1.本发明涉及泥沙絮凝-沉降研究技术领域，特别涉及一种可考虑生物因素影响的絮凝-沉降实验系统。
背景技术：
2.在河流、河口、海岸带等自然环境中，藻类等生物因素的存在会影响细颗粒泥沙的絮凝过程。生物会与沉积物结合，产生大型生物-泥沙聚集体。生物特性，如有机物含量，直接影响絮体的密度和结构差异。此外，有机物含量会影响絮凝体强度和碰撞效率、平均絮凝体尺寸和絮凝体破碎，而且有机物浓度随季节因素而变化。
3.现有的泥沙絮凝研究手段存在以下三方面不足：首先，对絮凝的研究大多集中于物理化学环境，如对水体紊动、泥沙浓度、ph值和盐度等条件的控制，而生物因素(如藻类及其分泌物)通常是影响侵蚀和絮凝过程的两个关键因素，这些物质可以稳定沉积物床，也可以将悬浮的沉积物颗粒粘合在一起，但生物因素影响常常被考虑在外；其次，由于上述生物因素的存在，生物引起的泥沙絮凝以及絮体的沉降速度受到光照、水体紊动、泥沙浓度以及温度等外界环境变量影响显著，目前对絮凝研究的实验装置不能定量模拟天然水体中的不同情况；最后，泥沙絮凝研究手段很难同时实现对絮团发育不同阶段的实时监测及对絮团沉降过程中沉降速度的精准测量，这可能会忽略絮团的某些重要参数。
技术实现要素：
4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种可考虑生物因素影响的絮凝-沉降实验系统，能考虑生物因素对泥沙絮凝和沉降过程产生的影响，实现控制多种环境变量，无干扰、准确地模拟含泥沙水体中泥沙群体的絮凝-沉降行为。
5.根据本发明实施例的可考虑生物因素影响的絮凝-沉降实验系统，包括：
6.絮凝系统，所述絮凝系统包括透明絮凝装置、絮凝培养箱和絮凝体发育测量装置；所述透明絮凝装置用于盛放含泥沙水体进行絮凝；所述透明絮凝装置设置在所述絮凝培养箱中，所述絮凝培养箱用于对泥沙絮凝过程提供可控的水体紊动、光照、温度条件；所述絮凝体发育测量装置用于实时测量所述透明絮凝装置内絮凝体的发育情况；
7.沉降系统，所述沉降系统包括转移装置、透明沉降装置、沉降培养箱和沉降速度观测装置；所述转移装置连接所述透明絮凝装置和所述透明沉降装置，以将所述透明絮凝装置内发育不同阶段的絮凝体转移到所述透明沉降装置中进行沉降；所述透明沉降装置设置在所述沉降培养箱中，所述沉降培养箱用于对絮凝体沉降过程提供可控的光照和温度条件；所述沉降速度观测装置用于实时观测所述透明沉降装置内絮凝体的沉降速度。
8.工作时，透明絮凝装置中盛放含泥沙水体进行絮凝，利用絮凝培养箱模拟进行絮凝的含泥沙水体的水体紊动、温度和光照条件，利用絮凝体发育测量装置实时地检测絮凝体的发育情况。通过转移装置将发育不同阶段的絮凝体从透明絮凝装置中转移到透明沉降
装置中，利用沉降培养箱模拟絮凝体沉降过程的温度和光照条件，利用沉降速度观测装置实时观测所述透明沉降装置内絮凝体的沉降速度。
9.根据本发明实施例的可考虑生物因素影响的絮凝-沉降实验系统，可以根据研究需要在含泥沙水体中添加生物因素，比如不同的藻类或者生物分泌物等，并控制生物因素浓度，在絮凝培养箱内的透明絮凝装置中进行絮凝模拟实验，基于不同的絮凝实验环境条件，通过不同配比获得不同的所需悬沙浓度的含泥沙水体，通过絮凝培养箱模拟絮凝实验所需的不同水体紊动、温度和光照条件，并通过絮凝体发育测量装置实时地检测絮凝体的发育情况；通过转移装置将发育不同阶段的絮凝体从透明絮凝装置中转移到透明沉降装置中，利用沉降培养箱模拟絮凝体沉降过程的温度和光照条件，利用沉降速度观测装置实时观测所述透明沉降装置内絮凝体的沉降速度。由此，本发明实施例的可考虑生物因素影响的絮凝-沉降实验系统能考虑生物因素对泥沙絮凝和沉降过程产生的影响，实现控制多种环境变量，无干扰、准确地模拟含沙水体中泥沙群体的絮凝-沉降行为，可以获得较真实情况下生物泥沙絮凝-沉降规律，具有可调性强、精确度高等优点，具有较好的推广应用前景。此外，本发明实施例的可考虑生物因素影响的絮凝-沉降实验系统中的絮凝系统和沉降系统可以单独使用，例如单独实用絮凝系统时，通过调整絮凝培养箱内的温度和光照等环境来完成对生物样品(如藻类)的单独培养，如，在一定的水流紊动干扰下，通过对温度和光照等环境因素的控制，来实时监测透明絮凝壮装置中生物样品的生长情况及其分泌物的分泌情况。
10.在一些实施例中，所述絮凝培养箱包括保温箱体、搅动装置、加热装置和光照装置；所述搅动装置、加热装置和光照装置设置在所述保温箱体上，其中，所述搅动装置用于搅动所述透明絮凝装置内进行絮凝的含泥沙水体以模拟水体紊动条件，所述加热装置用于模拟泥沙絮凝过程的温度条件，所述光照装置用于模拟泥沙絮凝过程的光照条件。
11.在一些实施例中，所述搅动装置包括转速调节装置和叶轮，所述转速调节装置设置在所述保温箱体上，所述叶轮与所述转速调节装置相连且置入所述透明絮凝装置内。
12.在一些实施例中，所述加热装置包括加热管和加热控制部，所述加热管设置在所述保温箱体内且位于所述透明絮凝装置外，所述加热控制部设置在所述保温箱体外，用于控制所述加热管加热。
13.在一些实施例中，所述光照装置包括光照灯和光照控制部，所述光照灯设置在所述保温箱体内且位于所述透明絮凝装置外，所述光照控制部设置在所述保温箱体外，用于控制所述光照灯的光照强度。
14.在一些实施例中，所述絮凝体发育测量装置包括透明器皿、循环管路、第一蠕动泵和激光粒度仪；所述透明器皿通过所述循环管路与所述透明絮凝装置相连；所述第一蠕动泵设置在所述循环管路上，用于使所述透明絮凝装置内进行絮凝的含泥沙水体进入所述透明器皿中并从所述透明器皿回流到所述透明絮凝装置内；所述透明器皿安装在所述激光粒度仪上，所述激光粒度仪用于实时测量所述透明器皿中的絮凝体发育情况。
15.在一些实施例中，所述激光粒度仪利用激光前向散射原理的粒度分析技术分析絮凝体发育情况。
16.在一些实施例中，所述絮凝体发育测量装置还包括第一计算机控制系统，所述第一计算机控制系统与所述激光粒度仪相连，所述激光粒度仪在所述第一计算机控制系统下
同步测量絮凝体发育情况，并将结果实时传回给所述第一计算机控制系统进行分析和存储。
17.在一些实施例中，所述沉降速度观测装置包括发光件、镜头、相机和第二计算机控制系统；其中，所述发光件和所述镜头相对设置在所述透明沉降装置外的两侧壁上，所述发光件用于照亮所述透明沉降装置内位于所述发光件前方的含絮凝体水体，所述镜头用于放大絮凝体以使所述相机实时清楚地拍摄絮凝体，以获得絮凝体的沉降速度，所述第二计算机控制系统与所述相机相连，用于记录所述相机输送来的数据。
18.在一些实施例中，所述转移装置包括转移管路和第二蠕动泵，所述转移管路的两端分别与所述透明絮凝装置和所述透明沉降装置连通，所述第二蠕动泵设置在所述转移管路上。
19.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
20.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
21.图1是本发明实施例的可考虑生物因素影响的絮凝-沉降实验系统的结构示意图；
22.图2是为图1中透明器皿的放大示意图；
23.图3是本发明实施例的可考虑生物因素影响的絮凝-沉降实验系统中的透明絮凝装置的示意图；
24.图4是本发明实施例的可考虑生物因素影响的絮凝-沉降实验系统中的透明器皿的示意图；
25.图5是本发明实施例的可考虑生物因素影响的絮凝-沉降实验系统中的絮凝培养箱的示意图；
26.图6是本发明实施例的可考虑生物因素影响的絮凝-沉降实验系统中的搅动装置的示意图；
27.图7是本发明实施例的可考虑生物因素影响的絮凝-沉降实验系统中的外部固定装置的示意图；
28.图8是本发明实施例的可考虑生物因素影响的絮凝-沉降实验系统中的透明沉降装置的示意图。
29.附图标记
30.可考虑生物因素影响的絮凝-沉降实验系统1000；絮凝系统1；透明絮凝装置101；排水孔1011；絮凝培养箱102；保温箱体1021；搅动装置1022；转速调节装置10221；叶轮10222；可变频电机10221a；连接杆10221b；加热装置1023；加热管10231；加热控制部10232；光照装置1024；光照灯10241；光照控制部10242；循环风机1025；排气口1026；絮凝体发育测量装置103；透明器皿1031；循环管路1032；第一蠕动泵1033；激光粒度仪1034；第一计算机控制系统1035；沉降系统2；沉降培养箱201；透明沉降装置202；转移装置203；转移管路2031；第二蠕动泵2032；沉降速度观测装置204；发光件2041；镜头2042；相机2043；第二计算机控制系统2044；外部固定装置205；凹槽2051；通孔2052；透明隔栅206。
polymeric substances，eps)等，并控制生物因素浓度，在絮凝培养箱102内的透明絮凝装置101中进行絮凝模拟实验，基于不同的絮凝实验环境条件，通过不同配比获得不同的所需悬沙浓度的含泥沙水体，通过絮凝培养箱102模拟絮凝实验所需的不同水体紊动、温度和光照条件，并通过絮凝体发育测量装置103实时地检测絮凝体的发育情况；通过转移装置203将发育不同阶段的絮凝体从透明絮凝装置101中转移到透明沉降装置202中，利用沉降培养箱201模拟絮凝体沉降过程的温度和光照条件，利用沉降速度观测装置204实时观测透明沉降装置202内絮凝体的沉降速度。由此，本发明实施例的可考虑生物因素影响的絮凝-沉降实验系统1000能考虑生物因素对泥沙絮凝和沉降过程产生的影响，实现控制多种环境变量，无干扰、准确地模拟含沙水体中泥沙群体的絮凝-沉降行为，可以获得较真实情况下生物泥沙絮凝-沉降规律，具有可调性强、精确度高等优点，具有较好的推广应用前景。此外，本发明实施例的可考虑生物因素影响的絮凝-沉降实验系统1000中的絮凝系统1和沉降系统2可以单独使用，例如单独实用絮凝系统1时，通过调整絮凝培养箱102内的温度和光照等环境来完成对生物样品(如藻类)的单独培养，如，在一定的水流紊动干扰下，通过对温度和光照等环境因素的控制，来实时监测透明絮凝壮装置中生物样品的生长情况及其分泌物的分泌情况。
38.在一些实施例中，如图1所示，絮凝培养箱102包括保温箱体1021、搅动装置1022、加热装置1023和光照装置1024；搅动装置1022、加热装置1023和光照装置1024设置在保温箱体1021上，其中，搅动装置1022用于搅动透明絮凝装置101内进行絮凝的含泥沙水体以模拟水体紊动条件，加热装置1023用于模拟泥沙絮凝过程的温度条件，光照装置1024用于模拟泥沙絮凝过程的光照条件。由此，絮凝培养箱102可以实现模拟泥沙絮凝过程的水体紊动、温度和光照条件，操作方便，可调性强。
39.在一些实施例中，如图1和图6所示，搅动装置1022包括转速调节装置10221和叶轮10222，转速调节装置10221设置在保温箱体1021上，叶轮10222与转速调节装置10221相连且置入透明絮凝装置101内。通过转速调节装置10221控制叶轮10222的转速，即控制搅拌桨叶转速的大小，来搅动透明絮凝装置101内的水体，以实现对絮凝体施加不同水体紊动的外部条件。
40.具体的，参照图6，转速调节装置10221包括可变频电机10221a和连接杆10221b，可变频电机10221a安装于絮凝培养箱102内部并与连接杆10221b的一端相连，连接杆10221b的另一端连接叶轮10222。可变频电机10221a通过施加不同的转速带动叶轮10222转动，以产生各向同性的格栅紊流，进而实现不同水体紊动条件。由此，模拟水体紊动的操作方便，可调性强。
41.在一些实施例中，如图1和图5所示，加热装置1023包括加热管10231和加热控制部10232，该加热控制部10232可以理解为加热旋钮，加热管10231设置在保温箱体1021内且位于透明絮凝装置101外，加热控制部10232设置在保温箱体1021外，用于控制加热管10231加热。也就是说，通过调节加热控制部10232，来调节加热管10231的加热温度，从而实现调节保温箱体1021内的温度调节和控制，实现对絮凝的不同温度模拟，操作方便，可调性强。
42.如图5所示，加热管10231具有多个，呈一字排开安装在絮凝培养箱102内，且均为不锈钢散热片式加热管10231，具有多个，受风均匀，加热管10231接线端在外置于絮凝培养箱102上，加热管10231与加热管10231间隔(大于55mm)，以保证线路永久安全，絮凝培养箱
102内温度由加热控制部10232控制。加热管10231接线端开孔在絮凝培养箱102后侧，避免了在顶部开孔所导致的热传递至电器元件而减小电器元件的使用寿命。
43.在一些实施例中，如图1和图5所示，絮凝培养箱102的顶部配有循环风机1025，保证絮凝培养箱102内大风量循环，用以弥补换气时对絮凝培养箱102造成的温度差；絮凝培养箱102设有排气口1026，使絮凝培养箱102内部浑浊气体向外排出。
44.在一些实施例中，如图1所示，光照装置1024包括光照灯10241和光照控制部10242，该光照控制部10242可以为光照旋钮，光照灯10241设置在保温箱体1021内且位于透明絮凝装置101外，光照控制部10242设置在保温箱体1021外，用于控制光照灯10241的光照强度。也就是说，通过调节光照控制部10242，来调节光照灯10241的光照强度，从而实现对絮凝的不同光照强度的模拟，操作方便，可调性强。
45.在一些实施例中，如图1和图2所示，絮凝体发育测量装置103包括透明器皿1031、循环管路1032、第一蠕动泵1033和激光粒度仪1034；透明器皿1031可以采用高透光有机材质制成，例如采用有机玻璃制成；透明器皿1031通过循环管路1032与透明絮凝装置101相连；第一蠕动泵1033设置在循环管路1032上，用于使透明絮凝装置101内进行絮凝的含泥沙水体进入透明器皿1031中并从透明器皿1031回流到透明絮凝装置101内；透明器皿1031安装在激光粒度仪1034上，激光粒度仪1034用于实时测量透明器皿1031中的絮凝体发育情况。
46.需要说明的是，透明絮凝装置101的边壁沿垂向均匀布置多个排水孔1011来释放泥沙絮体，在实际使用过程，例如图3所示，通常选择一个排水孔1011与循环管路1032的一端相连相连，其余的排水孔1011关闭，通过设置多个排水孔1011的目的是可以按需求在不同位置取样。
47.在一些实施例中，激光粒度仪1034利用激光前向散射原理的粒度分析技术分析絮凝体发育情况，分析结果准确可靠。
48.在一些实施例中，如图1所示，絮凝体发育测量装置103还包括第一计算机控制系统1035，第一计算机控制系统1035与激光粒度仪1034相连，激光粒度仪1034在第一计算机控制系统1035下同步测量絮凝体发育情况，并将结果实时传回给第一计算机控制系统1035进行分析和存储。
49.在一些实施例中，沉降速度观测装置204包括发光件2041、镜头2042、相机2043和第二计算机控制系统2044；其中，发光件2041可以为led发光板，发光件2041和镜头2042相对设置在透明沉降装置202外的两侧壁上，发光件2041用于照亮透明沉降装置202内位于发光件2041前方的含絮凝体水体，镜头2042用于放大絮凝体以使相机2043实时清楚地拍摄絮凝体，以获得絮凝体的沉降速度，第二计算机控制系统2044与相机2043相连，用于记录相机2043输送来的数据。
50.在一些实施例中，如图1和图5所示，沉降培养箱201的结构与絮凝培养箱102的结构基本相同，在此不再赘述。
51.在一些实施例中，如图7和图8所示，沉降系统2还包括外部固定装置205，外部固定装置205设置在沉降培养箱201内，透明沉降装置202与外部固定装置205固定，以保证透明沉降装置202装置在实验过程中不会滑移。具体的，外部固定装置205可以通过自身内壁上竖向延伸的凹槽2051与透明沉降装置202的凸筋卡固，外部固定装置上设有供镜头2042穿
过的通孔2052。
52.在一些实施中，如图1所示，转移装置203包括转移管路2031和第二蠕动泵2032，转移管路2031的两端分别与透明絮凝装置101和透明沉降装置202连通，第二蠕动泵2032设置在转移管路2031上。通过设置转移管路2031和第二蠕动泵2032，可以实现将透明絮凝装置101内发育不同阶段的絮凝体抽到透明沉降装置202中，以进行絮凝体沉降实验。
53.在一些实施例中，如图1所示，沉降系统2还包括透明隔栅206，透明隔栅206可以采用高透光有机材质制成，例如采用有机玻璃制成，透明隔栅206设置在述透明沉降装置202内，用于最大限度地防止透明沉降装置202内水体扰动。
54.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
55.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。