1、福州大學土木工程學院本科實驗教學示范中心 學生實驗指導書 水工模型試驗 實驗指導書 福州大學土木工程學院水工模型實驗室編 2007年7月28日 、八、亠丄 刖 言1 實驗項目一：水工模型試驗量測儀器的參觀與操作認識實習 4 實驗項目二：水工建筑物模型一一泄水建筑物消能型式實驗 6 實驗項目三：水工建筑物模型一一泄水建筑物過流能力實驗 10 實驗項目四:定床河流模型實驗 13 實驗項目五:動床河流模型實驗 16 實驗項目六：輸移物質和熱量傳輸模型實驗 20 一、水工模型試驗實驗課的改革 水工模型試驗是工科院校土建水利類學科的一門專業實踐課程。水流運動是一種非常 復雜的自然現象，對各種作用力存在的

2、情況和它們發展的規律可通過水工模型實驗來復演 或預演原型的復雜水流現象，通過方案比較和修改可獲得水工建筑物的優化布置和體型， 從而為水利工程規劃、設計、運行、管理提供科學的理論和技術的指導。目前在許多領域 里采用水工模型以解決工程問題已成為公認的標準方法。 水工水力學問題的研究是建立在實驗、理論和計算三大支柱上的，是實踐性和理論性 都較強的學科，它涉及到大量的概念、定義、模型、計算和實驗等。雖然實驗教學對本課 程非常重要，但傳統的實驗教學存在許多與當代教學不相適應之處，如實驗內容局限于古 典而缺乏新意；儀器陳舊，大多沿用50年代的的老設備，且往往學生多，儀器臺數少， 動手率低；教學注入式為主，

3、缺乏現代輔助手段，學生自主性不足，等等。因此，我們乘 “ 211”的強勁東風，進行實驗室的改造，包括新型實驗儀器和CAI實驗教學軟件，這些 儀器具有技術先進，測量精度高，流動現象可視化性強，。引進的CAI實驗教學軟件教學 輔助功能齊全。每項實驗 CAI均包括儀器仿真，動態操作界面、實驗原理、數據采集、成 果分析、操作指南和問題解答。可供學生在計算機上進行各項實驗的過程操作、數據采集 和成果分析，還設有實驗提示、錯誤糾正等功能，以輔導學生按正確途徑深入有序地進行 實驗。所附的實驗原理和問題解答除用文本形式外，均以多媒體動畫和錄相的形式給出， 形象生動、簡單易懂，可供學生實驗預習與答疑，幫助學生成

4、功地完成實驗。 二、水工模型試驗實驗課的目的 水工模型試驗實驗教學的主要目的在于讓學生認真觀察水利樞紐中的各種水流現象， 觀察并思考水流與約束水流運動的邊界（包括各種水工建筑物）之間的相互作用，歸納出 水利工程中常遇到的問題，如：水力荷載、水流流動形態、水能利用和水能消耗及其他特 殊的水力學問題，如：空蝕、摻氣、挾沙及污染的擴散問題。這些問題如何解決正是水工 模型試驗所研究的主要內容。 以水工建筑物整體模型試驗作為設計型實驗，在水力學實驗大廳和露天模型場進行。 根據某水利樞紐的試驗任務，讓學生結合本校實驗室的實際條件（如實驗場地、循環水設 備等），通過實地勘測、調查，擬定實驗方案，包括：相似準

5、則、模型范圍、模型比尺的 選定，模型設計和制作（要求畫出模型的平面和高程布置圖，做出23個有代表性的模型 斷面板等），實驗儀器和設備的選定，擬定實驗內容和實驗步驟（包括記錄表格的設計） 等。然后，在現有的模型（如水口水電站模型、棉花灘水電站模型等）上放水試驗。試驗 內容：水位流量控制，水位流速量測，流態觀測和描述等。這項實驗的意義在于：在完成 實驗課的過程中，學生可以憑借自己已有的知識和技能（如測量學、建筑材料學、水力學、 實驗誤差理論等），展開豐富的想像，通過創造性思維，提高自己的綜合應用能力。 歸納而言，水工模型試驗課程實驗的目的主要是為了培養學生以下三方面的基本技能 和基本知識： 知識方

6、面：通過實驗操作和測量，培養水利專業的本科生了解有關水工模型試驗的基 本原理和主要方法，要求學生掌握進行水工模型試驗所需的多方面基本知識，初步具備從 事試驗量測工作的基本操作技能，為今后從事水工結構的科研設計工作打下基礎。 能力方面：本課程的實驗教學重點在于使學生掌握模型試驗的實驗設計技巧，使學生 能夠綜合考慮工程對試驗的要求，基本原理、定動床河道模型、操作技術、量測技術等方 面的因素，對一般工程項目進行試驗方案的籌劃，以便得出正確的試驗成果，具備應用量 綱分析、流動相似的基本原理進行模型實驗和科學研究的初步能力，掌握儀器和實驗設施 的操作技能；具備通過自學獲取新知識的能力。 素質方面：通過課

7、程實驗教學，了解水工模型試驗在水利工程建設中的重要地位以及 模型試驗的發展進程和現狀。初步具備從事試驗量測工作的基本技能。 三、水工模型試驗教學實驗守則 1. 實驗前必需詳細閱讀實驗指導書，參閱有關教材，明確實驗目的和要求、熟悉實驗儀 器和設備，有關原理和實驗步驟（指導書中未列出步驟的，學生必須自己擬定實驗步 驟并設計好記錄表格）、注意事項等，做到實驗前心中有數。 2. 認真進行實驗，嚴守操作規程，進行合理分工，協調操作，細心觀察水流現象，認真 分析思考，及時記錄原始數據，有關的計算和繪畫工作應與實測工作同時進行，以便 及時檢查實測是否有誤，一旦有誤，及時更正，不得任意任意更改。課后認真獨立完

8、 成實驗報告。 3. 實驗課聽從教師指導，保持安靜，不得動用與本實驗無關的設備，注意實驗安全，保 持場地衛生，實驗完畢后應整理好儀器設備，經教師同意方能離開。 四、實驗報告的要求 1報告內容：甲、實驗目的要求：乙、實驗原理簡述：丙、水流現象描述和原始實驗數 據：丁、實驗成果整理和曲線圖表繪制及結論與問題討論。 2 每人獨立完成實驗報告，一律用福州大學畢業設計論文報告紙，要求文字通順，字跡 清楚，用工具繪圖。 3. 實驗報告經教師批閱后，應認真閱讀和改正，不合格者需重做實驗或重做實驗報告。 五、實驗注意事項 1凡裝有測壓管的實驗，實驗時應先排盡管中的空氣。 2 用重量法或體積法測流量時段應盡可能

9、長些，以便獲得較高精度。 3凡水力要素波動不定時，不能讀其瞬間值，應讀其平均值。 4. 在玻璃水槽中做實驗時，如需調節下游水深，應緩慢操作，水位測針車亦應沿軌道緩 慢移動。 5. 測量恒定流時的各種數據時，應待水力要素（如量水堰堰上水頭、堰前水位、下游水 位等）穩定后方可量測。 6. 測定表面波動較大的水流的水位時，用有量水筒的測針量測，要待水筒的水位與水槽 內水位齊平時再測，并注意測針尖與水面接觸。 六、水工模型試驗實驗室概況 本實驗室與水力學實驗室共用所有資源和設備，主要由700m2實驗大廳、100m2實驗 教室和以泵房為中心的循環水系統，以及辦公觀測用房與附屬實驗場等組成。 實驗大廳內裝

10、有一條寬度 B=80cm的玻璃水槽供科研用，備有兩條B=40cm的玻璃教 學實驗用，提供一定的場地面積可供水力模型試驗使用，并配置有各種電測儀器與設備。 實驗教室內裝設有各種教學實驗用的實驗測定和演示儀器。 泵房內裝有四臺水泵，總供水流量為365升/秒。地下水庫容量為150m3,平水塔高度 8米，其容量為50m3。另設置多條供水管道和回水地溝，組成循環水系統，能對多個地點 穩定地提供不同的流量需求，使用可靠方便。 20 實驗指導 實驗項目一：水工模型試驗量測儀器的參觀與操作認識實習 、實驗目的要求 1 水工建筑物其水力學問題常因邊界型式特殊，邊界條件復雜需通過模型試驗解決。 通過水工模型試驗參

11、觀和操作認識，使學生初步了解模型試驗設計、試驗內容和 試驗方法，以及如何通過結構優化解決工程實際問題。 2. 了解相似性力學基本原理； 3. 掌握流速、流量、壓強等動水力學要素的實驗量測技能。 4. 介紹水工模型試驗相關實驗方法與儀器，介紹試驗要測的數據，量測儀器的基本 組成，量測儀器的主要技術指標，對測量儀器的基本要求。 二、實驗儀器設備 1. 數字流速流向儀；2.多點流速測量系統；3.自動水位跟蹤儀；4. 20點動態應變儀; 5. 各種壓力傳感器；6.數據采集系統；7. ADV測速儀；8. PIV測量系統 三、實驗儀器設備介紹 現代水工模型實驗室除供水系統、標準量水堰、玻璃水槽、減壓箱、循

12、環水洞等基本 固定設備外，適用的量測儀器尤屬重要，因為它直接關系到實驗結果的準確性和可靠性。 量測儀器可分為常規儀器和電子儀器兩大類。前者常用的有測針、測壓管、畢托管和 文丘里水量計等，用以測量模型水位、壓力、流速和流量等水力要素；后者則根據具體觀 測對象，設計制成各種專用儀器，進行自動和遙控測讀。實踐證明，這兩類儀器可互補長 短，都很重要。 應該指出，自六十年代以來，隨著激光和電子計算機技術的迅速發展，機關流速儀等 新型測試儀器及以計算機為中心的數據采集、處理和控制系統，已逐步應用于水工模型試 驗，極大地豐富了試驗研究的內容。過去認為無法研究的問題，現在成為可能。因此，水 工模型試驗的重要性

13、，由于量測儀器的進步和新技術的應用，更為人們所重視。 模型制作的基本材料和工具; 旋漿流速儀測單點流速; ADV測量流速； 20點動態應變儀、壓力傳感器測量壓力; 水位跟蹤儀的使用等 水位測控儀 旋漿流速儀 進水口模型 大壩整體模型 四、水工模型 試驗研究的范圍介紹 水工模型試驗所解決的生產問題包括樞紐的合理布置，水工建筑物的流量系數，水流 作用于建筑物上的壓力及脈動荷載，上下游水流的銜接，消能工的作用，建筑物下游局部 沖刷，包括岸坡保護在內的防沖措施等。河道模型研究的內容主要是治河工程對防洪、通 航的影響，河道沖淤變化規律，以及研究防波堤消浪、放浪作用。專題研究包括水利樞紐 合理布置，施工導

14、流截流，水工建筑物消能沖刷，泄洪洞水力學、紊流邊界層，空化與空 蝕，水流脈動與振動，明渠不穩定流，地下水滲流及環境流體力學等方面。 實驗項目二：水工建筑物模型一一泄水建筑物消能型式實驗 一、實驗目的要求 1. 運用模型試驗基本原理，掌握按重力相似準則設計整體和局部模型時模型比尺的 選擇方法； 2. 掌握泄水建筑物模型制作與設計方法和過程； 3. 測量泄水建筑物的水流流態、流速、水深、水面線等水力參數，掌握測量這些水 力參數的方法和操作技術； 4. 根據設計的泄水建筑物體型，計算該泄水建筑物的消能率，并分析設計方案的可 行性和合理性； 5. 應用所學數學知識，處理和分析實驗數據，并根據分析結果給

15、出設計推薦方案和 設計方案的修改建議。 6. 本實驗理論難度大，且實驗項目涉及內容多，比較復雜。 二、實驗儀器設備 1. 數字流速流向儀； 2. 多點流速測量系統； 3. 自動水位跟蹤儀； 4. 20點動態應變儀； 5. 各種壓力傳感器； 6. 數據采集系統； 7. ADV測速儀； 8. PIV測量系統 三、模型制作與安裝 泄水建筑物模型制作與安裝是指在選定模型比尺和范圍后，根據已定的幾何比尺，把 模型在實驗室內建立起來的過程。這是水工模型試驗的重要組成部分。就一個模型來說， 如果模型材料選擇恰當、制造安裝比較合理，則對于節省試驗經費、縮短試驗周期、提高 成果質量等方面都會有顯著的作用。因此，

16、對模型制造和安裝工作應給予很大的重視，要 求做到仔細籌劃，精心施工，并及時檢查制模質量和進度。這就需要豐富的本門業務知識 和熟練的模型制作和安裝技術。 選擇模型材料主要應根據試驗要求、材料性能、采購性能、采購方便、價格經濟及加 工難易等條件綜合考慮。常用材料有木材、磚、水泥、沙礫、有機玻璃、石蠟、金屬材料 等。現以泄水建筑物水工模型試驗常用的有機玻璃為例，說明如下。 有機玻璃的化學名稱為聚甲基丙稀酸甲脂，是一種各方面性能都比較優良的熱塑性塑 料。由于它的透明度高，耐老化性能好，在水工模型中得到了廣泛的應用。有機玻璃制模 的最大優點是能直接觀察水流流態，特別是泄洪洞、溢流壩等水道模型用有機玻璃制

17、作， 更能顯示出它的優越性。同時有機玻璃不存在吸濕變形問題，模型輕巧，安裝拆卸方便， 因而在斷面和整體溢流壩模型制作時常選用。有機玻璃模型具有能鋸、刨等特點，因此基 本屬于沒工范疇。 模型拼接根據需要在修改部位或分段安裝部位用螺絲或螺栓連接，其他構件組裝可以 用有機溶劑粘接，在接縫處注入氯仿，數分鐘后就能產生強度。 四、試驗操作的基本要求 試驗操作是水工模型試驗中測取原始數據的基本手段，為搞好試驗操作，應做到一下 幾點： 1）保證試驗資料的準確、真實、可靠，避免量測上的錯誤，在允許的誤差范圍內， 盡可能達到精度要求； 2）針對試驗任務的要求，選擇合適的量測儀器與設備，力求使用方便、量讀迅速、

18、精度和諧； 3）合理安排試驗組次。在觀測部位精心部署施測斷面、測線與測點，防止缺測、漏 測。盡量做到在每一種規定的試驗條件下，能一次測取全部所需要資料； 4）認真做好試驗記錄，隨測隨記，不允許任意涂改，試驗組次和量測數據較多時， 應按統一記錄格式記錄，防止漏記和遺失，保證原始記錄資料的系統性、完整性。要注意 加強對流態的觀測，有詳盡的素描和記述； 5）在試驗過程中的水溫和其它重要環境資料應有記錄； 6 ）應在原始試驗數據測取結束后，隨即進行資料的整理與分析工作，以利及時發現 問題減少差錯。而且可為下一步試驗工作提供修改方向，又可與理論計算相對照，進行比 較論證。 五、試驗操作前的準備工作 試驗

19、操作前的準備工作，主要有以下幾個方面： 1 ）建筑物的復核：按照模型的控制坐標系統詳細校核建筑物的軸線、樁號、主要控 制安裝高程、過流控制斷面的幾何尺寸等是否符合精度要求。整體模型中建筑物的安裝高 程誤差應控制在土 0.5mm，局部模型安裝高程誤差應控制在土 0.10.2mm以內。 2 ）供、排水系統的檢查：供水流量應滿足模型最大流量的要求，閘門啟閉設備應靈 活、可靠、密實不漏水，水流進入模型前池時應有完善的消浪、擴散和靜水裝置，以保持 建筑物進口來流的條件與天然的來流條件相似。 3 ）量測儀器的選用與檢查：對實驗室測量儀器或設備，首先應了解和熟悉它們的性 能、使用要求和精度范圍，方能施測資料

20、時準確量測各項數據，否則會因操作錯誤而損壞 儀器。 4）記錄用具的準備：為做好試驗數據的記錄和資料整理、保存，應配備專用試驗記 錄本或標準格式的專用記錄紙。 六、試驗操作程序 1. 編制試驗計劃： 對試驗任務的性質和需要研究的問題做出粗略的分析，編寫試驗大綱，確定試驗步驟、 組次、測試內容、測試手段、工作計劃或進度安排等。 2. 泄洪建筑物消能率的計算原理 對于底流消能工，對水躍的躍前和躍后斷面應用能量方程即可導出水躍段水頭損失 Ej的計算公式： Ej 2g ）一仇 2 .土） 2g 則水躍的消能效率可表示為 Kj Ej 1V12V2 （h1石）譏石） 因此，只要測量出躍前斷面和躍后斷面處的水

21、深和流速，就可計算出底流消能工的消 能率。 面流消能工和挑流消能工的消能率問題，可以參考水力學中的相關知識推導出相 應的消能率問題。 3. 試驗量測數據的記錄：記錄表格根據不同試驗任務進行設計。 4. 試驗結果的整理和分析。 實驗項目三：水工建筑物模型一一泄水建筑物過流能力實驗 一、實驗目的要求 1. 運用模型試驗基本原理，掌握按重力相似準則設計整體和局部模型時模型比尺的 選擇方法； 2. 掌握泄水建筑物模型制作與設計方法和過程； 3. 測量泄水建筑物的水流流態、流速、溢流壩面壓力等水力參數，掌握測量這些水 力參數的方法和操作技術； 4. 根據設計的泄水建筑物體型，計算該泄水建筑物的過流能力；

22、 5. 應用所學數學知識，處理和分析實驗數據，并根據分析結果給出設計推薦方案和 設計方案的修改建議。 6. 本實驗理論難度大，且實驗項目涉及內容多，比較復雜。 二、實驗儀器設備 1. 數字流速流向儀； 2. 多點流速測量系統； 3. 自動水位跟蹤儀； 4. 20點動態應變儀； 5. 各種壓力傳感器； 6. 數據采集系統； 7. ADV測速儀； 三、試驗操作的基本要求 試驗操作是水工模型試驗中測取原始數據的基本手段，為搞好試驗操作，應做到一下 幾點： 1）保證試驗資料的準確、真實、可靠，避免量測上的錯誤，在允許的誤差范圍內， 盡可能達到精度要求； 2）針對試驗任務的要求，選擇合適的量測儀器與設備

23、，力求使用方便、量讀迅速、 精度和諧； 3）合理安排試驗組次。在觀測部位精心部署施測斷面、測線與測點，防止缺測、漏 測。盡量做到在每一種規定的試驗條件下，能一次測取全部所需要資料; 4）認真做好試驗記錄，隨測隨記，不允許任意涂改，試驗組次和量測數據較多時， 應按統一記錄格式記錄，防止漏記和遺失，保證原始記錄資料的系統性、完整性。要注意 加強對流態的觀測，有詳盡的素描和記述； 5）在試驗過程中的水溫和其它重要環境資料應有記錄； 6 ）應在原始試驗數據測取結束后，隨即進行資料的整理與分析工作，以利及時發現 問題減少差錯。而且可為下一步試驗工作提供修改方向，又可與理論計算相對照，進行比 較論證。 五

24、、試驗操作前的準備工作 試驗操作前的準備工作，主要有以下幾個方面： 1 ）建筑物的復核：按照模型的控制坐標系統詳細校核建筑物的軸線、樁號、主要控 制安裝高程、過流控制斷面的幾何尺寸等是否符合精度要求。整體模型中建筑物的安裝高 程誤差應控制在土 0.5mm，局部模型安裝高程誤差應控制在土 0.10.2mm以內。 2 ）供、排水系統的檢查：供水流量應滿足模型最大流量的要求，閘門啟閉設備應靈 活、可靠、密實不漏水，水流進入模型前池時應有完善的消浪、擴散和靜水裝置，以保持 建筑物進口來流的條件與天然的來流條件相似。 3 ）量測儀器的選用與檢查：對實驗室測量儀器或設備，首先應了解和熟悉它們的性 能、使用

25、要求和精度范圍，方能施測資料時準確量測各項數據，否則會因操作錯誤而損壞 儀器。 4）記錄用具的準備：為做好試驗數據的記錄和資料整理、保存，應配備專用試驗記 錄本或標準格式的專用記錄紙。 六、試驗操作程序 1. 編制試驗計劃： 對試驗任務的性質和需要研究的問題做出粗略的分析，編寫試驗大綱，確定試驗步驟、 組次、測試內容、測試手段、工作計劃或進度安排等。 2. 泄洪建筑物過流能力的計算原理 實用堰的計算公式為： Q -十 smnb2g H#2 實驗研究表明，曲線型實用堰的流量系數主要決定于上游堰高與設計水頭之比Pi/Hd、 堰頂全水頭與設計水頭之比H o / H d以及堰上游面的坡度。 因此，只要

26、測量出上游堰高、作用水頭和堰頂全水頭，就可計算出給定實用堰的流量 系數，并畫出流量與堰頂水頭的關系曲線。 3. 試驗量測數據的記錄：記錄表格根據不同試驗任務進行設計。 4. 試驗結果的整理和分析。 實驗項目四：定床河流模型實驗 一、實驗目的要求 1. 運用定床模型試驗基本原理，掌握按重力相似準則設計正態模型和變態時模型比 尺的選擇方法； 2. 制作與設計定床河流模型斷面； 3. 測量水流流態、流速、水面線等水力參數； 4. 掌握模型方案設定的方法； 5. 學會應用所學數學知識，處理和分析實驗數據，并根據分析結果給出設計推薦方 案和設計方案的修改建議。 6. 本實驗理論難度大，且實驗項目涉及內容

27、多，比較復雜。； 二、實驗儀器設備 1. 數字流速流向儀； 2. 多點流速測量系統； 3. 自動水位跟蹤儀； 4. 20點動態應變儀； 5. 各種壓力傳感器； 6. 數據采集系統； 7. ADV測速儀； 三、試驗操作的基本要求 試驗操作是水工模型試驗中測取原始數據的基本手段，為搞好試驗操作，應做到一下 幾點： 1）保證試驗資料的準確、真實、可靠，避免量測上的錯誤，在允許的誤差范圍內， 盡可能達到精度要求； 2）針對試驗任務的要求，選擇合適的量測儀器與設備，力求使用方便、量讀迅速、 精度和諧； 3）合理安排試驗組次。在觀測部位精心部署施測斷面、測線與測點，防止缺測、漏 測。盡量做到在每一種規定的

28、試驗條件下，能一次測取全部所需要資料； 4）認真做好試驗記錄，隨測隨記，不允許任意涂改，試驗組次和量測數據較多時， 應按統一記錄格式記錄，防止漏記和遺失，保證原始記錄資料的系統性、完整性。要注意 加強對流態的觀測，有詳盡的素描和記述； 5）在試驗過程中的水溫和其它重要環境資料應有記錄； 6 ）應在原始試驗數據測取結束后，隨即進行資料的整理與分析工作，以利及時發現 問題減少差錯。而且可為下一步試驗工作提供修改方向，又可與理論計算相對照，進行比 較論證。 五、試驗操作前的準備工作 試驗操作前的準備工作，主要有以下幾個方面： 1 ）建筑物的復核：按照模型的控制坐標系統詳細校核建筑物的軸線、樁號、主要

29、控 制安裝高程、過流控制斷面的幾何尺寸等是否符合精度要求。整體模型中建筑物的安裝高 程誤差應控制在土 0.5mm，局部模型安裝高程誤差應控制在土 0.10.2mm以內。 2 ）供、排水系統的檢查：供水流量應滿足模型最大流量的要求，閘門啟閉設備應靈 活、可靠、密實不漏水，水流進入模型前池時應有完善的消浪、擴散和靜水裝置，以保持 建筑物進口來流的條件與天然的來流條件相似。 3 ）量測儀器的選用與檢查：對實驗室測量儀器或設備，首先應了解和熟悉它們的性 能、使用要求和精度范圍，方能施測資料時準確量測各項數據，否則會因操作錯誤而損壞 儀器。 4）記錄用具的準備：為做好試驗數據的記錄和資料整理、保存，應配

30、備專用試驗記 錄本或標準格式的專用記錄紙。 六、試驗操作程序 1. 編制試驗計劃： 對試驗任務的性質和需要研究的問題做出粗略的分析，編寫試驗大綱，確定試驗步驟、 組次、測試內容、測試手段、工作計劃或進度安排等。 2. 定床模型斷面的制作： 在水工定床河道模型的制作中，河道地形縮制占很大的工作量，目前最常用的地形制 作方法時斷面板法，大致步驟如下: 1）在工程地形圖上定出模型邊界及地形制作范圍； 2）在需做地形的范圍內布置地形斷面線并編號，斷面線應考慮盡量與等高線垂 直，為便于安裝，習慣于等間距，垂直（或平行）于邊墻或中心線布置。間 距大小視地形復雜程度而定，定位可借助于計算或繪圖得出各斷面控制

31、點與 某原點的距離和夾角。 3）在地形圖上，用比例尺讀出并列表記錄每個地形斷面等高線距控制導線的水 平距離及相應高程。等高線高程間距同樣應視地形復雜程度而定，一般為原 型5m左右。 4）繪制地形斷面板。通常用三夾板或白鐵皮。繪制好的斷面板經校核后鋸剪加 工成地形模板，模板高度以安裝方便，不產生扭曲變形且能盡量節省材料為 宜。 5）斷面板安裝。已加工好的斷面板按編號依次置于模型相應斷面位置上。安裝 時將模板上的導線標記對準模型中相應導線位置，用水平儀定準高程后加以 固定。 6）模型地形粉制。模板間填料可用粗沙、米沙，分層排鋪、夯實，用純水泥漿 將地形表面粉光。 3. 預備試驗、校正試驗與驗證試驗

32、 當模型制造完畢后，量測儀器及試驗設備均安裝就緒，開始正式試驗之前，對河道定 床模型試驗來說還需要預備試驗、校正試驗或驗證試驗，其目的是對模型的相似條件做進 一步的驗證，包括與正式試驗有關的一些率定工作、模型與原型之間的水力相似校正、河 道糙率、水邊線或水深的率定等等。 4試驗量測數據的記錄： 記錄表格根據不同試驗任務進行設計， 對于河道定床模型試驗而 言，主要是記錄不同工況下（不同頻率的流量、不同工程布置等），河道不同斷面上的水 深、水面高程、斷面流速、流態或流向等。 5試驗結果的整理和分析。 實驗項目五：動床河流模型實驗 一、實驗目的要求 1. 運用動床模型試驗基本原理，掌握按重力相似準則

33、設計正態模型比尺的選擇方法; 2. 動床河道模型河床模型沙的選擇和確定； 3. 測量水流流態、流速、水面線等水力參數； 4. 動床模型試驗成果地形的測量和繪制； 5. 掌握模型方案設定的方法； 6. 學會應用所學數學知識，處理和分析實驗數據，并根據分析結果給出設計推薦方 案和設計方案的修改建議。 7. 本實驗理論難度大，且實驗項目涉及內容多，比較復雜。； 二、實驗儀器設備 1. 數字流速流向儀； 2. 多點流速測量系統； 3. 自動水位跟蹤儀； 4. 20點動態應變儀； 5. 各種壓力傳感器； 6. 數據采集系統； 7. ADV測速儀； 三、試驗操作的基本要求 試驗操作是水工模型試驗中測取原始

34、數據的基本手段，為搞好試驗操作，應做到一下 幾點： 1）保證試驗資料的準確、真實、可靠，避免量測上的錯誤，在允許的誤差范圍內， 盡可能達到精度要求； 2）針對試驗任務的要求，選擇合適的量測儀器與設備，力求使用方便、量讀迅速、 精度和諧； 3）合理安排試驗組次。在觀測部位精心部署施測斷面、測線與測點，防止缺測、漏 測。盡量做到在每一種規定的試驗條件下，能一次測取全部所需要資料； 4）認真做好試驗記錄，隨測隨記，不允許任意涂改，試驗組次和量測數據較多時， 應按統一記錄格式記錄，防止漏記和遺失，保證原始記錄資料的系統性、完整性。要注意 加強對流態的觀測，有詳盡的素描和記述； 5）在試驗過程中的水溫和

35、其它重要環境資料應有記錄； 6 ）應在原始試驗數據測取結束后，隨即進行資料的整理與分析工作，以利及時發現 問題減少差錯。而且可為下一步試驗工作提供修改方向，又可與理論計算相對照，進行比 較論證。 五、試驗操作前的準備工作 試驗操作前的準備工作，主要有以下幾個方面： 1 ）建筑物的復核：按照模型的控制坐標系統詳細校核建筑物的軸線、樁號、主要控 制安裝高程、過流控制斷面的幾何尺寸等是否符合精度要求。整體模型中建筑物的安裝高 程誤差應控制在土 0.5mm，局部模型安裝高程誤差應控制在土 0.10.2mm以內。 2 ）供、排水系統的檢查：供水流量應滿足模型最大流量的要求，閘門啟閉設備應靈 活、可靠、密

36、實不漏水，水流進入模型前池時應有完善的消浪、擴散和靜水裝置，以保持 建筑物進口來流的條件與天然的來流條件相似。 3 ）量測儀器的選用與檢查：對實驗室測量儀器或設備，首先應了解和熟悉它們的性 能、使用要求和精度范圍，方能施測資料時準確量測各項數據，否則會因操作錯誤而損壞 儀器。 4）記錄用具的準備：為做好試驗數據的記錄和資料整理、保存，應配備專用試驗記 錄本或標準格式的專用記錄紙。 六、試驗操作程序 1. 編制試驗計劃： 對試驗任務的性質和需要研究的問題做出粗略的分析，編寫試驗大綱，確定試驗步驟、 組次、測試內容、測試手段、工作計劃或進度安排等。 2. 動床河道模型河床沙的選擇和確定： 模型需進

37、行動床模型試驗的位置在定床地形制作時就需事先預留位置，將動床坑粉刷 好，以便填進動床模型砂，一旦定床試驗完成，敲掉表面地形經整理即可進行動床模型試 驗。 在動床模型試驗前，需要根據具體工程地質條件，按照動床模型與原型雷諾數相等、 修正顆粒弗汝德數相等以及糙率函數導出相應的比尺關系，并認為水流過程遵循弗汝德模 型律，確定出相應的模型砂的級配和粒徑。 3. 預備試驗、校正試驗與驗證試驗 當模型制造完畢后，量測儀器及試驗設備均安裝就緒，開始正式試驗之前，對河道動 床模型試驗來說還需要預備試驗和驗證試驗，其目的是對模型的相似條件做進一步的驗 證。對模型所選用的模型砂或沖刷料進行驗證，檢驗河道的沖淤變化

38、規律及水面線是 否與原型相似，否則須另選模型砂或變換流量，調整時間比尺以求得河道沖淤變化的一致。 5.具體的試驗步驟： 1）從模型下游充水管放少量的水入模型，浸潤模型砂，使其達到自然密實狀態； 2）利用刮砂板按要求高程刮平砂面，如有地形要求，可用地形斷面樣板控制高程， 進行刮制； 3）從模型下游充水管緩緩充水，不得擾動砂面，直到下游水面達到或稍超過下游要 求的水位； 4）同時從模型上游供水管放入要求的流量，并迅速調整穩定到達相應要求的上游水 位，并記錄開始放水的時間； 5）模型沖刷試驗時間可按設計要求或水文資料確定。用時間比尺換算，若流量過程 不易確定，則可由最大沖刷深度與時間關系曲線來決定沖

39、刷平衡時間，不同流量 有不同的沖刷平衡時間。為了便于比較各種布置方案的沖刷情況，應采取統一的 時間長短作為標準； 6）達到要求的沖刷試驗時間后，在關閉上游來水的同時，須控制好下游水位做到徐 徐排水，保證沖刷后的地形不受擾動和發生變形； 7）在整個沖刷過程中，除流量與上、下游水位等須保持穩定外，還要注意始流與終 流的過水條件，這對沖刷地形有很大的影響。如操作不當，往往同一種流量的泄 流條件可得出不同的沖刷試驗成果，影響試驗成果的分析； 8）沖刷地形的測量，可用專門設計的河床斷面測量儀，直接測出地形繪入圖中，亦 可在沖刷試驗結束的同時，抬高下游水位，然后徐徐按高程逐級降低水位，利用 水面與沙丘交界的邊線選用及放置與砂質不同顏色的線繩，勾畫除河床沖刷后的 等高線，然后利用活動測車在平面上測繪出河床地形，或者用控制坐標網格框架 直接照相記錄。 6試驗結果的整理和分析：通過各組沖刷資料的