流域水文模型試驗
正文
流域水文模型試驗的最大優點在於，能在實驗室內人為地控制水文過程發生髮展的初始條件和各種邊界條件，擴大實驗要素的變化範圍，在短期內取得大量有用的實驗數據。例如，通過調節降雨模擬器，可以模擬出各種降雨情況及相應的洪水過程；通過改變模型流域的坡度、形狀、河網結構和流域糙率等，可以研究不同情況下流域的匯流特性；通過改變模型流域土層的組成（如分別以粗砂、細砂、粘土等不同透水性的材料鋪墊流域）可以研究流域的產流性質或下滲特性等。流域水文模型試驗主要有比尺模型試驗和原型系統試驗兩種。比尺模型試驗是以水力相似理論為基礎，把原型中的水流現象縮小為模型中的水流現象。原型系統試驗是在實驗室內小規模地直接造成某種原型水流現象，用以進行實驗研究。1943年，美國C.F.伊澤德進行了模擬降雨條件下的坡面匯流實驗，得出有名的坡面流公式。1952年J.P.馬米紹開始進行流域比尺模型的實驗，接著匈牙利、中國、蘇聯、捷克斯洛伐克等國也相繼進行了各種比尺模型的實驗研究。60年代，逐步採用原型系統實驗方法，試驗系統發展成為高度自動化的綜合系統。1966年美籍華人周文德在伊利諾伊大學建成的實驗室試驗系統，試驗面積達 149平方米，可模擬各種暴雨的時空分布及其所產生的洪水。1975年中國鐵道科學院西南鐵道科學研究所建成的試驗系統,人工降雨面積為170平方米。1974年日本防災研究所建成的大型降雨實驗設施為一移動式人工降雨裝置，降雨面積為3168平方米，並可在 4個試驗區上移動。這些試驗系統不僅開展了各種理論問題的研究，而且也在逐步用於解決水利、水資源、水土保持和環境保護中的各類實際問題。
流域水文模型試驗的試驗系統主要由三部分組成：①模型流域，分為有比尺的和無比尺的。比尺模型流域不僅與原型幾何相似，還需與原型動力相似，使原型和模型中水流的相應質點所受外力成一定比例，稱這種比例為模型率。常用的模型率是由力學相似定律及量綱分析法導出,當主要考慮重力相似時,按弗勞德相似定律確定模型率。無比尺模型流域用於原型系統試驗，必須有足夠大的面積，儘量使水流現象接近真實水文系統中的水流現象。②降雨模擬器。主要有噴嘴式和毛管式。模擬降雨需儘量接近天然降雨的雨強、雨滴粒徑和降落速度等特徵。③量測和自動控制系統。由於模型中水流微小，演變迅速，因此要求自動化程度和精度均很高的量測和控制系統，用電子計算機對整個試驗系統進行控制，使試驗的過程完全自動化。
參考書目
Ven Te Chow， Ben Chie Yen, A Laboratory Watershed Experimentation System，Department of Civil Engineering Univ.of Illinois at Urbana-Champaign，Urbana，Illinois，1974.
