[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

说明书

技术领域

本发明涉及冲洪积扇概念化模拟领域，特别涉及一种冲洪积扇水槽试验系统及洪水冲淤参数测定方法。

背景技术

山区洪水普遍历时短、流量大、作用流域小、发育范围广，还可能诱发崩滑、泥石流等次生过程，是造成山地灾害的重要过程。由于山洪瞬时爆发能量大，携带沙石多，对下垫面改变剧烈，洪水过程中往往造成河道及滩地严重的冲刷或淤积，这在大江大河一般影响有限，但对流域面积通常只有数十km²的山洪作用区域，则足以改变下游的冲击淹没态势。因此对山区洪水多发河段进行概念化模型试验，了解特定规模洪水作用下河道及滩地的冲淤特性，可为开展灾害预评估工作提供重要依据。传统水工模型主要针对恒定流试验，未考虑制造洪峰过程和模拟山区沙石补给情景，而特制的泥石流水槽虽然强化了变坡功能，但它只是为搅拌好的泥浆提供的行洪过道，并不能很好的模拟自然携沙洪水对不同物质组成的冲洪积扇沟道及滩地冲淤的情景。而在河道及滩地冲淤的测量方面，传统方法一般是采用针测法，即使用统一水平面的测针接触被测地表完成冲刷前后的面积变化测量，该方法耗时较长、对被测地表有破坏，且下垫面被破坏后无法重复。随着山洪灾害研究和防治实践的不断深入，人们愈发意识到山洪致灾与洪水传播的不确定性关系密切，而作为其中基础环节的山洪水沙条件与下垫面组成的相互作用关系也愈发受到重视。所以，设计一种适于模拟不同水沙条件洪水对不同物质组成冲洪积扇沟道及滩地冲淤过程的概念化实体模型，以及相应冲淤参数的测量方法，就显得尤为必要。

发明内容

本发明提供一种冲洪积扇水槽试验系统及洪水冲淤参数测定方法，用以提供一种可拆卸更换、可变坡，适宜室内或室外、不同规模人造洪水或水石流等试验要求的大比尺概念化模型平台，即冲洪积扇水槽试验系统，以及基于该系统的非接触、高自由度、高可靠性的洪水冲淤参数测定方法。

一种冲洪积扇水槽试验系统，包括水箱、沙石料堆放池、倾斜水槽和冲洪积扇塑造平台，所述水箱为一顶部开口的空腔结构，所述水箱与所述沙石料堆放池通过连接通道相连接，所述连接通道的顶部设有插槽，用于插入提拉式闸门，所述沙石料堆放池与倾斜水槽的一端通过软连接管贯通连接，所述倾斜水槽的另一端贯通连接至所述冲洪积扇塑造平台。

更优地，所述沙石料堆放池为一顶部开口的长方体空腔。

更优地，还包括升降支架，所述水箱与沙石料堆放池均置于升降支架上。

更优地，所述冲洪积扇塑造平台为一正方形台面，所述冲洪积扇塑造平台的下方设有固定支架；所述冲洪积扇塑造平台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，所述L型立杆的顶端位于所述冲洪积扇塑造平台的几何中心正上方，所述L型立杆的顶部设有卡扣，所述卡扣上连接有遥控相机。

更优地，还包括沉沙槽，所述沉沙槽置于所述冲洪积扇塑造平台的水流出口下方；所述沉沙槽为一顶部开口的长方体空腔，所述沉沙槽的长度与所述冲洪积扇塑造平台垂直于水流方向的边长等长；所述沉沙槽的侧壁开设有用于泄流的小孔；所述沉沙槽内铺满整块透水细孔纱布用于承沙。

更优地，所述水箱的侧壁标有用于记录水位信息的刻度。

更优地，水箱与沙石料堆放池连接面的底部设有小段整流方管。

更优地，所述整流方管在水箱一侧的开口面设有挡板槽，用于插入控制开口面积的挡板。

一种洪水冲淤参数测定方法，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自然堆铺堆积物样品；在所述沙石料堆放池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和沙石料堆放池中的堆积物，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，调整倾斜水槽坡度，在水箱中注水并使用挡板设置好开口面积，在沙石料堆放池中堆放预定质量的堆积物样品；待所述水箱水位达到预定值后，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；