[发明专利]坡面薄层水流流速修正系数预测方法及装置

权利要求书

1.一种坡面薄层水流流速修正系数预测方法，其特征在于，包括如下步骤：

在冲刷水槽的槽底铺设地表覆被物，模拟自然坡面覆被状况；

调整所述冲刷水槽的倾斜角度，模拟自然坡面的坡度；

向所述冲刷水槽提供稳定水流，并调整水流流量参数值至试验目标流量；

测量所述冲刷水槽内薄层水流的表层流速和水深，进而计算所述冲刷水槽内薄层水流对所述地表覆被物的淹没度，以及所述冲刷水槽内薄层水流的平均流速、雷诺数和修正系数；

根据所述淹没度分别建立非淹没态和淹没态下坡面薄层水流流速修正系数预测模型；

所述根据所述淹没度分别建立非淹没态和淹没态下坡面薄层水流流速修正系数预测模型的步骤中，还包括：

根据测量的薄层水流的表层流速V_s和流速计算值V_m，计算水流流速修正系数计算值α，

建立修正系数预测模型，

α＝a×logRe+b×logΛ-c×logS+dΛ＜1

α＝a×logRe-b×logΛ-c×logS+dΛ≥1

其中，a、b、c、d为回归预测模型系数，S为冲刷水槽的倾斜角度。

2.根据权利要求1所述的坡面薄层水流流速修正系数预测方法，其特征在于，所述在冲刷水槽的槽底铺设地表覆被物，模拟自然坡面覆被状况步骤中，还包括：

在所述冲刷水槽的槽底铺设模拟土壤层，将设定尺寸的所述地表覆被物按设定覆被比例Cr铺设于所述模拟土壤层表面。

3.根据权利要求1所述的坡面薄层水流流速修正系数预测方法，其特征在于，所述向所述冲刷水槽提供稳定水流，并调整水流流量参数值至试验目标流量步骤中，还包括：

通过调节供水水箱与所述冲刷水槽连接管路上的变频水泵和球阀，使进入所述冲刷水槽的水流的流量调整至试验目标流量Q。

4.根据权利要求1所述的坡面薄层水流流速修正系数预测方法，其特征在于，所述测量所述冲刷水槽内薄层水流的表层流速和水深，进而计算所述冲刷水槽内薄层水流对所述地表覆被物的淹没度，以及所述冲刷水槽内薄层水流的平均流速、雷诺数和修正系数步骤中，还包括：

沿所述冲刷水槽的倾斜方向设置多个流速测量断面，相邻两个所述流速测量断面间隔设定间距，每个所述流速测量断面设置多个流速测量点位，在每个所述流速测量点位采用染色示踪法重复多次测量薄层水流的表层流速，计算每个所述流速测量点位、每个所述流速测量断面的流速测量值的平均值，进而获得所述坡面薄层水流的表层流速V_s。

5.根据权利要求4所述的坡面薄层水流流速修正系数预测方法，其特征在于，还包括：

沿所述冲刷水槽的倾斜方向设置多个水深测量断面，相邻两个所述水深测量断面间隔设定间距，每个所述水深测量断面设置多个水深测量点位，在每个所述水深测量点位采用水位探针重复多次测量薄层水流的水深，计算每个所述水深测量点位、每个所述水深测量断面的水深测量值的平均值，进而获得所述坡面薄层水流的水深h。

6.根据权利要求5所述的坡面薄层水流流速修正系数预测方法，其特征在于，还包括：

通过所述薄层水流的水深h和所述地表覆被物的尺寸值k，计算获得所述冲刷水槽内水流对所述地表覆被物的淹没度Λ，

7.根据权利要求4所述的坡面薄层水流流速修正系数预测方法，其特征在于，还包括：

根据流量值Q和薄层水流的水深h计算所述坡面薄层水流的平均流速的计算值V_m，

w＝W×(1-Cr)

其中，w为有效水流宽度；W为所述冲刷水槽的宽度，Cr为所述地表覆被物的覆被比例。

8.根据权利要求7所述的坡面薄层水流流速修正系数预测方法，其特征在于，还包括：

根据薄层水流的水深h和平均流速的计算值V_m计算所述坡面薄层水流的雷诺数Re，

其中，v为水的粘滞力系数，t为水的温度，q为单宽流量。

9.一种用以实施如权利要求1至8任一项所述的坡面薄层水流流速修正系数预测方法的坡面薄层水流流速修正系数预测装置，其特征在于，包括供水水箱、稳流水箱和冲刷水槽，所述供水水箱通过输送管路与所述稳流水箱连接，沿水流的流动方向所述输送管路上依次设有变频水泵、电磁流量计和球阀；

所述稳流水箱内设有带孔挡板，所述带孔挡板将所述稳流水箱分隔为第一稳流区和第二稳流区，所述输送管路与所述第一稳流区连接，所述第二稳流区与所述冲刷水槽的第一端连通；

所述冲刷水槽设于支撑架上，所述冲刷水槽的第二端与所述支撑架铰接，所述支撑架设有液压气缸，所述液压气缸的输出端与所述冲刷水槽的第一端的底侧铰接。