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”）是国家重点实验室面向水资源与水土保持领域的重要基础科研平台，位于北京延庆县康庄镇中国水利水电科学研究院试验基地，总面积 7455平方米，包括小流域与城市水文、平原区二元水循环、室内变坡试验钢槽、坡面薄层水流模拟、水资源综合试验室、室外固定坡面径流小区共 6个功能分区，拥有原子荧光光度计、连续流动分析仪、液态水同位素分析仪、激光粒度仪等150余台套仪器设备，总值近2000万元。
“试验大厅”自2015年开始完全具备基础试验功能，在国家重点实验室科研经费和实验室运行建设经费支持下，围绕降水、土壤入渗、坡面产汇、地下水和河道径流模拟等水循环全过程试验需求，持续加强“试验大厅”基础能力建设，研发了多项新设备、新技术和新方法，共计申报专利58项，其中发明专利34项（已授权5项），实用新型专利22项（全部授权），获得软件著作权10项，显著提升了实验室水循环基础试验能力。
图1 人工降雨试验区
（区域面积26×40m，平均分为110个降雨区，雨滴降落高度12.5m，模拟雨强8-200mm/h，可实现多暴雨中心和局部区域降雨模拟。）
图2 变坡试验钢槽
（两个深0.6m宽3m长8m可变坡度试验钢槽及其对应人工降雨系统，可变坡度范围为0-35°）
图3坡面薄层水流模拟试验区
（深0.5m宽0.63m长11m可变坡度试验槽及其对应人工降雨系统，可变坡度范围为0-30°。）
附1：部分专利技术介绍
1、一种薄层水流流速测量系统和方法（CN201510022944.3）
由于传统的“染色法”和“示踪法”，都有较大的局限性，且测量误差较大。因此本发明提出一种方法，通过对示踪液在薄层水流中产生色斑的拍摄，利用电脑进行图像分析，可以更加精确的计算出薄层水流的各个流速参数。这种方法能设置多点同时试验和观测，视场宽阔可以很好的解决较大区域的薄层水流流速观测，且人为影响和主观误差较小，可以满足研究需要。
2、基于超声波传感器的薄层水流滚波测量系统与方法（CN201511010602.6）。
现有的观测方法是利用水文测针直接观测，该方法主要由人工确定测针与滚波的相对位置，由于是人工目视测量，而滚波的变化极快，人眼目测往往不能达到应有的效果，测量难以保证精度。为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种方法。利用超声水位传感器，通过系统集成和自动化方法，实现薄层水流水位等滚波特征参数的实时动态测量，从而有效提高测量的精度和稳定性，提高观测效率。
3、一种室内重力侵蚀过程试验观测系统（CN201720488265.X）
由于现有的重力侵蚀过程观测方法前期工作量大，测量过程速度慢、效率低，同时试验精度也不理想，不能满足试验需求。因此本专利提出了一种通过填土装置、人工降雨系统、土壤含水量监测系统、沟道水沙过程测控系统以及数字地形采集系统组成室内重力侵蚀过程试验观测系统，可以实现地形变化、降雨、土壤含水量、坡面流速等重力侵蚀影响数据的快速、高精度的观测。
4、一种试验区地下水位精确控制系统与方法（CN201610294017.1）
现有的一些模拟地下水位的方式虽然可以取得一些成果，但规模太小。一旦增加规模则效率低下，更为重要的是控制地下水位的精度不能令人满意，影响了整个实验的精确度。本发明提出一种方法，在各个关键部位设置传感器，检测原土层中地下水位的高度及其他各种参数，以这些参数为基础控制预充排水井中的水位，利用预充排水井的水压影响原土层中的水位，达到精确控制原土层中地下水位的目的。由于预充排水井中的水位容易控制，而预充排水井中的压力也可以迅速的传递到原土层中，因此可以实现快速高效的地下水位调整。
附2：2015年以来获得和申请的发明专利汇总表
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序号
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名称
|
专利号
|
主要发明人
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1
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一种基于压力传感器的薄层水流滚波测量系统与方法
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CN201511009975.1
|
赵勇;王建华;刘扬等
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|
2
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一种基于高清摄影的薄层水流滚波测量系统与方法
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CN201511015497.5
|
王建华;赵勇;龚家国等
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|
3
|
一种薄层水流流速测量系统和方法
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CN201510022944.3
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龚家国;王浩;张新和等
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|
4
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一种河道枯季流量测量系统和方法
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CN201510022972.5
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龚家国;冶运涛;褚俊英等
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|
5
|
一种基于超声波传感器的薄层水流滚波测量系统与方法
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CN201511010602.6
|
龚家国;赵勇;王建华等
|
|
6
|
一种大型试验厅室光照调控方法和系统
|
CN201610907352.4
|
赵勇;龚家国;王建华等
|
|
7
|
一种电磁阀门马氏瓶及使用方法
|
CN201810142497.9
|
赵勇;任长江;王建华等
|
|
8
|
基于物联网技术的地下水潜水蒸发测量系统和方法
|
CN201710453137.6
|
赵勇;任长江;龚家国等
|
|
9
|
一种多孔进气马氏瓶及使用方法
|
CN201810143055.6
|
赵勇;任长江;王建华等
|
|
10
|
一种机械阀门马氏瓶及使用方法
|
CN201810143054.1
|
王建华;任长江;赵勇等
|
|
11
|
基于物联网的非饱和土壤水分入渗自动测量系统和方法
|
CN201710453125.3
|
王建华;任长江;龚家国等
|
|
12
|
一种试验区地下水位精确控制系统与方法
|
CN201610294017.1
|
龚家国;赵勇;尚毅梓等
|
|
13
|
一种大埋深土壤渗透系数和水分扩散系数测定系统及方法
|
CN201610916387.4
|
王英;龚家国;赵勇等
|
|
14
|
一种大埋深土壤膨胀系数测量方法及系统
|
CN201610916515.5
|
王英;赵勇;龚家国等
|
|
15
|
一种大埋深土壤取样装置
|
CN201610916517.4
|
王英;龚家国;赵勇等
|
|
16
|
一种山区土壤厚度计算方法
|
CN201610917512.3
|
龚家国;贾仰文;郝春沣等
|
|
17
|
一种基于近景摄影测量原理的区域降雨均匀度测量系统及方法
|
CN201710093771.3
|
王英;赵勇;刘家宏等
|
|
18
|
基于数字图像处理技术的区域降雨均匀度测量系统及方法
|
CN201710094151.1
|
王英;赵勇;龚家国等
|
|
19
|
一种基于激光折射原理的区域降雨均匀度测量系统及方法
|
CN201710094153.0
|
龚家国;赵勇;王英等
|
|
20
|
一种区域降雨均匀度测量系统与方法
|
CN201710094154.5
|
龚家国;赵勇;王英等
|
|
21
|
一种基于摄像的土壤斥水性测量系统和方法
|
CN201710134997.3
|
王英;赵勇;龚家国等
|
|
22
|
一种基于高速摄影的土壤斥水性测量系统和方法
|
CN201710135067.X
|
龚家国;赵勇;王英等
|
|
23
|
一种坡面水文试验流速场观测系统及方法
|
CN201710308615.4
|
龚家国;赵勇;王浩等
|
|
24
|
一种坡面水文试验流量场观测系统及方法
|
CN201710309034.2
|
龚家国;赵勇;王浩等
|
|
25
|
一种坡面水流深度计算系统及方法
|
CN201710309035.7
|
龚家国;赵勇;王浩等
|
|
26
|
一种室内重力侵蚀过程试验观测系统及方法
|
CN201710309456.X
|
龚家国;赵勇;王浩等
|
|
27
|
基于超声波的大埋深土壤取样装置及系统
|
CN201710375385.3
|
贾仰文;龚家国;王浩等
|
|
28
|
大埋深原状土壤取样装置及系统
|
CN201710375389.1
|
贾仰文;龚家国;王浩等
|
|
29
|
原状土壤电动取样装置及系统
|
CN201710375391.9
|
龚家国;王浩;刘家宏等
|
|
30
|
一种水土保持监测小区径流泥沙连续取样测量系统和方法
|
CN201710466913.6
|
龚家国;冯伟;王浩等
|
|
31
|
一种室内土槽试验径流泥沙连续取样测量保存系统和方法
|
CN201710467230.2
|
龚家国;秦昌波;赵勇等
|
|
32
|
一种大埋深土壤样品等效取样方法
|
CN201810019444.8
|
龚家国;赵勇;贾仰文等
|
|
33
|
基于薄层水流水动力特性的溢洪道安全检测系统和方法
|
CN201810372358.5
|
龚家国;赵勇;杨苗等
|
|
34
|
基于水动力相似的区域降雨模拟系统降雨过程设计方法
|
CN201810652182.9
|
龚家国;杨苗;王友胜等
|
注：前五项为已经授权，其余处于实质审查阶段。
附3：2015年以来获得的实用新型专利汇总表
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序号
|
名称
|
专利号
|
主要发明人
|
|
1
|
一种基于超声波传感器的薄层水流滚波测量装置
|
CN201521118642.8
|
王建华;范典;赵勇等
|
|
2
|
一种基于高清摄影的薄层水流滚波测量装置
|
CN201521128156.4
|
王建华;赵勇;范典等
|
|
3
|
一种试验区地下水位精确控制装置
|
CN201620401410.1
|
赵勇;王建华;尚毅梓;等
|
|
4
|
一种大型试验厅室光照调控装置
|
CN201621133872.6
|
赵勇;龚家国;王建华等
|
|
5
|
基于超声波的大埋深土壤取样装置及系统
|
CN201720587883.X
|
贾仰文;龚家国;王浩等
|
|
6
|
电动土壤钻取装置
|
CN201720614581.7
|
贾仰文;赵勇;石彬等
|
|
7
|
一种大埋深土壤取样装置
|
CN201621143226.8
|
龚家国;贾仰文;王英等
|
|
8
|
一种基于激光反射原理的区域降雨均匀度测量装置
|
CN201720156444.3
|
龚家国;赵勇;王英等
|
|
9
|
基于数字图像处理技术的区域降雨均匀度测量装置
|
CN201720156943.2
|
王英;赵勇;龚家国等
|
|
10
|
一种基于激光折射原理的区域降雨均匀度测量装置
|
CN201720158209.X
|
龚家国;赵勇;王英等
|
|
11
|
一种基于近景摄影测量原理的区域降雨均匀度测量装置
|
CN201720158281.2
|
王英;赵勇;刘家宏等
|
|
12
|
一种基于高速摄影的土壤斥水性测量装置
|
CN201720221206.6
|
龚家国;赵勇;王英等
|
|
13
|
一种基于摄像的土壤斥水性测量装置
|
CN201720221377.9
|
王英;赵勇;龚家国等
|
|
14
|
一种高速同步装置
|
CN201720393014.3
|
龚家国;赵勇;褚俊英等
|
|
15
|
一种坡面水文试验流速场观测系统
|
CN201720487761.3
|
龚家国;赵勇;王浩等
|
|
16
|
一种室内重力侵蚀过程试验观测系统
|
CN201720488265.X
|
龚家国;赵勇;王浩等
|
|
17
|
大埋深原状土壤取样装置及系统
|
CN201720614612.9
|
龚家国;王浩;丁相毅等
|
|
18
|
原状土壤电动取样装置及系统
|
CN201720614626.0
|
龚家国;王浩;刘家宏等
|
|
19
|
基于物联网技术的地下水潜水蒸发测量系统
|
CN201720697328.2
|
任长江;赵勇;龚家国等
|
|
20
|
基于物联网的非饱和土壤水分入渗自动测量系统
|
CN201720697805.5
|
任长江;王建华;龚家国等
|
|
21
|
一种水土保持监测小区径流泥沙连续取样测量保存装置
|
CN201720714637.6
|
龚家国;王浩;赵勇等
|
|
22
|
一种室内土槽试验径流泥沙连续取样测量保存装置
|
CN201720714821.0
|
龚家国;秦昌波;赵勇等
|
注：实用新型全部已经授权
附4：2015年以来获得的软件著作权汇总表
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序号
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名称
|
编号
|
|
1
|
区域人工降雨过程自动生成系统软件V1.0
|
2016SR144071
|
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2
|
薄层水流流速测量系统软件V1.0
|
2015SR03696
|
|
3
|
坡面薄层水流滚波自动捕捉系统软件V1.0
|
2016SR330102
|
|
4
|
坡面薄层水流滚波特征物理量计算分析系统软件V1.0
|
2016SR330918
|
|
5
|
超声波测量坡面薄层水流数据采集软件V1.0
|
2018SR021300
|
|
6
|
区域水文过程数值模拟系统软件V1.0
|
2016SR143311
|
|
7
|
区域水文过程试验可视化控制系统软件V1.0
|
2016SR144270
|
|
8
|
室内区域水文物理模型搭建辅助系统V1.0
|
2016SR144558
|
|
9
|
试验区地下水位自动测控系统V1.0
|
2017SR659030
|
|
10
|
二元水循环过程监测控制软件V1.0
|
2017SR659104
|
注：著作权人全部已经授权，授权人均为中国水利水电科学研究院
