[发明专利]一种消能沉沙模拟试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种消能沉沙模拟试验装置及方法，该装置包括供流系统、浑水系统、沉沙系统、变坡系统、收集系统。供流系统由供水池通过加压池加压，流向蓄水池，以便为紧接的浑水系统提供高速水流；浑水系统由溢流堰、加沙机、工程消能设施、独立液压调节高度装置组成；浑水生成后，流向相连的沉沙系统，沉沙系统由软连接段、水槽、变坡调节杆、联动的液压调节高度装置、消能植物组成，通过沉沙的水流，流向后边的收集系统，收集系统由出水口、集沙池组成。本发明还公开了一种消能沉沙模拟试验方法。

技术领域

本发明属于水土保持工程技术领域，涉及一种消能沉沙模拟试验装置及方法。

背景技术

黄土高原的丘陵沟壑区和高原沟壑区由于沟壑比降大，暴雨集中，暴雨洪水除对坡面侵蚀外，主要形成沟壑股流，以推移、跃移、蠕移的形式搬运、输移沟谷坡脚和沟底储蓄的大量泥沙，由于股流剪切力强，使沟道泥沙输移比基本保持为1。针对其产流产沙和输沙特点，需采取措施，最大限度的加大沟壑糙率，最大限度地把暴雨形成的股流分散，转化为漫流，使水流行进流速小于对沟床表面的冲刷流速和对沟谷坡脚的淘蚀流速，消减水流的剪切应力，保持水流的行进流速小于泥沙的沉降速度，使泥沙的输移比尽可能降低，甚至趋于0。为此按照“以柔消能”的思路，选择以沙棘、火棘、紫穗槐等灌木作为沟底径流分散和拦沙“柔性消能坎”的框架材料，在沟底和沟岸，按一定株距和行距垂直于水流方向交错种植，利用植物的茎秆撞击、分散股流，达到消能的目的，枝叶扰流和阻水，有效拦截暴雨洪水携带的大量泥沙，改变沟道的输水输沙性能，达到把泥沙就地拦截在沟壑之中的目的。

为了进一步验证和测算沟底“消能沉沙”植物材料的扰流拦沙效能，探求合理的株行距和布设方式，需要构建模拟模型装置进行模拟。

发明内容

本发明的目的在于提供一种消能沉沙模拟试验装置及方法。

其具体技术方案为：

一种消能沉沙模拟试验装置，由供流系统、浑水系统、沉沙系统、变坡系统、收集系统组成。供流系统由供水池通过加压池加压，流向蓄水池，以便为紧接的浑水系统提供高速水流；浑水系统由溢流堰、加沙机、工程消能、独立液压调节高度装置组成；浑水生成后，流向相连的沉沙系统，沉沙系统由软连接段、水槽、变坡调节杆、联动的液压调节高度装置、消能植物组成，通过沉沙的水流，流向后边的收集系统，收集系统由出水口、集沙池组成。

进一步优选，所述的供流系统中溢流堰必须和浑水系统紧密相连，工程消能设施必须放置在浑水系统末端。沉沙系统与浑水系统由橡胶等具有一定强度且易于变形的软连接段相连。沉沙系统的水槽底板为钢板，为了调节水槽的底宽，钢板上需按照不同宽度刻槽，以便固定槽壁，需在槽壁顶部等间距安装可调螺杆，以便调节槽壁边坡系数。

一种消能沉沙模拟试验方法，包括以下步骤：

第一步：原型沟道概化，把原型沟道概化为底宽2.0、2.2、2.4m(试验梯度)、边坡系数1.50、1.7、2.00的梯形断面，选用1:8、1:9、1:10的变态推移质模型，用中径d₅₀＝0.40mm、d₅₀＝0.50mm、d₅₀＝0.60mm(试验粒径)天然沙(土)为模型沙(土)，探究灌木植物对粗泥沙的拦截效果；

第二步：模型树丛的选择，由于考虑沙棘等灌木具有发达的横根和旁生枝条，且在水动力作用下发生扭曲变形，所以考虑采用羽毛来模拟沙棘灌木，羽毛下部主干3-5cm插入泥沙；模型树丛布置采取交错布置模式。

操作方法：

步骤1、按照选定的水槽断面安装水槽，使水槽的底宽和槽壁边坡系数均满足试验要求。

步骤2、利用联动液压调节装置，调节槽底坡降，以满足试验要求。

步骤3、称量选定的砂样，加入加沙机。