[发明专利]一种冲洪积扇水槽试验系统及洪水冲淤参数测定方法

权利要求书

1.一种冲洪积扇水槽试验系统，其特征在于：包括水箱(1)、沙石料堆放池(2)、倾斜水槽(3)和冲洪积扇塑造平台(4)，所述水箱(1)为一顶部开口的空腔结构，所述水箱(1)与所述沙石料堆放池(2)通过连接通道相连接，所述连接通道(7)的顶部设有插槽，用于插入提拉式闸门(8)，所述沙石料堆放池(2)与倾斜水槽(3)的一端通过软连接管(9)贯通连接，所述倾斜水槽(3)的另一端贯通连接至所述冲洪积扇塑造平台(4)。

2.如权利要求1所述的一种冲洪积扇水槽试验系统，其特征在于：所述沙石料堆放池(2)为一顶部开口的长方体空腔。

3.如权利要求1所述的一种冲洪积扇水槽试验系统，其特征在于：还包括升降支架(6)，所述水箱(1)与沙石料堆放池(2)均置于升降支架(6)上。

4.如权利要求1所述的一种冲洪积扇水槽试验系统，其特征在于：所述冲洪积扇塑造平台(4)为一正方形台面，所述冲洪积扇塑造平台(4)的下方设有固定支架(12)；所述冲洪积扇塑造平台(4)平行于水流方向的一侧壁中部设有一根可伸缩式的L型立杆(11)，所述L型立杆(11)的顶端位于所述冲洪积扇塑造平台(4)的几何中心正上方，所述L型立杆(11)的顶部设有卡扣，所述卡扣上连接有遥控相机。

5.如权利要求1所述的一种冲洪积扇水槽试验系统，其特征在于：还包括沉沙槽(5)，所述沉沙槽(5)置于所述冲洪积扇塑造平台(4)的水流出口下方；所述沉沙槽(5)为一顶部开口的长方体空腔，所述沉沙槽(5)的长度与所述冲洪积扇塑造平台(4)垂直于水流方向的边长等长；所述沉沙槽(5)的侧壁开设有用于泄流的小孔；所述沉沙槽(5)内铺满整块透水细孔纱布用于承沙。

6.如权利要求1所述的一种冲洪积扇水槽试验系统，其特征在于：所述水箱(1)的侧壁标有用于记录水位信息的刻度。

7.如权利要求1所述的一种冲洪积扇水槽试验系统，其特征在于：水箱(1)与沙石料堆放池(2)的连接通道的底部设有整流方管。

8.如权利要求7所述的一种冲洪积扇水槽试验系统，其特征在于：所述整流方管在水箱(1)一侧的开口面设有挡板槽，用于插入控制开口面积的挡板。

9.一种洪水冲淤参数测定方法，其特征在于，包括如下步骤:

步骤一：采集堆积物样品，根据实验设计，对样品过筛；在所述冲洪积扇塑造平台(4)自然堆铺堆积物样品；在所述沙石料堆放池(2)中以两侧堆置的方式堆放堆积物样品，形成自然的V型谷；

步骤二:在所述水箱(1)中灌注持续性基流或蓄制洪水，让基流或小规模洪水不断冲刷所述冲洪积扇堆放平台(4)和沙石料堆放池(2)中的堆积物，模拟河道与漫滩自然发育，其间可根据实验需求，对河道及滩地形态进行干预，获得适宜的河道及滩地形态；根据实验需求，选择将下垫面硬化固定或维持动床状态；

步骤三:在放水冲刷前，对动床条件下的所述冲洪积扇塑造平台(4)上堆积物的物质组成级配进行取样测量；使用摄影测量法测得所述冲洪积扇塑造平台(4)上模型河道及滩地的形态特征；

步骤四:根据实验设计，调整倾斜水槽(3)坡度，在水箱(1)中注水并使用挡板设置好开口面积，在沙石料堆放池(2)中堆放预定质量的堆积物样品；待所述水箱(1)水位达到预定值后，开闸泄水；使用摄像机记录所述水箱水位下降过程，可测得洪水过程线；使用所述L型立杆(11)顶部水平放置的遥控相机记录人工洪水在模型河道及滩地上的传播过程；

步骤五:洪水过程结束后，对所述冲洪积扇塑造平台(4)上堆积物的物质组成级配进行取样测量；使用摄影测量法测得所述冲洪积扇塑造平台(4)上模型河道及滩地的形态特征；

步骤六：对所述沙石料堆放池(2)和沉沙槽(5)中的沙石分别烘干称重，使用如下公式计算场次洪水的净冲刷淤积量：

S＝O_沉-(I_前-I_后)

式中，S为场次洪水的净冲刷淤积量实测值，正值表示冲刷，负值表示淤积；O_沉为沉沙槽中沉积沙石的干重；I_前为沙石料堆放池中洪水冲刷前堆放的沙石干重；I_后为沙石料堆放池中洪水冲刷后剩余的沙石干重；

同时，通过所述步骤三和步骤五中摄影测量法生成的模拟河道及漫滩的数字高程模型(DEM)，使用如下公式计算场次洪水的净冲刷量淤积量：

S'＝V_沉-V_后

式中，S’为场次洪水的净冲刷淤积量模拟值，正值表示冲刷，负值表示淤积；V_前为洪水冲刷前DEM所计算得到的总体积；V_后为洪水冲刷后DEM所计算得到的总体积；

步骤七：设置所述沙石料堆放池(2)中不同的堆积质量，重复以上步骤一至步骤六三至五次，得到三至五个不同的S和S’值，点绘S-S’散点图，得到拟合公式；

步骤八：依据所述S-S’拟合公式换算关系，对所述模拟河道及漫滩上任一断面的DEM冲前冲后值进行差值计算和修正，得到场次洪水下研究区任意位置的准确冲淤参数。