[发明专利]一种用于模拟坡面流水力要素的多功能实验装置及其实验方法

权利要求书

1.一种用于模拟坡面流水力要素的多功能实验装置，包括水箱、进水装置和水槽，其特征在于，还包括多孔板、塑料棒和仿真模型；

所述水箱、进水装置和水槽从左至右顺序连接；

所述水箱的底壁上设置有一出水口，所述出水口的标高大于所述进水装置和水槽的顶部标高；

所述出水口通过管路与所述进水装置的侧壁上靠近底部位置的进水口连接，所述管路上设置有阀门；

所述进水装置为无上盖的箱型结构，所述进水装置的右侧壁分为两段，下段封闭，上段为一敞开的缺口部；

所述水槽整体呈槽钢形状，所述水槽的左端端面与所述缺口部对接，并焊接成一体；

所述水槽的内部从左至右依次分为上游平水段、实验段和下游量水段三段，其中，上游平水段和实验段的长度相等，并且大于下游量水段的长度；所述上游平水段和下游量水段位于同一平面，所述实验段向下凹陷，形成一矩形下沉部；

所述多孔板的尺寸与所述下沉部相匹配，使用时，所述多孔板整体放置在所述下沉部形成紧配合，其上表面与所述上游平水段和下游量水段位于同一平面；

所述多孔板上均匀开设有若干排通透孔，各排与排之间相互平行，且各相邻的排与排之间的间距均与每相邻两个通透孔之间的间距相等，各排通透孔所在的直线与所述多孔板的纵边成一定夹角；

按所述夹角的不同，将所述多孔板划分为3种，分别为第一多孔板、第二多孔板和第三多孔板，所述第一多孔板、第二多孔板和第三多孔板的夹角分别为15度、45度和90度；

所述第一多孔板、第二多孔板和第三多孔板依据所需模拟的流域坡面的实际，进行选择性使用；

所述仿真模型为底部带有若干连接柱的建筑物或构筑物模型，依据所需模拟的流域坡面实际的植被情况，进行选择性单独或相互组合使用；

所述塑料棒依据所需模拟的流域坡面的实际，选择性地进行不同数量、不同布局形式的组合使用；

使用时，所述仿真模型的连接柱和所述塑料棒分别插入所述通透孔中形成紧配合。

2.根据权利要求1所述的用于模拟坡面流水力要素的多功能实验装置，其特征在于，所述上游平水段和实验段的长度为所述下游量水段的长度的1.5-2倍。

3.根据权利要求1所述的用于模拟坡面流水力要素的多功能实验装置，其特征在于，每相邻两个通透孔之间的间距等于60mm。

4.根据权利要求1所述的一种用于模拟坡面流水力要素的多功能实验装置，其特征在于，所述水槽、多孔板和进水装置的材质均为有机玻璃。

5.根据权利要求1所述的用于模拟坡面流水力要素的多功能实验装置，其特征在于，所述多孔板的周边开设有若干螺孔，所述底板上与所述螺孔对应的位置处分别设置有若干内螺纹孔；

所述多孔板通过沉头螺栓紧固在所述底板上。

6.如权利要求1所述的用于模拟坡面流水力要素的多功能实验装置的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，依据所需模拟的流域坡面的实际，选择第一多孔板、第二多孔板或第三多孔板，并将其安装在所述水槽的实验段；

依据所需模拟的流域坡面实际的植被情况，对建筑物或构筑物模型进行数量或组合方式的选择，并将其安装在多孔板的相应位置；

依据所需模拟的流域坡面的实际，选择性地进行不同数量的塑料棒，并采用不同布局形式，将其安装在多孔板的相应位置；

第二步，向水箱中注水至一定刻度位置后，开启连接管路上的阀门向进水装置内加水；

在开启连接管路上阀门的同时，连续向水箱中注水，以保持水箱中水位的恒定；

第三步，将阀门调节到一定开度，然后保持不变，待进水装置内液位上升至溢流，并在水槽内部形成稳定的水流后，配合使用相应的测流设备观察水流在水槽实验段的流动状况，测量并记录水流的深度、流速、流量及不同位置点的流速场分布，以及其他水力要素数据；

第四步，采用曼宁糙率公式计算坡面糙率：

n=1vR23J12]]>

上式中：

v为水流平均速度，单位：m/s；

R为水力半径，单位：m；

J为水力坡度；

n为曼宁糙率系数。