[发明专利]一种坡面径流模拟装置及其使用方法

说明书

本发明涉及一种坡面径流模拟装置，包括供水系统、水槽和记录系统。其中水槽包括稳流段、消能段、闸门A、闸门B,其采用颗粒均匀的河砂有规律地排列在有机玻璃板上制造糙率板或3D打印技术自行设计糙率板，可以模拟多种坡面情况；用可升降的支架支撑整个水槽，水槽可以在支架上随意调节高度进而达到模拟不同坡度的目的；同时通过水槽前端设置稳流前池和消能区，缓解供水流量过大时带来的动能干扰。

技术领域

本发明涉及一种水流模拟装置，特别是一种坡面径流模拟装置及其使用方法。

背景技术

当前由于人类活动的影响，对流域坡面造成了人为干扰，从而对坡面流的形成及汇流过程产生较大影响，降雨与坡面径流的响应关系变得异常，加剧了暴雨、洪水的发生，并容易引发水文地质灾害，造成巨大的经济损失，因此对坡面径流的研究显得尤为重要。

现有技术中，对于坡面径流的研究主要是利用室内模拟装置，实验一般设置不同坡度的水槽，并在水槽内铺设用以模拟流域坡面状况的装置，通过人工放水或人工的降雨来模拟坡面水流，观察坡面水流的不同状况。而由于铺设材料的单一，无法模拟多种坡面状况。同时现有技术中在改变坡面坡度时，底部铺设的砂石或植被容易被水流冲刷，导致模拟结果产生较大的误差。专利CN C104535295B中采用坡度不可调的水平多段水槽进行模拟实验，并在实验段铺设多孔板，在多孔板上插设有仿真模型和塑料棒，并通过设置在高位的水箱送水。虽然其可以模拟多种状况的坡面环境，但其采用控制供水箱水位稳定的方式来控制供水流量，在出水口并未设置供水流量的检验装置，难以保证供水的准确性；同时其水槽内被分为三部分：平水段、下沉段和量水段，供水时进水装置水满后直接溢流进入平水段，当供水流量较大时，会产生较大的动能，给进入水槽的水流带来较强的干扰；并且水槽坡度唯一，难以模拟多种坡度下的坡面流；而其使用在多孔板上插入塑料棒或构筑物模型的方式进行坡面状况的模拟，虽然构筑物可以完全按照实物模型进行缩小，但是构筑物模型的糙率和实物的糙率之间的关系难以确定。

因此，亟需一种能模拟多种坡度及不同坡面环境的坡面径流模拟装置。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种坡面径流模拟装置，包括供水系统、水槽和记录系统，其中供水系统、水槽和记录系统组从右至左依次安装在支架上。

所述的供水系统包括水泵、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。

进一步地，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。

进一步地，所述消能段的两块挡板、隔板均设有小孔，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。

进一步地，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。

进一步地，所述实验段内铺设糙率板以模拟自然的坡面状况，其中糙率板可拆卸的设置在水槽中。

进一步地，所述糙率板优选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。

进一步地，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。

进一步地，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。