zhì)量標準中TDG飽和度上限、準確評價高壩工程對水生生態(tài)系統(tǒng)的影響及保護下游水生生態(tài)環(huán)境提供理論依據(jù)。權(quán)利要求1.一種可控溫水體總?cè)芙鈿怏w過飽和生成及其對魚類影響研究的實驗裝置，其特征在于包括高壓釜(5)及其上設(shè)置的進氣口(7)，調(diào)節(jié)氣閥(8)，安全氣閥(8#)，氣壓表(9)，進水口(6)和出水口(10)；水池(1)，水泵(2)，第一球閥(3)和第二球閥(12)，空壓機(11)，第一流量計(4)和第二流量計(13)，總?cè)芙鈿怏w測定儀(16)，水質(zhì)監(jiān)測儀(17)，溫度控制儀(18)，水槽(14)及其外壁上的乳膠管(15)；所述空壓機連接高壓釜上進氣口，水池中設(shè)置溫度控制儀，水池與水泵進水口連接，水泵出水口連接第一球閥，第一球閥再連接第一流量計，第一流量計連接到高壓釜上進水口，高壓釜上出水口連接第二球閥，第二球閥連接第二流量計，第二流量計與水槽相連接，總?cè)芙鈿怏w測定儀和水質(zhì)監(jiān)測儀設(shè)置在水槽外，水槽通過其外壁上的乳膠管與水池連通。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實驗裝置，其特征在于所述水池(1)和水槽(14)的頂端均為敞口，并與大氣相通。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的實驗裝置，其特征在于所述水池(1)與水槽(14)間的設(shè)置其落差不小于lm。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的實驗裝置，其特征在于所述水槽(14)的外壁設(shè)置有均勻的刻度。5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的實驗裝置，其特征在于所述水槽(14)外壁上的乳膠管(15)—端通過小孔與外壁上的每個刻度連接，乳膠管(15)另一端置于敞口的水池(1)中。全文摘要本發(fā)明涉及一種可控溫水體總?cè)芙鈿怏w過飽和生成及其對魚類影響研究的實驗裝置。該裝置包括高壓釜及其上的進氣口，調(diào)節(jié)氣閥，安全氣閥，氣壓表，進水口和出水口；包括設(shè)置有溫控儀的水池及與其依次相連接的水泵，第一球閥，第一流量計及進水口；空壓機連接進氣口；出水口依次與第二球閥，第二流量計及水槽相連接，總?cè)芙鈿怏w測定儀和水質(zhì)監(jiān)測儀設(shè)置在水槽外，水槽經(jīng)乳膠管與水池連通。本發(fā)明通過高壓釜密閉加壓產(chǎn)生總?cè)芙鈿怏w過飽和的水體，整個裝置采用循環(huán)水并控制其水溫恒定；可實現(xiàn)對水溫、水體壓力、摻氣量、流量等影響總?cè)芙鈿怏w過飽和生成主要物理參數(shù)測量的控制，以便定量分析總?cè)芙鈿怏w過飽和的生成機理并研究其對魚類的影響。文檔編號A01K61/00GK101642071SQ200910164299公開日2010年2月10日申請日期2009年8月31日優(yōu)先權(quán)日2009年8月31日發(fā)明者馮鏡潔,易文敏,璐曲,嘉李,然李,李克鋒,梁瑞峰,云鄧,翔黃申請人:四川大學