中国水科院延庆试验基地水资源与水土保持工程技术综合试验大厅
联系人：龚家国
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地址：北京市延庆区西官路48号
目 录
一、基本情况... 3
二、试验大厅总体布局... 4
三、主要试验平台... 6
1、室内小流域与城市水文试验区... 6
2、室内可变坡度坡面水沙过程试验区... 7
3、室内坡面薄层水流过程试验区... 8
4、室内模拟河道试验区... 9
5、室外平原区二元水循环试验区... 10
6、室外固定坡面水土保持试验区... 12
7、水资源综合实验室... 12
8、城市水文产汇流综合试验平台... 13
9、高性能计算机房... 14
四、已经开展的典型试验... 17
1、坡面薄层水流水动力过程试验... 17
2、典型土石二元介质坡面水循环规律试验... 17
3、西藏那曲流域高山草甸土降雨产流试验... 18
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 19
5、城市建筑区产流机理实验... 20
6、典型鱼类洄游适宜流速条件试验... 20
7、不同类型水生植物群落在河道生态修复中的效果模拟实验 21
五、典型对外开放试验... 21
1、加压溶气式纳米气泡发生技术试验... 21
2、双层基床表层结构防排水模型试验... 22
3、压电式雨量传感器标定实验... 23
4、城市典型下垫面表面产流变化试验... 23
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年开工建设，2012年完成主体工程，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、高性能计算机房等试验功能区。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2024年，试验大厅共计支撑国家级科研项目31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，中国水科院揭榜挂帅项目1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，共计发表科研论文近100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，已经授权发明专利100余项、实用新型专利60余项，获得软件著作权20余项，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、工具间和试验人员办公室;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。
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雨强的降雨过程。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、滚波特征参数在线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0~22°。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。
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、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。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 平原区二元水循环试验区（地下廊道）
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。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灌溉/放水系统。
图9 固定坡面水土保持试验区
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
8、城市水文产汇流综合试验平台
该实验平台主要服务于不同下垫面条件、不同建筑物组合、不同风雨环境下的城市小区产汇流机理研究。试验平台由人工降雨系统、典型建筑区的1：100比尺物理模型、水平送风系统和综合测量系统四部分组成（见图14）。人工降雨系统可实现雨强范围为0~200mm/h，雨滴直径范围为0.5~5.5mm的降雨人工模拟，降雨高度为12m。物理比尺模型长3.1m、宽1.0m，由建筑物模型和底部平台两部分组成，建筑物模型由亚克力板材搭建，为装配结构，可实现不同建筑物类型组合模拟，底部平台主体为钢架结构，分上下两层，可用于模拟地表和地下产汇流情况。送风系统由四台工业轴流风机阵列组成，可模拟0~7m/s的风速。综合测量系统包括风速测量装置、流量测量装置和数据收集及处理系统，可实现试验全过程监测。该试验平台自2019年建成以来，已经开展了城市建筑区产汇流机理试验、城市不透水面分布对产流影响试验、城市积水深度视频反演实验等系列科学试验，有力推动了城市产汇流基础理论研究。
图14 城市水文产汇流综合实验平台
9、高性能计算机房
根据科研和技术咨询服务需求，于2019年建设了水资源高效利用高性能计算机房（见图15）。机房位于大厅地下一层，具有1个主机房，1个操作间和1个电池间。主机房设计容纳10个标准机柜，两台机房专用空调。其中：每个机柜接入两路电源，额定负荷10KW；每个机柜接入两路网络，每路网络带宽500MB。主机房布设有动态环境感知系统、先进的消防系统，具备多种触发模式和声光报警方式。目前，机房主要用于承载水资源预测、卫星数据反演、高清航拍数据处理、视频集成及图像识别、无人船自动驾驶等试验和业务系统。其中，水资源预测服务器阵列部署了我院定制开发的中尺度数值天气模式、区域气候模式和分布式水文模型，每天定时启动计算程序，以无人值守的形式运行，在上午9时之前发布全国中尺度降水预报、区域中长期降水预报及水资源预测信息，为南水北调中线一期工程水源中长期预测、应急管理部火险形势预测等国家重大需求，以及多项国家重点研发计划提供了算力支持；水资源遥感服务器阵列部署了全国GF-1/6影像预处理系统和全国湖库遥感监测产品生成系统，通过远程人工交互方式运行，持续处理生成全国湖库遥感反射率产品，在此基础上自动化生产了2018年至今全国1km2以上2865个湖泊和276个重要饮用水源地水体面积和营养状态遥感监测产品，为湖泊生态复苏评估、水源地监管等行业需求以及高分辨率对地观测系统重大专项、重点研发计划项目提供了重要支撑。此外，机房部署一套云边协同的水利人工智能云服务平台，可实时接入远程视频信息，经编解码中间件处理后，形成统一的格式传入AI模块，实现钓鱼、游泳、烧烤、倾倒渣土、违建、违占等敏感事件的快速识别，为河长制等业务工作提供支撑，并进一步接入了无人驾驶清洁船，配合岸基、空基、船基等视频监控网络，可实现一定范围内水域的无人化清洁作业。
图15 高性能计算机房
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、城市建筑区产流机理实验
支撑项目：国家自然科学基金面上项目“城市建筑群遮挡对小区尺度关键水文过程的影响机理及模拟（51879274）”和国家重点实验室团队重点项目“城市建筑森林区二元水循环机理（2016ZY05）”。
图18 城市建筑区产流试验
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
7、不同类型水生植物群落在河道生态修复中的效果模拟实验
支撑项目：国家重点研发计划课题“河流－湿地群生态连通及水体净化技术研究与示范”。
图20 水生植物群落空间配置组合试验
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
