一种水库消落带降雨径流与波浪复合侵蚀模拟系统的制作方法

1.本发明涉及土壤侵蚀研究技术领域，特别涉及一种水库消落带降雨径流与波浪复合侵蚀模拟系统。


背景技术：

2.全国现有各类水库近10万座，在流域防洪、国家水网建设、水力资源开发等方面发挥了巨大作用。因水位调节在正常蓄水位和死水位之间产生了特殊的地貌单元—水库消落带，作为水陆生境交替变化剧烈的生态脆弱带，长期反复淹水-出露过程导致消落带土壤、植被、水文等自然地理环境要素发生剧烈改变，加剧了消落带土壤侵蚀，导致其生态缓冲功能衰退。急需认识消落带土壤侵蚀规律及其动力发生发展机制，为消落带保土稳岸技术的研发提供理论依据。
3.水库消落带土壤侵蚀类型为水力侵蚀、风力侵蚀、重力侵蚀、化学侵蚀等交替复合叠加，导致消落带土壤和土壤母质发生侵蚀的作用力包括有坡面降雨径流、河道流水、异重流、重力、风力和波浪等外营力，其中以降雨径流和波浪为主。根据水库水位调节节律，消落带在涨水期、高水位运行期、退水期和低水位运行期具有不同的复合侵蚀形式，其中，水库涨水期消落带部分淹水、部分出露，降水由雨季向旱季过渡，以波浪侵蚀为主，降雨径流侵蚀为辅；水库高水位运行期消落带完全淹水，主要表现为波浪侵蚀；水库退水期消落带部分淹水、部分出露，降水由旱季向雨季过渡，以波浪侵蚀为主，降雨径流侵蚀为辅；低水位运行期消落带完全出露，正值雨季，以降雨径流侵蚀为主，波浪侵蚀为辅，现有难以进行侵蚀模拟实验，因此，本技术提供了一种水库消落带降雨径流与波浪复合侵蚀模拟系统来满足需求。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种水库消落带降雨径流与波浪复合侵蚀模拟系统，实现了利用模拟试验来量化降雨径流和波浪复合侵蚀作用下不同外营力对消落带土壤侵蚀过程影响的技术方案，通过模拟试验，量化降雨径流、波浪复合侵蚀过程中的土壤侵蚀量，通过对水库一个水文年内不同蓄水时段降雨径流和波浪耦合作用、独立作用对侵蚀过程的影响模拟。
5.为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种水库消落带降雨径流与波浪复合侵蚀模拟系统，包括底板，所述底板上固定连接有支架，所述支架上固定安装有水槽，所述底板上固定安装有第一水箱，所述第一水箱的一端固定连接有第一水管，所述第一水管的另一端固定连接在第一水泵上，所述第一水泵固定安装在底板上，所述第一水泵的另一端固定连接有第二水管，所述第二水管上套设有第一固定座，所述第一固定座的另一端固定连接在支撑板上，所述支撑板的底端固定连接在所述底板上，所述第二水管上套设有第二固定座，所述第二固定座的底端固定连接在臂杆上，所述臂杆的底端固定连接在降雨花洒上，所述第二水管的另一端固定连接在臂杆上；还包括排水组件、调节组件和造波组件，
所述排水组件用于配合所述底板整体进行使用，所述调节组件用于配合所述水槽整体进行使用，所述造波组件用于配合所述水槽进行使用。
6.优选的，所述排水组件包括设置在所述水槽内部的土槽板，所述水槽的顶端固定安装有安装板，所述水槽的另一端固定连接有第三水管，所述第三水管的另一端固定连接在第二水泵上，所述第二水泵固定安装在所述底板上，所述第二水泵的另一端固定连接有第四水管，所述第四水管的另一端固定连接在第二水箱上，所述第二水箱固定安装在所述底板上。
7.优选的，所述调节组件包括固定安装在水槽底部的支座，所述支座上转动连接有第一轴杆，所述第一轴杆固定连接在所述土槽板上，所述土槽板的另一端固定连接有第二轴杆，所述第二轴杆的两端转动连接有拉杆。
8.优选的，所述拉杆的顶端固定连接在限位板，所述限位板的一侧延伸至所述水槽的一侧，所述限位板的底端固定连接有液压杆，所述液压杆的底端固定连接在所述底板上。
9.优选的，所述造波组件包括固定安装在所述安装板上的底座，所述底座上固定连接有驱动电机，所述驱动电机的输出端固定连接有转盘，所述转盘上固定连接有轴销，所述轴销上套设有套环。
10.优选的，所述套环上固定连接有对接座，所述对接座上固定连接有插杆，所述插杆的一端活动插设在套杆内，所述套杆的另一端固定连接在转杆上。
11.优选的，所述转杆的中端套设有限位座，所述限位座的底端固定连接在所述安装板上，所述安装板上开设有一对导向槽。
12.优选的，所述转杆的两端贴合有卡箍，所述卡箍上卡设有固定杆，所述固定杆通过螺栓固定连接在所述固定杆上。
13.优选的，所述固定杆的底端固定连接有连接杆，所述连接杆的一端固定连接有造波板。
14.综上，本发明的技术效果和优点：
15.1、本发明结构合理，将降雨花洒、造波板和土槽板联合运用，搭建了降雨径流-波浪复合侵蚀组合实验平台，通过对两种单一侵蚀过程的组合，可实现波浪侵蚀、降雨径流侵蚀、波浪和降雨径流侵蚀等多种复合侵蚀模式的协同模拟观测；
16.2、本发明中，实现对水库蓄水年内不同时段复合侵蚀中降雨径流、波浪作用过程的解析，从而辨识消落带部分淹水、完全淹水、完全出露等不同时段内降雨径流、波浪外营力对土壤侵蚀状态；
17.3、本发明中，为辨识年内不同时段消落带复合侵蚀主要驱动因子的作用过程，需要在可控实验条件下进行模拟观测，本发明采用降雨径流-波浪复合侵蚀组合模拟的试验手段，可有效控制各驱动因子作用的模式、时间、阈值等参数，并结合可变坡实验土槽，有效模拟不同地形、植被条件下不同外营力的作用，提高降雨径流、波浪侵蚀状态的定量评价精度和代表性。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术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是本申
请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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。
19.图1为水槽立体结构示意图；
20.图2为水槽侧视立体结构示意图；
21.图3为水槽俯视立体结构示意图；
22.图4为转盘立体结构示意图；
23.图5为水槽剖面立体结构示意图；
24.图6为水槽剖面正视结构示意图。
25.图中：1、底板；101、支架；102、水槽；103、第一水箱；104、第一水管；105、第一水泵；106、第二水管；107、第一固定座；108、支撑板；109、第二固定座；110、臂杆；112、降雨花洒；113、土槽板；114、安装板；115、第三水管；116、第二水泵；117、第四水管；118、第二水箱；2、支座；201、第一轴杆；202、第二轴杆；203、拉杆；204、限位板；205、液压杆；3、底座；301、驱动电机；302、转盘；303、轴销；304、套环；305、对接座；306、插杆；307、套杆；308、转杆；309、限位座；310、导向槽；4、卡箍；401、固定杆；402、连接杆；403、造波板。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.实施例：参考图1-3所示的一种水库消落带降雨径流与波浪复合侵蚀模拟系统，包括底板1，底板1上固定连接有支架101，支架101上固定安装有水槽102，底板1上固定安装有第一水箱103，第一水箱103的一端固定连接有第一水管104，第一水管104的另一端固定连接在第一水泵105上，第一水泵105固定安装在底板1上，第一水泵105的另一端固定连接有第二水管106，第二水管106上套设有第一固定座107，第一固定座107的另一端固定连接在支撑板108上，支撑板108的底端固定连接在底板1上，第二水管106上套设有第二固定座109，第二固定座109的底端固定连接在臂杆110上，臂杆110的底端固定连接在降雨花洒112上，第二水管106的另一端固定连接在臂杆110上；还包括排水组件、调节组件和造波组件，排水组件用于配合底板1整体进行使用，调节组件用于配合水槽102整体进行使用，造波组件用于配合水槽102进行使用。
28.具体的，通过第一水泵105的运作将第一水箱103内部的水通过第二水管106注入到降雨花洒112内部，然后通过降雨花洒112将水流对土槽板113上的土壤模型进行冲刷，然后驱动电机301开始进行运作，通过驱动电机301的运作使转盘302进行转动，通过插杆306与套杆307的配合使用，使转杆308反复进行转动，使得造波板403对水槽102内部的水进行推动从而制造成波浪，对土槽板113上的土壤进行冲刷，其中，降雨花洒112的雨滴的大小调控范围为0-5.0mm，可以模拟30～180mm/h的降雨强度，距地面6m，降雨均匀度系数大于0.80，通过动力控制系统可以设定降雨强度和时间，水槽102的长
×
宽
×
高为10m
×
1m
×
1.5m，用钢架及有机玻璃制成，在水槽一端安装带无级变速器的马达功率：3kw，调速范围：40-300r/min及造波板，配备供水设备，水槽底部设置排水阀，土槽板113为1m
×
0.8m
×
0.5m
(长
×
宽
×
高)的标准可调坡度土槽，坡度变化范围在0～45
°
之间，土槽底设有直径为5mm的透水孔，并在底部铺装透水反滤土工布，以保证土壤水自由入渗而槽体内土壤颗粒不随土壤水漏失。土槽下部采用铰链与波浪模拟水槽底部钢板链接，土槽上部链接机械式变坡组件，机械式变坡组件由液压升降控制。
29.作为本实施例中的一种实施方式，根据附4所示，排水组件包括设置在水槽102内部的土槽板113，水槽102的顶端固定安装有安装板114，水槽102的另一端固定连接有第三水管115，第三水管115的另一端固定连接在第二水泵116上，第二水泵116固定安装在底板1上，第二水泵116的另一端固定连接有第四水管117，第四水管117的另一端固定连接在第二水箱118上，第二水箱118固定安装在底板1上。
30.具体的，在底板1上固定安装有第一水箱103，在实验之前将第一水箱103注满水，然后在底板1上固定安装有第一水泵105,在第一水泵105的一侧固定连接有第一水管104，且第一水泵105的另一侧固定连接有第二水管106，通过第一水泵105将第一水箱103内部的水通过第二水管106注入到降雨花洒112的内部，降雨花洒112固定安装在臂杆110上，且降雨花洒112的位于土槽板113的正上方，当第二水管106内部的水流进入到降雨花洒112内部的时候，通过降雨花洒112上的空隙使水滴掉落到土槽板113的土壤上，从而便于对土槽板113上的土壤进行模拟下雨的场景。
31.作为本实施例中的一种实施方式，根据附图5所示，调节组件包括固定安装在水槽102底部的支座2，支座2上转动连接有第一轴杆201，第一轴杆201固定连接在土槽板113上，土槽板113的另一端固定连接有第二轴杆202，第二轴杆202的两端转动连接有拉杆203，拉杆203的顶端固定连接在限位板204，限位板204的一侧延伸至水槽102的一侧，限位板204的底端固定连接有液压杆205，液压杆205的底端固定连接在底板1上。
32.具体的，当需要对土槽板113的倾斜角度进行调节的时候，在土槽板113上固定连接有第一轴杆201，且第一轴杆201转动连接在支座2上，在支座2固定连接在水槽102的底部，当土槽板113进行倾斜的时候，第一轴杆201会在支座2上进行转动，在土槽板113的另一端固定连接有支座2，且支座2上转动连接有拉杆203，拉杆203的顶端固定连接在限位板204上，通过液压杆205的伸缩使得限位板204向上移动，限位板204的移动通过拉杆203拉动第二轴杆202进行移动，从而便于对土槽板113的角度进行调节。
33.作为本实施例中的一种实施方式，根据附图6所示，造波组件包括固定安装在安装板114上的底座3，底座3上固定连接有驱动电机301，驱动电机301的输出端固定连接有转盘302，转盘302上固定连接有轴销303，轴销303上套设有套环304，套环304上固定连接有对接座305，对接座305上固定连接有插杆306，插杆306的一端活动插设在套杆307内，套杆307的另一端固定连接在转杆308上，转杆308的中端套设有限位座309，限位座309的底端固定连接在安装板114上，安装板114上开设有一对导向槽310，转杆308的两端贴合有卡箍4，卡箍4上卡设有固定杆401，固定杆401通过螺栓固定连接在固定杆401上，固定杆401的底端固定连接有连接杆402，连接杆402的一端固定连接有造波板403。
34.具体的，当需要对水槽102内部的水进行模拟波浪的时候，驱动电机301开始进行运作，通过驱动电机301的运作使转盘302进行转动，在转盘302上固定连接有轴销303，且轴销303上转动连接有套环304，通过转盘302的转动使轴销303带动套环304进行转动，在套环304上固定连接有对接座305，且对接座305固定连接在插杆306上，通过套环304在轴销303
上进行转动的时候，插杆306会在套杆307内部进行伸缩移动，从而便于套杆307带动转杆308进行转动，转杆308的转动通过固定杆401带动连接杆402上的造波板403进行摆动，从而便于对水槽102内部的水进行来回波动，模拟浪花对土槽板113上的土壤进行冲刷。
35.本发明工作原理：在底板1上固定安装有第一水箱103，在实验之前将第一水箱103注满水，然后在底板1上固定安装有第一水泵105,在第一水泵105的一侧固定连接有第一水管104，且第一水泵105的另一侧固定连接有第二水管106，通过第一水泵105将第一水箱103内部的水通过第二水管106注入到降雨花洒112的内部，降雨花洒112固定安装在臂杆110上，且降雨花洒112的位于土槽板113的正上方，当第二水管106内部的水流进入到降雨花洒112内部的时候，通过降雨花洒112上的空隙使水滴掉落到土槽板113的土壤上，从而便于对土槽板113上的土壤进行模拟下雨的场景；
36.当需要对土槽板113的倾斜角度进行调节的时候，在土槽板113上固定连接有第一轴杆201，且第一轴杆201转动连接在支座2上，在支座2固定连接在水槽102的底部，当土槽板113进行倾斜的时候，第一轴杆201会在支座2上进行转动，在土槽板113的另一端固定连接有支座2，且支座2上转动连接有拉杆203，拉杆203的顶端固定连接在限位板204上，通过液压杆205的伸缩使得限位板204向上移动，限位板204的移动通过拉杆203拉动第二轴杆202进行移动，从而便于对土槽板113的角度进行调节；
37.当需要对水槽102内部的水进行模拟波浪的时候，驱动电机301开始进行运作，通过驱动电机301的运作使转盘302进行转动，在转盘302上固定连接有轴销303，且轴销303上转动连接有套环304，通过转盘302的转动使轴销303带动套环304进行转动，在套环304上固定连接有对接座305，且对接座305固定连接在插杆306上，通过套环304在轴销303上进行转动的时候，插杆306会在套杆307内部进行伸缩移动，从而便于套杆307带动转杆308进行转动，转杆308的转动通过固定杆401带动连接杆402上的造波板403进行摆动，从而便于对水槽102内部的水进行来回波动，模拟浪花对土槽板113上的土壤进行冲刷。
38.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种水库消落带降雨径流与波浪复合侵蚀模拟系统，包括底板(1)，其特征在于，所述底板(1)上固定连接有支架(101)，所述支架(101)上固定安装有水槽(102)，所述底板(1)上固定安装有第一水箱(103)，所述第一水箱(103)的一端固定连接有第一水管(104)，所述第一水管(104)的另一端固定连接在第一水泵(105)上，所述第一水泵(105)固定安装在底板(1)上，所述第一水泵(105)的另一端固定连接有第二水管(106)，所述第二水管(106)上套设有第一固定座(107)，所述第一固定座(107)的另一端固定连接在支撑板(108)上，所述支撑板(108)的底端固定连接在所述底板(1)上，所述第二水管(106)上套设有第二固定座(109)，所述第二固定座(109)的底端固定连接在臂杆(110)上，所述臂杆(110)的底端固定连接在降雨花洒(112)上，所述第二水管(106)的另一端固定连接在臂杆(110)上；还包括排水组件、调节组件和造波组件，所述排水组件用于配合所述底板(1)整体进行使用，所述调节组件用于配合所述水槽(102)整体进行使用，所述造波组件用于配合所述水槽(102)进行使用。2.根据权利要求1所述的一种水库消落带降雨径流与波浪复合侵蚀模拟系统，其特征在于：所述排水组件包括设置在所述水槽(102)内部的土槽板(113)，所述水槽(102)的顶端固定安装有安装板(114)，所述水槽(102)的另一端固定连接有第三水管(115)，所述第三水管(115)的另一端固定连接在第二水泵(116)上，所述第二水泵(116)固定安装在所述底板(1)上，所述第二水泵(116)的另一端固定连接有第四水管(117)，所述第四水管(117)的另一端固定连接在第二水箱(118)上，所述第二水箱(118)固定安装在所述底板(1)上。3.根据权利要求2所述的一种水库消落带降雨径流与波浪复合侵蚀模拟系统，其特征在于：所述调节组件包括固定安装在水槽(102)底部的支座(2)，所述支座(2)上转动连接有第一轴杆(201)，所述第一轴杆(201)固定连接在所述土槽板(113)上，所述土槽板(113)的另一端固定连接有第二轴杆(202)，所述第二轴杆(202)的两端转动连接有拉杆(203)。4.根据权利要求3所述的一种水库消落带降雨径流与波浪复合侵蚀模拟系统，其特征在于：所述拉杆(203)的顶端固定连接在限位板(204)，所述限位板(204)的一侧延伸至所述水槽(102)的一侧，所述限位板(204)的底端固定连接有液压杆(205)，所述液压杆(205)的底端固定连接在所述底板(1)上。5.根据权利要求2所述的一种水库消落带降雨径流与波浪复合侵蚀模拟系统，其特征在于：所述造波组件包括固定安装在所述安装板(114)上的底座(3)，所述底座(3)上固定连接有驱动电机(301)，所述驱动电机(301)的输出端固定连接有转盘(302)，所述转盘(302)上固定连接有轴销(303)，所述轴销(303)上套设有套环(304)。6.根据权利要求5所述的一种水库消落带降雨径流与波浪复合侵蚀模拟系统，其特征在于：所述套环(304)上固定连接有对接座(305)，所述对接座(305)上固定连接有插杆(306)，所述插杆(306)的一端活动插设在套杆(307)内，所述套杆(307)的另一端固定连接在转杆(308)上。7.根据权利要求6所述的一种水库消落带降雨径流与波浪复合侵蚀模拟系统，其特征在于：所述转杆(308)的中端套设有限位座(309)，所述限位座(309)的底端固定连接在所述安装板(114)上，所述安装板(114)上开设有一对导向槽(310)。8.根据权利要求7所述的一种水库消落带降雨径流与波浪复合侵蚀模拟系统，其特征在于：所述转杆(308)的两端贴合有卡箍(4)，所述卡箍(4)上卡设有固定杆(401)，所述固定
杆(401)通过螺栓固定连接在所述固定杆(401)上。9.根据权利要求8所述的一种水库消落带降雨径流与波浪复合侵蚀模拟系统，其特征在于：所述固定杆(401)的底端固定连接有连接杆(402)，所述连接杆(402)的一端固定连接有造波板(403)。

技术总结
本发明公开了一种水库消落带降雨径流与波浪复合侵蚀模拟系统，涉及到土壤侵蚀研究技术领域，包括底板，所述底板上固定连接有支架，所述支架上固定安装有水槽，所述底板上固定安装有第一水箱，所述第一水箱的一端固定连接有第一水管，所述第一水管的另一端固定连接在第一水泵上，所述第一水泵固定安装在底板上，所述第一水泵的另一端固定连接有第二水管。本发明结构合理，实现了利用模拟试验来量化降雨径流和波浪复合侵蚀作用下不同外营力对消落带土壤侵蚀过程影响的技术方案，通过模拟试验，量化降雨径流、波浪复合侵蚀过程中的土壤侵蚀量，通过对水库一个水文年内不同蓄水时段降雨径流和波浪耦合作用、独立作用对侵蚀过程的影响模拟。响模拟。响模拟。


技术研发人员：鲍玉海 赵芹 贺秀斌 王艳琪 禹妍彤 吕佼容 李红
受保护的技术使用者：四川省水利发展集团有限公司
技术研发日：2023.05.05
技术公布日：2023/8/14