[发明专利]一种河流演变及治理试验装置和方法

权利要求书

1.一种河流演变及治理试验装置，其特征在于：包括由热塑性材料制成的河流基床，河流基床上设有刻痕和孔洞；

河流演变及治理试验装置由如下方式制备：

第一步，通过数字地理高程图或GIS高程系统图获得河流原型的高程数据，并根据天然河道河流原型河岸边滩边界条件初步拟定河道糙率；

第二步，根据河流原型的高程数据，确定水平比尺和垂直比尺，从而确定河流模型的尺寸，然后采用热塑性材料浇筑成河流基床；

第三步，将河流基床分成多个河流段，不同的河流段具有不同的糙率，然后通过多规格深刻痕法和/或梅花加糙法对河流基床的各河流段进行加糙，随后，根据加糙后的模拟河流上下游水位与河流原型水位的比对，调整确定河流模型实际糙率；

多规格深刻痕法：在河流基床的表面通过加热的方式进行局部软化，然后通过模具压出刻痕，根据所需的糙率调整刻痕的深浅；

梅花加糙法：在河流基床的表面采用模具按压形成圆形的孔洞，根据所需的糙率调整孔洞的数量和排布方式。

2.按照权利要求1所述的一种河流演变及治理试验装置，其特征在于：按照工况一、工况二或工况三将河流基床分成多个河流段；

按照工况一对河流基床进行分段时，多个河流段包括上游卵砾石石质基床段、中游中沙段、中游细沙段、下游细沙段和河口粉沙粘土段，上游卵砾石石质基床段、中游中沙段、中游细沙段、下游细沙段和河口粉沙粘土段的糙率依次减小；

按照工况二对河流基床进行分段时，多个河流段包括人工建筑段和自然河道段，人工建筑段的糙率不同于自然河流段的糙率；

按照工况三对河流基床进行分段时，多个河流段包括绿色植物覆盖护坡段和自然土石裸露坡面段，绿色植物覆盖护坡段的糙率不同于自然土石裸露坡面段的糙率。

3.按照权利要求2所述的一种河流演变及治理试验装置，其特征在于：按照工况一进行分段后，通过多规格深刻痕法进行加糙时，刻痕为网格状，多条刻痕纵横交错形成多个方格，不同基床组成物质的河流段刻痕形成的方格大小互不相同。

4.按照权利要求3所述的一种河流演变及治理试验装置，其特征在于：上游卵砾石石质基床段、中游中沙段、中游细沙段、下游细沙段和河口粉沙粘土段的刻痕形成的方格尺寸分别为120mm*80mm、80mm*60mm、70mm*50mm、40mm*30mm和20mm*10mm。

5.按照权利要求3所述的一种河流演变及治理试验装置，其特征在于：通过多规格深刻痕法进行加糙时，上游卵砾石石质基床段的刻痕的深度为4mm，中游中沙段和中游细沙段的刻痕的深度为3mm，下游细沙段的刻痕的深度为2mm，河口粉沙粘土段的刻痕的深度为1mm。

6.按照权利要求3所述的一种河流演变及治理试验装置，其特征在于：第三步中，按照工况一对河流基床进行分段，通过多规格深刻痕法对各河流段分别进行加糙后，根据加糙后的模拟河流上下游水位与河流原型水位的比对，再采用梅花加糙法进行加糙；

采用梅花加糙法进行加糙时，多组孔洞采用梅花状排布或者矩形阵列排布的方式，在梅花状排布方式下，孔洞的组数为方格的个数的一半，多组孔洞沿方格间隔布置，在矩形阵列排布方式下，孔洞的组数与方格的个数一致，多组孔洞分别设于多个方格中。

7.按照权利要求2所述的一种河流演变及治理试验装置，其特征在于：第三步中，按照工况二或工况三进行分段，通过多规格深刻痕法进行加糙时，先采用3mm深度或4mm深度的刻痕进行模拟，根据河流上下游水位与河流原型水位对比结果调整刻痕深度，重复上述步骤，每次深度调整量为1mm，直至河流上下游水位与河流原型水位满足几何比例要求。

8.按照权利要求2所述的一种河流演变及治理试验装置，其特征在于：按照工况二进行分段时，人工建筑段包括浆砌石段、混凝土岸坡段和土石岸坡段，浆砌石段、混凝土岸坡段和土石岸坡段的糙率互不相同。

9.按照权利要求1所述的一种河流演变及治理试验装置，其特征在于：热塑性材料为热塑自由树脂和/或聚己内酯。

10.一种河流演变及治理试验方法，采用权利要求1-9任一项所述的一种河流演变及治理试验装置，其特征在于：通过河流演变及治理试验装置实现模型与河流原型的几何相似、动力相似、运动相似之后，再通过水流流动冲刷模拟河道治理工程对河流演变及水环境的具体影响。