試驗項目一水工模型試驗量測儀器的參觀與操作認識實習(xí)

1、福州大學(xué)土木工程學(xué)院本科實驗教學(xué)示范中心學(xué)生實驗指導(dǎo)書水工模型試驗實驗指導(dǎo)書福州大學(xué)土木工程學(xué)院水工模型實驗室編2007年7月28日目 錄前 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(xí)4實驗項目二：水工建筑物模型泄水建筑物消能型式實驗6實驗項目三：水工建筑物模型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(zhì)和熱量傳輸模型實驗20前 言一、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(xué)科的一門專業(yè)實踐課程。水流運動是一種非常復(fù)雜的自然現(xiàn)象，對各種作用力存在的情況和它們發(fā)展的規(guī)律可通過水工模型實驗來復(fù)演或預(yù)演

2、原型的復(fù)雜水流現(xiàn)象，通過方案比較和修改可獲得水工建筑物的優(yōu)化布置和體型，從而為水利工程規(guī)劃、設(shè)計、運行、管理提供科學(xué)的理論和技術(shù)的指導(dǎo)。目前在許多領(lǐng)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(xué)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(xué)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(xué)對本課程非常重要，但傳統(tǒng)的實驗教學(xué)存在許多與當代教學(xué)不相適應(yīng)之處，如實驗內(nèi)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(shè)備，且往往學(xué)生多，儀器臺數(shù)少，動手率低；教學(xué)注入式為主，缺乏現(xiàn)代輔助手段，學(xué)生自主性不足，等等。因此，我們乘“211”的強

3、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(xué)軟件，這些儀器具有技術(shù)先進，測量精度高，流動現(xiàn)象可視化性強，。引進的CAI實驗教學(xué)軟件教學(xué)輔助功能齊全。每項實驗CAI均包括儀器仿真，動態(tài)操作界面、實驗原理、數(shù)據(jù)采集、成果分析、操作指南和問題解答?？晒W(xué)生在計算機上進行各項實驗的過程操作、數(shù)據(jù)采集和成果分析，還設(shè)有實驗提示、錯誤糾正等功能，以輔導(dǎo)學(xué)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(xué)生實驗預(yù)習(xí)與答疑，幫助學(xué)生成功地完成實驗。二、水工模型試驗實驗課的目的水工模型試驗實驗教學(xué)的主要目的在于讓學(xué)生認

4、真觀察水利樞紐中的各種水流現(xiàn)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(tài)、水能利用和水能消耗及其他特殊的水力學(xué)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(nèi)容。以水工建筑物整體模型試驗作為設(shè)計型實驗，在水力學(xué)實驗大廳和露天模型場進行。根據(jù)某水利樞紐的試驗任務(wù)，讓學(xué)生結(jié)合本校實驗室的實際條件（如實驗場地、循環(huán)水設(shè)備等），通過實地勘測、調(diào)查，擬定實驗方案，包括：相似準則、模型范圍、模型比尺的選定，模型設(shè)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

5、斷面板等），實驗儀器和設(shè)備的選定，擬定實驗內(nèi)容和實驗步驟（包括記錄表格的設(shè)計）等。然后，在現(xiàn)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(nèi)容：水位流量控制，水位流速量測，流態(tài)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(xué)生可以憑借自己已有的知識和技能（如測量學(xué)、建筑材料學(xué)、水力學(xué)、實驗誤差理論等），展開豐富的想像，通過創(chuàng)造性思維，提高自己的綜合應(yīng)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(yǎng)學(xué)生以下三方面的基本技能和基本知識：知識方面：通過實驗操作和測量，培養(yǎng)水利專業(yè)的本科生了解有關(guān)水工模型試驗的基本原理和主要方法，要求學(xué)生掌握進行水工模型試驗所需的

6、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(jié)構(gòu)的科研設(shè)計工作打下基礎(chǔ)。能力方面：本課程的實驗教學(xué)重點在于使學(xué)生掌握模型試驗的實驗設(shè)計技巧，使學(xué)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(shù)、量測技術(shù)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(yīng)用量綱分析、流動相似的基本原理進行模型實驗和科學(xué)研究的初步能力，掌握儀器和實驗設(shè)施的操作技能；具備通過自學(xué)獲取新知識的能力。素質(zhì)方面：通過課程實驗教學(xué)，了解水工模型試驗在水利工程建設(shè)中的重要地位以及模型試驗的發(fā)展進程和現(xiàn)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

7、教學(xué)實驗守則1 實驗前必需詳細閱讀實驗指導(dǎo)書，參閱有關(guān)教材，明確實驗?zāi)康暮鸵蟆⑹煜嶒瀮x器和設(shè)備，有關(guān)原理和實驗步驟（指導(dǎo)書中未列出步驟的，學(xué)生必須自己擬定實驗步驟并設(shè)計好記錄表格）、注意事項等，做到實驗前心中有數(shù)。2 認真進行實驗，嚴守操作規(guī)程，進行合理分工，協(xié)調(diào)操作，細心觀察水流現(xiàn)象，認真分析思考，及時記錄原始數(shù)據(jù)，有關(guān)的計算和繪畫工作應(yīng)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。課后認真獨立完成實驗報告。3 實驗課聽從教師指導(dǎo)，保持安靜，不得動用與本實驗無關(guān)的設(shè)備，注意實驗安全，保持場地衛(wèi)生，實驗完畢后應(yīng)整理好儀器設(shè)備，經(jīng)教師同意方能離開。四、實

8、驗報告的要求1報告內(nèi)容： 甲、實驗?zāi)康囊螅阂?、實驗原理簡述：丙、水流現(xiàn)象描述和原始實驗數(shù)據(jù)：丁、實驗成果整理和曲線圖表繪制及結(jié)論與問題討論。2每人獨立完成實驗報告，一律用福州大學(xué)畢業(yè)設(shè)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(jīng)教師批閱后，應(yīng)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(yīng)先排盡管中的空氣。2用重量法或體積法測流量時段應(yīng)盡可能長些，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(yīng)讀其平均值。4 在玻璃水槽中做實驗時，如需調(diào)節(jié)下游水深，應(yīng)緩慢操作，水位測針車亦應(yīng)沿軌道緩慢移動。5 測量恒定流時的各種

9、數(shù)據(jù)時，應(yīng)待水力要素（如量水堰堰上水頭、堰前水位、下游水位等）穩(wěn)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(nèi)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(xué)實驗室共用所有資源和設(shè)備，主要由700m2實驗大廳、100m2實驗教室和以泵房為中心的循環(huán)水系統(tǒng)，以及辦公觀測用房與附屬實驗場等組成。實驗大廳內(nèi)裝有一條寬度B=80cm的玻璃水槽供科研用，備有兩條B=40cm的玻璃教學(xué)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(shè)備。實驗教室內(nèi)裝設(shè)有各種教學(xué)實驗用的實驗測定和演示儀器。泵房內(nèi)裝有四臺

10、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(shè)置多條供水管道和回水地溝，組成循環(huán)水系統(tǒng)，能對多個地點穩(wěn)定地提供不同的流量需求，使用可靠方便。實驗指導(dǎo)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(xí)一、實驗?zāi)康囊? 水工建筑物其水力學(xué)問題常因邊界型式特殊，邊界條件復(fù)雜需通過模型試驗解決。通過水工模型試驗參觀和操作認識，使學(xué)生初步了解模型試驗設(shè)計、試驗內(nèi)容和試驗方法，以及如何通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化解決工程實際問題。2 了解相似性力學(xué)基本原理；3 掌握流速、流量、壓強等動水力學(xué)要素的實驗量測技能。4 介紹水工模型試驗相關(guān)實驗方法與儀器，介紹試驗要測的數(shù)據(jù)

11、，量測儀器的基本組成，量測儀器的主要技術(shù)指標，對測量儀器的基本要求。二、實驗儀器設(shè)備1. 數(shù)字流速流向儀；2. 多點流速測量系統(tǒng)；3. 自動水位跟蹤儀；4. 20點動態(tài)應(yīng)變儀；5. 各種壓力傳感器；6. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；7. ADV測速儀；8. PIV測量系統(tǒng)三、實驗儀器設(shè)備介紹現(xiàn)代水工模型實驗室除供水系統(tǒng)、標準量水堰、玻璃水槽、減壓箱、循環(huán)水洞等基本固定設(shè)備外，適用的量測儀器尤屬重要，因為它直接關(guān)系到實驗結(jié)果的準確性和可靠性。量測儀器可分為常規(guī)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(jù)具體觀測對象，設(shè)計制成各

12、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(yīng)該指出，自六十年代以來，隨著激光和電子計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，機關(guān)流速儀等新型測試儀器及以計算機為中心的數(shù)據(jù)采集、處理和控制系統(tǒng)，已逐步應(yīng)用于水工模型試驗，極大地豐富了試驗研究的內(nèi)容。過去認為無法研究的問題，現(xiàn)在成為可能。因此，水工模型試驗的重要性，由于量測儀器的進步和新技術(shù)的應(yīng)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(tài)應(yīng)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(chǎn)問

13、題包括樞紐的合理布置，水工建筑物的流量系數(shù)，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(nèi)的防沖措施等。河道模型研究的內(nèi)容主要是治河工程對防洪、通航的影響，河道沖淤變化規(guī)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(dǎo)流截流，水工建筑物消能沖刷，泄洪洞水力學(xué)、紊流邊界層，空化與空蝕，水流脈動與振動，明渠不穩(wěn)定流，地下水滲流及環(huán)境流體力學(xué)等方面。實驗項目二：水工建筑物模型泄水建筑物消能型式實驗一、實驗?zāi)康囊? 運用模型試驗基本原理，掌握按重力相似準則設(shè)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

14、與設(shè)計方法和過程；3 測量泄水建筑物的水流流態(tài)、流速、水深、水面線等水力參數(shù)，掌握測量這些水力參數(shù)的方法和操作技術(shù)；4 根據(jù)設(shè)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(shè)計方案的可行性和合理性；5 應(yīng)用所學(xué)數(shù)學(xué)知識，處理和分析實驗數(shù)據(jù)，并根據(jù)分析結(jié)果給出設(shè)計推薦方案和設(shè)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(nèi)容多，比較復(fù)雜。二、實驗儀器設(shè)備1. 數(shù)字流速流向儀；2. 多點流速測量系統(tǒng)；3. 自動水位跟蹤儀；4. 20點動態(tài)應(yīng)變儀；5. 各種壓力傳感器；6. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；7. ADV測速儀；8. PIV測量系統(tǒng)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

15、尺和范圍后，根據(jù)已定的幾何比尺，把模型在實驗室內(nèi)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(jié)省試驗經(jīng)費、縮短試驗周期、提高成果質(zhì)量等方面都會有顯著的作用。因此，對模型制造和安裝工作應(yīng)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(zhì)量和進度。這就需要豐富的本門業(yè)務(wù)知識和熟練的模型制作和安裝技術(shù)。選擇模型材料主要應(yīng)根據(jù)試驗要求、材料性能、采購性能、采購方便、價格經(jīng)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?，F(xiàn)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(xué)

16、名稱為聚甲基丙稀酸甲脂，是一種各方面性能都比較優(yōu)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(yīng)用。有機玻璃制模的最大優(yōu)點是能直接觀察水流流態(tài)，特別是泄洪洞、溢流壩等水道模型用有機玻璃制作，更能顯示出它的優(yōu)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(jù)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(gòu)件組裝可以用有機溶劑粘接，在接縫處注入氯仿，數(shù)分鐘后就能產(chǎn)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(shù)據(jù)的基本手段，為搞好試驗操

17、作，應(yīng)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(nèi)，盡可能達到精度要求；2）針對試驗任務(wù)的要求，選擇合適的量測儀器與設(shè)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(guī)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(shù)據(jù)較多時，應(yīng)按統(tǒng)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(tǒng)性、完整性。要注意加強對流態(tài)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(huán)境資料應(yīng)有記錄；6）應(yīng)在原始試驗數(shù)據(jù)測取

18、結(jié)束后，隨即進行資料的整理與分析工作，以利及時發(fā)現(xiàn)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(fù)核：按照模型的控制坐標系統(tǒng)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(yīng)控制在±0.5mm，局部模型安裝高程誤差應(yīng)控制在±0.10.2mm以內(nèi)。2）供、排水系統(tǒng)的檢查：供水流量應(yīng)滿足模型最大流量的要求，閘門啟閉設(shè)備應(yīng)靈活、可靠、密實不漏水，水流進入模型前池時應(yīng)有完善的消浪、擴散和靜水裝置，

19、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(shè)備，首先應(yīng)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(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)的記錄和資料整理、保存，應(yīng)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(wù)的性質(zhì)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(nèi)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(yīng)用能量方程即可導(dǎo)出水躍段水頭損失的計算公式：則水躍的消能效

20、率可表示為因此，只要測量出躍前斷面和躍后斷面處的水深和流速，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(xué)中的相關(guān)知識推導(dǎo)出相應(yīng)的消能率問題。3. 試驗量測數(shù)據(jù)的記錄：記錄表格根據(jù)不同試驗任務(wù)進行設(shè)計。4. 試驗結(jié)果的整理和分析。實驗項目三：水工建筑物模型泄水建筑物過流能力實驗一、實驗?zāi)康囊?. 運用模型試驗基本原理，掌握按重力相似準則設(shè)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(shè)計方法和過程；3. 測量泄水建筑物的水流流態(tài)、流速、溢流壩面壓力等水力參數(shù)，掌握測量這些水力參數(shù)的方法和操作技術(shù)；4. 根據(jù)設(shè)計的泄水建筑物體型，計算該泄

21、水建筑物的過流能力；5. 應(yīng)用所學(xué)數(shù)學(xué)知識，處理和分析實驗數(shù)據(jù)，并根據(jù)分析結(jié)果給出設(shè)計推薦方案和設(shè)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(nèi)容多，比較復(fù)雜。二、實驗儀器設(shè)備1. 數(shù)字流速流向儀；2. 多點流速測量系統(tǒng)；3. 自動水位跟蹤儀；4. 20點動態(tài)應(yīng)變儀；5. 各種壓力傳感器；6. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；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(shù)據(jù)的基本手段，為搞好試驗操作，應(yīng)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(nèi)，盡可能達到精度要求；2）針對試驗任務(wù)的要求，選擇合適的量測儀器與設(shè)備，力求使用方便

22、、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(guī)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(shù)據(jù)較多時，應(yīng)按統(tǒng)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(tǒng)性、完整性。要注意加強對流態(tài)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(huán)境資料應(yīng)有記錄；6）應(yīng)在原始試驗數(shù)據(jù)測取結(jié)束后，隨即進行資料的整理與分析工作，以利及時發(fā)現(xiàn)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

23、工作，主要有以下幾個方面：1）建筑物的復(fù)核：按照模型的控制坐標系統(tǒng)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(yīng)控制在±0.5mm，局部模型安裝高程誤差應(yīng)控制在±0.10.2mm以內(nèi)。2）供、排水系統(tǒng)的檢查：供水流量應(yīng)滿足模型最大流量的要求，閘門啟閉設(shè)備應(yīng)靈活、可靠、密實不漏水，水流進入模型前池時應(yīng)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(shè)備，首先應(yīng)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(shù)據(jù)

24、，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(shù)據(jù)的記錄和資料整理、保存，應(yīng)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(wù)的性質(zhì)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(nèi)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：實驗研究表明，曲線型實用堰的流量系數(shù)主要決定于上游堰高與設(shè)計水頭之比、堰頂全水頭與設(shè)計水頭之比以及堰上游面的坡度。因此，只要測量出上游堰高、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(shù)，并畫出流量與堰頂水頭的關(guān)系曲線。3. 試驗量測數(shù)據(jù)的記錄：

25、記錄表格根據(jù)不同試驗任務(wù)進行設(shè)計。4. 試驗結(jié)果的整理和分析。實驗項目四：定床河流模型實驗一、實驗?zāi)康囊?. 運用定床模型試驗基本原理，掌握按重力相似準則設(shè)計正態(tài)模型和變態(tài)時模型比尺的選擇方法；2. 制作與設(shè)計定床河流模型斷面；3. 測量水流流態(tài)、流速、水面線等水力參數(shù)；4. 掌握模型方案設(shè)定的方法；5. 學(xué)會應(yīng)用所學(xué)數(shù)學(xué)知識，處理和分析實驗數(shù)據(jù)，并根據(jù)分析結(jié)果給出設(shè)計推薦方案和設(shè)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(nèi)容多，比較復(fù)雜。；二、實驗儀器設(shè)備1. 數(shù)字流速流向儀；2. 多點流速測量系統(tǒng)；3. 自動水位跟蹤儀；4. 20點動態(tài)應(yīng)變儀；5. 各種壓力傳感器；6. 數(shù)

26、據(jù)采集系統(tǒng)；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(shù)據(jù)的基本手段，為搞好試驗操作，應(yīng)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(nèi)，盡可能達到精度要求；2）針對試驗任務(wù)的要求，選擇合適的量測儀器與設(shè)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(guī)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(shù)據(jù)較多時，應(yīng)按統(tǒng)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(tǒng)性、完整性。要注

27、意加強對流態(tài)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(huán)境資料應(yīng)有記錄；6）應(yīng)在原始試驗數(shù)據(jù)測取結(jié)束后，隨即進行資料的整理與分析工作，以利及時發(fā)現(xiàn)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(fù)核：按照模型的控制坐標系統(tǒng)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(yīng)控制在±0.5mm，局部模型安裝高程誤差應(yīng)控制在±0.10.2mm以內(nèi)。2）供、排水系統(tǒng)的檢查：供水流量

28、應(yīng)滿足模型最大流量的要求，閘門啟閉設(shè)備應(yīng)靈活、可靠、密實不漏水，水流進入模型前池時應(yīng)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(shè)備，首先應(yīng)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(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)的記錄和資料整理、保存，應(yīng)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(wù)的性質(zhì)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(nèi)容、測試手段、工作計劃或進度安排等。2. 定床模型斷

29、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(nèi)布置地形斷面線并編號，斷面線應(yīng)考慮盡量與等高線垂直，為便于安裝，習(xí)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(fù)雜程度而定，定位可借助于計算或繪圖得出各斷面控制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(dǎo)線的水平距離及相應(yīng)高程。等高線高程間距同樣應(yīng)視地形復(fù)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(jīng)校

30、核后鋸剪加工成地形模板，模板高度以安裝方便，不產(chǎn)生扭曲變形且能盡量節(jié)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(yīng)斷面位置上。安裝時將模板上的導(dǎo)線標記對準模型中相應(yīng)導(dǎo)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(yù)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(shè)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(yù)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(guān)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

31、定等等。4. 試驗量測數(shù)據(jù)的記錄：記錄表格根據(jù)不同試驗任務(wù)進行設(shè)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(tài)或流向等。5. 試驗結(jié)果的整理和分析。實驗項目五：動床河流模型實驗一、實驗?zāi)康囊?. 運用動床模型試驗基本原理，掌握按重力相似準則設(shè)計正態(tài)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(tài)、流速、水面線等水力參數(shù)；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(shè)定的方法；6. 學(xué)會應(yīng)用所學(xué)數(shù)學(xué)知識，處理和分析實驗數(shù)據(jù)，并根據(jù)分析結(jié)果給出設(shè)計推薦方案和設(shè)計方案

32、的修改建議。7. 本實驗理論難度大，且實驗項目涉及內(nèi)容多，比較復(fù)雜。；二、實驗儀器設(shè)備1. 數(shù)字流速流向儀；2. 多點流速測量系統(tǒng)；3. 自動水位跟蹤儀；4. 20點動態(tài)應(yīng)變儀；5. 各種壓力傳感器；6. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；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(shù)據(jù)的基本手段，為搞好試驗操作，應(yīng)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(nèi)，盡可能達到精度要求；2）針對試驗任務(wù)的要求，選擇合適的量測儀器與設(shè)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

33、量做到在每一種規(guī)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(shù)據(jù)較多時，應(yīng)按統(tǒng)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(tǒng)性、完整性。要注意加強對流態(tài)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(huán)境資料應(yīng)有記錄；6）應(yīng)在原始試驗數(shù)據(jù)測取結(jié)束后，隨即進行資料的整理與分析工作，以利及時發(fā)現(xiàn)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(fù)核：按照模型的控制坐標系統(tǒng)詳細校核建筑物的軸線、樁號、主要控制

34、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(yīng)控制在±0.5mm，局部模型安裝高程誤差應(yīng)控制在±0.10.2mm以內(nèi)。2）供、排水系統(tǒng)的檢查：供水流量應(yīng)滿足模型最大流量的要求，閘門啟閉設(shè)備應(yīng)靈活、可靠、密實不漏水，水流進入模型前池時應(yīng)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(shè)備，首先應(yīng)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(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)的記錄和資料整理、保存，應(yīng)配備專用試驗

35、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(wù)的性質(zhì)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(nèi)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：模型需進行動床模型試驗的位置在定床地形制作時就需事先預(yù)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(jīng)整理即可進行動床模型試驗。在動床模型試驗前，需要根據(jù)具體工程地質(zhì)條件，按照動床模型與原型雷諾數(shù)相等、修正顆粒弗汝德數(shù)相等以及糙率函數(shù)導(dǎo)出相應(yīng)的比尺關(guān)系，并認為水流過程遵循弗汝德模型律，確定出相應(yīng)的模型砂的級配和粒徑。3. 預(yù)備試驗、校正試驗

36、與驗證試驗當模型制造完畢后，量測儀器及試驗設(shè)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(yù)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規(guī)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(diào)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(tài)；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

37、游供水管放入要求的流量，并迅速調(diào)整穩(wěn)定到達相應(yīng)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(shè)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(guān)系曲線來決定沖刷平衡時間，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(yīng)采取統(tǒng)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(guān)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(fā)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(wěn)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(shè)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(jié)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(zhì)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(wǎng)格框架直接照相記錄。6. 試驗結(jié)果的整理和分析：通過各組沖刷資料的比較分析后，即可確定消能工