CN103236209A - 一种河道横断面二维地下渗流水力学实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于渗流水力学领域中的设备制造技术，涉及一种河道横断面二维地下渗流水力学实验装置，前立面上均匀分布制有砂土采样孔；地下水位线的上、下方分别为包气带和地下渗流区；立面钢构架槽体内填充有砂土填料；地下渗流区出水端竖井的底部制有与地下水位调节箱固定连接的三通和放空管阀，测压排上的各测压管采用软管与砂土采样孔固定连接；河道水位调节箱中间的第一溢流隔板的上游箱底固定连接有河道进水软管、流量计和阀门，下游箱底连接有溢流管；地下水位调节箱中间设有第二溢流隔板，重量法计量水箱上固定制有排空水管阀，重量法计量水箱放置在电子磅秤上；其结构简单，操作方便，易于制造和掌握，控制调节灵活，环境友好。
Description
技术领域：
本发明属于渗流水力学领域中的设备制造技术，涉及一种对河道横断面二维地下渗流水力学的基础性实验和***研究的设备，特别是一种河道横断面二维地下渗流水力学实验装置。
背景技术：
我国北方干旱半干旱地区季节性河流常出现干涸现象，当汛期来临时的最初几场洪水过程，会出现明显的河道沿程水量渗漏损失。行洪期河道沿程渗漏直接影响其洪水过程演进、洪峰涨落、洪峰大小和洪量等水文特性以及地下水补给量和补给过程等水信息，例如位于青岛大沽河下游河谷平原的地下水库，南北长51km，东西平均宽5-8km，总面积421.7km2，富含水砂层和砂砾石层的埋深一般为4-8m，当汛期来临时，常发生上游洪水洪峰演进到下游入海口时无入流洪水洪峰的情况。因此，开展河道横断面二维地下渗流水力学的基础研究，对于季节性河流洪水洪峰的准确预报、地下水补给计算和掌握河道渗漏影响洪水演进的机理及效应，具有重要的科学意义和实际应用价值。
目前，对于地下渗流水力学的研究主要是采用达西实验仪、土柱试验、单井轴对称试验和现场含水层抽水试验手段，模型试验的尺度相对较小，渗流流程短、历史短，难于达到与实际接近相似，抽水试验又受现场条件的限制，难于进行地下渗流水力学问题的***研究，而对河道横断面二维地下渗流水力学问题的***研究及其成果尚未见文献报道。因此，寻求设计一种对河道横断面二维地下渗流水力学进行基础性和***性研究的实验装置，具有重要的科学意义和实际应用价值，该实验装置的开发，要考虑河流洪水演进的一维特征，紧扣河道向河底下方和两侧向的二维渗流特征，进行概化处理，力求既使问题得到相应的简化，又能抓住问题的主要特征和影响因素，对于干涸时河流洪水的演进，第一遇到的是洪水前锋的渗流问题，这一点在河道横断面上都是类似的，即可在瞬时向河道断面充水来模拟地下横断面的渗流问题；第二是洪水波传播过程中维持河道横断面一定的水位，形成地下横断面的渗流问题；第三是研究季节性河道渗漏对洪水洪峰的准确预报和地下水补给计算的影响，其研究流体单元的控制体通常是取单位长度的河段或河道横断面进行分析，每个河道横断面的差异性都可以采用变量表示。如河道形态与尺度、河道水位与地下水位变化、砂土级配、密实度、孔隙率、含水率（饱和度）、初期是否干涸、含水层与包气带厚度以及降水强度等。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种河道横断面二维地下渗流水力学实验装置，为我国北方干旱半干旱地区季节性河流洪水洪峰的准确预报、地下水补给计算和掌握河道渗漏影响洪水演进的机理及效应等问题提供精确的技术方法和实验装置，解决常规实验装置中无法考虑的包气带非饱和二维渗流、地面降水和河道水位与地下水位变化的难题。
为了实现上述目的，本发明的主体结构包括立面钢构架槽体、槽体后立面、前立面、右侧立面、左侧立面可拆装门板、基础底座、底面板、固定螺栓、多孔板、框架钢梁、框架钢柱、砂土采样孔、地下水位线、河道、河堤、河道水位线、河堤外地面、地下渗流区出水端竖井、定水头供水管阀、阀门、流量计、沿程泄放多孔管、供水管、河道水位调节箱、第一溢流隔板、河道进水软管、流量计、阀门、溢流管、第一自锁式齿轮齿条升降机、第一固定支架、地下水位调节箱、第二溢流隔板、地下渗流出水软管、三通、放空管阀、第二自锁式齿轮齿条升降机、第二固定支架、地下渗流出水溢流管、重量法计量水箱、排水管阀、电子磅秤、河道水位标尺、地下竖井水位标尺、地下渗流区、包气带、固定支架、自锁棘轮、滑轨、棘轮、止动棘爪、摇杆、手柄、测压排、测压管、标尺和软管；立面钢构架槽体上部为开口结构，槽体后立面和前立面由有机玻璃板加工制成，实验时观察砂土透水层和地下水位线；右侧立面和左侧立面可拆装门板由钢板加工制成，左侧立面可拆装门板作为槽体出砂土的门是河道中心对称垂面；立面钢构架槽体底部的基础底座由方钢加工制成，基础底座上的底面板由钢板加工制成，固定螺栓紧固左侧立面拆装门板和基础底座；立面钢构架槽体前、后两侧的框架钢柱的上、下端采用横梁焊接形成圈体受力结构，防止受力不均引起立面钢构架槽体变形和开裂，立面钢构架槽体前、后两侧的各框架钢梁与各圈体结构之间焊接形成钢构架整体受力，立面钢构架槽体的底面、槽体后立面、前立面和右侧立面各立面之间分别用防水强力胶或者胶条粘接密封防漏；多孔板采用透水隔板，将地下渗流区和出水端竖井隔开，多孔板的左侧覆盖一层或二层麻布片，防止砂土流失；前立面上采用网格法间隔布点的方法均匀分布制有砂土采样孔，砂土采样孔用于采样砂土，便于测定地层中砂土的性质，安装堵头封闭；地下水位线为一条动态曲线，反映地下渗流区的水位变化，地下水位线的下方为地下渗流区，地下水位线的上方为包气带；立面钢构架槽体内填充有砂土填料；河道为单式或复式断面的一半，河道上覆盖一层或二层麻布片，防止进水冲毁地形，或做成透水固定床；河堤为粘土夯实体，堤顶和边坡做防护处理，保护河堤不被冲毁；河道水位线为一条动态曲线，反映河道洪水位的变化；河堤外地面的表层覆盖一层或二层麻布片，防止沿程泄放多孔管的降水冲毁地形；地下渗流区出水端竖井采用标尺观测渗流区出水端水位，地下渗流区出水端竖井的底部制有三通和放空管阀，三通和放空管阀通过地下渗流出水软管与地下水位调节箱固定连接，放空管阀用于排放立面钢构架槽体内实验渗流区的地下水；测压排上的各测压管采用软管与砂土采样孔固定连接，用于测量地下渗流区的点压强，标尺用于读取各点压强，以便计算地下水位、渗透流速和渗透系数水力要素；定水头供水管阀与外部的实验室高位水箱供水***固定连接，打开定水头供水管阀，通过供水管给河道水位调节箱供水；河道水位调节箱中间制有第一溢流隔板，第一溢流隔板的上游箱底固定连接有河道进水软管、流量计和阀门，用于调节控制和计量入河道断面的流量和稳定河道水位；第一溢流隔板的下游箱底连接有溢流管，溢流管流入外部的实验室退水***；左侧立面可拆装门板固定制有第一固定支架，第一固定支架将第一自锁式齿轮齿条升降机固定在立面钢构架槽体上，第一自锁式齿轮齿条升降机用于调节河道水位高低，模拟河道水位变化；手柄摇动摇杆旋转齿轮带动齿条连接的河道水位调节箱升降，自锁棘轮自锁止逆；当实验需要降低水位时，手动搬起止动棘爪，倒转齿轮手柄，使河道水位调节箱降低到需要水位高度，放下止动棘爪实施自锁止逆，通过河道水位标尺读取河道水位，如果前期河道干涸，则实验开始向河道冲水至实验洪水位，以便模拟河道渗漏对洪水演进的影响和地下水补给情况；如果前期河道有水，则实验开始前数小时或数天向河道冲水至起始水位，再调节至实验洪水位，进行相应的实验数据记录；地下渗流区出水端竖井通过底部三通和软管与地下水位调节箱相连接，地下水位调节箱中间设有第二溢流隔板，第二溢流隔板的上游箱底通过软管连接渗流区出水端竖井，便于稳定地下水位；第二溢流隔板的下游箱底连接地下渗流出水溢流管，地下渗流出水溢流管中的水流入重量法计量水箱，重量法计量水箱上固定制有排空水管阀，重量法计量水箱放置在电子磅秤上，定时记录地下水位和渗流出水重量，以获得渗流的水位和流量过程线；第二自锁式齿轮齿条升降机用于调节地下水位高低，模拟地下水位变化，固定支架将第二自锁式齿轮齿条升降机固定在立面钢构架槽体上；手柄摇动摇杆旋转齿轮带动齿条连接的地下水位调节箱升降，自锁棘轮会自锁止逆；当实验需要降低水位时，手动搬起止动棘爪，倒转齿轮手柄，使地下水位调节箱降低到需要水位高度，放下止动棘爪实施自锁止逆，通过地下水位标尺读取地下水位；定水头供水管阀与外部的实验室高位水箱供水***固定连接，阀门和流量计用于调节控制和计量模拟降水过程的沿程泄放多孔管的水量，沿程泄放多孔管降水入渗模拟***根据实验方案控制降水强度，由立面钢构架槽体顶部开口处实施模拟降水过程；当阀门全部关闭，说明该河道断面所处位置无降水，河道洪水和横断面二维地下渗流均由上游来水产生。
本发明涉及的自锁式齿轮齿条升降机的主体结构包括立面钢构架槽体、地下水位调节箱、第二固定支架、固定支架、自锁棘轮和滑轨；立面钢构架槽体上固定制有固定支架，固定支架的中间部位制有自锁棘轮，固定支架的外侧平行结构制有滑轨，滑轨的中间处下侧通过第二固定支架固定制有地下水位调节箱；滑轨的侧面体上通过止动棘爪固定制有自锁式齿轮齿条结构，自锁式齿轮齿条结构由自锁棘轮、棘轮、摇杆和手柄配合联动组合而成，实现通过手动进行自锁功能。
本发明与现有技术相比，其结构简单，操作方便，易于制造和掌握，实验条件的控制和调节灵活，实验方法和结果可靠，实现环境友好，解决常规实验装置中无法考虑的包气带非饱和二维渗流、地面降水和河道水位与地下水位变化难题，为研究季节性河流洪水洪峰的准确预报、地下水补给计算和掌握河道渗漏影响洪水演进的机理及效应等科学问题，提供较为精确的技术方法和适用的实验装置。
附图说明：
图1为本发明的主体结构原理示意图。
图2为本发明涉及的测压排结构原理示意图。
图3为本发明涉及的自锁式齿轮齿条升降机结构原理示意图，其中a为升降机结构原理示意图，b为自锁式齿轮齿条结构原理示意图。
具体实施方式：
下面通过实施例并结合附图作进一步说明。
本实施例的主体结构包括立面钢构架槽体1、槽体后立面2、前立面3、右侧立面4、左侧立面可拆装门板5、基础底座6、底面板7、固定螺栓8、多孔板9、框架钢梁10、框架钢柱11、砂土采样孔12、地下水位线13、河道14、河堤15、河道水位线16、河堤外地面17、地下渗流区出水端竖井18、定水头供水管阀19、阀门20、流量计21、沿程泄放多孔管22、供水管23、河道水位调节箱24、第一溢流隔板25、河道进水软管26、流量计27、阀门28、溢流管29、第一自锁式齿轮齿条升降机30、第一固定支架31、地下水位调节箱32、第二溢流隔板33、地下渗流出水软管34、三通35、放空管阀36、第二自锁式齿轮齿条升降机37、第二固定支架38、地下渗流出水溢流管39、重量法计量水箱40、排水管阀41、电子磅秤42、河道水位标尺43、地下竖井水位标尺44、地下渗流区45、包气带46、固定支架47、自锁棘轮48、滑轨49、棘轮50、止动棘爪51、摇杆52、手柄53、测压排54、测压管55、标尺56和软管57；立面钢构架槽体1上部为开口结构，槽体后立面2和前立面3由有机玻璃板加工制成，实验时观察砂土透水层和地下水位线13；右侧立面4和左侧立面可拆装门板5由钢板加工制成，左侧立面可拆装门板5作为槽体出砂土的门是河道中心对称垂面；立面钢构架槽体1底部的基础底座6由方钢加工制成，基础底座6上的底面板7由钢板加工制成，固定螺栓8紧固左侧立面拆装门板5和基础底座6；立面钢构架槽体1前、后两侧的框架钢柱11的上、下端采用横梁焊接形成圈体受力结构，防止受力不均引起立面钢构架槽体1变形和开裂，立面钢构架槽体1前、后两侧的各框架钢梁10与各圈体结构之间焊接形成钢构架整体受力，立面钢构架槽体1的底面、槽体后立面2、前立面3和右侧立面4各立面之间分别用防水强力胶或者胶条粘接密封防漏；多孔板9采用透水隔板，将地下渗流区45和出水端竖井18隔开，多孔板9的左侧覆盖一层或二层麻布片，防止砂土流失；前立面3上采用网格法间隔布点的方法均匀分布制有砂土采样孔12，砂土采样孔12用于采样砂土，便于测定地层中砂土的性质，安装堵头封闭；地下水位线13为一条动态曲线，反映地下渗流区的水位变化，地下水位线13的下方为地下渗流区45，地下水位线13的上方为包气带46；立面钢构架槽体1内填充有砂土填料；河道14为单式或复式断面的一半，河道14上覆盖一层或二层麻布片，防止进水冲毁地形，或做成透水固定床；河堤15为粘土夯实体，堤顶和边坡做防护处理，保护河堤不被冲毁；河道水位线16为一条动态曲线，反映河道洪水位的变化；河堤外地面17的表层覆盖一层或二层麻布片，防止沿程泄放多孔管22的降水冲毁地形；地下渗流区出水端竖井18采用标尺44观测渗流区出水端水位，地下渗流区出水端竖井18的底部制有三通35和放空管阀36，三通35和放空管阀36通过地下渗流出水软管34与地下水位调节箱32固定连接，放空管阀36用于排放立面钢构架槽体内实验渗流区的地下水；测压排54上的各测压管55采用软管57与砂土采样孔12固定连接，用于测量地下渗流区的点压强，标尺56用于读取各点压强，以便计算地下水位、渗透流速和渗透系数水力要素；定水头供水管阀19与外部的实验室高位水箱供水***固定连接，打开定水头供水管阀19，通过供水管23给河道水位调节箱24供水；河道水位调节箱24中间制有第一溢流隔板25，第一溢流隔板25的上游箱底固定连接有河道进水软管26、流量计27和阀门28，用于调节控制和计量入河道断面的流量和稳定河道水位；第一溢流隔板25的下游箱底连接有溢流管29，溢流管29流入外部的实验室退水***；左侧立面可拆装门板5固定制有第一固定支架31，第一固定支架31将第一自锁式齿轮齿条升降机30固定在立面钢构架槽体1上，第一自锁式齿轮齿条升降机30用于调节河道水位高低，模拟河道水位变化；手柄53摇动摇杆52旋转齿轮带动齿条连接的河道水位调节箱24升降，自锁棘轮50自锁止逆；当实验需要降低水位时，手动搬起止动棘爪51，倒转齿轮手柄53，使河道水位调节箱24降低到需要水位高度，放下止动棘爪51实施自锁止逆，通过河道水位标尺43读取河道水位，如果前期河道干涸，则实验开始向河道冲水至实验洪水位，以便模拟河道渗漏对洪水演进的影响和地下水补给情况；如果前期河道有水，则实验开始前数小时或数天向河道冲水至起始水位，再调节至实验洪水位，进行相应的实验数据记录；地下渗流区出水端竖井18通过底部三通35和软管34与地下水位调节箱32相连接，地下水位调节箱32中间设有第二溢流隔板33，第二溢流隔板33的上游箱底通过软管34连接渗流区出水端竖井18，便于稳定地下水位；第二溢流隔板33的下游箱底连接地下渗流出水溢流管39，地下渗流出水溢流管39中的水流入重量法计量水箱40，重量法计量水箱40上固定制有排空水管阀41，重量法计量水箱40放置在电子磅秤42上，定时记录地下水位和渗流出水重量，以获得渗流的水位和流量过程线；第二自锁式齿轮齿条升降机37用于调节地下水位高低，模拟地下水位变化，固定支架38将第二自锁式齿轮齿条升降机37固定在立面钢构架槽体1上；地下水位调节***通过手柄53摇动摇杆52旋转齿轮带动齿条连接的地下水位调节箱32升降，自锁棘轮50会自锁止逆；当实验需要降低水位时，手动搬起止动棘爪51，倒转齿轮手柄53，使地下水位调节箱32降低到需要水位高度，放下止动棘爪51实施自锁止逆，通过地下水位标尺44读取地下水位；定水头供水管阀19与外部的实验室高位水箱供水***固定连接，阀门20和流量计21用于调节控制和计量模拟降水过程的沿程泄放多孔管22的水量，沿程泄放多孔管降水入渗模拟***根据实验方案控制降水强度，由立面钢构架槽体顶部开口处实施模拟降水过程；当阀门20全部关闭，说明该河道断面所处位置无降水，河道洪水和横断面二维地下渗流均由上游来水产生。
本实施例涉及的自锁式齿轮齿条升降机的主体结构包括立面钢构架槽体1、地下水位调节箱32、第二固定支架38、固定支架47、自锁棘轮48和滑轨49；立面钢构架槽体1上固定制有固定支架47，固定支架46的中间部位制有自锁棘轮48，固定支架47的外侧平行结构制有滑轨49，滑轨49的中间处下侧通过第二固定支架38固定制有地下水位调节箱32；滑轨49的侧面体上通过止动棘爪51固定制有自锁式齿轮齿条结构，自锁式齿轮齿条结构由自锁棘轮48、棘轮50、摇杆52和手柄53配合联动组合而成，实现通过手动进行自锁功能。
实施例1：
本实施例的立面钢构架槽体1的宽度×高度×厚度=3100mm×2200mm×150mm，前立面3和槽体后立面2采用厚度16mm的有机玻璃板加工，右侧立面4和左侧立面可拆装门板5采用厚度5mm的钢板加工，立面钢构架采用100mm和80mm方钢加固而成，钢板底座长×宽×高=3100mm×450mm×100mm，所有钢构件均刷防锈漆进行维护，多孔板9采用厚度16mm的有机玻璃板加工，多孔板9将立面钢构架槽体1分离出100mm宽的地下渗流区出水端竖井18；立面钢构架槽体1的河道断面进水、降水入渗模拟***进水和地下渗流出水管均安装Φ50阀门来调控水位和流量，河道水位调节箱24和地下水位调节箱32分别安装在立面钢构架槽体1的右侧立面4和左侧立面可拆装门板5上，分别用于调节河道和地下水位；河道水位调节箱24和地下水位调节箱32的材质均为有机玻璃板，长×宽×高=300mm×150mm×300mm，溢流隔板将水箱隔成两部分，隔板上游水位调节箱体长200mm，隔板下游溢流排水箱体长100mm；齿条升降机与立面钢构架槽体1之间用固定支架连接，水位调节箱与齿条升降机之间同样用固定支架连接；自锁式齿轮齿条升降机***按水位调节幅度500mm、精度2mm和1800mm、精度5mm要求，由机械厂定制加工。降水入渗模拟***采用Φ50的沿程泄放多孔管，固定在立面钢构架槽体的上端，实验时向槽体内均匀喷洒不同强度的“雨水”，以便模拟降水过程。地下渗流区出水重量法计量水箱为600mm的立方体，由PE板制成，电子磅秤量程250kg。
本实施例的地下渗流区砂土填料采自青岛大沽河河床，向立面钢构架槽体内填充前，先行分析砂土的颗粒级配曲线等特性，砂土填料表面距离槽顶400mm，河道采用梯形横断面，半底宽500mm，河底面距离槽顶600mm，河堤夯实坚固，堤顶宽150mm，堤顶面距离槽顶100mm，河堤两侧的边坡系数均为1.5；对同一组地下填料和河型，选择3-5个河宽来调整渗透面大小，自制2个由12根玻璃管组成的测压排，固定于槽体后立面，软管连接到槽体前立面上网格法布点的测压孔；砂土填料填充结束后要淋雨增湿，进行地下水位调节，待填料稳定数天后，自槽体前立面上网格法布点的采样孔采取沙土样品，进行密实度、孔隙率、含水率等指标测定；实验全部准备就绪后，进行河道冲水二维地下渗流动态试验。
Claims (2)
1.一种河道横断面二维地下渗流水力学实验装置，其特征在于主体结构包括立面钢构架槽体、槽体后立面、前立面、右侧立面、左侧立面可拆装门板、基础底座、底面板、固定螺栓、多孔板、框架钢梁、框架钢柱、砂土采样孔、地下水位线、河道、河堤、河道水位线、河堤外地面、地下渗流区出水端竖井、定水头供水管阀、阀门、流量计、沿程泄放多孔管、供水管、河道水位调节箱、第一溢流隔板、河道进水软管、流量计、阀门、溢流管、第一自锁式齿轮齿条升降机、第一固定支架、地下水位调节箱、第二溢流隔板、地下渗流出水软管、三通、放空管阀、第二自锁式齿轮齿条升降机、第二固定支架、地下渗流出水溢流管、重量法计量水箱、排水管阀、电子磅秤、河道水位标尺、地下竖井水位标尺、地下渗流区、包气带、固定支架、自锁棘轮、滑轨、棘轮、止动棘爪、摇杆、手柄、测压排、测压管、标尺和软管；立面钢构架槽体上部为开口结构，槽体后立面和前立面由有机玻璃板加工制成，实验时观察砂土透水层和地下水位线；右侧立面和左侧立面可拆装门板由钢板加工制成，左侧立面可拆装门板作为槽体出砂土的门是河道中心对称垂面；立面钢构架槽体底部的基础底座由方钢加工制成，基础底座上的底面板由钢板加工制成，固定螺栓紧固左侧立面拆装门板和基础底座；立面钢构架槽体前、后两侧的框架钢柱的上、下端采用横梁焊接形成圈体受力结构，防止受力不均引起立面钢构架槽体变形和开裂，立面钢构架槽体前、后两侧的各框架钢梁与各圈体结构之间焊接形成钢构架整体受力，立面钢构架槽体的底面、槽体后立面、前立面和右侧立面各立面之间分别用防水强力胶或者胶条粘接密封防漏；多孔板采用透水隔板，将地下渗流区和出水端竖井隔开，多孔板的左侧覆盖一层或二层麻布片，防止砂土流失；前立面上采用网格法间隔布点的方法均匀分布制有砂土采样孔，砂土采样孔用于采样砂土，便于测定地层中砂土的性质，安装堵头封闭；地下水位线为一条动态曲线，反映地下渗流区的水位变化，地下水位线的下方为地下渗流区，地下水位线的上方为包气带；立面钢构架槽体内填充有砂土填料；河道为单式或复式断面的一半，河道上覆盖一层或二层麻布片，防止进水冲毁地形，或做成透水固定床；河堤为粘土夯实体，堤顶和边坡做防护处理，保护河堤不被冲毁；河道水位线为一条动态曲线，反映河道洪水位的变化；河堤外地面的表层覆盖一层或二层麻布片，防止沿程泄放多孔管的降水冲毁地形；地下渗流区出水端竖井采用标尺观测渗流区出水端水位，地下渗流区出水端竖井的底部制有三通和放空管阀，三通和放空管阀通过地下渗流出水软管与地下水位调节箱固定连接，放空管阀用于排放立面钢构架槽体内实验渗流区的地下水；测压排上的各测压管采用软管与砂土采样孔固定连接，用于测量地下渗流区的点压强，标尺用于读取各点压强，以便计算地下水位、渗透流速和渗透系数水力要素；定水头供水管阀与外部的实验室高位水箱供水***固定连接，打开定水头供水管阀，通过供水管给河道水位调节箱供水；河道水位调节箱中间制有第一溢流隔板，第一溢流隔板的上游箱底固定连接有河道进水软管、流量计和阀门，用于调节控制和计量入河道断面的流量和稳定河道水位；第一溢流隔板的下游箱底连接有溢流管，溢流管流入外部的实验室退水***；左侧立面可拆装门板固定制有第一固定支架，第一固定支架将第一自锁式齿轮齿条升降机固定在立面钢构架槽体上，第一自锁式齿轮齿条升降机用于调节河道水位高低，模拟河道水位变化；手柄摇动摇杆旋转齿轮带动齿条连接的河道水位调节箱升降，自锁棘轮自锁止逆；当实验需要降低水位时，手动搬起止动棘爪，倒转齿轮手柄，使河道水位调节箱降低到需要水位高度，放下止动棘爪实施自锁止逆，通过河道水位标尺读取河道水位，如果前期河道干涸，则实验开始向河道冲水至实验洪水位，以便模拟河道渗漏对洪水演进的影响和地下水补给情况；如果前期河道有水，则实验开始前数小时或数天向河道冲水至起始水位，再调节至实验洪水位，进行相应的实验数据记录；地下渗流区出水端竖井通过底部三通和软管与地下水位调节箱相连接，地下水位调节箱中间设有第二溢流隔板，第二溢流隔板的上游箱底通过软管连接渗流区出水端竖井，便于稳定地下水位；第二溢流隔板的下游箱底连接地下渗流出水溢流管，地下渗流出水溢流管中的水流入重量法计量水箱，重量法计量水箱上固定制有排空水管阀，重量法计量水箱放置在电子磅秤上，定时记录地下水位和渗流出水重量，以获得渗流的水位和流量过程线；第二自锁式齿轮齿条升降机用于调节地下水位高低，模拟地下水位变化，固定支架将第二自锁式齿轮齿条升降机固定在立面钢构架槽体上；手柄摇动摇杆旋转齿轮带动齿条连接的地下水位调节箱升降，自锁棘轮会自锁止逆；当实验需要降低水位时，手动搬起止动棘爪，倒转齿轮手柄，使地下水位调节箱降低到需要水位高度，放下止动棘爪实施自锁止逆，通过地下水位标尺读取地下水位；定水头供水管阀与外部的实验室高位水箱供水***固定连接，阀门和流量计用于调节控制和计量模拟降水过程的沿程泄放多孔管的水量，沿程泄放多孔管降水入渗模拟***根据实验方案控制降水强度，由立面钢构架槽体顶部开口处实施模拟降水过程；当阀门全部关闭，说明该河道断面所处位置无降水，河道洪水和横断面二维地下渗流均由上游来水产生。
2.根据权利要求1所述的河道横断面二维地下渗流水力学实验装置，其特征在于涉及的自锁式齿轮齿条升降机的主体结构包括立面钢构架槽体、地下水位调节箱、第二固定支架、固定支架、自锁棘轮和滑轨；立面钢构架槽体上固定制有固定支架，固定支架的中间部位制有自锁棘轮，固定支架的外侧平行结构制有滑轨，滑轨的中间处下侧通过第二固定支架固定制有地下水位调节箱；滑轨的侧面体上通过止动棘爪固定制有自锁式齿轮齿条结构，自锁式齿轮齿条结构由自锁棘轮、棘轮、摇杆和手柄配合联动组合而成，实现通过手动进行自锁功能。
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