流域水文模型试验

    在实验室内建造模型进行水文实验。发生在天然流域的水文过程受许多不断变化着的自然因素制约，因而很难对水文过程的各个环节和各种因素的影响分别地进行深入观测和研究。流域水文模型试验的最大优点在于，能在实验室内人为地控制水文过程发生发展的初始条件和各种边界条件，扩大实验要素的变化范围，在短期内取得大量有用的实验数据。例如，通过调节降雨模拟器，可以模拟出各种降雨情况及相应的洪水过程；通过改变模型流域的坡度、形状、河网结构和流域糙率等，可以研究不同情况下流域的汇流特性；通过改变模型流域土层的组成（如分别以粗砂、细砂、粘土等不同透水性的材料铺垫流域）可以研究流域的产流性质或下渗特性等。流域水文模型试验主要有比尺模型试验和原型系统试验两种。比尺模型试验是以水力相似理论为基础，把原型中的水流现象缩小为模型中的水流现象。原型系统试验是在实验室内小规模地直接造成某种原型水流现象，用以进行实验研究。

    1943年，美国C.F.伊泽德进行了模拟降雨条件下的坡面汇流实验，得出有名的坡面流公式。1952年J.P.马米绍开始进行流域比尺模型的实验，接着匈牙利、中国、苏联、捷克斯洛伐克等国也相继进行了各种比尺模型的实验研究。60年代，逐步采用原型系统实验方法，试验系统发展成为高度自动化的综合系统。1966年美籍华人周文德在伊利诺伊大学建成的实验室试验系统，试验面积达 149平方米，可模拟各种暴雨的时空分布及其所产生的洪水。1975年中国铁道科学院西南铁道科学研究所建成的试验系统，人工降雨面积为170平方米。1974年日本防灾研究所建成的大型降雨实验设施为一移动式人工降雨装置，降雨面积为3168平方米，并可在 4个试验区上移动。这些试验系统不仅开展了各种理论问题的研究，而且也在逐步用于解决水利、水资源、水土保持和环境保护中的各类实际问题。

    流域水文模型试验的试验系统主要由三部分组成：①模型流域，分为有比尺的和无比尺的。比尺模型流域不仅与原型几何相似，还需与原型动力相似，使原型和模型中水流的相应质点所受外力成一定比例，称这种比例为模型率。常用的模型率是由力学相似定律及量纲分析法导出，当主要考虑重力相似时，按弗劳德相似定律确定模型率。无比尺模型流域用于原型系统试验，必须有足够大的面积，尽量使水流现象接近真实水文系统中的水流现象。②降雨模拟器。主要有喷嘴式和毛管式。模拟降雨需尽量接近天然降雨的雨强、雨滴粒径和降落速度等特征。③量测和自动控制系统。由于模型中水流微小，演变迅速，因此要求自动化程度和精度均很高的量测和控制系统，用电子计算机对整个试验系统进行控制，使试验的过程完全自动化。

    参考书目:

    Ven Te Chow， Ben Chie Yen， A Laboratory Watershed Experimentation System，Department of Civil Engineering Univ.of Illinois at Urbana-Champaign，Urbana，Illinois，1974.