一种多支流水库异重流模拟试验装置及多支流水库异重流实验方法与流程

本发明涉及水利试验技术领域，尤其是涉及一种多支流水库异重流模拟试验装置及多支流水库异重流实验方法。

背景技术：

水库通过拦截河道，壅高水头，淹没低洼获得较大库容，库区支流众多，当上游发生较大洪水，水库坝前回水较长、清水水深较大时发生异重流，异重流挟带泥沙经过库区干流与支流进行水沙输移。支流比降大，往往带来粗颗粒泥沙，在进入干流后形成沙坎，淤堵干流，不利的条件下易形成二级水库；或支流来沙量小，干流洪水倒灌支流，在支流沟口形成拦门沙坎，使得支流内部形成二级水库，因此我们需要通过一系列的试验来明晰多支流异重流的物理机制，以达到更好的防治异重流带来的不利后果的目的，而现有技术中并没有相关的实验装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种多支流水库异重流模拟试验装置，以解决现有技术中没有用来研究多支流异重流进入干流时的物理机制的试验装置的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供一种多支流水库异重流模拟试验装置，包括检测装置、浑水倾泻装置、干流河道模拟装置和至少两个支流河道模拟装置，至少两个所述支流河道模拟装置连通设置于所述干流河道模拟装置侧边，且所述支流河道模拟装置与所述干流河道模拟装置之间的夹角能够设置为多个设定角度，所述浑水倾泻装置设置于所述支流河道模拟装置的端部，其中所述干流河道模拟装置和支流河道模拟装置中均注入有清水；在所述浑水倾泻装置中的浑水进入所述支流河道模拟装置模拟浑水异重流并在所述浑水异重流进一步进入干流河道模拟装置的过程中，通过所述检测装置检测到的异重流流速垂向以及沿程分布的数据来研究不同条件下支流异重流入汇区水沙演化及泥沙淤积的影响。

可选地，所述浑水倾泻装置包括浑水储存箱、浑水输送装置和浑水流出流量控制装置，所述浑水储存箱通过所述浑水输送装置与所述浑水流出流量控制装置相连通，所述浑水流出流量控制装置与所述支流河道模拟装置相连通。

可选地，所述浑水流出流量控制装置为箱体，所述箱体侧壁开有流量孔，所述流量孔在不同水平面上的宽度不同。

可选地，所述干流河道模拟装置包括第一水槽和第一底坡，所述第一底坡设置于所述第一水槽内；所述支流河道模拟装置包括第二水槽和第二底坡，所述第二底坡设置于所述第二水槽内。

可选地，所述第一底坡和所述第二底坡下部均设置有高度调节装置，所述高度调节装置能够调节坡度。

可选地，所述第一水槽和所述第二水槽的壁面均采用透明材质制造。

可选地，所述第一水槽下游末端设置有泄流结构，当异重流运行至干流河道模拟装置下游末端时打开泄流装置，避免异重流爬高以及反射。

可选地，所述检测装置包括2d/3d电磁流速仪、虹吸管和秒表。

一种多支流水库异重流实验方法，包括以下步骤：

a：确定试验变量；

b：将干流河道模拟装置和至少两个支流河道模拟装置中注入清水；

c：浑水分别输送至所述支流河道模拟装置中形成异重流，并使所述异重流沿所述支流河道模拟装置进入所述干流河道模拟装置中；

d：在试验变量不同取值时，分别检测并记录形成的浑水异重流在干流或者支流不同位置的垂线流速、含沙量测验断面、异重流头部传播时间、浑水厚度和干流异重流倒灌长度的数据；

e：改变试验变量重复步骤b-d；

f：根据试验结果分析异重流物理机制。

可选地，所述试验变量包括含沙量、浑水流量、干流河道模拟装置和/或支流河道模拟装置的比降以及干流河道模拟装置与支流河道模拟装置之间的夹角。

本发明提供一种多支流水库异重流模拟试验装置，包括检测装置、浑水倾泻装置、干流河道模拟装置和至少两个支流河道模拟装置，至少两个所述支流河道模拟装置连通设置于所述干流河道模拟装置侧边，且所述支流河道模拟装置与所述干流河道模拟装置之间的夹角能够设置为多个设定角度，所述浑水倾泻装置设置于所述支流河道模拟装置的端部，其中所述干流河道模拟装置和支流河道模拟装置中均注入有清水；本发明的浑水倾泻装置内的浑水能够倾泻到支流河道模拟装置中模拟异重流，并且该异重流能够进入干流河道模拟装置中，模拟异重流由支流河道模拟装置进入干流河道模拟装置的过程，从而通过所述检测装置检测到的异重流流速垂向以及沿程分布的数据来研究不同条件下支流异重流入汇区水沙演化及泥沙淤积的影响，本发明填补了现有技术中没有用来研究异重流进入干流时的物理机制的试验装置的空白。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种多支流水库异重流模拟试验装置的整体结构示意图；

图2为多支流水库异重流模拟试验装置的浑水倾泻装置主视图；

图3为多支流水库异重流模拟试验装置的浑水流出流量控制装置的右视图。

图中1、浑水倾泻装置；101、浑水储存箱；102、浑水输送装置；103、浑水流出流量控制装置；1031、流量孔；2、干流河道模拟装置；201、第一水槽；202、第一底坡；3、支流河道模拟装置；301、第二水槽；302、第二底坡；4、泄流结构。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

本发明提供一种多支流水库异重流模拟试验装置，如图1所示，包括检测装置、浑水倾泻装置1、干流河道模拟装置2和至少两个支流河道模拟装置3，至少两个所述支流河道模拟装置3连通设置于所述干流河道模拟装置2侧边，且所述支流河道模拟装置3与所述干流河道模拟装置2之间的夹角能够设置为多个设定角度，所述浑水倾泻装置1设置于所述支流河道模拟装置3的端部，其中所述干流河道模拟装置2和支流河道模拟装置3中均注入有清水；在所述浑水倾泻装置1中的浑水进入所述支流河道模拟装置3模拟浑水异重流并在所述浑水异重流进一步进入干流河道模拟装置2的过程中，通过所述检测装置检测到的异重流流速垂向以及沿程分布的数据来研究不同条件下支流异重流入汇区水沙演化及泥沙淤积的影响。

本发明的浑水倾泻装置1内的浑水能够倾泻到支流河道模拟装置3中模拟异重流，并且该异重流能够进入干流河道模拟装置2中，模拟异重流由支流河道模拟装置3进入干流河道模拟装置2的过程，从而通过所述检测装置检测到的异重流流速垂向以及沿程分布的数据来研究不同条件下支流异重流入汇区水沙演化及泥沙淤积的影响，本发明填补了现有技术中没有用来研究异重流进入干流时的物理机制的试验装置的空白，并且结构简单，实用性强。

作为可选地实施方式，如图2所示，所述浑水倾泻装置1包括浑水储存箱101、浑水输送装置102和浑水流出流量控制装置103，所述浑水储存箱101通过所述浑水输送装置102与所述浑水流出流量控制装置103相连通，所述浑水流出流量控制装置103与所述支流河道模拟装置3相连通。

本发明所述浑水倾泻装置1包括浑水储存箱101、浑水输送装置102和浑水流出流量控制装置103，浑水储存箱101中能够配置并储存不同含沙量的浑水，该浑水能够通过浑水输送装置102输送至浑水流出流量控制装置103，浑水流出流量控制装置103能够控制流出浑水的流量，流出的浑水能够进入支流河道模拟装置3模拟异重流，本发明能够以含沙量和浑水流出流量为变量进行试验，便于充分研究不同条件下异重流的特性，且结构简单，可操作性强。

作为可选地实施方式，如图3所示，所述浑水流出流量控制装置103为箱体，所述箱体侧壁开有流量孔1031，所述流量孔1031在不同水平面上的宽度不同。

本发明所述浑水流出流量控制装置103为箱体，用于暂时存储浑水，所述箱体侧壁开有流量孔1031，浑水能够从流量孔1031内流至河床模拟装置模拟异重流，所述流量孔1031在不同水平面上的宽度不同，可以依据浑水在箱体内的水位高度控制浑水从流量孔1031中流出的流量，从而使使用者能够控制试验的一变量，且该结构简单实用。

作为可选地实施方式，所述干流河道模拟装置2包括第一水槽201和第一底坡202，所述第一底坡202设置于所述第一水槽201内；所述支流河道模拟装置3包括第二水槽301和第二底坡302，所述第二底坡302设置于所述第二水槽301内。

本发明所述干流河道模拟装置2包括第一水槽201和第一底坡202，所述支流河道模拟装置3包括第二水槽301和第二底坡302，其中第一水槽201和第二水槽301用来模拟河道，第一底坡202和第二底坡302用来模拟河底，干流河道模拟装置2长约30m、宽0.6m，支流河道模拟装置3为两条，且两条支流河道模拟装置3入汇角分别为60°和90°，长约10m，宽0.6m。

作为可选地实施方式，所述第一底坡202和所述第二底坡302下部均设置有高度调节装置，所述高度调节装置能够调节坡度。

本发明所述第一底坡202和所述第二底坡302下部均设置有高度调节装置，高度调节装置包括若干可固定任意位置的伸缩杆，伸缩杆设置于底坡与水槽之间，通过调节伸缩杆的高度来调节坡度，高度调节完毕后，水槽内的间隙能够用防水胶带密封，本发明结构简单使用可靠。

作为可选地实施方式，所述第一水槽201和所述第二水槽301的壁面均采用透明材质制造。

本发明所述第一水槽201和所述第二水槽301的壁面均采用透明材质制造，便于在试验中进行观察与测量。

作为可选地实施方式，所述第一水槽201下游末端设置有泄流结构4，当异重流运行至干流河道模拟装置2下游末端时打开泄流装置，避免异重流爬高以及反射。

本发明所述第一水槽201下游末端设置有泄流结构4，当异重流运行至干流河道模拟装置2下游末端时打开泄流装置，避免异重流爬高以及反射，模拟水库排泄浑水，便于更好地模拟水库的真实情况，从而测量出更加准确真实的数据，便于研究。

作为可选地实施方式，所述检测装置包括2d/3d电磁流速仪、虹吸管和秒表。

本发明所述检测装置包括2d/3d电磁流速仪、虹吸管和秒表，在试验中通过人工记录异重流头部传播时间、浑水厚度、干流异重流倒灌长度等。流速采用2d/3d电磁流速仪测量，含沙量采用虹吸管分层取样、比重瓶法计算，异重流头部传播时间采用秒表测量，浑水厚度及进入干流的异重流倒灌长度采用人工测量。

一种多支流水库异重流实验方法，包括以下步骤：

a：确定试验变量；

b：将干流河道模拟装置2和至少两个支流河道模拟装置3中注入清水；

c：浑水分别输送至所述支流河道模拟装置3中形成异重流，并使所述异重流沿所述支流河道模拟装置3进入所述干流河道模拟装置2中；

d：在试验变量不同取值时，分别检测并记录形成的浑水异重流在干流或者支流不同位置的垂线流速、含沙量测验断面、异重流头部传播时间、浑水厚度和干流异重流倒灌长度的数据；

e：改变试验变量重复步骤b-d；

f：根据试验结果分析异重流物理机制。

本发明的方法能够模拟干支流交汇区的异重流运动路径，并依靠改变不同的试验变量或得不同条件下的试验数据，并依靠多组试验数据分析异重流在干支流交汇区中的物理特性进一步分析异重流入汇区水沙演化及泥沙淤积的影响，从而有利于防治异重流带来的不利影响。

作为可选地实施方式，所述试验变量包括含沙量、浑水流量、干流河道模拟装置2和/或支流河道模拟装置3的比降以及干流河道模拟装置2与支流河道模拟装置3之间的夹角。

本发明所述试验变量包括含沙量、浑水流量、干流河道模拟装置2和/或支流河道模拟装置3的比降以及干流河道模拟装置2与支流河道模拟装置3之间的夹角，选用更多的试验变量能够对异重流在干支流交汇区的运动情况进行更好的分析，有利于全面了解异重流的物理特性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。