[發明專利]一種沖洪積扇水槽試驗系統及洪水沖淤參數測定方法

有效

• 申請號: 201711210442.9
• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN107761656A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 張平倉;杜俊;程冬兵;李清溪;董林垚;范仲杰;張冠華;黃金權;沈盛彧
• 申請（專利權）人: 長江水利委員會長江科學院
• 主分類號: E02B1/02
• 分類號: E02B1/02
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙)61223
• 代理人: 韓曉娟

1.一種沖洪積扇水槽試驗系統，其特征在于：包括水箱(1)、沙石料堆放池(2)、傾斜水槽(3)和沖洪積扇塑造平臺(4)，所述水箱(1)為一頂部開口的空腔結構，所述水箱(1)與所述沙石料堆放池(2)通過連接通道相連接，所述連接通道(7)的頂部設有插槽，用于插入提拉式閘門(8)，所述沙石料堆放池(2)與傾斜水槽(3)的一端通過軟連接管(9)貫通連接，所述傾斜水槽(3)的另一端貫通連接至所述沖洪積扇塑造平臺(4)。

2.如權利要求1所述的一種沖洪積扇水槽試驗系統，其特征在于：所述沙石料堆放池(2)為一頂部開口的長方體空腔。

3.如權利要求1所述的一種沖洪積扇水槽試驗系統，其特征在于：還包括升降支架(6)，所述水箱(1)與沙石料堆放池(2)均置于升降支架(6)上。

4.如權利要求1所述的一種沖洪積扇水槽試驗系統，其特征在于：所述沖洪積扇塑造平臺(4)為一正方形臺面，所述沖洪積扇塑造平臺(4)的下方設有固定支架(12)；所述沖洪積扇塑造平臺(4)平行于水流方向的一側壁中部設有一根可伸縮式的L型立桿(11)，所述L型立桿(11)的頂端位于所述沖洪積扇塑造平臺(4)的幾何中心正上方，所述L型立桿(11)的頂部設有卡扣，所述卡扣上連接有遙控相機。

5.如權利要求1所述的一種沖洪積扇水槽試驗系統，其特征在于：還包括沉沙槽(5)，所述沉沙槽(5)置于所述沖洪積扇塑造平臺(4)的水流出口下方；所述沉沙槽(5)為一頂部開口的長方體空腔，所述沉沙槽(5)的長度與所述沖洪積扇塑造平臺(4)垂直于水流方向的邊長等長；所述沉沙槽(5)的側壁開設有用于泄流的小孔；所述沉沙槽(5)內鋪滿整塊透水細孔紗布用于承沙。

6.如權利要求1所述的一種沖洪積扇水槽試驗系統，其特征在于：所述水箱(1)的側壁標有用于記錄水位信息的刻度。

7.如權利要求1所述的一種沖洪積扇水槽試驗系統，其特征在于：水箱(1)與沙石料堆放池(2)的連接通道的底部設有整流方管。

8.如權利要求7所述的一種沖洪積扇水槽試驗系統，其特征在于：所述整流方管在水箱(1)一側的開口面設有擋板槽，用于插入控制開口面積的擋板。

9.一種洪水沖淤參數測定方法，其特征在于，包括如下步驟:

步驟一：采集堆積物樣品，根據實驗設計，對樣品過篩；在所述沖洪積扇塑造平臺(4)自然堆鋪堆積物樣品；在所述沙石料堆放池(2)中以兩側堆置的方式堆放堆積物樣品，形成自然的V型谷；

步驟二:在所述水箱(1)中灌注持續性基流或蓄制洪水，讓基流或小規模洪水不斷沖刷所述沖洪積扇堆放平臺(4)和沙石料堆放池(2)中的堆積物，模擬河道與漫灘自然發育，其間可根據實驗需求，對河道及灘地形態進行干預，獲得適宜的河道及灘地形態；根據實驗需求，選擇將下墊面硬化固定或維持動床狀態；

步驟三:在放水沖刷前，對動床條件下的所述沖洪積扇塑造平臺(4)上堆積物的物質組成級配進行取樣測量；使用攝影測量法測得所述沖洪積扇塑造平臺(4)上模型河道及灘地的形態特征；

步驟四:根據實驗設計，調整傾斜水槽(3)坡度，在水箱(1)中注水并使用擋板設置好開口面積，在沙石料堆放池(2)中堆放預定質量的堆積物樣品；待所述水箱(1)水位達到預定值后，開閘泄水；使用攝像機記錄所述水箱水位下降過程，可測得洪水過程線；使用所述L型立桿(11)頂部水平放置的遙控相機記錄人工洪水在模型河道及灘地上的傳播過程；

步驟五:洪水過程結束后，對所述沖洪積扇塑造平臺(4)上堆積物的物質組成級配進行取樣測量；使用攝影測量法測得所述沖洪積扇塑造平臺(4)上模型河道及灘地的形態特征；

步驟六：對所述沙石料堆放池(2)和沉沙槽(5)中的沙石分別烘干稱重，使用如下公式計算場次洪水的凈沖刷淤積量：

S＝O_沉-(I_前-I_后)

式中，S為場次洪水的凈沖刷淤積量實測值，正值表示沖刷，負值表示淤積；O_沉為沉沙槽中沉積沙石的干重；I_前為沙石料堆放池中洪水沖刷前堆放的沙石干重；I_后為沙石料堆放池中洪水沖刷后剩余的沙石干重；

同時，通過所述步驟三和步驟五中攝影測量法生成的模擬河道及漫灘的數字高程模型(DEM)，使用如下公式計算場次洪水的凈沖刷量淤積量：

S'＝V_沉-V_后

式中，S’為場次洪水的凈沖刷淤積量模擬值，正值表示沖刷，負值表示淤積；V_前為洪水沖刷前DEM所計算得到的總體積；V_后為洪水沖刷后DEM所計算得到的總體積；

步驟七：設置所述沙石料堆放池(2)中不同的堆積質量，重復以上步驟一至步驟六三至五次，得到三至五個不同的S和S’值，點繪S-S’散點圖，得到擬合公式；

步驟八：依據所述S-S’擬合公式換算關系，對所述模擬河道及漫灘上任一斷面的DEM沖前沖后值進行差值計算和修正，得到場次洪水下研究區任意位置的準確沖淤參數。