CN115467290B - 一种生态固床件试验装置的试验方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种生态固床件试验装置的试验方法，包括用于平铺在河床底壁上的柔性防护网；通过采用上述技术方案，采用柔性防护网的设置不会全面阻断泥沙输运，不会阻碍鱼类洄游和上溯，从而防止生态系统受到威胁；采用柔性防护网的设置其整体稳定性较好，水流较大时不容易被水流破坏，采用柔性防护网的设置其结构简单，便于操作人员进行安装，并且当柔性防护网损坏时便于对柔性防护网进行及时的更换，采用柔性防护网的设置抑制了上游河床下切，可以稳固河床受保护河段的侵蚀基准面，对河床变形具有良好的适应性。

Description

一种生态固床件试验装置的试验方法

技术领域

本申请涉及河床维护领域，尤其是涉及一种生态固床件试验装置的试验方法。

背景技术

河床亦称“河槽”；下切侵蚀指流水对河床垂向的侵蚀切割作用；河流上游来沙量小于水流挟沙力时，则水流垂向侵蚀切割作用强，使河床高程逐渐降低；随着河流水量的增多动能增强，或新构造抬升都会加强河流的下切侵蚀作用；河床下切主要受自然演变及人类活动的影响。地震等自然灾害发生后引起山体滑坡等次生灾害，大量泥沙补给到河道中改变了原有的水沙平衡，造成河床的剧烈下切。而人类活动更多的是对河床造成持续性影响引发下切。

抑制河床下切的河势控制建筑物可采用刚性河势控制建筑物；刚性河势控制建筑物一般为钢筋混凝土结构，其自身不可透水，且刚性较大不易变形，主要包括拦沙坝、矮堰等；授权公告号为CN108532537B的中国专利公开了一种治理山区河流冲刷性河段下切的漂石阶梯结构布置方法，步骤如下：(1)目标河段为原型构建第一物理模型；(2)确定漂石选择范围；(3)铺设漂石构建第二物理模型，确定基础漂石控制区；(4)向第一和第二物理模型中引入水流进行冲刷至床面稳定后，选择纵剖面，绘制床面稳定后各纵剖面的形态图；(6)计算各基础漂石控制区中各纵剖面的平均河床抗冲效率λp；(7)调整各基础漂石控制区的漂石铺设位置或/和漂石尺寸，使各基础漂石控制区中的λp＜λmax，λmax＝0.3～1，以此时的第二物理模型为基础，计算拟在目标河段铺设的漂石的尺寸，选择漂石并按与作为基础的第二物理模型相同的铺设方式铺设于目标河段中。

针对上述中的相关技术，存在以下技术问题：虽然采用漂石阶梯结构布置可以抑制河床的下切，但是当水流越过漂石时会加重水流对下游床面的冲刷，当水流较快导致下游床面冲刷破坏严重时，则此时阶梯结构布置的漂石将会失去一定的稳定性，导致又出现河床下切的现象。

发明内容

第一方面，为了提高抑制河床下切的结构稳定性，本申请提供一种生态固床件。

本申请提供的一种生态固床件采用如下的技术方案：

一种生态固床件，包括用于平铺在河床底壁上的柔性防护网。

通过采用上述技术方案，采用柔性防护网的设置不会全面阻断泥沙输运，不会阻碍鱼类洄游和上溯，从而防止生态系统受到威胁；采用柔性防护网的设置其整体稳定性较好，水流较大时不容易被水流破坏，采用柔性防护网的设置其结构简单，便于操作人员进行安装，并且当柔性防护网损坏时便于对柔性防护网进行及时的更换，采用柔性防护网的设置抑制了上游河床下切，可以稳固河床受保护河段的侵蚀基准面，对河床变形具有良好的适应性。

可选的，所述柔性防护网设置为聚乙烯无结网。

通过采用上述技术方案，采用聚乙烯无结网的设置具备密度高和稳定性好的特点，具有良好的可裁剪性及弯折性，便于跟随河床的规格进行适应性的尺寸调节，在一定的外力作用下不易发生较大的孔径变化，当受到水沙冲击、摩擦和堆积时，聚乙烯无结网既能保持自己局部较小的孔径变化，同时整体也可以适应河床的冲淤变化。

第二方面，为了提高抑制河床下切的结构稳定性，本申请提供一种生态固床件试验装置。

本申请提供的一种生态固床件试验装置采用如下的技术方案：

一种生态固床件试验装置，包括所述的生态固床件，包括试验河床，所述试验河床的一端设置为进水端，另一端设置为出水端，所述试验河床内沿进水端朝向出水端的方向将试验河床分为水流调整段和试验段，所述试验河床的试验段用于铺设柔性防护网，所述试验河床内且位于出水端所在的位置处为尾部侵蚀基准面。

通过采用上述技术方案，将需要搭建柔性防护网的河床缩小一定的比例制作形成试验装置，便于有效的进行河床的模拟试验，将试验河床分为水流调整段和试验段，便于对水流的状态进行人为的干预调节，从而更好的对河床的实际情况进行模拟，采用尾部侵蚀基准面的设置便于试验人员在不同的工况下进行测量，从而提高了测量结果的精准性。

可选的，所述试验河床内且位于进水端所在的位置设置有用于平稳输送至水流调整段内的水流的平稳件。

通过采用上述技术方案，通过平稳件对流动至试验段内的水流进行更好的平稳，从而更好的模拟实际河床的水流动的效果，防止不平稳的水流影响试验的结果，从而进一步提高了试验结果的精准性。

可选的，所述平稳件包括多个竖向挡杆和多个横向挡杆，多个所述竖向挡杆沿竖直方向间隔设置在试验河床内，多个所述横向挡杆沿水平方向设置在多个竖向挡杆上。

通过采用上述技术方案，当水流通过多个竖向挡杆和多个横向挡杆时，会受到多个竖向挡杆和多个横向挡杆的阻挡，水流可沿着多个竖向挡杆和多个横向挡杆之间的间隙穿过，从而使得多个竖向挡杆和多个横向挡杆对水流进行平稳，采用多个竖向挡杆和多个横向挡杆的设置其结构简单，提高了对水流平稳的平稳效果。

可选的，所述试验河床相对的面上相对设置有铺设测量点，两侧所述铺设测量点沿试验河床的长度方向间隔设置有多组，多组铺设测量点均位于试验段内。

通过采用上述技术方案，采用多个铺设测量点的设置便于实现对柔性防护网的铺设，采用多个铺设段的设置便于根据河床的比例铺设不同长度的柔性防护网，并且增多了对试验河床试验段的测量点位，从而进一步提高测量结果的准确性。

可选的，所述试验河床的试验段设置为透明段。

通过采用上述技术方案，将试验段设置为透明段，从而便于试验人员对试验段内的水流高度以及河床高度进行测量。

第三方面，为了提高抑制河床下切的结构稳定性，本申请提供一种生态固床件试验装置的试验方法。

本申请提供的一种生态固床件试验装置的试验方法采用如下的技术方案：

一种生态固床件试验装置的试验方法，包括生态固床件试验装置，包括：

S1：模型制作，对需要铺设柔性防护网的河道进行勘察，通过测量得到河道的河床塑造流量Q₀、河道长度L、河道宽度B、河床坡度J、床沙级配、试验用沙特征粒径D₅₀，通过缩小需要铺设柔性防护网的河道比例制作生态固床件试验装置模型；

S2：试验条件设置，采用砾石铺设在试验河床的底部，然后根据试验河床的流量范围选择合适的床沙级配铺设床沙，由低至高以河床塑造流量Q₀设置多个流量梯度Q_i，将水以多个流量梯度Q_i自由出流至试验河床内；

S3：柔性防护网的设置，柔性防护网的孔径设置为用于阻止泥沙穿过的D_50i，，柔性防护网纵向长度设置为B_i，柔性防护网采用平铺的方式布置在试验河床的床面上；

S4：试验数据测量；通过第一测量设备测量试验过程中水位和床面高程，通过第二测量设备测量排干试验河床后的床面高程，采用第三测量设备对柔性防护网下游床面位置处进行拍照处理，通过计算机计算得到柔性防护网下游床面的正射影像，通过第四测量设备对选定的校核点进行多次复核测量，采用计算机软件对柔性防护网下游的河床形态进行分析处理；

S5：测量时间，试验过程中水位和床面高程的测量间隔在前一个小时时，测量点位第5分钟、第15分钟、第30分钟、第45分钟和第60分钟，试验时间到达一小时后，测量间隔改为每30分钟测量一次，纵向上测量间距为20cm，测量范围为试验段，将每个铺设段的断面上测量中线点作为此断面测量数据，将测量所得的床面高程数据进行计算，得到床面的总沙量，对相邻时段的床面总沙量进行求差计算，将差值沙量平摊到整个河床，得到每小时的单位下切速率(mm/h)，当每小时的单位下切速率小于1.0mm，即认为河床的整体调整达到平衡状态；

S6：记录试验过程中各工况下水位变化和水流平衡状态时的水深大小，对柔性防护网防护下的床面调整过程及平衡床面数据进行计算分析，以此评估多个工况下的柔性防护网防护抑制效果；

S7：计算河床的整体平均相对下切深度，计算公式为：

式中：

n：测量断面标号，从n＝1至柔性防护网铺设位置；

h_n：沿程各测量断面的床面高程数据，mm；

Δx：相邻测量断面间距，取200mm；

L_u：上游试验段长度；

ΔV：相邻测量间隔的床面泥沙变化量；

B：试验水槽宽度；

计算步骤：

1.记录t₁时刻沿程各测量断面的床面高程数据，记为h_n；

2.按照公式(1)，计算得到t₁时刻的床面泥沙总量，记为

③通过Δt采集得到的t₂时刻各测量断面的床面高程数据带入公式(1)，同理得到t₂时刻的床面泥沙总量，记为

④步骤②和步骤③计算所得带入公式(2)，即可得到Δt内的床面平均相对下切深度；

S8：计算各工况下河床床面的平均相对下切深度值，根据平均相对下切深度值，计算出柔性防护网的防护效率，防护效率最高的工况为柔性防护网设置的方案；

定义η＝Δh₂/ΔH为柔性防护网的防护效率，其中Δh₁为柔性防护网防护下的床面平均相对下切深度，Δh₂为揭下柔性防护网后河床继续冲刷至平衡状态过程中的平均相对下切深度，ΔH为总下切值(ΔH＝Δh₁+Δh₂)；

η数值越大，表明柔性防护网防护效率越高。

通过采用上述技术方案，为了找到对某河道防护效果最优的柔性防护网尺寸，首先需要了解需要铺设柔性防护网的河道的数据，包括河床塑造流量Q₀，河道宽度B，河床坡度J，床沙级配，床沙特征粒径D₅₀等数据，根据合适的比尺搭建试验装置；然后根据河道的实际流量设置试验的流量梯度，根据D₅₀和B设置柔性防护网的孔径和纵向长度；试验过程中需间隔一定时间测量水位、床面高程等数据，当试验中试验河床的整体调整达到平衡状态后，缓慢排干试验河床，测量平衡后的床面高程并且对下游河段拍照处理；最后处理数据，计算各工况下河床床面的平均相对下切深度值，根据平均相对下切深度值，计算出柔性防护网的防护效率，防护效率最高的工况为柔性防护网设置的最优方案；根据试验河床内最优方案下铺设的柔性防护网按照还原比例的方式进行实际河床的柔性防护网搭建，从而达到了河床的最佳防护，提高了对河床的防护效果。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.采用柔性防护网的设置不会全面阻断泥沙输运，不会阻碍鱼类洄游和上溯，从而防止生态系统受到威胁；采用柔性防护网的设置其整体稳定性较好，水流较大时不容易被水流破坏，采用柔性防护网的设置其结构简单，便于操作人员进行安装，并且当柔性防护网损坏时便于对柔性防护网进行及时的更换，采用柔性防护网的设置抑制了上游河床下切，可以稳固河床受保护河段的侵蚀基准面，对河床变形具有良好的适应性；

2.将需要搭建柔性防护网的河床缩小一定的比例制作形成试验装置，便于有效的进行河床的模拟试验，将试验河床分为水流调整段和试验段，便于对水流的状态进行人为的干预调节，从而更好的对河床的实际情况进行模拟，采用尾部侵蚀基准面的设置便于试验人员在不同的工况下进行测量，从而提高了测量结果的精准性；

3.为了找到对某河道防护效果最优的柔性防护网尺寸，首先需要了解河道的数据，包括河床塑造流量Q₀，河道长度L，河道宽度B，河床坡度J，床沙级配，床沙特征粒径D₅₀等数据，根据合适的比尺搭建正态模型。然后根据河道的实际流量设置试验的流量梯度，根据D₅₀和B设置柔性防护网的孔径和纵向长度。试验过程中需间隔一定时间测量水位、床面高程等数据，当试验中河床的整体调整达到平衡状态后，缓慢排干试验水槽，测量平衡状态下的河床床面高程并且对下游河段拍照处理。最后处理数据，计算各工况在不同流量下的河床床面平均相对下切深度值，根据平均相对下切深度值，计算出各工况下柔性防护网的防护效率，防护效率最高的工况为柔性防护网设置的最优方案。

附图说明

图1是本申请实施例的用于展示柔性防护网的结构示意图；

图2是本申请实施例的用于展示试验河床的结构示意图；

图3是本申请实施例的Q＝43.2L/s试验中平均水深历时变化的折线图；

图4是本申请实施例的柔性防护网纵向长度a＝1.0m下的沿程水深分布的折线图；

图5是本申请实施例的柔性防护网纵向长度a＝0.5m试验的平衡床面高程的折线图；

图6是本申请实施例的柔性防护网纵向长度a＝0.5m试验的平衡床面高程的折线图；

图7是本申请实施例A系列河床床面平均相对下切相对深度历时变化(a＝0.5m)的折线图；

图8是本申请实施例各工况下柔性防护网防护效率的折线图；

图9是本申请实施例的柔性防护网纵向长度a＝0.75m侵蚀基准面及下游冲坑河段地形图；

图10是本申请实施例的柔性防护网纵向长度a＝0.75m侵蚀基准面及下游冲坑河段地形图；

图11是本申请实施例的柔性防护网纵向长度a＝0.75m侵蚀基准面及下游冲坑河段地形图；

图12是本申请实施例的柔性防护网纵向长度a＝0.75m侵蚀基准面及下游冲坑河段地形图。

附图标记说明：1、柔性防护网；11、试验河床；111、进水端；112、出水端；12、平稳件。

具体实施方式

以下结合附图1-12对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种生态固床件，如图1所示，包括用于平铺在河床底壁上的柔性防护网1；柔性防护网1设置为聚乙烯无结网；在对生态固床机安进行河床的实际铺设时，需要在柔性防护网1的两侧设置用于将柔性防护网1固定在河床内的固定件，固定件包括锚杆(图中未示出)，将锚杆穿过柔性防护网1并固定至河床的内壁上，从而使得柔性防护网1被固定在河床内，防止因水流较大导致柔性防护网1位于河床内移动，提高了柔性防护网1位于河床内的稳固性。

如图2所示，一种生态固床件试验装置，包括上述的生态固床件，包括试验河床11，试验河床11的横截面呈“U”形设置，试验河床11的一端设置为进水端111，另一端设置为出水端112，试验河床11内沿进水端111朝向出水端112的方向将试验河床11分为水流调整段和试验段，试验河床11的试验段用于铺设柔性防护网1，试验河床11内且位于出水端112所在的位置处为尾部侵蚀基准面。

如图2所示，试验河床11内且位于进水端111所在的位置设置有用于平稳输送至水流调整段内的水流的平稳件12；平稳件12包括多个竖向挡杆和多个横向挡杆，多个竖向挡杆沿竖直方向间隔设置在试验河床11内，多个横向挡杆沿水平方向设置在多个竖向挡杆上；在本实施例中，竖向挡杆和横向挡杆均采用红砖搭建而成。

如图1所示，试验河床11相对的面上相对设置有铺设测量点，两侧铺设测量点沿试验河床11的长度方向间隔设置有多组，多组铺设测量点均位于试验段内；试验河床11的试验段设置为透明段，试验河床11的试验段采用有机玻璃制成。

为了找到对某河道防护效果最优的柔性防护网尺寸，首先需要了解河道的数据，包括河床塑造流量Q₀，河道长度L，河道宽度B，河床坡度J，床沙级配，床沙特征粒径D₅₀等数据，根据合适的比尺搭建正态模型。然后根据河道的实际流量设置试验的流量梯度，根据D₅₀和B设置柔性防护网的孔径和纵向长度。试验过程中需间隔一定时间测量水位、床面高程等数据，当试验中河床的整体调整达到平衡状态后，缓慢排干试验水槽，测量平衡状态下的河床床面高程并且对下游河段拍照处理。最后处理数据，计算各工况在不同流量下的河床床面平均相对下切深度值，根据平均相对下切深度值，计算出各工况下柔性防护网的防护效率，防护效率最高的工况为柔性防护网设置的最优方案。

一种生态固床件试验装置的试验方法，包括上述的生态固床件试验装置，包括：

S1：模型制作，对需要铺设柔性防护网1的河道进行勘察，通过测量得到河道的河床塑造流量Q₀、河道长度L、河道宽度B、河床坡度J、床沙级配、试验用沙特征粒径D₅₀，通过缩小需要铺设柔性防护网1的河道比例制作生态固床件试验装置模型；

S2：试验条件设置，采用砾石铺设试验河床11的底部，然后根据试验水槽的流量范围选择合适的床沙级配铺设床沙，由低至高以河床塑造流量Q₀设置多个流量梯度Q_i，Q_i＝xQ₀，0.5≤x≤1.5；将试验用沙置于试验河床11内，将水以多个流量梯度Q_i自由出流至试验河床11内；S3：柔性防护网1的设置，柔性防护网1的孔径设置为用于阻止泥沙穿过的D_50i，D_50i＝yD₅₀，0.5≤y≤1.5；柔性防护网1纵向长度设置为B_i，B_i＝zB_i，0.5≤z≤1.5，柔性防护网1采用平铺的方式布置在试验河床11的床面上，已有试验得出柔性防护网纵向长度与防护能力呈正比，柔性防护网的纵向长度设置可根据需要适当加长。试验时柔性防护网没有锚固，但是因为柔性防护网和水流交角较小，没有发生位移，实际应用中为了增加柔性防护网的稳固性，建议在柔性网两侧添加锚杆固定；

S4：试验数据测量；通过第一测量设备测量试验过程中水位和床面高程，通过第二测量设备测量排干试验河床11后的床面高程，采用第三测量设备对柔性防护网1下游床面位置处进行拍照处理，从而得到下游河床的DEM数据图、正射影像等，通过计算机计算得到柔性防护网1下游床面的正射影像，通过第四测量设备对选定的校核点进行多次复核测量，采用计算机软件对柔性防护网1下游的河床形态进行分析处理，第一测量设备设置为ABF2-3的二维地形仪，第二测量设备设置为NIKON XF 2系列全站仪，第三测量设备设置为NIKOND7500相机，第四测量设备采用得力DL331040B激光测距仪，计算机软件采用三维建模软件Agisoft Metashape；

S5：测量时间，试验过程中水位和床面高程的测量间隔在前一个小时时，测量点位第5分钟、第15分钟、第30分钟、第45分钟和第60分钟，试验时间到达一小时后，测量间隔改为每30分钟测量一次，纵向上测量间距为20cm，测量范围为试验段，将每个铺设段的断面上测量中线点作为此断面测量数据，将测量所得的床面高程数据进行计算，得到床面的总沙量，对相邻时段的床面总沙量进行求差计算，将差值沙量平摊到整个河床，得到每小时的单位下切速率(mm/h)，当每小时的单位下切速率小于1.0mm，即认为河床的整体调整达到平衡状态；

S6：记录试验过程中各工况下水位变化和水流平衡状态时的水深大小，对柔性防护网1防护下的床面调整过程及平衡床面数据进行计算分析，以此评估多个工况下的柔性防护网1防护抑制效果。

S7：计算河床的整体平均相对下切深度，计算公式为：

式中：

n：测量断面标号，从n＝1至柔性防护网1铺设位置；

h_n：沿程各测量断面的床面高程数据，mm；

Δx：相邻测量断面间距，取200mm；

L_u：上游试验段长度；

ΔV：相邻测量间隔的床面泥沙变化量；

B：试验水槽宽度；

计算步骤：

3.记录t₁时刻沿程各测量断面的床面高程数据，记为h_n；

4.按照公式(1)，计算得到t₁时刻的床面泥沙总量，记为

③通过Δt采集得到的t₂时刻各测量断面的床面高程数据带入公式(1)，同理得到t₂时刻的床面泥沙总量，记为

④步骤②和步骤③计算所得带入公式(2)，即可得到Δt内的床面平均相对下切深度；

S8：计算各工况下河床床面的平均相对下切深度值，根据平均相对下切深度值，计算出柔性防护网1的防护效率，防护效率最高的工况为柔性防护网1设置的方案；

定义η＝Δh₂/ΔH为柔性防护网1的防护效率，其中Δh₁为柔性防护网1防护下的床面平均相对下切深度，Δh₂为揭下柔性防护网1后河床继续冲刷至平衡状态过程中的平均相对下切深度，ΔH为总下切值(ΔH＝Δh₁+Δh₂)；

η数值越大，表明柔性防护网1防护效率越高。

S9：沿试验河床11试验段的长度方向增加多级柔性防护网1试验，找到能更好兼顾上游河床防护、下游冲坑抑制的铺设布置方法。

柔性透水网生态固床技术的有效性验证

通过27组室内水槽试验验证本技术在抑制河床下切方面的有效性和可靠度，试验工况见表1，表中a为柔性防护网1纵向尺寸，S0为河床的初始坡度，Q为试验流量，T为试验时长。试验编号中，A、B、C代表不同的柔性防护网1方案，数字代表不同的流量条件，其中奇数工况均无防护网铺设，偶数工况均有防护网铺设。试验分析了柔性防护网1对河道水沙运动及河床冲刷过程的影响，定量化评估了柔性防护网1的防护效果。同时，试验采集了柔性防护网1下游冲坑的试验数据，分析了其形成机制，并提出针对性的冲坑预防措施。

表1试验工况汇总表

研究结果：

以43.2L/s流量工况为例，河床在不同柔性防护网铺设状态下的平均水深历时变化如图3所示。图中A5、B5、C5表示河床在无柔性防护网防护情况下的试验工况，A4、B4、C4表示河床有柔性防护网防护的试验工况。由图可见，有柔性防护网的试验工况下，铺设位置上游的床面形态调整能够更快的达到平衡状态，且平均水深的变化较无防护网工况更小；以上试验结果说明，有柔性防护网铺设的工况较无防护网铺设的工况对上游水流条件影响较小。

以柔性防护网纵向长度a＝1.0m的试验工况为例，铺设柔性防护网的上游试验段沿程水深分布如图4所示。图中C2、C4、C6、C8分别代表36L/s、43.2L/s、51.8L/s和62.2L/s流量下的试验工况，C2_ave、C4_ave、C6_ave、C8_ave分别表示对应流量下的平均水深。由图4可见，在相同柔性防护网纵向长度下，流量较小的工况上游试验段整体沿程水深分布更加均匀；以上试验结果说明，在小流量的情况下，铺设了柔性防护网对上游的河床流场造成的扰动更小，对河道的生态环境更加友好。

以柔性防护网纵向长度a＝0.5m工况为例，柔性防护网试验下的上游平衡床面沿程形态如图5和图6所示，图5和图6中展示了不同流量下铺设位置上游的初始床面形态、加柔性防护网后平衡床面形态及无柔性防护网的平衡床面形态。在36L/s流量情况下，铺设了柔性防护网的床面较未铺设柔性防护网的床面，床面高程调整幅度更小。随着流量的增加，在相同流量增幅的情况下，河床的床面高程调整越来越小，下切深度逐渐减小，铺网床面与无网床面愈发接近；以上试验结果说明，在不同流量工况下，铺设柔性防护网能保护上游床面高程不发生较大下切，在初期小流量情况下柔性防护网的防护效果更好。

以A系列工况为例，河床床面平均相对下切深度历时变化如图7所示，图中A2、A4、A6和A8为河床有柔性防护网的试验工况，A3、A5、A7和A9为河床未铺设柔性防护网的试验工况。由图7可知，铺设了柔性防护网的试验工况较未铺设柔性防护网的试验工况，其上游河床的床面平均相对下切深度更小，速率更缓。以上试验结果说明，铺设柔性防护网对抑制上游河床下切有显著作用。

比较不同系列下各组工况柔性防护网的防护效率，如图8所示，图中A、B、C为试验工况的三个系列。由图8可知，随着流量的增大，柔性防护网的防护效率先增大后减小，不同纵向长度的柔性防护网对河床水沙运动影响作用的差异性表现得愈加明显。整体而言，柔性防护网对河床下切的防护效率随其纵向长度的增大而增大。以上试验结果说明，柔性防护网能够抑制河床下切，且流量较小时防护效率较高，同时增加柔性防护网的纵向长度有利于提高柔性防护网对河床下切的保护效率，以上试验结果说明，铺设柔性防护网对抑制上游河床下切有显著作用。

以柔性防护网纵向长度a＝0.75m的试验工况为例，在不同流量情况下，柔性防护网防护下受保护河段的侵蚀基准面及下游冲坑河段的地形如图9-图12所示。图9-图12中的高程分布范围为5.0-17.0cm。如图9-图12所示，在不同流量情况下，下游的冲坑分布较为均匀，发生大量冲刷的河床范围较小，冲坑影响范围主要集中在柔性防护网末端0-0.8m之内；以上试验结果说明，在不同流量情况下，铺设柔性防护网对下游冲刷范围均较小。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种生态固床件试验装置的试验方法，其特征在于，生态固床试验装置包括用于平铺在河床底壁上的柔性防护网(1)；所述柔性防护网(1)设置为聚乙烯无结网；还包括试验河床(11)，所述试验河床(11)的一端设置为进水端(111)，另一端设置为出水端(112)，所述试验河床(11)内沿进水端(111)朝向出水端(112)的方向将试验河床(11)分为水流调整段和试验段，所述试验河床(11)的试验段用于铺设柔性防护网(1)，所述试验河床(11)内且位于出水端(112)所在的位置处为尾部侵蚀基准面；所述试验河床(11)内且位于进水端(111)所在的位置设置有用于平稳输送至水流调整段内的水流的平稳件(12)；所述平稳件(12)包括多个竖向挡杆和多个横向挡杆，多个所述竖向挡杆沿竖直方向间隔设置在试验河床(11)内，多个所述横向挡杆沿水平方向设置在多个竖向挡杆上；所述试验河床(11)相对的面上相对设置有铺设测量点，两侧所述铺设测量点沿试验河床(11)的长度方向间隔设置有多组，多组铺设测量点均位于试验段内；所述试验河床(11)的试验段设置为透明段；

还包括以下步骤：S1：模型制作，对需要铺设柔性防护网(1)的河道进行勘察，通过测量得到河道的河床塑造流量Q₀、河道长度L、河道宽度B、河床坡度J、床沙级配和试验用沙特征粒径D₅₀，通过缩小需要铺设柔性防护网(1)的河道比例制作生态固床件试验装置模型；

S2：试验条件设置，采用砾石铺设在试验河床(11)的底部，然后根据试验河床(11)的流量范围选择合适的床沙级配铺设床沙，由低至高以河床塑造流量Q₀设置多个流量梯度Q_i，将水以多个流量梯度Q_i自由出流至试验河床(11)内；

S3：柔性防护网(1)的设置，柔性防护网(1)的孔径设置为用于阻止泥沙穿过的D_50i，柔性防护网(1)纵向长度设置为B_i，柔性防护网(1)采用平铺的方式布置在试验河床(11)的床面上；

S4：试验数据测量；通过第一测量设备测量试验过程中水位和床面高程，通过第二测量设备测量排干试验河床(11)后的床面高程，采用第三测量设备对柔性防护网(1)下游床面位置处进行拍照处理，通过计算机计算得到柔性防护网(1)下游床面的正射影像，通过第四测量设备对选定的校核点进行多次复核测量，采用计算机软件对柔性防护网(1)下游的河床形态进行分析处理；

S5：测量时间，试验过程中水位和床面高程的测量间隔在前一个小时时，测量点位第5分钟、第15分钟、第30分钟、第45分钟和第60分钟，试验时间到达一小时后，测量间隔改为每30分钟测量一次，纵向上测量间距为20cm，测量范围为试验段，将每个铺设段的断面上测量中线点作为此断面测量数据，将测量所得的床面高程数据进行计算，得到床面的总沙量，对相邻时段的床面总沙量进行求差计算，将差值沙量平摊到整个河床，得到每小时的单位下切速率(mm/h)，当每小时的单位下切速率小于1.0mm，即认为河床的整体调整达到平衡状态；

S6：记录试验过程中各工况下水位变化和水流平衡状态时的水深大小，对柔性防护网(1)防护下的床面调整过程及平衡床面数据进行计算分析，以此评估多个工况下的柔性防护网(1)防护抑制效果；

S7：计算河床的整体平均相对下切深度，计算公式为：

式中：

n：测量断面标号，从n＝1至柔性防护网(1)铺设位置；

h_n：沿程各测量断面的床面高程数据，mm；

Δx：相邻测量断面间距，取200mm；

L_u：上游试验段长度；

ΔV：相邻测量间隔的床面泥沙变化量；

B：试验水槽宽度；

计算步骤：

记录t₁时刻沿程各测量断面的床面高程数据，记为h_n；

按照公式(1)，计算得到t₁时刻的床面泥沙总量，记为

③通过Δt采集得到的t₂时刻各测量断面的床面高程数据带入公式(1)，同理得到t₂时刻的床面泥沙总量，记为

④步骤②和步骤③计算所得带入公式(2)，即可得到Δt内的床面平均相对下切深度；

S8：计算各工况下河床床面的平均相对下切深度值，根据平均相对下切深度值，计算出柔性防护网(1)的防护效率，防护效率最高的工况为柔性防护网(1)设置的方案；

定义η＝Δh₂/ΔH为柔性防护网(1)的防护效率，其中Δh₁为柔性防护网(1)防护下的床面平均相对下切深度，Δh₂为揭下柔性防护网(1)后河床继续冲刷至平衡状态过程中的平均相对下切深度，ΔH为总下切值(ΔH＝Δh₁+Δh₂)；

η数值越大，表明柔性防护网(1)防护效率越高。

2.根据权利要求1所述的一种生态固床件试验装置的试验方法，其特征在于：Q_i＝xQ₀，0.5≤x≤1.5；D_50i＝yD₅₀，0.5≤y≤1.5；B_i＝zB，0.5≤z≤1.5。

3.根据权利要求1所述的一种生态固床件试验装置的试验方法，其特征在于：

S9：沿试验河床(11)试验段的长度方向增加多级柔性防护网(1)试验。