1.一种基于PIV和PTV技术的水力侵蚀细观机理观测装置，其特征在于：包括透明模型盒(1)、上游水头施加装置(2)、水箱(3)、水泵(4)、数码相机(5)、激光发生器(6)、紫外光源(7)和测压管(8)；

所述透明模型盒(1)包括试样盒本体(101)、顶盖(102)、上隔板(103)、下隔板(104)和所述支脚(105)；所述试样盒本体(101)整体为一个上端敞口的矩形盒；所述试样盒本体(101)的底板上开设有模型盒入水口；所述试样盒本体(101)的上端敞口采用顶盖(102)封堵；所述试样盒本体(101)的底板下方设置有若干支脚(105)；所述上隔板(103)和下隔板(104)为多孔板；所述上隔板(103)和下隔板(104)布置在试样盒本体(101)的内腔中；所述上隔板(103)和下隔板(104)将试样盒本体(101)的内腔分隔出上缓冲区、试样区和下缓冲区；所述试样盒本体(101)在上缓冲区处的侧壁上设置有模型盒出水口；所述试样盒本体(101)在试样区处的侧壁上设置有若干测压孔；所述上缓冲区和下缓冲区内填筑有卵砾石；

所述试样区中填筑有试样(9)；所述试样(9)采用未染色透明固体颗粒(901)和染色透明固体颗粒(902)均匀混合制得；所述染色透明固体颗粒(902)的粒径区间为0.5～1mm；

所述上游水头施加装置(2)包括外桶(201)、内桶(202)和支架(203)；所述内桶(202)布置在外桶(201)的内腔中；所述内桶(202)的桶底开设有内桶入水口和内桶出水口；所述外桶(201)的桶底在内桶入水口和内桶出水口位置处设置有对应的孔洞；所述内桶入水口通过管路与水泵(4)的出水口连接；所述内桶出水口通过管路与模型盒入水口连接。所述内桶出水口与模型盒入水口之间的管路上设置有阀门(204)；所述外桶(201)的桶底还设置有外桶出水口；所述支架(203)包括底座和立柱；所述立柱的下端固定在底座的上表面；所述立柱侧壁上竖直设置有拖曳导轨以及与拖曳导轨配合的滑块；所述外桶(201)的外壁挂载于滑块上；通过滑块外桶(201)可沿竖直方向运动；

所述水箱(3)中盛放有透明溶液；所述透明溶液的折射率与未染色透明固体颗粒(901)的折射率相同；所述透明溶液中混合有示踪粒子；所述水泵(4)的入水口通过管路与水箱(3)连接；所述外桶出水口通过管路与水箱(3)连接；所述模型盒出水口通过管路与水箱(3)连接；

所述数码相机(5)和激光发生器(6)布置在透明模型盒(1)外侧；所述紫外光源(7)布置在透明模型盒(1)上方；

工作时，水泵(4)抽取水箱(3)中的透明溶液并输送到内桶(202)中；内桶(202)被透明溶液灌满；透明溶液漫出到外桶(201)中并经外桶出水口回流至水箱(3)中；内桶(202)中的透明溶液经内桶出水口和模型盒入水口流入透明模型盒(1)；透明溶液与试样(9)混合；透明溶液注满透明模型盒(1)后，通过模型盒出水口流入水箱(3)内；透明溶液形成稳定循环；

所述激光发生器(6)发射激光在透明模型盒(1)内部形成激光切面；所述紫外光源(7)向透明模型盒(1)发射紫外光；所述数码相机(5)对透明模型盒(1)进行拍摄；所述数码相机(5)的镜头轴线垂直于激光面。

2.根据权利要求1所述的一种基于PIV和PTV技术的水力侵蚀细观机理观测装置，其特征在于：所述透明模型盒(1)采用有机玻璃制成；所述外桶(201)和内桶(202)采用有机玻璃制成。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于PIV和PTV技术的水力侵蚀细观机理观测装置，其特征在于：所述未染色透明固体颗粒(901)选用熔融石英砂；熔融石英砂采用荧光染料染色后成为染色透明固体颗粒(902)。

4.根据权利要求1或3所述的一种基于PIV和PTV技术的水力侵蚀细观机理观测装置，其特征在于：所述试样盒本体(101)的底板向外延伸出连接部；所述连接部上设置有若干销孔；所述顶盖(102)在连接部销孔对应位置也设置有销孔。所述顶盖(102)盖设在试样盒本体(101)的上端敞口后，螺杆穿过顶盖(102)和连接部上对应的销孔后旋入螺帽。

5.根据权利要求1所述的一种基于PIV和PTV技术的水力侵蚀细观机理观测装置，其特征在于：所述透明溶液选用溴化钙溶液。

6.根据权利要求1所述的一种基于PIV和PTV技术的水力侵蚀细观机理观测装置，其特征在于：所述管路选用硅胶软管。

7.一种采用权利要求1所述装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)使用荧光染料对透明固体颗粒染色并烘干，得到染色透明固体颗粒(902)；

2)将染色透明固体颗粒(902)与未染色透明固体颗粒(901)均匀混合，制得试样(9)；

3)按预设密实度将试样(9)填筑于试样区；在盛放于水箱(3)内的透明溶液中添加示踪粒子，得到混合液；

4)通过滑块调节外桶(201)高度，使外桶(201)底部与试样顶部平齐；关闭阀门(204)；

5)启动水泵(4)，水箱(3)中的混合液注入至内桶(202)中；

6)待混合液漫出内桶(202)后，打开阀门(204)；混合液缓慢注入至试样区；混合液与试样(9)混合；

7)待透明模型盒(1)中混合液液面达到预设位置，关掉阀门(204)，使用顶盖(102)密封透明模型盒(1)；

8)打开阀门(204)，混合液注满透明模型盒(1)后回流入水箱(3)中；

9)调节外桶(201)高度获得预定的混合液水头；

10)待混合液循环稳定后，打开激光发生器(6)，激光在试样(9)中形成激光面；

11)数码相机(5)聚焦在激光面上，录制30s图像；

12)关闭激光发生器(6)；打开紫外光源(7)；若染色透明固体颗粒(902)运动则保持数码相机位置不变录制30s图像后进行步骤13)；若染色透明固体颗粒(902)保持静止则进行步骤14)；

13)当染色透明固体颗粒(902)稳定后，关闭紫外光源(7)；打开激光发生器(6)，数码相机(5)录制30s图像；

14)将透明模型盒(1)排出的溶液引入量筒中，测量一段时间后宏观状态下的流量Q，测压管(8)记录侵蚀过程中的水力梯度；

15)改变激光发生器(6)和数码相机(5)的位置，交替打开激光发生器(6)和紫外光源(7)获得多幅图像；

16)对图像使用PIV和PTV进行处理和数据分析，获得水力侵蚀过程中流场的流动信息和颗粒的运动信息；

17)调整水头高度、试样级配和试样密实度，重复上述过程。

8.根据权利要求7所述的试验方法，其特征在于：步骤6)中，混合液与试样(9)混合过程中使用玻璃棒搅拌使气泡排出。

9.根据权利要求7所述的试验方法，其特征在于：步骤16)中，采集图像后，对图像进行灰度二值化处理，并进行形态学开闭运算修缮图像。

10.根据权利要求7所述的试验方法，其特征在于：步骤17)后，还具有分析试验结果，得出水力侵蚀细观机理规律的相关步骤。