[发明专利]一种水力侵蚀运移过程物理模拟装置及模拟方法

权利要求书

1.一种水力侵蚀运移过程进行人工模拟观测的方法，其特征在于应用水力侵蚀运移过程物理模拟装置进行，所述水力侵蚀运移过程物理模拟装置包括底座、设于底座上的沟道系统、设于沟道系统中的定向动力驱动装置、以及设于沟道系统上部的过程降雨模拟装置，所述沟道系统由多条沟道组成闭合循环回路，相邻沟道形成弧形沟道连接处，外侧弧形沟道处设置定向动力驱动装置，所述定向动力驱动装置用于提供水力侵蚀径流-泥沙体系在沟道内运移的驱动力，所述过程降雨模拟装置按规程固定安装在任一沟道上，用于人工模拟降雨；所述定向动力驱动装置包括固定于外侧弧形沟道壁板上边缘的电动机固定板、固定于电动机固定板上的电动机、搅拌叶片，所述搅拌叶片位于电动机固定板下方，固定安装在所述电动机的传动轴上形成搅拌涡轮；所述沟道系统由至少六条沟道组成闭合循环回路，分别是依次平行相连设置的第一沟道、第二沟道、第三沟道、第四沟道、第五沟道、第六沟道，相邻沟道共形成五个弧形沟道连接处，其中内侧两个，外侧三个，所述沟道系统的最外侧两条沟道，即第一沟道和第六沟道，连通形成外侧连通边沟；所述最外侧沟道的外壁板设置有流速测量刻度线和径流泥沙采集管阵列，所述流速测量刻度线设置在所述沟道最外侧两条沟道的外壁板外侧，且位于所述径流泥沙采集管阵列上方；所述径流泥沙采集管阵列由多根管径垂直于最外侧沟道外壁板排列的径流泥沙采集管组成；所述方法包括如下步骤：

步骤一、实验前检查所述水力侵蚀运移过程物理模拟装置，确保设备摆放平稳，同时确保所述径流泥沙采集管出口由橡皮塞封好；

步骤二、从野外采集土壤样品，根据实验设计，对土壤样品进行过筛；在所述沟道内平铺装填上述土壤样品；轻度压实土壤样品，并控制土壤容重和初始含水量在实验设计的范围内；

步骤三、从所述外侧连通边沟处缓慢注入实验所需量的水，构建水-沙两相体系，确保构建的水-沙两相体系在外力驱动下可以形成径流-泥沙运移体系；

步骤四、根据实验设计，选取与设计降雨强度对应孔径的过程降雨模拟装置，将所述过程降雨模拟装置的固定卡槽对准所述沟道，将所述过程降雨模拟装置固定安装在任一沟道上；

步骤五、打开所述电动机，启动定向动力驱动装置，根据实验设计设置电动机转速，实现径流-泥沙运移动态体系，开始水力侵蚀运移过程模拟实验，同时记录实验开始时间；

步骤六、根据实验设计，向所述过程降雨模拟装置内注入实验需求量的水，开始向所述沟道内泥沙运移体系中施加人工模拟降雨，同时记录人工模拟降雨开始时间，根据实验设计适时终止人工模拟降雨实验，记录人工模拟降雨结束时间，结合所述水量刻度线记录模拟降雨量；

步骤七、观察所述沟道中径流-泥沙运移动态体系，一旦运移速度持续稳定，对照所述流速测量刻度线，采用水面浮动标识物法测量径流-泥沙运移体系流速，结合记录的运移时间，测算径流-泥沙体系迁移的距离；

步骤八、根据实验设计确定的采样时间，适时打开所述径流泥沙采集管的橡皮塞，开展径流、泥沙样品采集，其中所述径流泥沙采集管阵列从下至上可实现分层采样；

步骤九、实验结束，关闭所述电动机，清理所述沟道系统、所述

定向动力驱动装置的搅拌叶片以及所述径流泥沙采集管阵列。

2.如权利要求1所述的水力侵蚀运移过程进行人工模拟观测的方法，其特征在于：所述底座包括平面底板及安装在平面底板下部四角的支脚。

3.如权利要求1所述的水力侵蚀运移过程进行人工模拟观测的方法，其特征在于：所述沟道为顶部不设盖板的明渠沟道。

4.如权利要求1所述的水力侵蚀运移过程进行人工模拟观测的方法，其特征在于：所述径流泥沙采集管阵列由四根竖向排列的径流泥沙采集管间隔排列组成，采样管自下而上长度逐渐增加。

5.如权利要求1所述的水力侵蚀运移过程进行人工模拟观测的方法，其特征在于：所述过程降雨模拟装置为不设盖板的长方体水槽，内部宽度与所述沟道内宽相当，材质为透明硬质材料，所述过程降雨模拟装置底部设置降雨模拟孔阵列，所述过程降雨模拟装置底部设置固定卡槽，用于将所述过程降雨模拟装置固定在所述沟道上。

6.如权利要求5所述的水力侵蚀运移过程进行人工模拟观测的方法，其特征在于：所述过程降雨模拟装置的侧壁设有水量刻度线，用来记录模拟降雨量。