一、基本情况

水资源与水土保持工程技术综合试验大厅（以下简称试验大厅）是中国水利水电科学研究院面向水资源与水土保持领域的重要基础科研平台。试验大厅于2010年开始施工建设，2012年完成主体工程建设，2015年初步具备试验功能。试验大厅总占地面积7455m²，其中室内建筑面积4655m²，室外试验场面积2800m²。主要包括室内小流域与城市水文试验区、室内可变坡度坡面水沙过程试验区、室内坡面薄层水流过程试验区、室外平原区二元水循环试验区、室外固定坡面水土保持试验区、水资源综合试验室等6个试验功能区。拥有仪器设备 67类 150余台套，包括降雨人工模拟试验系统、大型可变坡面钢槽、大型可变坡面玻璃水槽等模拟试验设备，气象站、土壤水多参数测量、高时空分辨率近景摄影测量、薄层水流流速摄影测量、试验区地下水位调控等监控设备，激光粒度仪、液态水同位素分析仪、原子荧光光度计、连续流动分析仪等实验分析仪器，以及试验弃水净化回用、小型叉车、全自动高空作业平台等试验辅助设备。

试验大厅配备有教高、高工、博士研究生、硕士研究生，以及实验员、后勤保障人员组成的运行管理团队。试验大厅一方面支撑院里基础试验需求，另一方面积极开展对外开放，除接受高校、科研单位、企业等有研究需求的单位利用本试验大厅平台开展试验外，同时可以承接委托给试验大厅的合作试验研究。

截至2018年，试验大厅共计支撑国家级科研项目14项，流域水循环模拟与调控国家重点实验室自主科研项目5项，对外开放试验项目4项，其中新产品开发项目1项。

2016年以来依托试验大厅开展的试验，共计发表科研论文34篇，其中SCI/EI论文22篇。此外，试验大厅围绕降水、入渗、坡面产汇流、地下水模拟和河道径流等水循环过程试验需求和基础试验能力建设，研究和发展了多项新设备、新技术和新方法，共计申报专利82项，其中发明专利58项（已授权15项），实用新型专利24项（全部授权），获得软件著作权10项，在水循环、水环境、水生态等方面形成了较强的基础试验支撑能力。

二、试验大厅总体布局

试验大厅主要由试验厅、配楼、室外试验场和水处理设施等4部分构成（见图1）。

 

图1 平面布局图

试验厅位于北区东部，主要包括室内小流域与城市水文试验区、室内可变坡度坡面水沙过程试验区、坡面薄层水流过程试验区。配楼紧邻试验厅，位于北区西部（见图2），其中一层为门厅、工具间和试验人员宿舍；二层为会议室和控制室；三层为水资源综合实验室，设有1间化学分析室、1间物理分析室和1间理化分析室；地下室主要为工具间和泵房。室外试验场位于南区西部，主要包括室外平原区二元水循环试验区和固定坡面水土保持试验区。水处理设施紧邻室外试验场，位于南区东部，主要为半地下结构。

 

图2 配楼功能分区图

三、主要试验平台

1、室内小流域与城市水文试验区

该试验区主要服务于复杂下垫面条件下的地表产汇流过程试验研究，由区域人工降雨系统、高时空分辨率近景摄影测量系统和1m深地面试验场（由北向南0.5%坡度降低）等构成。其中人工降雨系统工作面积26×40m，雨滴降落高度12.5m，可以模拟8~200mm/h雨强的降雨。该系统划分为10个大区110个小降雨区，每个小降雨区均可独立控制，既满足区域非均匀降雨过程模拟试验需求，也满足小规模试验的模拟降雨需求。高时空分辨率近景摄影测量系统工作面积8m×8m，位于区域降雨模拟系统南部中间区域，可以实现不同降雨条件下时间分辨率1秒空间分辨率1cm的地形变化过程监测。此外，在该区域的南北两侧各预留2个供水点及二、三项插座，满足不同试验设计的水、电供应。

 

图3 小流域与城市水文试验区

2、室内可变坡度坡面水沙过程试验区

该试验区主要服务于不同类型坡面产汇流、土壤侵蚀过程试验研究，由可变坡度钢槽和人工降雨系统构成。其中可变坡度钢槽深0.6m宽3m长8m，可变坡度范围为0°~35°。人工降雨系统工作区域覆盖整个变坡钢槽，可以实现降雨均匀度0.8，雨强8~200mm/h的降雨过程模拟。同时配置有1处水、电供应点。

 

图4  可变坡度试验钢槽

3、室内坡面薄层水流过程试验区

该试验区主要服务于不同下垫面条件下薄层水流过程试验研究，由可变坡度玻璃水槽、薄层水流流速摄影测量系统和人工降雨设备等构成。其中可变坡度玻璃水槽长12m、宽0.5m、深0.5m，可变坡度0~25°。薄层水流流速摄影测量系统与人工降雨系统平行布设与水槽正上方的大厅网架上，可以实现不同降雨条件下的水流流速、滚波参数等高效快速测量。人工降雨系统工作区域覆盖整个变坡钢槽，可以实现降雨均匀度0.8，雨强8~200mm/h的降雨过程模拟。同时配置有1处水、电供应点。

 

图5  可变坡度玻璃水槽

4、室内模拟河道试验区

试验系统包括9条仿真洄游通道和1个鱼类栖息区，能够开展鱼类不同生命阶段洄游、栖息、漂流对水深、流速、底质、溶解氧等水文水质要素的适应性试验，目前正在开展室外二期工程建设。

 

图6 室内模拟河道试验区

5、室外平原区二元水循环试验区

该试验区主要服务于不同调控措施条件下地表水、土壤水、地下水、植物水等的循环通量变化规律研究。试验区长36m、宽21m，主要由混凝土防渗测坑、可移动式人工降雨系统，自动灌溉系统、地下水水位监测系统和土壤水分参数在线监测系统构成。其中混凝土防渗测坑包括4个长20m宽7m深4m和1个长20m宽7m深10m测坑。可移动式人工降雨系统面积20×15m，有效降雨高度12m，可以实现不同试验测坑区域的6~200mm/h雨强的降雨模拟。自动灌溉系统可以实现微喷灌、滴灌和地面灌等不同灌溉方式的灌溉。地下水水位监测系统和土壤水分参数在线监测系统可以实时测量试验测坑内水循环通量变化过程。

 

      图7 平原区二元水循环试验区（地面）     图8室外可移动式人工降雨系统（未挂装防风帘）

（近端为二元水循环试验区，远端为固定坡面试验区）

 

图9 平原区二元水循环试验区（地下廊道）

（近端为二元水循环试验区，远端为固定坡面试验区）

6、室外固定坡面水土保持试验区

该试验区主要服务于不同土壤、植被、地表形态等条件下坡面水文、壤中流、泥沙、侵蚀等过程试验研究。试验区长32m、宽21m，主要包括5°、10°和15°等3组标准水土保持监测小区和人工降雨系统。其中单个小区长20m宽5m深1.2m。试验区与二元水循环试验区共用可移动式人工降雨系统。

7、水资源综合实验室

该试验区主要服务于水文水资源、土壤侵蚀与水土保持相关领域基础试验研究中对土壤物理、水化学、微量元素、同位素等基础试验分析能力的需求。实验室包括3个实验分析室，总面积205㎡。配备包括原子荧光光度计、连续流动分析仪、液态水同位素分析仪、激光粒度仪等先进仪器设备。

 

图10 水化学分析实验室           图11 原子荧光光度计

 

图12 液态水同位素分析仪          图13 连续流动分析仪

四、已经开展的典型试验

1、坡面薄层水流水动力过程试验

支撑项目：国家重点实验室团队重点项目“坡面薄层水流动力过程试验研究（2015ZY01）”

  

图14 坡面薄层水流水动力过程试验

2、典型土石二元介质坡面水循环规律试验

支撑项目：国家重点实验室团队重点项目“太行山区土石二元混合介质水分特征参数测试与山坡产汇流机理研究（2016ZY03）”；“973”课题“多尺度山地水文过程与水资源效应（2015CB452701）”

 

 

图15 典型土石二元介质坡面水循环规律试验

3、西藏那曲流域高山草甸土降雨产流试验

支撑项目：国家自然科学基金面上项目“那曲上游流域草地演变对坡面产流影响机理实验与模拟（41571037）”，“国家重点实验室团队重点项目：那曲上游流域草地退化对径流演变的影响机理及调控（2016ZY05）”

 

图16 那曲流域高山草甸土降雨产流试验

4、北方土石山区土壤斥水性影响因素及其坡面水文效应试验

支撑项目：国家重点实验室团队重点项目“山区斥水土壤水文过程试验研究（2016ZY01）”

 

图17 北方土石山区土壤斥水性影响因素及其坡面水文效应试验

5、华北平原区大埋深土壤水文特性试验

支撑项目：中国水科院青年专项“华北平原区大埋深土壤水文特征参数试验研究（WR0145B022016）”

 

图18 华北平原区大埋深土壤水文特性试验

6、典型鱼类洄游适宜流速条件试验

支撑项目：国家重点研发计划项目“河湖沼系统生态需水保障技术体系及应用（SQ2017YFSF020001）”；国家重点研发计划课题“基于“水资源-经济社会-生态环境”互馈关系的承载机理与弹性阈值(2016YFC0401302)”

图19典型鱼类洄游适宜流速条件试验

  五、典型对外开放试验

1、加压溶气式纳米气泡发生技术试验

项目来源：北京环域生态环保技术有限公司

 

 

 

图20加压溶气式纳米气泡发生技术试验

2、双层基床表层结构防排水模型试验

支撑项目：中国铁路总公司科技研究开发计划“铁路工程建造技术研究——京沈试车线重载试验线线桥关键技术参数研究”（2016G002-C）

图21双层基床表层结构防排水模型试验

3、压电式雨量传感器标定实验

支撑项目：铁路科学研究院“高速铁路系统安全保障技术（国家重点项目，2016YFB1200401）；公路交通安全技术交通行业重点实验室开放课题（2017）”

 

图22压电式雨量传感器标定实验

4、城市典型下垫面表面产流变化试验

项目来源：中国城市规划设计研究院水专项

 

图23城市典型下垫面表面产流试验