本发明涉及拖耙清淤，尤其涉及一种拖耙清淤模拟装置及方法。
背景技术：
1、河床的冲刷和淤积是一种天然河流的自然现象，在不受到自然因素和人类因素干扰时会趋于冲淤平衡的状态。当天然水沙输入条件发生变化，或有工程影响时，河床会发生重新调整，过度的冲刷和淤积都会带来不利影响。港口、航道的淤积问题一直存在，需要定期清淤维护。目前，采用船只拖曳清淤耙具是清淤方法之一，通过拖耙将淤积的底沙松动，并在水流的作用下起动及向下游输运。具体表现为：通过在船尾加上一个耙具，清淤过程中首先将尾部耙具通过缆绳下放至河床，其次拖耙船开始行驶，移动过程中耙具上的耙齿作用在河道底部的淤泥上，一方面耙具上的耙齿使淤积的泥沙松散开，尤其是针对已经板结的河床使用拖耙清淤效果较好。另一方面，耙具运动过程增强水体扰动，使得泥沙起动，配合水动力将已经起动的泥沙输送至河道下游。
2、然而，清淤拖耙虽然一直是运用在工程实践中，但针对拖耙原理的基础研究较少，目前并没有直观的模拟方法。同时受清淤现场条件限制，清淤效果的评估也相对简单，不能反映实时过程。
3、为此，我们设计出了一种拖耙清淤模拟装置及方法来解决以上问题。
技术实现思路
1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺少直观的拖耙清淤的实验模拟和理论研究，对拖耙清淤效果难以进行有效的评估缺点，而提出的一种拖耙清淤模拟装置及方法，能够定量分析不同水流条件和耙具移动速度下的清淤效果的问题。
2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
3、一种拖耙清淤模拟装置，其包括：
4、实验水槽，采用上部呈开放式的长方体槽形结构，其中部设置为填沙区域；
5、拖拽机构，设置两组，沿实验水槽的轴向方向，对称安装在实验水槽两端的顶部，用于拖拽耙具沿填沙区域移动，模拟耙具的清淤过程；
6、监测机构，可拆卸地架设在填沙区域前后两端的实验水槽的上端部，用于监测水体状态；
7、清水池，位于实验水槽的前部，通过泵送机构将清水输送至实验水槽的前端；
8、沉淀池，设置在实验水槽的一侧，其一端与实验水槽的尾端连通，另一端与清水池连通；
9、控制终端，与拖拽机构、监测机构以及泵送机构连接，用于控制这些机构并收集、存储和传输监测机构采集的数据。
10、作为本发明进一步优选的方案，所述实验水槽中部一侧的槽体处采用透明玻璃密封，透明玻璃的长度大于填沙区域的长度，实验水槽尾端处设置有控制槽体内水位的尾门，调节尾门的倾斜度控制水位高度，实验水槽前端靠近泵送机构出水口附近的槽内安装数量不少于两个的消能板，用于缓解水流冲击。
11、作为本发明进一步优选的方案，所述填沙区域所在的实验水槽的槽体底部剖面结构呈梯形结构，在梯形结构所在的区域内做填沙处理，填沙区域（11）的沙子表面与实验水槽的底部保持平齐。
12、作为本发明进一步优选的方案，所述拖拽机构包括：
13、安装在实验水槽一侧槽体顶部的电机，其输出端固定连接的转轴通过轴承基座安装在实验水槽顶部的另一侧槽体顶部，电机的控制端与控制终端的变频控制器建立控制连接，控制电机的转速和转向；
14、牵引绳索，一端固定在转轴上，另一端固定在耙具上，通过牵引绳索拖拽耙具移动；
15、滑轨，安装在实验水槽中部两侧的槽体上部，并分别向实验水槽两端延伸布设，滑轨的长度不小于填沙区域的长度，其上滑动设置横向滑杆，横向滑杆呈“工”字形结构，其两侧的四个端头部均滑动设置在滑轨内；
16、所述耙具包括：
17、耙体，采用“口”字形框架结构，与耙具移动方向平行的两个架体上交错排布设若干耙齿；
18、竖向撑架，呈“冂”字形结构，其架体所在轴线方向与水流方向平行，下端两端部固定安装在耙体的两侧，上端中部采用可拆卸方式连接调节杆件，所述调节杆件采用可拆卸方式连接在横向滑杆的中部，通过改变调节杆件与横向滑杆之间的距离，调节耙体上的耙齿插入填沙区域的深度；
19、耙体的两侧开设用于连接安装牵引绳索的穿孔，耙体上放置有配重块。
20、作为本发明进一步优选的方案，所述监测机构包括浊度仪和流速仪，其中：
21、浊度仪用于检测水体泥沙含量，位于填沙区域的后部，数量设置不少于三个，且均在同一竖向平面上，竖向平面与实验水槽的槽体内的水流方向垂直，浊度仪采用距离实验水槽底部不同的高度排布于实验水槽的槽体内；
22、流速仪用于检测水体流速，设置于填沙区域的前部，并与实验水槽的底部保持一定高度距离。
23、作为本发明进一步优选的方案，沉淀池内设置有消能挡墙，所述沉淀池的一端与实验水槽的尾端连通，将实验水槽内的浊水引入，另一端与清水池连通，将经沉淀后的水注入清水池中；消能挡墙设置多个，墙体上开设若干水流通过的滤孔，相邻两个消能挡墙分别固定安装在沉淀池的不同内侧壁上，且消能挡墙的宽度不超过沉淀池的内壁宽度。
24、作为本发明进一步优选的方案，所述泵送机构包括：
25、闸阀，安装在输水管与清水池连接的前端，用于控制输水管的闭合与开启；
26、输水管，一端与清水池连通，另一端与实验水槽连通；
27、水泵，设置在闸阀的后端，关闭与启动与闸阀保持同步，其进水端和出水端均与输水管连接，控制器与控制终端连接；
28、流量计，安装于靠近实验水槽的输水管内，用于统计水泵泵入实验水槽水的体积。
29、作为本发明进一步优选的方案，所述浊度仪距离填沙区域的水平距离为1米，布设三个，处于上层的浊度仪距离水面为0.2米，处于中层的浊度仪距离水面为0.35米，处于底层的浊度仪与实验水槽底部的距离为0.2米；流速仪位于填沙区域上游1.2米处。
30、一种拖耙清淤模拟装置的使用方法，包括：
31、s1，安装装置，将清水池内注入清水，填沙区域内铺设沙子，监测机构吊设安装在实验水槽内，拖拽机构与耙具之间连接；
32、s2，调试装置，控制终端启动泵送机构，向实验水槽中注入清水，控制拖拽机构拖拽耙具沿填沙区域上表面移动，读取监测机构的各项检测数值；
33、s3，模拟实验，根据监测机构检测的水流速度，调节泵送机构的泵送水量，直至实验水槽中的水流速度符合实验要求，按照实验要求，调节拖拽机构拖拽耙具通过填沙区域的速度，利用监测机构收集实验数据，评估拖耙清淤模拟效果。
34、作为本发明进一步优选的方案，通过调节泵送机构的单位时间内的泵送水量以及尾门倾斜方向，控制实验水槽内的水深，以及流经填沙区域的水流速度，通过控制终端的变频控制器调节拖拽机构拖拽耙具通过填沙区域的速度，设置多组实验，透过透明玻璃观察耙具清淤过程及状态，并收集不同实验工况下的监测机构的采集数据。
35、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明针对拖耙清淤过程中水下状况不明的问题，通过在室内构建实验水槽，模拟拖耙清淤过程，实现了清淤过程在实验室中的模拟，能够观察到清淤时的泥沙运动状态全过程；针对拖耙清淤机理不明以及耙具机械参数和水沙参数无法量化的问题，利用泵送机构控制实验水槽不同水动力和耙具的清淤模式（运动方向和速度），实现在不同水动力及耙具运动条件下清淤效果论证，明晰在不同实验工况下的减淤效率，对拖耙清淤效果进行有效的评估。本发明采用沉淀池和清水池，对用水进行沉淀过滤，在实验过程中循环利用水资源，有效降低能耗，提高水资源的利用率。
1.一种拖耙清淤模拟装置，其特征在于，其包括：
2.根据权利要求1所述的一种拖耙清淤模拟装置，其特征在于，所述实验水槽（1）中部一侧的槽体处采用透明玻璃（12）密封，透明玻璃（12）的长度大于填沙区域（11）的长度，实验水槽（1）尾端处设置有控制槽体内水位的尾门（13），调节尾门（13）的倾斜度控制水位高度，实验水槽（1）前端靠近泵送机构（8）出水口附近的槽内安装数量不少于两个的消能板（14），用于缓解水流冲击。
3.根据权利要求1所述的一种拖耙清淤模拟装置，其特征在于，所述填沙区域（11）所在的实验水槽（1）的槽体底部剖面结构呈梯形结构（15），在梯形结构（15）所在的区域内做填沙处理，填沙区域（11）的沙子表面与实验水槽（1）的底部保持平齐。
4.根据权利要求1所述的一种拖耙清淤模拟装置，其特征在于，所述拖拽机构（2）包括：
5.根据权利要求1所述的一种拖耙清淤模拟装置，其特征在于，所述监测机构（4）包括浊度仪（41）和流速仪（42），其中：
6.根据权利要求1所述的一种拖耙清淤模拟装置，其特征在于，所述沉淀池（6）内设置有消能挡墙（61），沉淀池（6）的一端与实验水槽（1）的尾端连通，将实验水槽（1）内的浊水引入，另一端与清水池（5）连通，将经沉淀后的水注入清水池（5）中；消能挡墙（61）设置多个，墙体上开设若干水流通过的滤孔，相邻两个消能挡墙（61）分别固定安装在沉淀池（6）的不同内侧壁上，且消能挡墙（61）的宽度不超过沉淀池（6）的内壁宽度。
7.根据权利要求1所述的一种拖耙清淤模拟装置，其特征在于，所述泵送机构（8）包括：
8.根据权利要求5所述的一种拖耙清淤模拟装置，其特征在于，所述浊度仪（41）距离填沙区域（11）的水平距离为1米，布设三个，处于上层的浊度仪（41）距离水面为0.2米，处于中层的浊度仪（41）距离水面为0.35米，处于底层的浊度仪（41）与实验水槽（1）底部的距离为0.2米；流速仪（42）位于填沙区域（11）上游1.2米处。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种拖耙清淤模拟装置的使用方法，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的一种拖耙清淤模拟装置的使用方法，其特征在于，通过调节泵送机构（8）的单位时间内的泵送水量以及尾门（13）倾斜方向，控制实验水槽（1）内的水深，以及流经填沙区域（11）的水流速度，通过控制终端（7）的变频控制器调节拖拽机构（2）拖拽耙具（3）通过填沙区域（11）的速度，设置多组实验，透过透明玻璃（12）观察耙具（3）清淤过程及状态，并收集不同实验工况下的监测机构（4）的采集数据。
