CN112284682B - 一种模拟沟头跌穴发育的实验装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟沟头跌穴发育的实验装置和方法，包括水槽一、水槽二及沉沙池。水槽一位于水槽二的上游，水槽一的出口位于水槽二中心偏上游的位置，水槽一的上游处连接有稳流池，水槽一与稳流池通过水管连接；水槽二的下游连接有集流槽，集流槽的出口处设有集沙口，集沙口对准沉沙池。通过上述实验装置进行如下实验方法：调节水槽一跌水动力条件调节，往水槽二填充不同的土壤，最后利用摄影测量技术，对冲刷后跌穴的形态进行高精度监测。本发明有效模拟了不同水动力及沟床土壤条件情况下，沟床在跌水作用下的侵蚀产沙过程及形态特征，实现了对跌穴发育过程的系统模拟试验。

Description

一种模拟沟头跌穴发育的实验装置和方法

技术领域

本发明属于水土保持试验技术领域，尤其涉及一种模拟沟头跌穴发育的实验装置和方法。

背景技术

沟蚀是土壤侵蚀的主要过程，沟蚀产沙在我国主要水蚀区域的产沙贡献高大42.9%-86.3%。沟头溯源侵蚀是沟蚀发育的主要过程之一，沟头上游汇聚的股流在沟头处形成跌水并冲蚀沟床，是沟头后退的主要驱动因素。

水槽试验是研究股流冲刷条件下土壤分离速率的主要试验手段。前期，国内通过水槽模拟试验，针对土壤在沿土体表面的股流剪切冲刷作用下的细沟临界发育条件、股流的分离和搬运机制，及其受土壤理化性质、植被、退耕、冻融等因素的影响开展研究。

跌水冲刷与剪切冲刷在冲刷角度、作用机制上均存在显著差异，剪切冲刷的水槽实验装置设计已较为成熟，并被广泛应用；与之相比，鲜有针对跌水冲刷的水槽实验报道，也缺乏成熟的跌水水槽实验装置。

此外，也有通过野外原位沟头的模拟冲刷试验，在切沟沟头尺度上观测其径流-侵蚀过程及形态特征的变化过程的试验方法，但由于可供原位试验的沟头数量相对有限，其上游来水及下垫面条件、沟头形态、土壤条件等其它影响因素难以控制，导致难以准确模拟跌穴自身发育过程。

因此，相对剪切冲刷，由于试验手段的限制，以跌水为动力条件的沟头溯源侵过程的模拟研究还相对较为薄弱，对跌穴的回溯发育距离、掏蚀强度及形态特征参数表征等方面尚缺乏系统研究，从而导致当前，全球仍缺乏可实际应用的沟头溯源侵蚀预报模型，严重影响了沟蚀的预防及治理工作。

发明内容

为解决现有技术不足，本发明提供一种模拟沟头跌穴发育的实验装置和方法，本发明通过构建两段式的水槽试验，模拟不同跌水动力条件，构建不同土壤类型的模拟沟床，开展跌水冲刷下的模拟沟床侵蚀过程及形态变化监测。

为了实现上述目的，拟采用以下方案：

一种模拟沟头跌穴发育的实验装置，包括水槽一、水槽二及沉沙池。

水槽一位于水槽二的上游，水槽一的出口位于水槽二中心偏上游的位置，水槽一的上游处连接有稳流池，水槽一与稳流池通过水管连接；

水槽二的下游连接有集流槽，集流槽的出口处设有集沙口，集沙口对准沉沙池。

进一步的，水槽一上游处设置消能槽，消能槽的深度大于水槽一，消能槽连接水管。

进一步的，出口横切面为梯形，梯形的窄边位于宽边的下游。

进一步的，水槽一设计长度为4米，宽度0.1米，深度0.2米。

进一步的，水槽二的填土区长度0.8米，宽度0.5米，平均填土深度0.5米。

一种模拟沟头跌穴发育的实验方法，通过上述实验装置，具体采用以下方式：

（1）跌水动力条件调节：调节水槽一的坡度及与跌水下落高度，通过稳流池调节水槽一的流量；

（2）沟床土壤处理：可根据不同研究区的实际情况，采集不同的土壤填充至水槽二，填充的填土区长度0.8米，宽度0.5米，平均填土深度0.5米，形成沟床；

（3）参数监测：

水力学参数：根据实验设计，定期监测水槽一中径流流速，水槽一的中段位置为流速监测断面，采用染色法测定流速，重复3次取平均值；基于稳流池的放水流量、测得的径流流速及水槽一的宽度计算径流深，同时测定水温及跌水入射角度；基于水槽一径流流速、径流深、水温及坡度，计算获取其它的水力学参数，包括雷诺数、佛罗德数、径流剪切力、径流功率、单位径流功率，同时在第一次冲刷试验开始时，记录跌水在沟床的初始作用位置；

径流泥沙数据：用一定体积的径流瓶收集不同时刻集沙口处的径流泥沙，及沉砂池中的径流总量；在充分搅拌沉砂池水砂后，用径流瓶取含沙量样品；每次冲刷结束后清空沉砂池，并清洗干净；径流瓶用明矾加速泥沙沉降，静置24小时后，滤去清水，将泥沙样品烘干并称重，烘干温度105℃，时间24小时；分别获取各时刻集沙口处的径流泥沙含量，及沉砂池的泥沙总量；

跌穴形态参数：利用摄影测量，对冲刷后跌穴的形态进行高精度监测，获取沟床跌穴的边界范围，结合跌水初始位置，划分跌穴的上游回溯区与下游扩张区；提取每次冲刷后跌穴回溯的形态特征参数，包括回溯距离、回溯区长度、宽度、深度、面积、体积、及跌穴与沟头的空间位置关系；结合沟床土壤容重及DEM获取的沟床体积变化，计算每次冲刷的沟床侵蚀量，并与沉砂池的监测数据进行对照；基于DEM提取各时刻跌穴回溯区的体积变化，计算跌穴回溯区与沟床体积变化总量的比率，结合沟床侵蚀总量的计算结果，获取各时刻跌穴回溯发育的侵蚀速率。

进一步的，在步骤（1）中，流量包括30 L/min~400 L /min，坡度包括0°~45°，高度包括0米~1.0米。

进一步的，每组试验的冲刷总时长及监测频率可自行设计，实验总时长30 min -180min，监测频率1 min /次-10 min /次，每轮冲刷完毕后进行沟床形态监测，监测完毕后立即开展下一轮冲刷。

进一步的，在步骤（3）中：

水力学参数：根据实验设计，定期监测一次水槽一中径流流速，出口向上2m为流速监测断面；

径流泥沙数据：每间隔固定时间，用径流瓶收集集沙口处的径流泥沙，重复3次，间隔时间、径流瓶尺寸可自行设计，间隔时间1 min -5min，径流瓶尺寸包括0.25L和0.5L，同时记录沉砂池中的径流总量，在充分搅拌沉砂池水砂后，用径流瓶取含沙量样品，重复3次；

跌穴形态参数：在水槽二设置8-10个标志点，并确定其坐标信息；在冲刷前及每次冲刷结束后，对沟床从8-12个固定角度进行照片拍摄，照片最低重叠度>50%，并包含不少于4个标志点；每轮冲刷试验结束后拍摄一次，拍摄前用吸水布清空跌穴内的积水；根据每组照片及标志点坐标信息获得沟床表面的高密度点云数据及正射影像，根据点云数据获得每次冲刷前后的DEM用于计算沟床的地形变化。

本发明的有益效果在于：

1、本发明可以有效模拟不同水动力及沟床土壤条件情况下，沟床在跌水作用下的侵蚀产沙过程及形态特征，从而实现对跌穴发育过程的系统模拟试验；

2、本发明克服了传统水槽只能模拟径流剪切冲刷条件下的土壤分离过程的局限，也克服了原位沟头模拟试验中，天然沟头的数量限制及沟头形态、土壤条件等其它影响因素难以控制的缺点；

3、通过监测跌穴回溯发育距离、侵蚀速率及形态特征等，明晰跌穴回溯发育的表征方法，基于不同动、阻力条件下，沟床跌穴发育的形态动力过程参数，最终构建跌穴发育的模拟计算方法，研究成果有助于沟头溯源侵蚀模型的构建，为我国沟头溯源侵蚀强度评价及防治工作提供相应的技术支撑；

4、本发明水槽一的出口模拟跌坎所在位置，且位于水槽二中心偏上游的位置，冲刷时，使跌水初始作用点位于沟床中心位置附近，保障跌穴回溯发育有足够的空间。

附图说明

本文描述的附图只是为了说明所选实施例，而不是所有可能的实施方案，更不是意图限制本发明的范围。

图1为本发明实施例的实验装置示意图；

图2为本发明实施例跌穴发育示意图。

具体实施方式

如图1所示，为本实施例提供的一种模拟沟头跌穴发育的实验装置，包括水槽一1、水槽二3及沉沙池5。

具体的，水槽一1位于水槽二3的上游，水槽一1的出口12位于水槽二3中心偏上游的位置，冲刷时，可使跌水初始作用点位于水槽二3中心位置附近，水槽一1的上游处连接有稳流池2，水槽一1与稳流池2通过水管21连接，稳流池2为水流量控制装置。

具体的，水槽二3的下游连接有集流槽4，集流槽4的出口处设有集沙口41，集沙口41对准沉沙池5。

更具体的，水槽一1上游处设置有消能槽11，消能槽11的深度大于水槽一1，消能槽11连接水管21，冲刷时，水流通过稳流池2进入消能槽11，消能槽11的水通过溢流方式进入水槽一1。

更具体的，出口12横切面为梯形，梯形的窄边位于宽边的下游。

更具体的，水槽一1设计长度为4米，宽度0.1米，深度0.2米。

更具体的，参考野外及试验观测的跌穴形态参数，结合跌水喷射距离估算，水槽二3的填土区31长度0.8米，宽度0.5米，平均填土深度0.5米。

一种模拟沟头跌穴发育的实验方法，通过上述的实验装置，具体采用以下方式：

（1）跌水动力条件调节：调节水槽一1的流量、坡度及与跌水下落高度，流量包括30L/min~400 L /min，坡度包括0°~45°，高度包括0米~1.0米；

（2）沟床土壤处理：根据不同研究区的实际情况，采集不同的土壤对水槽二3填充，形成沟床，填充的填土区31长度0.8米，宽度0.5米，平均填土深度0.5米；

（3）参数监测：

水力学参数：根据实验设计，定期监测水槽一1中径流流速，监测时间间隔3min~8min，水槽一1的中段位置为流速监测断面，采用染色法测定流速，重复3次取平均值；基于稳流池2的放水流量、测得的径流流速及水槽一1的宽度计算径流深，同时测定水温及跌水入射角度；基于水槽一1径流流速、径流深、水温及坡度，计算获取其它的水力学参数，包括雷诺数、佛罗德数、径流剪切力、径流功率、单位径流功率，同时在第一次冲刷试验开始时，记录跌水在沟床的初始作用位置；

径流泥沙数据：每间隔固定时间，用径流瓶收集集沙口41处的径流泥沙，重复3次，间隔时间、径流瓶尺寸可自行设计，间隔时间1 min -5min，径流瓶尺寸包括0.25L、0.5L，同时记录沉砂池5中的径流总量；在充分搅拌沉砂池5水砂后，用径流瓶取含沙量样品；每次冲刷结束后清空沉砂池5，并清洗干净；径流瓶用明矾加速泥沙沉降，静置24小时后，滤去清水，将泥沙样品烘干并称重，烘干温度105℃，时间24小时；分别获取各时刻集沙口41处的径流泥沙含量，及沉砂池5的泥沙总量；

跌穴形态参数：利用摄影测量技术，在水槽二3边墙等部位设置8-10个标志点，并确定其坐标信息；利用定焦镜头相机，在冲刷前及每次冲刷结束后，对沟床从8-12个固定角度进行照片拍摄，照片最低重叠度>50%，并包含不少于4个标志点；每轮冲刷试验结束后拍摄一次，拍摄前用吸水布清空跌穴内的积水；将每组照片及标志点坐标信息导入AgiSoftPhotoScan软件，生成沟床表面的高密度点云数据及正射影像，点云数据导入ArcGIS（10.2）软件，生成每次冲刷前后的DEM用于计算沟床的地形变化；

基于正射影像获取沟床跌穴的边界范围，如图2所示，结合跌水初始位置1c，划分跌穴的上游回溯区1a与下游扩张区1b，Xm<Xd时，跌穴无法作用于沟头1d；提取每次冲刷后跌穴回溯的表征参数，包括回溯距离、回溯区长度、宽度、深度、面积、体积等形态特征参数，及跌穴与沟头1d的空间位置关系；结合沟床土壤容重及DEM获取的沟床体积变化，计算每次冲刷的沟床侵蚀量，并与沉砂池5的监测数据进行对照；基于DEM提取各时刻跌穴回溯区1a的体积变化，计算跌穴回溯区1a与沟床体积变化总量的比率，结合沟床侵蚀总量的计算结果，获取各时刻跌穴回溯发育的侵蚀速率。

每组试验的冲刷总时长及监测频率可自行设计，实验总时长30 min -180min，监测频率1 min /次-10 min /次，每轮冲刷完毕后进行沟床形态监测，监测完毕后立即开展下一轮冲刷。

实施例1

（1）跌水动力条件调节：调节水槽一1的流量为30 L/min、坡度为2°、跌水下落高度为0.2米，每组实验冲刷80min，每8min为一轮冲刷；

（2）沟床土壤处理：将燥红土填充至填土区31，形成沟床；

（3）参数监测：

水力学参数：每3min监测一次水槽一1中径流流速，出口12向上1.5m为流速监测断面，采用染色法测定流速，重复3次取平均值；

径流泥沙数据：每1min用0.25升径流瓶收集集沙口41处的径流泥沙，重复3次，并记录沉砂池5中的径流总量，在充分搅拌沉砂池5水砂后，用0.25升容量的径流瓶取含沙量样品，重复3次；每次冲刷结束后清空沉砂池5，并清洗干净；径流瓶用明矾加速泥沙沉降，静置24小时后，滤去清水，将泥沙样品烘干并称重，烘干温度105℃，时间24小时；

跌穴形态参数：利用摄影测量技术，在水槽二3边墙设置8个标志点，并确定其坐标信息；利用定焦镜头相机，在冲刷前及每次冲刷结束后，对沟床从8个固定角度进行照片拍摄，照片最低重叠度为55%，并包含4个标志点；每轮冲刷试验结束后拍摄一次，拍摄前用吸水布清空跌穴内的积水；将每组照片及标志点坐标信息导入AgiSoft PhotoScan软件，生成沟床表面的高密度点云数据及正射影像，点云数据导入ArcGIS（10.2）软件，生成每次冲刷前后的DEM用于计算沟床的地形变化；

基于正射影像获取沟床跌穴的边界范围，结合跌水初始位置1c，划分跌穴的上游回溯区1a与下游扩张区1b；提取每次冲刷后跌穴回溯的表征参数，包括回溯距离、回溯区长度、宽度、深度、面积、体积等形态特征参数，及其与沟头1d的空间位置关系；结合沟床土壤容重及DEM获取的沟床体积变化，计算每次冲刷的沟床侵蚀量，并与沉砂池5的监测数据进行对照；基于DEM提取各时刻跌穴回溯区1a的体积变化，计算跌穴回溯区1a与沟床体积变化总量的比率，结合沟床侵蚀总量的计算结果，获取各时刻跌穴回溯发育的侵蚀速率。

实施例2

（1）跌水动力条件调节：调节水槽一1的流量为100 L/min、坡度为15°、跌水下落高度为0.6米，每组实验冲刷90min，每10min为一轮冲刷；

（2）沟床土壤处理：将红壤填充至填土区31，形成沟床；

（3）参数监测：

水力学参数：每5min监测一次水槽一1中径流流速，出口12向上2m为流速监测断面，采用染色法测定流速，重复3次取平均值；

径流泥沙数据：每3min用0.5升径流瓶收集集沙口41处的径流泥沙，重复3次，并记录沉砂池5中的径流总量，在充分搅拌沉砂池5水砂后，用0.5升容量的径流瓶取含沙量样品，重复3次；每次冲刷结束后清空沉砂池5，并清洗干净；径流瓶用明矾加速泥沙沉降，静置24小时后，滤去清水，将泥沙样品烘干并称重，烘干温度105℃，时间24小时；

跌穴形态参数：利用摄影测量技术，在水槽二3边墙部位设置9个标志点，并确定其坐标信息；利用定焦镜头相机，在冲刷前及每次冲刷结束后，对沟床从10个固定角度进行照片拍摄，照片最低重叠度为60%，并包含5个标志点；每轮冲刷试验结束后拍摄一次，拍摄前用吸水布清空跌穴内的积水；将每组照片及标志点坐标信息导入AgiSoft PhotoScan软件，生成沟床表面的高密度点云数据及正射影像，点云数据导入ArcGIS（10.2）软件，生成每次冲刷前后的DEM用于计算沟床的地形变化；

基于正射影像获取沟床跌穴的边界范围，结合跌水初始位置1c，划分跌穴的上游回溯区1a与下游扩张区1b；提取每次冲刷后跌穴回溯的表征参数，包括回溯距离、回溯区长度、宽度、深度、面积、体积等形态特征参数，及其与沟头1d的空间位置关系；结合沟床土壤容重及DEM获取的沟床体积变化，计算每次冲刷的沟床侵蚀量，并与沉砂池5的监测数据进行对照；基于DEM提取各时刻跌穴回溯区1a的体积变化，计算跌穴回溯区1a与沟床体积变化总量的比率，结合沟床侵蚀总量的计算结果，获取各时刻跌穴回溯发育的侵蚀速率。

实施例3

（1）跌水动力条件调节：调节水槽一1的流量为280 L/min、坡度为35°、跌水下落高度为1.0米，每组实验冲刷100min，每10min为一轮冲刷；

（2）沟床土壤处理：将砖红壤填充至填土区31，形成沟床；

（3）参数监测：

水力学参数：每8min监测一次水槽一1中径流流速，出口12向上2.5m为流速监测断面，采用染色法测定流速，重复3次取平均值；

径流泥沙数据：每5min用0.5升径流瓶收集集沙口41处的径流泥沙，重复3次，并记录沉砂池5中的径流总量，在充分搅拌沉砂池5水砂后，用0.5升容量的径流瓶取含沙量样品，重复3次；每次冲刷结束后清空沉砂池5，并清洗干净；径流瓶用明矾加速泥沙沉降，静置24小时后，滤去清水，将泥沙样品烘干并称重，烘干温度105℃，时间24小时；

跌穴形态参数：利用摄影测量技术，在水槽二3边墙部位设置10个标志点，并确定其坐标信息；利用定焦镜头相机，在冲刷前及每次冲刷结束后，对沟床从12个固定角度进行照片拍摄，照片最低重叠度为650%，并包含6个标志点；每轮冲刷试验结束后拍摄一次，拍摄前用吸水布清空跌穴内的积水；将每组照片及标志点坐标信息导入AgiSoft PhotoScan软件，生成沟床表面的高密度点云数据及正射影像，点云数据导入ArcGIS（10.2）软件，生成每次冲刷前后的DEM用于计算沟床的地形变化；

基于正射影像获取沟床跌穴的边界范围，结合跌水初始位置1c，划分跌穴的上游回溯区1a与下游扩张区1b；提取每次冲刷后跌穴回溯的主要表征参数，如：回溯距离、回溯区长度、宽度、深度、面积、体积等形态特征参数，及其与沟头1d的空间位置关系；结合沟床土壤容重及DEM获取的沟床体积变化，计算每次冲刷的沟床侵蚀量，并与沉砂池5的监测数据进行对照；基于DEM提取各时刻跌穴回溯区1a的体积变化，计算跌穴回溯区1a与沟床体积变化总量的比率，结合沟床侵蚀总量的计算结果，获取各时刻跌穴回溯发育的侵蚀速率。

综上所述，基于本发明可以实现跌水动力条件中流量、坡度、跌水高度的有效精确控制，可以实现沟头土壤条件中机械组成、含水量、沟床表面坡度等的有效调节，最终为跌水作用下的沟床跌穴发育过程累积大量、全面的基础数据，为沟头溯源侵蚀的机理研究及预报模型构建提供相应的数据基础。

Claims (9)

1.一种模拟沟头跌穴发育的实验装置，其特征在于，包括水槽一（1）、水槽二（3）及沉沙池（5）；

所述水槽一（1）位于所述水槽二（3）的上游，所述水槽一（1）的出口（12）位于所述水槽二（3）中心偏上游的位置，所述水槽一（1）的上游处连接有稳流池（2），所述水槽一（1）与所述稳流池（2）通过水管（21）连接，所述稳流池（2）用于调节所述水槽一（1）的水流量，所述水槽一（1）用于调节水流的高度、坡度；

所述水槽二（3）的下游连接有集流槽（4），所述集流槽（4）的出口处设有集沙口（41），所述集沙口（41）对准所述沉沙池（5），所述水槽二（3）用于填充土壤。

2.如权利要求1所述的模拟沟头跌穴发育的实验装置，其特征在于，所述水槽一（1）上游处设置有消能槽（11），所述消能槽（11）的深度大于所述水槽一（1），所述消能槽（11）连接所述水管（21）。

3.如权利要求1所述的模拟沟头跌穴发育的实验装置，其特征在于，所述出口（12）横切面为梯形，所述梯形的窄边位于宽边的下游。

4.如权利要求1所述的模拟沟头跌穴发育的实验装置，其特征在于，所述水槽一（1）设计长度为4米，宽度0.1米，深度0.2米。

5.如权利要求1所述的模拟沟头跌穴发育的实验装置，其特征在于，所述水槽二（3）的填土区（31）长度0.8米，宽度0.5米，平均填土深度0.5米。

6.一种模拟沟头跌穴发育的实验方法，其特征在于，通过上述权利要求1~5任一所述的实验装置，具体采用以下方式：

（1）跌水动力条件调节：调节所述水槽一（1）的坡度及与跌水下落高度，通过所述稳流池（2）调节所述水槽一（1）的流量；

（2）沟床土壤处理：根据不同研究区的实际情况，采集不同的土壤对所述水槽二（3）填充，形成沟床；

（3）参数监测：

水力学参数：根据实验设计，定期监测所述水槽一（1）中径流流速，所述水槽一（1）的中段位置为流速监测断面，采用染色法测定流速，重复3次取平均值；基于所述稳流池（2）的放水流量、测得的径流流速及所述水槽一（1）的宽度计算径流深，同时测定水温及跌水入射角度；基于所述水槽一（1）径流流速、径流深、水温及坡度，计算获取其它的水力学参数，包括雷诺数、佛罗德数、径流剪切力、径流功率、单位径流功率，同时在第一次冲刷试验开始时，记录跌水在沟床的初始作用位置；

径流泥沙数据：用一定体积的径流瓶收集不同时刻所述集沙口（41）处的径流泥沙，及所述沉砂池（5）中的径流总量；在充分搅拌所述沉砂池（5）水砂后，用径流瓶取含沙量样品；每次冲刷结束后清空所述沉砂池（5），并清洗干净；径流瓶用明矾加速泥沙沉降，静置24小时后，滤去清水，将泥沙样品烘干并称重，烘干温度105℃，时间24小时；分别获取各时刻所述集沙口（41）处的径流泥沙含量，及所述沉砂池（5）的泥沙总量；

跌穴形态参数：利用摄影测量对冲刷后跌穴的形态进行高精度监测，获取沟床跌穴的边界范围，结合跌水初始位置（1c），划分跌穴的上游回溯区（1a）与下游扩张区（1b）；提取每次冲刷后跌穴回溯的形态特征参数，包括回溯距离、回溯区长度、宽度、深度、面积、体积、及跌穴与沟头（1d）的空间位置关系；结合沟床土壤容重及DEM获取的沟床体积变化，计算每次冲刷的沟床侵蚀量，并与所述沉砂池（5）的监测数据进行对照；基于基于DEM提取各时刻跌穴回溯区（1a）的体积变化，计算跌穴回溯区（1a）与沟床体积变化总量的比率，结合沟床侵蚀总量的计算结果，获取各时刻跌穴回溯发育的侵蚀速率。

7.如权利要求6所述的模拟沟头跌穴发育的实验方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，流量包括30 L/min~400 L /min，坡度包括0°~45°，高度包括0米~1.0米。

8.如权利要求7所述的模拟沟头跌穴发育的实验方法，其特征在于，每组试验的冲刷总时长及监测频率可自行设计，实验总时长30 min -180min，监测频率1 min /次-10 min /次，每轮冲刷完毕后进行沟床形态监测，监测完毕后立即开展下一轮冲刷。

9.如权利要求6所述的模拟沟头跌穴发育的实验方法，其特征在于，在所述步骤（3）中：

水力学参数：根据实验设计，定期监测所述水槽一（1）中径流流速，所述出口（12）向上2m为流速监测断面；

径流泥沙数据：每间隔固定时间，用径流瓶收集所述集沙口（41）处的径流泥沙，重复3次，间隔时间、径流瓶尺寸可自行设计，间隔时间1 min -5min，径流瓶尺寸包括0.25L和0.5L，同时记录所述沉砂池（5）中的径流总量，在充分搅拌所述沉砂池（5）水砂后，用径流瓶取含沙量样品，重复3次；

跌穴形态参数：在所述水槽二（3）设置8-10个标志点，并确定其坐标信息；在冲刷前及每次冲刷结束后，对沟床从8-12个固定角度进行照片拍摄，照片最低重叠度>50%，并包含不少于4个标志点；每轮冲刷试验结束后拍摄一次，拍摄前用吸水布清空跌穴内的积水；根据每组照片及标志点坐标信息获得沟床表面的高密度点云数据及正射影像，根据点云数据获得每次冲刷前后的DEM用于计算沟床的地形变化。

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