本發明提供一種動態記錄壩堤內部沖蝕的試驗方法，涉及壩堤潰決過程試驗研究領域。本發明采用埋入式沖蝕位置捕捉器，以期對試驗壩體內部沖蝕過程進行實時跟蹤和監測。沖蝕位置捕捉器為輕型空心球體，外表涂抹不同顏色和編號，可方便被水流沖出和被攝像機識別捕捉。現有網格技術只能記錄壩體表面的沖蝕擴展過程，而無法實時監測壩體內部的沖蝕過程，利用本發明可繪制不同時刻的壩體潰口三維形態圖，重現被水流遮蔽的潰口擴展復雜的物理過程。壩體內部潰口形態是影響峰值流量的關鍵因素，本發明正好填補這項空白，并且實施方便，試驗成本較低，便于推廣應用。

技術領域

本發明涉及壩堤潰決過程試驗研究領域，具體是一種動態記錄壩堤內部沖蝕的試驗方法。

背景技術

我國現有大壩總數超過9.8萬座，居世界第一位，潰壩率亦居世界前列。我國堤防總長度超過42萬km，其中5級以上的堤防占全國總堤防長度的66.6％，5級以下的堤防占全國總堤防長度的33.4％。當前，在地震、氣候變化和人類活動多重影響作用下，堰塞壩形成和潰決事件發生頻次顯著增加。堰塞壩一旦潰決將形成極端洪水，最大瞬時流量可達120000m³/s，遠大于該河段歷史實測最大洪峰流量，從而嚴重威脅下游人民生命財產和工程安全。

壩堤潰決過程與潰決洪水演進預測是災害風險評估、人員避險轉移和應急處置方案制定的理論基礎。如何快速準確地預測潰壩洪峰流量及其演進過程是風險處置的必須。這里存在以下關鍵科學問題：①壩堤何時潰決？②壩堤潰決機理、潰決歷時、潰口斷面及其發展過程？③潰口峰值流量多大？④潰壩洪水演進特性。何時何流量到達下游城鎮或居民點、水利水電工程、交通橋梁設施等？壩堤潰決過程與其峰值流量密切相關，只有盡可能準確地模擬壩堤潰決過程，才能更準確地預測潰口洪峰流量，進而對下游洪水演進準確預測。壩堤潰決研究涉及水力學、土力學、泥沙運動力學、河床演變學等多門學科，近年來一直是國內外學者關注的焦點。其中，試驗研究是揭示壩堤潰決機理和物理過程的主要手段，也是數值模擬研究的基礎。

目前對復雜結構壩體潰決過程和機理的認識還非常有限，此外試驗模擬條件和測試手段一直制約潰決過程的深入研究。目前，記錄壩體潰決擴展過程主要采用網格+攝像技術，即在試驗壩體上下游壩坡表面預先繪制網格，上下游分別架設攝像機，可實時記錄壩體潰決在坡面的擴展過程，應該說較以往試驗技術有了明顯進步，但對壩體內部沖蝕過程卻無法得知。應該指出的是，壩體沖蝕是個復雜的三維潰口形態不斷演化的過程，壩體內部沖蝕過程和形態更是起著至關重要的作用，本發明專利技術正好可填補這個缺憾。

發明內容

針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的為壩堤潰決室內試驗和現場試驗提供一種動態記錄壩體內外沖蝕過程的方法，可繪制不同時刻的壩體潰口三維形態圖，重現被水流遮蔽的潰口擴展復雜的物理過程。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種動態記錄壩堤內部沖蝕的試驗方法，包括如下步驟：

步驟一、在試驗壩體不同斷面和高程預先埋設沖蝕位置捕捉器，所述沖蝕位置捕捉器為輕型空心球體，密度顯著小于水，直徑3-5cm，不同斷面的沖蝕位置捕捉器涂抹不同顏色并進行編號；

步驟二、在試驗壩體所在水槽上下游各架設攝像機；

步驟三、在試驗壩體上下游壩坡表面繪制網格，試驗過程中，壩體沖蝕發展到該部位時，沖蝕位置捕捉器被水流沖出從而被攝像機識別捕捉，攝像機識別捕捉的位置表示那一瞬時水流沖刷至某一部位某一高程，據此繪制不同時刻的潰口三維形態，重現被高含沙水流遮蔽的潰口擴展復雜的物理過程。

進一步的，所述沖蝕位置捕捉器為乒乓球，直徑為4cm。

進一步的，步驟一中布設1～3個斷面，每個斷面埋設沖蝕位置捕捉器數量為10～30個。