陆地表层水土过程实验系统包括以下几个子系统，即：人工模拟降雨系统、坡面系统（坡面径流槽及侵蚀水槽）、河流系统（河流供水加沙系统、侵蚀基准面控制系统、地壳升降装置、多功能自动控制测桥、模型河流测验与采样系统、激光扫描地形测量系统）、科普教育微型模型体系等部分。

人工降雨集成实验系统

本实验系统设计的降雨装置（包括若干组合喷头、主支导管）由供水设备、稳压水塔、地下水库及调控装置等组成。降雨装置空高20米，布设在实验室顶层。分为三个系统，分别是: 5×10m²、4×15m²和15×20m²，可以满足雨强在12~300mm/h(0.2~5mm/min)范围内变化的实验要求。另外对不同位置的喷头由不同的电磁阀自动控制开关，可以实现在不同雨区不同雨强组合的降雨实验，同时可以实现即开即停。雨强的校验以及雨强组合的实现等均由系统自动完成，减少人工校验产生的误差。

坡面径流槽及侵蚀水槽

进行降雨量、降雨过程、坡面物质组成、不同下垫面、坡度、坡面防治措施对产流、入渗的实验研究及对坡面侵蚀产沙影响的实验研究。

两个水槽分别为5×10m和4×15m，槽体采用槽钢焊接框架，铆钉铺盖8mm厚钢板的高强度结构构建，水槽两侧和上游方围有高75cm-100 cm高的钢框架玻璃挡墙，以便于观测槽内降雨时的入渗和坡面地下径流的活动情况；径流水槽的下游方同样围有75 cm -100 cm高的玻璃挡墙，并预留收集坡面径流的出口，为便于采集坡面径流和产沙量及沙样，出口段底坡呈顶角为150度的倒三角状；侵蚀水槽的下游出口可以不设挡墙。

径流水槽与侵蚀水槽均采用横轴支撑转动，槽体上下段相对平衡，在槽体上部用蜗轮蜗杆组支撑调坡，并设置锁定装置。径流水槽与侵蚀水槽的可调坡度为0-35度，调坡精度为+0.5度，在水槽侧面设调坡角度显示装置。

河流供水加沙系统

在该系统中，最主要的是稳流平水塔、流量控制器、稳流装置、加沙器及相关的操作控制系统。

为了满足平水及恒定稳流要求，平水塔水位波动小于1cm，磁计流量计的水量误差小于0.01%，采用具有不同大小圆孔的水泥套管消能稳流。平水、稳流装置均采用自动控制才作。

为了实现恒定加沙的要求，采用自制振动加沙器加沙，由微型电动机振动倒三角状的沙筒薄壁，使干沙徐徐降落，由沙筒下方的可调节出口，通过率定调节出沙量，直接将干沙加入恒定水流，附加反馈传感器，通过自动控制操作系统，在加沙过程中随时进行加沙量校核率定。要求加沙量误差小于0.01%。

侵蚀基准面控制系统

  为了满足侵蚀基准面升降的实验要求，要求侵蚀基准面恒定，水位精度误差小于+0.01毫米，自动阀门控制流量误差小于0.01%。

地壳升降装置

升降装置由12块钢板组合而成，钢板上面覆盖特制的、厚4毫米富有弹性的不透水胶皮，要求胶皮整体面积不小于10m×8m；每块钢板呈2.95m×2.95m的正方形，由蜗杆支撑，蜗杆置于蜗轮蜗杆箱套内，蜗杆与钢板呈球状连接，共计9套蜗轮蜗杆箱套。各蜗轮蜗杆箱套可以单独运行，也可自动协调同步控制。

可以模拟多种构造变形形式:包括单一上升或单一下降、断块升降、纵横向掀斜、褶皱绕曲、穹隆上升、凹陷下降、穹隆中心与周边的不均匀上升以及凹陷中心与周边的不均匀下降等，达到实现构造变形形式的仿真模拟；可以满足构造变形对地貌体影响实验要求：包括坡面、河型、河口演变、流域地貌塑造及流域含水层形变与地下水运行规律影响的实验研究；可以满足构造变形速率对地貌体演变影响要求：包括对河型、流域地貌塑造及流域含水层影响的实验要求，力争达到构造变形速率相近似的模拟。

构造变形速率为0.02-0.05mm/min。构造变形幅度为：单一升降幅度+30cm，断块差别升降幅度为60cm，纵向与横向掀斜幅度+30cm，褶皱绕曲的顶部与凹部幅度为50cm，穹隆中心上升幅度与凹陷中心下降幅度分别为+30cm与-30cm；穹隆周边上升幅度与凹陷周边下降幅度均为0mm。

多功能自动控制测桥

测桥桥体长6.0m，测桥上仅架设测试仪器或可拆卸制模器，要求人、桥分离，目的是便于测桥快速运移；轨道平面本身的加工精度为0.1mm，安装精度为0.3mm；在测桥快速驱动和运移时，要使纵向扭动达到最小值，两侧轨道上测桥的位移小于 + 2.5mm，纵向位移误差小于+ 2.5mm，使测仪器在测桥上的横向位移及垂向升降位移误差，分别小于+ 1mm及+0.1mm；纵向导向长度40m，桥体横向导向长度6.0m，垂向导向长度0.8m；拟安装的测量仪器的总重量暂定为20kg。

模型河流测验与采样系统

目前，现有模型河流测验与采样系统主要由水位测量器、河底高程仪、流速流向仪、水沙样采集与分析系统、河床组成物质采集器、可调坡玻璃水槽等部件构成。

纵向采集速度为0.15~0.30m/s，仪器横向运移速度及垂向升降速度分别为0.05~0.10m/s及0.025~0.050m/s，每点测量速度为1~2s，每条横断面施测的平均速度为1~2min，对于30m长河段，1~2h测完。

激光扫描地形测量系统

陆地表层演变与动力过程实验中，采集流域、坡面与河流地貌演变过程中的三维形态，对分析其演变过程与作用机理十分重要，如何高速度、高效率、高精度地获取这些基本数据，成为减轻劳动强度、降低实验成本、提高实验效率、加快实验周期的一个关键。

                   水土实验模拟系统效果示意图