李各庄试验场：降雨后沟道地形变化及泥沙量测定

本试验由建坝顺序对拦沙的影响分析试验和坝系相对稳定机理探索试验两部分组成。试验在清华大学黄河研究中心李各庄基地的1号试验场上进行，降雨模拟设备采用SX2004喷射式降雨模拟试验系统。模型的初始形态根据韭园沟支沟王茂沟的地貌特征设计，根据原型尺寸和试验场地的条件，确定模型的水平比尺和垂直比尺均为240，即模型坝高、沟道尺寸等按原型的1/240缩小。模型土壤为与原型黄土接近的李各庄试验场附近的黄土。参考水利部制订的《水土保持综合治理技术规范——沟壑治理技术》（GB/T 16453.3）的有关要求，拟在原型的主沟和各支沟修建淤地坝，坝高分别为68m、35m和20m，沟道坝系的平面布置如图3.15所示。模型次降雨持续时间20min，降雨强度约1.60mm/min（误差在±10%内）。

图3.15　模型下垫面的平面图及坝系布置

降雨后沟道的地形变化采用水准仪和测杆配合观测，流域出口处径流池中收集的次降雨泥沙量采用烘干法和密度瓶法配合测定。坝地面积采用数码相机和已知面积的长方形木框配合测量。由于坝地平整，在俯视的相片中，摆在坝地上的木框与坝地是按同样的比例变形的，于是通过AutoCAD测出相片中的坝地面积与木框面积，两者的比值乘以木框的实际面积即得试验中坝地的真实面积。每次试验前先用小雨强湿润地面，对于原型流域同一个系列的降雨模拟试验，每次降雨后，间歇24h再进行下一次降雨，这样除地形做好后的第一次降雨模拟试验以外，其余各次降雨下垫面的初始含水量和密实度都差不多。试验分两个系列进行。

模型流域按设计的平面图纸和各特征点高程做好以后，连续进行7场变雨强的降雨模拟试验，研究非饱和含水裸地小流域模型建坝前的降雨产沙规律。在建坝前的Po—5组试验中，降雨、下垫面土壤湿度和密实度等因素与建坝后历次降雨（Pa—1～Pa—10）相应的条件最接近，这一组降雨产沙资料即为所需模拟的治理前原型降雨产沙资料：雨强1.53mm/min，降雨历时20min，产沙量121.53kg。(https://www.daowen.com)

在建坝顺序对拦沙的影响分析试验中，淤地坝的布置顺序分A和B两种方案，A方案是先主后支、先下后上；B方案是先支后主、先上后下。A方案建坝顺序：第1场雨前建1号坝，第3场雨前再建2号坝，第4场雨前再建3号、4号、5号、6号坝，第5场雨前再建7号坝，第6场雨前再建8号、9号、10号、11号、12号坝；B方案建坝顺序：第1场雨前建9号、10号、11号、12号坝，第2场雨前再建7号坝，第3场雨前再建3号、4号、5号、6号坝，第4场雨前再建8号坝，第5场雨前再建2号坝，第6场雨前再建1号坝。除了布置顺序不同以外，这两种方案对应的坝址、坝高都相同。

按照概化的地貌做好模型下垫面地形，先根据A方案布坝，降雨模拟试验共进行10次，观测历次降雨的产流产沙变化过程及雨后地形；然后恢复地形，按B方案布坝，按与A方案一致的降雨，再进行10次降雨模拟实验，观测历次降雨的产流产沙变化过程及雨后地形。

在生产实践中，通常采用多年平均洪量模数和侵蚀模数作为流域产流产沙的指标，来进行坝系建设进度计划的安排。在本试验中，可以根据建坝前原型流域的多年平均侵蚀产沙模数及模型流域的降雨产沙量，计算出原型与模型之间的产沙比例关系。

为进一步探索修建坝系以后，沟道的水沙条件及地貌形态的演变规律，本研究设计了坝系相对稳定机理探索试验。本研究在李各庄基地的1号试验场进行了10场降雨模拟试验。试验的设备和方法同前所述，但本试验侧重于观测历次降雨后模型沟道地形的演变。模型的布坝顺序为：第2场降雨前布置7号坝，第4场降雨前再布置8号坝，第5场降雨前再布置2号坝，第6场降雨前再布置6号坝。每次降雨后沟道的地形变化采用水准仪和测杆配合观测。坝地面积采用数码相机和已知面积的长方形木框配合测量。