水工模型试验基础

《水工建筑物》课程实验指导书王飞虎江锋西安理工大学水电学院水工系二OO六年十月水工模型试验(一)班级姓名学号日期整体水工模型试验一、试验综述：当研究河道中水利枢纽工程的总体布置合理性，则按一定比例把所研究的河段和水利枢纽缩制成模型来进行研究，这种模型就叫做整体模型。

整体模型所研究的对象的水力特性通常与空间三个坐标有关，如显著弯曲的河渠、溢洪道水流问题，拱坝泄流问题及水利枢纽上下游水流衔接，流态等问题，常需制作成整体水工模型来进行研究。

影响枢纽布置的主要因素是坝址地形、地质情况及河道水文特征等，影响下游消能防冲的主要因素是泄水建筑物的体型布置和下游河道的地质，地貌等。

二、整体模型一般研究内容：1、泄水建筑物的泄流能力2、泄水建筑物的压力、流速、空化特性等3、下游河道岸边水面高程（水面线）4、消能工的消能效果5、泄水建筑物下游的折冲水流及水流扩散问题6、下游河道流速分布7、上下游水流流态、水流衔接。

8、下游河床及岸坡的冲刷等三、试验目的1、初步了解整体模型试验的基本理论及研究范围和内容。

2、初步掌握整体模型试验的基本方法及量测技术和技巧。

3、初步掌握试验资料整理、分析、评价及解决实际工程问题的能力4、结合具体试验、巩固和复习专业理论知识，增强动手和科研能力。

四、本试验要求和任务1、枢纽泄流能力2、下游岸边流速分布3、下游岸边水面线4、上下游水流流态5、要求整理分析试验成果，对工程布置作出评价，试提出改进措施。

6、写出试验报告。

五、工程概况洮河海甸峡水电站位于甘肃省临洮县，渭源县和康乐县三县交界的海甸峡进口处，电站总装机容量为25MW，水库设计洪水位为2002m，校核洪水位为2004.0m，总库容为2200万m3，最大坝高49m，坝顶高程为2005.0m，是一座以发电为主的III等中型水电站枢纽。

枢纽由溢流坝、泄冲闸和挡水坝、引水发电隧洞、电站厂房等建筑物组成，工程布置特性见表1。

溢流坝布置为2×10m的表孔，堰顶高程为1995m，溢流坝堰顶上游头部为双圆弧曲线，下游堰面为WES改型曲线，下游消能形式为底流消能，消力池长70m，宽23m，池深5.2m，底板高程为1971.8m，尾坎高程为1977m，消力池下游为砼四面体护坦，长45m，护坦高程为1977.0m。

水工与河工模型试验课程设计一、背景水工与河工是水利工程专业必修课程之一，其主要目的是让学生了解水流在不同情况下的特性和运动规律，掌握水利工程的基本知识和实践技能。

在学习水工与河工课程时，模型试验是必不可少的一部分，通过模型试验可以更好地理解水利工程的现象和规律。

二、模型试验的作用•理论与实践相结合模型试验是将理论知识与实践操作结合起来的重要方式，在试验过程中，学生能够深入理解理论知识，并且通过实践操作，更好地掌握相关技能，并且加深对理论知识的记忆。

•提高学生的动手实践能力水工与河工课程中需要涉及到很多实际问题，在进行模型试验时，需要学生自行设计实验方案、制作试验装置、搜集相关资料和数据，并进行资料分析和处理，这些都是能够极大地提高学生动手实践能力的过程。

•促进学生团队合作进行模型试验需要学生之间进行团队合作，相互配合，分工合作，达到共同完成实验的目的，这有助于培养学生的团队意识与合作精神。

•对未来研究提供基础模型试验是一个基础性的研究方法，通过模型试验，可以为未来的深入研究提供基础，在研究前需要进行模型试验，对相关问题进行探究和验证，为后续的研究打下基础。

三、课程设计方案1. 实验背景本次课程设计旨在让学生理解水工与河工课程中涉及到的相关现象和规律，通过模型试验，让学生掌握理论知识和实际操作能力。

2. 实验目的•通过实验了解流体力学观测技术；•学习使用实验仪器设备；•了解水流的特性，如流量、速度、压力等；•掌握常见的水工与河工模型试验方法。

3. 实验内容本次模型试验主要是以单孔水闸为研究对象，通过实验让学生掌握流体力学观测技术，实验内容包括：•制作单孔水闸模型装置；•测量水流量、速度和压力等参数；•分析实验数据；•撰写实验报告。

4. 实验步骤步骤一：制作单孔水闸模型装置具体实验步骤如下：1.根据实验要求，制作符合相关要求的单孔水闸模型装置；2.完成水闸连接管道和水泵等设备的设置；3.准备好着手处理数据所需的电路设备并进行连接；4.领取实验所需的相关材料和装备，并将其准备好。

水工模型试验测量技术综述摘要:水工模型试验是解决工程实际问题，为理论研究和工程设计提供依据的重要手段。

基础数据的准确度与精确度直接关系到试验成果的质量，因此试验中的测量技术非常关键。

流速、流量、水位、压力、地形、泥沙含量等是模型试验中测量的主要数据，本文主要介绍了模型试验中这些数据的测量技术及存在的问题。

关键字:水工模型试验测量方法发展现状问题分析引言水工模型试验是根据相似原理，按照一定的相似比将需要研究的对象，如河流、水工建筑物等按一定比例缩小后，在缩小的模型中复演与原型相似的水流，进行水工建筑物各种水力学问题研究的实验技术，旨在定性或定量的揭示其运动规律或水力学特性，为理论研究和工程设计等提供依据。

自1870年弗劳德(Froude)首先按水流相似准则进行了船舶模型试验以来，随着水利事业的发展，水工模型试验水平在很大程度上有了提高，在理论设计、模型制作、试验测量、数据处理等方面都有了创新突破和发展。

模型试验中的数据测量对试验结果的质量起着至关重要的作用，数据的精确度和准确度直接关系到科研成果的质量。

在水工模型试验中主要需要控制和测量的参数有流速、流量、水位、压力、地形、泥沙等，测量仪器的精度、范围、性能等决定着测量结果的准确性，因而优良的测量技术是模型试验的前提和保障。

近年来随着激光技术、超声波技术、计算机技术及数字图像处理技术等先进技术的发展，模型试验测量技术有了较快的发展，但尚存在一些问题有待进一步研究，本文主要论述模型试验测量技术的发展及现在存在的一些问题。

1.发展现状1.1流速测量技术流体的流速是流场最基本的物理量之一，对流体流动特性的认识很大程度上取决于流场的获得，而大多数描述流场的物理量都直接或间接与流速有关，如环量、涡量、流函数、流速势函数等等。

在模型试验中流速的测量非常重要，随着技术的创新突破，流速的测量技术取得了较快的发展，从单点流速测量发展到多点测量，从单向到多向、从稳态向瞬态发展，从毕托管、旋浆流速仪、热线/热膜流速仪、电磁流速仪、超声波多普勒流速仪（ADV）、激光多普勒流速仪（LDV）、粒子图像测速仪（PIV）发展到VDMS法[1-3]。

水工(常规)模型试验规程水工(常规)模型试验是水利水电工程建设的重要环节，通过模拟真实工程情况，在实验室或试验场地进行工程试验，为工程设计、施工提供参考依据。

水工(常规)模型试验规程是规范水工模型试验活动的标准和指导，确保试验结果准确可靠，并且保障试验过程中的安全。

一、试验前准备1.确定试验目的和要求：在制定试验计划前，需明确试验的目的和要求，确定试验的具体内容、试验参数、试验时间等关键因素。

2.选择试验场地和设备：选择合适的试验场地和设备，确保试验过程中设备运行正常、场地条件符合试验要求。

3.确定试验方案和流程：制定试验方案和流程，包括试验的具体步骤、数据采集方案、试验设备的设置、试验过程的控制等内容。

4.制定试验安全措施：确保试验过程中人员的安全，制定相应的安全措施，包括人员防护、设备维护、紧急处理等措施。

二、试验过程1.设备调试和校准：在试验开始前，对试验设备进行调试和校准，确保设备运行正常，数据采集准确可靠。

2.试验数据采集和记录：在试验过程中，及时采集试验数据并进行记录，确保数据的真实性和完整性。

3.试验参数设置和控制：根据试验方案，设置试验参数并进行控制，保证试验过程中的稳定性和可重复性。

4.实时监测和反馈：对试验现场进行实时监测和反馈，及时调整试验参数以确保试验的顺利进行。

5.试验结果分析和评价：对试验结果进行分析和评价，验证试验目的和要求是否达到，为工程设计和施工提供参考依据。

三、试验报告和总结1.编制试验报告：在试验结束后，编制试验报告，包括试验目的、试验方案、试验过程、试验结果、分析和评价等内容。

2.总结经验和教训：总结试验过程中的经验和教训，为今后的试验工作提供参考和改进。

3.提交审核和审批：将试验报告提交给相关主管部门进行审核和审批，确保试验结果的准确性和可信度。

四、安全管理和保障1.严格遵守试验规程：所有参与试验工作的人员必须严格遵守试验规程，不得擅自更改试验方案和操作程序。

水工结构模型实验指导书水工结构静力模型实验指导书２００５年６月２０日水工结构静力模型实验指导书一、课程性质和目的：（1）水工结构模型试验所谓水工结构模型试验就是将原型以某一比例关系缩小成模型，然后向该模型施加与原型相关的荷载，根据从模型上获得的信息如应变位移等，通过一定的相似关系推出原型建筑物在应力、变形强度等成果。

（2）进行水工结构模型试验的目的和意义水工建筑物因其受力特征、几何形状、边界条件等均较复杂，特别是修建在复杂地基上建筑物更为如此，尽管计算机技术和空间有限元等正迅速发展，但目前还不能用理论分析方法完美地解决建筑物的稳定和应力问题，因此模型试验作为一种研究手段更具有重要的意义，可归纳成如几个方面：1．通过对水工建筑物的模型试验研究可以验证理论设计，国内外大型和重要的水工建筑物的设计，都同时要求进行计算分析和试验分析，以期达到互相验证的目的。

2．通过对原型结构的模拟试验，预测水工建筑物完建后的运行情况以及抵御事故的能力。

3．由于物理模型是对实际结构性态的模拟，在模型上还有可能出现原先未知而又实际存在的某些现象，因此模型试验研究不仅仅是对数理分析方法的验证，而且是获得更丰富切合实际的资料的积极探索，所以进行水工结构模型试验目的也是更好地探索新理论、新材料、新技术、新工艺的一种手段。

（3）结构模型试验研究的主要内容：a. 大型水工建筑物的整体应力及变形问题。

b. 结构物之间的联合作用问题。

c. 地下结构的应力与稳定问题。

d. 大坝安全度及破坏机理问题。

e. 水工结构的动力特性问题。

f. 验证新理论、新方法、新材料、新工艺等。

（4）模型试验的分类方法①按建筑物的模拟范围和受力状态分类a. 整体结构模型试验：研究整体建筑物在空间力系作用下的强度或稳定问题。

b. 平面结构模型试验：研究结构单位长度断面在平面力系作用下的强度和稳定问题，如重力坝坝段平面结构模型试验就是研究重力坝在水荷载作用下的应力和变形。

福州大学土木工程学院本科实验教学示范中心学生实验教学大纲适用年级2006一、课程中英文名称中文名称水工模型试验（课程实验）英文名称Hydraulic Model Practice二、授课对象与学时授课对象06级水利水电工程总学时30学时其中实验（上机）学时20学时三、本课程与其他课程的联系先修课程《高等数学》、《水力学》、《结构力学》、《材料力学》后续课程四、课程的教学目的水流运动是一种非常复杂的自然现象，对各种作用力存在的情况和它们发展的规律可通过水工模型实验来复演或预演原型的复杂水流现象，通过方案比较和修改可获得水工建筑物的优化布置和体型，从而为水利工程规划、设计、运行、管理提供科学的理论和技术的指导。

目前在许多领域里采用水工模型以解决工程问题已成为公认的标准方法。

（1）通过学习学生要了解水力模型试验的基本原理，掌握相似性试验理论。

2 ）了解相似性力学、定床和动床河流模型、水库模型、定床和动床潮汐模型、波生现象模型、水工建筑物模型）了解相似性力学、定床和动床河流模型、水库模型、定床和动床潮汐模型、波生现象模型、水工建筑物模型、管道模（2型和地下水模型等模型设计原理。

3 ）了解相似性力学、定床和动床河流模型、水库模型、定床和动床潮汐模型、波生现象模型、水工建筑物模型）了解相似性力学、定床和动床河流模型、水库模型、定床和动床潮汐模型、波生现象模型、水工建筑物模型、管道模（3型和地下水模型等模型试验技术及工程实例说明。

（4）了解水力模型试验的现状与学术水平。

五、课程教学的主要内容（一）水工模型试验量测仪器的参观与操作认识实习（必修）实验项目1:1:水工模型试验量测仪器的参观与操作认识实习（必修）知识点：通过参观、学习，了解各种量测仪器的工作原理、用途，掌握使用方法，介绍流速量测仪器的种类和各种应用条件，介绍国内外水工模型试验的基本方法。

重点：各种水工模型试验量测仪器的认识、适用条件和使用方法；各种量测仪器的工作原理和用途及选择；实验操作规程难点：国内外水工模型试验的基本方法认识，多点流速测量系统和ADV测速系统的使用方法水工建筑物模型一一泄水建筑物消能型式（必修）2:水工建筑物模型一一泄水建筑物消能型式（必修）实验项目2:知识点：运用模型试验基本原理，掌握按重力相似准则设计整体和局部模型时模型比尺的选择方法，制作与设计水工建筑物模型，测量泄水建筑物的水流流态、流速、压力等水力参数，并根据设计的泄水建筑物体型，计算该泄水工建筑物模型，测量泄水建筑物的水流流态、流速、压力等水力参数，并根据设计的泄水建筑物体型，计算该泄水 建筑物的消能率，并分析设计方案的可行性和合理性，并应用所学数学知识，处理和分析实验数据，并根据分析结能率，并分析设计方案的可行性和合理性，并应用所学数学知识，处理和分析实验数据，并根据分析结 果给岀设计推荐方案和设计方案的修改建议。

溢洪道水工模型试验资料及所需验证参数一、溢洪道水工模型试验的目的通过试验验证溢洪道的布置、体型结构、尺寸等设计是否合理、可行，找出它的不足所在，进一步补充完善设计，使其更趋于符合实际、实用、安全、经济、合理可行。

二、水库洪水调度运行及调洪计算水库洪水调度运行原则是:“主汛期闸门全开不控制泄洪；后汛期闸门关闭,采用闸孔出流。

”溢洪道工程规模由主汛期校核洪水控制。

通过调洪计算，水库的设计洪水位主汛期为410.45m，相应溢洪道下泄流量为387m3/s，后汛期为412.55m，相应溢洪道闸门控制下泄流量为96.4m3/s；校核洪水位主汛期为413.61m，相应溢洪道下泄流量为778.5m3/s，最大单宽流量为48.625m3/s，后汛期为413.30m，相应溢洪道下泄流量为163m3/s；溢洪道消能防冲建筑物设计洪水位410.12m，相应溢洪道下泄流量为353m3/s。

三、溢洪道工程布置溢洪道为河岸开敞式有闸控制溢洪道,紧靠右坝肩布置，总长210.0m，由进口段、控制段、泄槽段、出口挑流鼻坎段及护坦组成。

进口段：由导墙及过渡段组成，底坡为i=0.00的平坡，底板高程402.6m。

靠坝侧左导墙为光滑的圆弧导墙，导墙底板与大坝趾板开挖线相连，长18.801m，桩号自0+000m至0+022.193m，其圆弧半径为40m，圆心角为26.965°,导墙高12.9m,采用C20钢筋砼悬背梁式挡墙；靠岸坡侧右导墙长41.487m，桩号自0+000m至0+022.193m为扭面导墙,桩号0+000m以前的导墙为顺应山势的圆弧段与岸坡相连，采用M7.5浆砌块石衬砌。

桩号0+022.193m～0+042.193m为过渡直线段,长20m,底宽20m,边墙高12.9m,为矩形断面，左边墙与趾板及面板紧密相接，采用C20钢筋砼衬砌。

控制段：采用WES型实用堰溢流，桩号0+042.193m至0+063.193m，长21m，上游堰高2.4m，堰顶高程405m，在堰顶设2套8×6.5m的弧形钢闸门控制泄洪，采用2台液压式启闭机(型号QHLY-2×630kN)进行启闭,闸墩由一个中墩和两个边墩组成,墩顶高程415.5m，闸墩厚2.0m，溢流净宽16m，分两孔泄洪，单孔宽8m。