[發明專利]一種消能沉沙模擬試驗裝置及方法

在審

• 申請號: 201811480748.0
• 申請日: 2018-12-05
• 公開（公告）號: CN109406756A
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 李永紅;高照良;唐林;牛耀斌;婁永才;齊星園;李玉亭婷;武可心
• 申請（專利權）人: 西北農林科技大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司 11385
• 代理人: 董芙蓉

本發明公開了一種消能沉沙模擬試驗裝置及方法，該裝置包括供流系統、渾水系統、沉沙系統、變坡系統、收集系統。供流系統由供水池通過加壓池加壓，流向蓄水池，以便為緊接的渾水系統提供高速水流；渾水系統由溢流堰、加沙機、工程消能設施、獨立液壓調節高度裝置組成；渾水生成后，流向相連的沉沙系統，沉沙系統由軟連接段、水槽、變坡調節桿、聯動的液壓調節高度裝置、消能植物組成，通過沉沙的水流，流向后邊的收集系統，收集系統由出水口、集沙池組成。本發明還公開了一種消能沉沙模擬試驗方法。

技術領域

本發明屬于水土保持工程技術領域，涉及一種消能沉沙模擬試驗裝置及方法。

背景技術

黃土高原的丘陵溝壑區和高原溝壑區由于溝壑比降大，暴雨集中，暴雨洪水除對坡面侵蝕外，主要形成溝壑股流，以推移、躍移、蠕移的形式搬運、輸移溝谷坡腳和溝底儲蓄的大量泥沙，由于股流剪切力強，使溝道泥沙輸移比基本保持為1。針對其產流產沙和輸沙特點，需采取措施，最大限度的加大溝壑糙率，最大限度地把暴雨形成的股流分散，轉化為漫流，使水流行進流速小于對溝床表面的沖刷流速和對溝谷坡腳的淘蝕流速，消減水流的剪切應力，保持水流的行進流速小于泥沙的沉降速度，使泥沙的輸移比盡可能降低，甚至趨于0。為此按照“以柔消能”的思路，選擇以沙棘、火棘、紫穗槐等灌木作為溝底徑流分散和攔沙“柔性消能坎”的框架材料，在溝底和溝岸，按一定株距和行距垂直于水流方向交錯種植，利用植物的莖稈撞擊、分散股流，達到消能的目的，枝葉擾流和阻水，有效攔截暴雨洪水攜帶的大量泥沙，改變溝道的輸水輸沙性能，達到把泥沙就地攔截在溝壑之中的目的。

為了進一步驗證和測算溝底“消能沉沙”植物材料的擾流攔沙效能，探求合理的株行距和布設方式，需要構建模擬模型裝置進行模擬。

發明內容

本發明的目的在于提供一種消能沉沙模擬試驗裝置及方法。

其具體技術方案為：

一種消能沉沙模擬試驗裝置，由供流系統、渾水系統、沉沙系統、變坡系統、收集系統組成。供流系統由供水池通過加壓池加壓，流向蓄水池，以便為緊接的渾水系統提供高速水流；渾水系統由溢流堰、加沙機、工程消能、獨立液壓調節高度裝置組成；渾水生成后，流向相連的沉沙系統，沉沙系統由軟連接段、水槽、變坡調節桿、聯動的液壓調節高度裝置、消能植物組成，通過沉沙的水流，流向后邊的收集系統，收集系統由出水口、集沙池組成。

進一步優選，所述的供流系統中溢流堰必須和渾水系統緊密相連，工程消能設施必須放置在渾水系統末端。沉沙系統與渾水系統由橡膠等具有一定強度且易于變形的軟連接段相連。沉沙系統的水槽底板為鋼板，為了調節水槽的底寬，鋼板上需按照不同寬度刻槽，以便固定槽壁，需在槽壁頂部等間距安裝可調螺桿，以便調節槽壁邊坡系數。

一種消能沉沙模擬試驗方法，包括以下步驟：

第一步：原型溝道概化，把原型溝道概化為底寬2.0、2.2、2.4m(試驗梯度)、邊坡系數1.50、1.7、2.00的梯形斷面，選用1:8、1:9、1:10的變態推移質模型，用中徑d₅₀＝0.40mm、d₅₀＝0.50mm、d₅₀＝0.60mm(試驗粒徑)天然沙(土)為模型沙(土)，探究灌木植物對粗泥沙的攔截效果；

第二步：模型樹叢的選擇，由于考慮沙棘等灌木具有發達的橫根和旁生枝條，且在水動力作用下發生扭曲變形，所以考慮采用羽毛來模擬沙棘灌木，羽毛下部主干3-5cm插入泥沙；模型樹叢布置采取交錯布置模式。

操作方法：

步驟1、按照選定的水槽斷面安裝水槽，使水槽的底寬和槽壁邊坡系數均滿足試驗要求。

步驟2、利用聯動液壓調節裝置，調節槽底坡降，以滿足試驗要求。

步驟3、稱量選定的砂樣，加入加沙機。