[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种坡面流水力要素模拟实验装置及其实验方法，尤其涉及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，属于流域水文过程模拟技术领域。

背景技术

由于城市化发展、农业耕作、草被种植等人类活动的影响，对流域坡面造成了人为干扰，从而对坡面流形成及汇流过程产生剧烈影响，降雨与坡面径流的响应关系变得异常，灾害性暴雨、洪水频繁出现，并往往引发水文地质灾害，这就是现代流域的主要特征。

目前每年发生的暴雨洪水灾害以及水文地质灾害，造成的直接经济损失数以万亿元计，并危及生命安全。

因此，有必要对人类影响下的坡面流特征及其运动规律进行模拟研究，从而为区域灾害性洪水预测防治、流域水土治理及水利工程建设提供科学依据。

现有技术中，对坡面流的研究主要通过室内模拟实验，实验一般设置不同坡度水槽，在水槽内铺设用以模拟流域坡面状况，通过放水或是人工降雨来模拟坡面水流，观察坡面水流在不同坡面状况及坡度下的流动情况。

但是，由于人类活动的影响，使得流域坡面具有不同的坡面状况，植被覆盖、农田耕作、城市化建设等都将改变流域坡面，因此如何准确的在室内水槽实验中模拟出现实流域坡面状况，就显得尤为重要。

而已有的各种类型的室内水槽实验，对于坡面状况的模拟大多是在水槽底部铺设沙石、植被等，这种实验手段虽然能一定程度上证明不同坡面状况对地表水流有着影响作用，但是不能模拟人类影响下，坡面有规律排列的农田、草皮、道路等分布对坡面水力要素的影响作用，因为径流从有规律排列的现代流域上从不同方向流动时，其水力要素将发生变化，而目前没有实验装置对此进行研究模拟，并且在现有实验水槽中进行实验时，由于水流的冲刷挟带能力，水槽底部所铺设的沙石等一部分随着水流的冲刷而被挟带出水槽，因此导致了模拟结果的失真与误差。

所以，在目前的室内模拟实验中，对于现代流域坡面流的水力要素变化机理很难通过计算或者采用文字进行全面、准确的描述，需要辅以实验模型进行相关的模拟实验。

发明内容

本发明的目的之一是，提供一种结构简单、操作简便，可以准确模拟因人类活动的影响而导致的流域具有不同的坡面状况，并且对于水流在不同坡面状况上的变化机理模拟分析的用于模拟坡面水流水力要素的多功能实验装置。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是，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。