[發(fā)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

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• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN107761656A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發(fā)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

技術領域

本發(fā)明涉及沖洪積扇概念化模擬領域，特別涉及一種沖洪積扇水槽試驗系統及洪水沖淤參數測定方法。

背景技術

山區(qū)洪水普遍歷時短、流量大、作用流域小、發(fā)育范圍廣，還可能誘發(fā)崩滑、泥石流等次生過程，是造成山地災害的重要過程。由于山洪瞬時爆發(fā)能量大，攜帶沙石多，對下墊面改變劇烈，洪水過程中往往造成河道及灘地嚴重的沖刷或淤積，這在大江大河一般影響有限，但對流域面積通常只有數十km²的山洪作用區(qū)域，則足以改變下游的沖擊淹沒態(tài)勢。因此對山區(qū)洪水多發(fā)河段進行概念化模型試驗，了解特定規(guī)模洪水作用下河道及灘地的沖淤特性，可為開展災害預評估工作提供重要依據。傳統水工模型主要針對恒定流試驗，未考慮制造洪峰過程和模擬山區(qū)沙石補給情景，而特制的泥石流水槽雖然強化了變坡功能，但它只是為攪拌好的泥漿提供的行洪過道，并不能很好的模擬自然攜沙洪水對不同物質組成的沖洪積扇溝道及灘地沖淤的情景。而在河道及灘地沖淤的測量方面，傳統方法一般是采用針測法，即使用統一水平面的測針接觸被測地表完成沖刷前后的面積變化測量，該方法耗時較長、對被測地表有破壞，且下墊面被破壞后無法重復。隨著山洪災害研究和防治實踐的不斷深入，人們愈發(fā)意識到山洪致災與洪水傳播的不確定性關系密切，而作為其中基礎環(huán)節(jié)的山洪水沙條件與下墊面組成的相互作用關系也愈發(fā)受到重視。所以，設計一種適于模擬不同水沙條件洪水對不同物質組成沖洪積扇溝道及灘地沖淤過程的概念化實體模型，以及相應沖淤參數的測量方法，就顯得尤為必要。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供一種沖洪積扇水槽試驗系統及洪水沖淤參數測定方法，用以提供一種可拆卸更換、可變坡，適宜室內或室外、不同規(guī)模人造洪水或水石流等試驗要求的大比尺概念化模型平臺，即沖洪積扇水槽試驗系統，以及基于該系統的非接觸、高自由度、高可靠性的洪水沖淤參數測定方法。

一種沖洪積扇水槽試驗系統，包括水箱、沙石料堆放池、傾斜水槽和沖洪積扇塑造平臺，所述水箱為一頂部開口的空腔結構，所述水箱與所述沙石料堆放池通過連接通道相連接，所述連接通道的頂部設有插槽，用于插入提拉式閘門，所述沙石料堆放池與傾斜水槽的一端通過軟連接管貫通連接，所述傾斜水槽的另一端貫通連接至所述沖洪積扇塑造平臺。

更優(yōu)地，所述沙石料堆放池為一頂部開口的長方體空腔。

更優(yōu)地，還包括升降支架，所述水箱與沙石料堆放池均置于升降支架上。

更優(yōu)地，所述沖洪積扇塑造平臺為一正方形臺面，所述沖洪積扇塑造平臺的下方設有固定支架；所述沖洪積扇塑造平臺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，所述L型立桿的頂端位于所述沖洪積扇塑造平臺的幾何中心正上方，所述L型立桿的頂部設有卡扣，所述卡扣上連接有遙控相機。

更優(yōu)地，還包括沉沙槽，所述沉沙槽置于所述沖洪積扇塑造平臺的水流出口下方；所述沉沙槽為一頂部開口的長方體空腔，所述沉沙槽的長度與所述沖洪積扇塑造平臺垂直于水流方向的邊長等長；所述沉沙槽的側壁開設有用于泄流的小孔；所述沉沙槽內鋪滿整塊透水細孔紗布用于承沙。

更優(yōu)地，所述水箱的側壁標有用于記錄水位信息的刻度。

更優(yōu)地，水箱與沙石料堆放池連接面的底部設有小段整流方管。

更優(yōu)地，所述整流方管在水箱一側的開口面設有擋板槽，用于插入控制開口面積的擋板。

一種洪水沖淤參數測定方法，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自然堆鋪堆積物樣品；在所述沙石料堆放池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:在所述水箱中灌注持續(xù)性基流或蓄制洪水，讓基流或小規(guī)模洪水不斷沖刷所述沖洪積扇堆放平臺和沙石料堆放池中的堆積物，模擬河道與漫灘自然發(fā)育，其間可根據實驗需求，對河道及灘地形態(tài)進行干預，獲得適宜的河道及灘地形態(tài)；根據實驗需求，選擇將下墊面硬化固定或維持動床狀態(tài)；

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上模型河道及灘地的形態(tài)特征；

步驟四:根據實驗設計，調整傾斜水槽坡度，在水箱中注水并使用擋板設置好開口面積，在沙石料堆放池中堆放預定質量的堆積物樣品；待所述水箱水位達到預定值后，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；