[发明专利]一种坡面径流模拟装置及其使用方法

权利要求书

1.一种坡面径流模拟装置，包括供水系统、水槽和记录系统，其特征在于：供水系统、水槽和记录系统从右至左依次安装在支架上，所述供水系统包括水泵、变频器、电子流量计，电子流量计放置于水泵与水槽之间的输水管中，变频器控制水泵的驱动机构，所述水槽包括稳流段、消能段、闸门A、闸门B,其中闸门A、闸门B之间形成实验段，且稳流段、消能段、闸门A、闸门B从供水系统侧依次从右向左布置，且所述的消能段与稳流段通过隔板隔开，所述记录系统由流量观测装置和数据记录装置组成，流量观测装置由三角堰和水位自记装置组成，其中流量观测装置和数据记录装置通讯连接，所述消能段包括两块挡板和粗孔海绵，粗孔海绵放置于两块档板之间,所述实验段内铺设糙率板，其中糙率板可拆卸的设置在试验段。

2.根据权利要求1所述的一种坡面径流模拟装置，其特征在于：所述隔板、消能段的两块挡板均设有小孔，且隔板的小孔、沿水流方向消能段的两块挡板的小孔依次减小。

3.根据权利要求2所述的一种坡面径流模拟装置，其特征在于：所述支架包括前支撑架和后支撑架，后支撑架上间隔设有通孔，可通过在不同高度固定螺丝来控制水槽使其呈现出不同的坡度。

4.根据权利要求3所述的一种坡面径流模拟装置，其特征在于：所述糙率板为布设沾有不同尺寸河砂的糙率板或3D打印有不同排列组合形状的糙率板。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种坡面径流模拟装置，其特征在于：所述水槽为中空无盖矩形，且稳流段的前壁上设置有进水口，靠近闸门B的一端为敞口出水口。

6.根据权利要求5所述的一种坡面径流模拟装置，其特征在于：所述水位自记装置为三角堰外侧与堰连通的管道内置位移传感器。

7.根据权利要求1-4、6任一项所述的一种坡面径流模拟装置，其特征在于：闸门A与消能段之间的水槽底部留有泄水口，实验段近闸门B端底部设有排水口，泄水口、排水口均用橡胶塞堵住，且下方均放置接水桶，闸门A、闸门B边缘有橡胶包裹。

8.根据权利要求2所述的一种坡面径流模拟装置，其特征在于：所述支架包括前支撑架和后支撑架，前支撑架通过电动升降螺杆控制升降，后支撑架固定在安装平面上。

9.根据权利要求2所述的一种坡面径流模拟装置，其特征在于：所述支架包括前支撑架和后支撑架，前支撑架通过气缸控制升降，后支撑架固定在安装平面上。

10.根据权利要求1-9所述的一种坡面径流模拟装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)选择目标糙率板放置在水槽中，通过调节支架将水槽调整到设计的坡度值；

(2)打开水泵，向水槽供水，调节变频器，使供水流量达到设计流量值，并稳定5分钟；

(3)若流量较小，则通过称重法对水流水深进行推算：实验水槽内水流稳定后同时落下实验水槽的两个闸门，同时打开闸门A外的泄水口，待闸门A外部水流流尽后，将闸门B附近的排水口打开，此时流入接水桶的全部水量即为实验区水量；对实验区的水量进行称重，根据公式W＝ρBLh即可求得h，其中W为水体重量，ρ为水的密度，L、B分别为水槽的长、宽，h为平均水深；若流量很大，则通过水位测量仪对水槽内水位进行读取；

(4)联立v＝ah^m-1、q＝vhB、即可求得下垫面的曼宁糙率系数n，上式中，q为断面流量，v为断面平均流速，θ为坡度角，m为经验系数；

(5)根据多组实验数据，用指数方程推算地表糙度和曼宁糙率系数即水力糙率系数的关系。