河工动床模型试验的含沙量比尺

作业2 - 泥沙模型设计1工程概况某河道总长13km，现拟对长6km的中间河段进行治理，治理段起点上游河段长5.5km，治理段终点以下长1.5km。

河道断面宽约450m，河床比降在0.6～1.0‰之间，两岸为混凝土护坡堤坝。

河床质泥沙基本均匀，泥沙粒径约0.26mm。

按1965～1984年水沙系列统计，最大洪峰流量1950m3/s（1967年），多年平均流量13.7m3/s，最大含沙量555.7kg/m3，多年平均含沙量15.6kg/m3，多年平均悬移质沙输沙量为673万t，悬移质泥沙中值粒径为0.0298mm，泥沙级配如表1。

表1 原型悬移质泥沙级配2 实验目的在已确定的水库运行方式和入库水沙特性条件下，利用全沙模型研究电站下库泥沙淤积的发展规律；淤积泥沙对电站进出水口的影响和过机泥沙颗粒级配；以及在河床淤积情况下，不同频率洪水水库回水对两岸的影响。

3模型设计3.1 模型几何比尺全沙模型多为变态模型，几何比尺除考虑试验内容及实验场地条件外，还应考虑水流的相似条件、模型沙的材料及泥沙比尺等综合因素，经试算调整后方能确定。

模型几何比尺的确定应首先考虑以下几个方面：（1）模型变率不宜过大设水平比尺λl、垂直比尺λH，则变率i=λl/λH，因λH≠λl≠1，模型中流速分布会有一定程度的歪曲，为使模型试验结果尽可能接近真实，应使i<5，若条件允许变率应尽量小些。

（2）模型最小水深不宜过小为避免水流面张力的影响，模型最小水深应大于2～3cm。

（3）模型水流运动与原型处同一流区或流态这虽属水流相似问题，但几何比尺的确定应首先考虑这一问题。

原型水流运动多属紊流阻力平方区。

因而，几何比尺的确定应保证模型水流运动仍属紊流阻力平方区。

（4）结合泥沙设计统筹确定模型几何比尺根据所选模型沙设计泥沙，检验其合理性，并对模型几何比尺进行调整。

基于以上考虑，选定模型比尺为λl ＝200、λH ＝50，变率i ＝4。

3.2 模型水流要素比尺为保证水流运动相似需同时满足重力和阻力相似，则：流速比尺 07.72/1==H V λλ流量比尺70710==V H L Q λλλλ 时间比尺3.28/==V L t λλλ糙率比尺96.0/2/13/2==L H n λλλ水面比降比尺4/1/==L H j λλλ 3.3 悬移质泥沙设计 3.3.1 模型沙的选择确定适宜容重的模型沙，是全沙模型设计及试验的关键，它与众多相似比尺相互联系，通常需经试设计并比较后方能选定。

问题 ， 产生 不可 忽视 的缩 尺效应 ， 接影响试验 成果 的可靠 直
性， 因此需采取变态模 型进行试验研究 ， Ａ － ０ 即变率 ｅ 取 ｎ６ ， ＝
Ａ ／Ｈ３相 应 其 他 有 关 物 理 量 的 比 尺为 ： ＬＡ ＝ ，
流 速 比尺 Ａ ＝ Ｈ” ．５ Ａ ７７
ｍ ／，全河道过水能力按 原标准 ５ ３ ｓ ０年一 遇洪水标准设计 ， 洪
沙 。清徐精煤比重 。 １ ， ． 天然 沙的比重 ： ．５ 因而 ： ＝４ ２ ， ６
比重 比尺 Ａ ／ ＝ ． ／． １８ ＝ ｙ ２６ １ ５ ４＝ ．９
试验结果表 明上述设计是可行的 ， 模型 中的水流平顺 、 稳 定， 河床冲淤 基本平衡 ， 该工程整治后 ， 不但不会影响河道过 流能力 ， 而会使其过流能力增大。通过试验可以看出河道 反 进 出口体型设计合理， 泄洪时水流均 比较平顺， 没有出现 回流 和折冲现象， 也无严重的水流集中和波动。从冲淤地形看 ， 在 橡胶坝及 中隔墙 上 、 下游的头部 冲刷 比较严重 ， 应采取必要
∞ 舳 ∞ ∞ 加 ０
临汾 市 城 区汾 河 段 蓄 水 工 程 物 理 模 型 的设 计 方 法
赵 晋 侯 佩 瑾
（ 山西 省 水 利 水 电科 学 研 究 院 太 原 ０ ０ ０ ） ３０ ２ 摘 要 ： 绍 临 汾 市城 区汾 河段 闸坝 蓄水 工程 河 道 动 床 模 型 试验 设 计 方 法 ， 究 了 变 态动 床 介 研
应该采用同一种模 型沙 ，选择一种既符合悬沙运动相似 ， 又
符合床沙运动相似的材料做为模型沙。动床模型试验主要研 究治理段河道行洪期河床变化 ， 首先应保证河床冲淤变形 故 相似 ， 要求 满足床沙 的起 动相似 、 挟沙能力相似及 泥沙粒径

图 4 含沙量沿程变化（ 第 30 年汛期） Fig. 4 Longitudinal change of sediment concentration in the 30th flood season
表 2 给出了系列年试验年均入、出库流量、含沙量及排 沙 比 过 程。可 以 看 出，水 库 的 排 沙 与 入 库 流 量 、入 库 含 沙 量 和 出 库 流 量 有 关 ，一 般 情 况 下 ，当 入 库 、出 库 流 量 大 ，入 库 含 沙 量 小 时 水 库 发 生 冲 刷 ，水 库 排沙比随入库含沙量的减小而增大；当入库、出库流量小、入库含沙 量 大 时，水 库 则 明 显 发 生 淤 积，水 库 排沙比随入库含沙量的增大而减小。
需 要 说 明 的 是 ，在 设 计 单 位 提 供 的 试 验 水 沙 系 列 中 ，部 分 入 库 流 量 很 小 ，模 型 试 验 实 施 有 一 定 困 难 ， 经 与 设 计 单 位 协 商 ，在 保 证 入 库 水 沙 量 平 衡 的 条 件 下 ，对 较 小 的 入 库 流 量 进 行 概 化 。
沙选用郑州热电厂粉煤灰。模型试验平面布置见图 2。
利用位于东庄水库上游且来水来沙条件与之相近的巴家嘴水库进行率定试验。其结果与巴家嘴水 库 洪 水 期 的 排 沙 过 程 基 本 一 致［4 ］。
3 试验条件
3. 1 初始地形 系列年试验初始地形为设计单位提供的水库拦沙期结束后的地形 ，库区淤积量为 5. 47 亿 m3 。
图 3 东庄水库系列年入库水沙过程 Fig. 3 Incoming flow and sediment processes
3. 3 水库运用方式 根据设计的水库运用 原 则，当 水 库 拦 沙 期 结 束 后，为 长 期 保 持 水 库 的 有 效 库 容，水 库 基 本 上 采 用

防洪影响评价报告编制导则-1河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则(试行)2004.9.6水利部办公厅文件办建管[2004]109号关于印发《河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则》(试行)的通知各流域机构，各省(自治区、直辖市)水利(水务)厅(局)，各计划单列市水利(水务)局，新疆生产建设兵团水利局，各有关单位:为加强河道管理范围内建设项目审查，规范河道管理范围内建设项目防洪评价报告的编制工作，根据原国家计委、水利部《河道管理范围内建设项目管理的有关规定》(水政[1992]7号)，部组织制订了《河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则》(试行)，现印发给你们，请遵照执行，并将在执行中发现的问题及时反馈部建设与管理司。

附件:河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则(试行)中华人民共和国水利部办公厅二零零四年七月二十八日1河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则(试行)1 总则1.1 依据国家计委、水利部《河道管理范围内建设项目管理的有关规定》(水政[1992]7号)，对于河道管理范围内建设项目(下简称建设项目)，应进行防洪评价，编制防洪评价报告。

为适应防洪评价报告编制工作的需要，规范编制方法，保证编制质量，特制订本导则。

1.2 本导则适用于全国河道管理范围内大、中型及对防洪有较大影响的小型建设项目防洪评价报告的编制工作。

1.3 防洪评价报告应在建设项目建议书或预可行性研究报告审查批准后、可行性研究报告审查批准前由建设单位委托具有相应资质的编制单位进行编制。

1.4评价报告内容应能满足《河道管理范围内建设项目管理的有关规定》审查内容的要求，应包括以下主要内容:1 概述2 基本情况3 河道演变4 防洪评价计算5 防洪综合评价6 防治与补救措施1.5 防洪评价报告中的各项基础资料应使用最新数据，并具有可靠性、合理性和一致性，水文资料要经相关水文部门认可。

建设项目所在地区缺乏基础资料时，建设单位应根据防洪评价需要，委托具有相应资质的勘测、水文等部门进行基础资料的测量和收集。

由于几何相似应得到保证，故有如下长度比尺的关系式：
港航工程模型试验
•第一节 概 述
• 二、三维紊动水流运动相似的基本条件
由式（3-1）进行相似交换，即对原型和模型而言， 均应服从这一普遍的连续性方程，甚易求得：
（3-3）
考虑脉动流速的连续方程为
（3-4）
用相同的相似转换办法可导得：
（3-5）
港航工程模型试验
（3-28）
• 上式表明，为了保证正态模型与原型的水流阻力相似， 模型与原型的阻力系数f或谢才系数C应该相等（必须保证 ）。 该相似条件，是从三维紊动水流的一般微分方程式及 河床边界条件导出的。 •
港航工程模型试验
•第二节 正态定床河工模型
一、正态定床河工模型的相似条件 若从一维或二维紊流的微分方程式同样可以导出 这些比尺关系，只是其涵义略有差别。如对于—维 非恒定流的微分方程有： 连续性方程：
• 二、三维紊动水流运动相似的基本条件
Re——雷诺数
•（3-10）
原体与模型惯性力之比等于粘滞力之比，因此又可 称为内摩擦力相似准则。
由于天然河道水流一般均为紊流，而紊流中粘滞力 的作用比较小，因此这个相似律在河工模型中一般并不 要求严格满足。事实上，这个相似律也无法严格满足。
港航工程模型试验
•第一节 概 述
港航工程模型试验
2020/11/20
港航工程模型试验
•第一节 概 述
•一、河工模型的分类
1 研究意义
天然或人工建筑物干扰下的河道水流结构和河床演变 过程是极其复杂的，
河床在自然状态下的冲淤演变必须预报。这种预报不 仅要定性，而且要定量。预报河道在水沙及边界条件作用 下的再造床过程。（澜沧江例？）

面向二十一世纪的泥沙研究 成都 2000330芦家河河段全沙动床模型模型沙的选择1陈立 崔承章 谢葆玲（武汉水利电力大学 武汉 430072）摘 要 芦家河河段为卵石夹沙河床，河床组成包括卵石推移质、沙质推移质及床沙质，因此在进行全沙动床模型的设计时必须模拟推移质及悬移质泥沙。

模型沙的选择应该同时考虑沉降相似、起动相似。

芦家河河段床沙质粒径范围为0.05mm~0.5mm ，满足沉降相似和起动相似的模型沙只能选塑料沙；原型卵石的粒径范围为10mm~200mm ，满足起动相似、并且能够与床沙质模型沙粒径衔接的模型沙则须选择山西煤或者株洲煤。

即悬移质泥沙与推移质泥沙只能用两种模型沙。

关键词 卵石推移质 沙质推移质 沉降相似 起动相似 选沙 动床模型1 芦家河河段河床组成特征芦家河河段位于三峡下游120km 、葛洲坝水利枢纽下游约80km 处，属于低山丘陵区河流向平原型河流转化的过渡型河段。

芦家河河段床面主要由沙、卵石组成，是典型的卵石夹沙河床。

芦家河河段床面沙质淤积物的中值粒径范围在0.14mm~0.52mm 之间，0.1mm 以上的颗粒应占全部沙重的90%以上，来自悬移质中的床沙质和沙质推移质。

统计资料分析表明：宜昌水文断面的多年平均输沙量为5.26亿吨，其中d >0.1mm 的泥沙含量占12.1%，即6300万吨；而通过宜昌水文断面的沙质推移质至90年代每年仅有100万吨左右，沙质推移质泥沙中90%以上为0.1~0.5mm 的沙质，即沙质推移质泥沙仅相当于悬移质相同粒径泥沙输沙量的不到2%。

卵石层的中值粒径d 50变化范围为24mm~62mm [1]。

2 相似比尺的确定如上所述，芦家河河段来沙不仅有悬移质，而且有推移质；不仅有沙质推移质，而且有卵石推移质；不仅同时存在着推移质、悬移质的泥沙运动，而且存在着推移质与悬移质泥沙之间的交换。

因此所选的模型沙应该满足悬移运动和推移运动相似，即满足沉降、起动相似。

Dmg
exp( 1 100
n
ln Di
i 1
pi )
注：关于级配曲线的定义错的比较多，并不是以粒径的对数或是负对数为横坐标，也不是 按几何级数变化的粒径尺度为分级标准……只要跟上述表达的意思一致都为正确答案。
2.6 某海滩的沙粒粒度范围是 1.4 3.6 ，试给出以毫米为单位的颗粒粒径范围

Sw



1
(1
(1
s
S
)Sw

； S（重量p）pm

106 s ) 106

S
m

106
/ cm3
Ws W
对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关，系电，力通根保1据过护生管高产线中工敷资艺设料高技试中术卷资0配不料置仅试技可卷术以要是解求指决，机吊对组顶电在层气进配设行置备继不进电规行保范空护高载高中与中资带资料负料试荷试卷下卷问高总题中体2资2配，料置而试时且卷，可调需保控要障试在各验最类；大管对限路设度习备内题进来到行确位调保。整机在使组管其高路在中敷正资设常料过工试程况卷中下安，与全要过，加度并强工且看作尽护下可关都能于可地管以缩路正小高常故中工障资作高料；中试对资卷于料连继试接电卷管保破口护坏处进范理行围高整，中核或资对者料定对试值某卷，些弯审异扁核常度与高固校中定对资盒图料位纸试置，卷.编保工写护况复层进杂防行设腐自备跨动与接处装地理置线，高弯尤中曲其资半要料径避试标免卷高错调等误试，高方要中案求资，技料编术试写5交、卷重底电保要。气护设管设装备线备置4高敷、调动中设电试作资技气高，料术课中并3试、中件资且卷管包中料拒试路含调试绝验敷线试卷动方设槽技作案技、术，以术管来及架避系等免统多不启项必动方要方式高案，中；为资对解料整决试套高卷启中突动语然过文停程电机中气。高课因中件此资中，料管电试壁力卷薄高电、中气接资设口料备不试进严卷行等保调问护试题装工，置作合调并理试且利技进用术行管，过线要关敷求运设电行技力高术保中。护资线装料缆置试敷做卷设到技原准术则确指：灵导在活。分。对线对于盒于调处差试，动过当保程不护中同装高电置中压高资回中料路资试交料卷叉试技时卷术，调问应试题采技，用术作金是为属指调隔发试板电人进机员行一，隔变需开压要处器在理组事；在前同发掌一生握线内图槽部纸内 故资，障料强时、电，设回需备路要制须进造同行厂时外家切部出断电具习源高题高中电中资源资料，料试线试卷缆卷试敷切验设除报完从告毕而与，采相要用关进高技行中术检资资查料料和试，检卷并测主且处要了理保解。护现装场置设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。

原型值 式 是确定悬沙的比重和粒径的基本条件 在直观上 悬沙动水沉速还需要满足水流运动相似 即满足重力相似准则
收稿日期 作者简介 王学功
男 教授级高工 从事水力学和泥沙模型试验及研究
?
式中
? 是模型纵向变态率 和 分别是纵向和水深尺度
式 是悬沙沉速的运动学相似准则 这方面亦无分歧
但是在构造悬沙悬浮相似即紊动相似准则时 存在着理论和结果的差异
根据式
?
?则
根据式 式 以及式 为了简化取
则式 中的
代入式 并考虑到式 得到
?
?
根据比尺的同一性 以及
? 最后得到含沙量比尺为
? ?
式中指数 可按表 选用 表 是根据有限的资料对式 的检验及比较 其中模型沙均按式 和式 设计 式 和 是国内泥沙模型常用的 其导出根据维里卡诺夫挟沙力公式
?
王学功 水沙两相流 沙相紊动应力和垂线含沙量分布
尺 在动床阻力相似方面 研究了床沙可动性 河型及床面层流态相似条件 提出床面阻力系数修正比尺 修
正相对水深影响
关键词 泥沙 河流模型 动床 相似性 含沙量比尺
中图分类号
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文章编号
设计一个变态动床泥沙模型 需要根据相似原理及实际条件确定下列五个项目 模型流体 几何比 尺 流速比尺 模型沙以及含沙量比尺 这里只讨论水流模型 河流泥沙运动是两相势流问题 模型一 般按重力相似准则设计 阻力相似是必须满足的边界条件 其中涉及模型纵向和横向变态率 水沙两相 之间的相互作用 主要表现为相间阻力和泥沙紊动力 前者使泥沙产生滞后运动 是泥沙的界面阻力 与 含沙量和粒径有关 所以 可以根据相间阻力相似确定含沙量比尺 后者是挟沙能力 因为重力相似并不 一定满足紊动力相似 所以需要研究模型悬移质泥沙紊动相似的约束条件 其中涉及模型纵向变态率 由此可见 余下四项需要根据重力 动床边界阻力 相间阻力三个相似准则 以及紊动相似的约束条件 共同确定 本文研究 目的在于促进河流泥沙模型试验走向定量价值

第3章 河工模型试验
精品课件
1
第3章 河工模型试验
3.1 正态定床河工模型 3.2 变态定床河工模型 3.3 动床河工模型 3.4 推移质动床河工模型 3.5 悬移质动床河工模型
精品课件
2
3.1 正态定床河工模型
相似条件
➢ 满足重力相似
流速比尺：
u
1/ l
2
流量比尺： Q
5/ l
2
时间比尺：
变态。综合考虑后选定变率为5，即取 h 100
3、按惯性力重力比相似要求：
u
1/2 h
10
4、按阻力重力比相似要求：
n
2/3 h
1 2 l
0.96
精品课件
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变态模型设计实例
本河段枯水期的原型糙率为0.0204~0.0329，中洪水期 的原型糙率为0.0206~ 0.0255，要求模型糙率为：
精品课件
16
变态模型设计实例
试验研究的内容
某平原河流浅滩段航槽不稳，水深不足。按航运要求 应使现有最小航深再提高0.6m，决定采用整治措施，整治 方案是：固定上游右岸边滩，并在过渡段两侧压缩和导引 水流扩大固定缺口，以增加航深。
精品课件
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变态模型设计实例
试验方案及模型布置
1、采用定床模型，修建工程后河床可能发生的冲淤变 化可由流速、流向、单宽流量分布、流态以及水面比降 的变化情况进行推论。
张有龄公式：n0.0166d16 天科所公式：n0.0133d16
密排加糙后模型有效水深与实际水深的关系为：
hh (0 .2~0 .3 )d
颗粒有间距排列加糙（梅花加糙）——须做预备试验
精品课件
4
精品课件

推移质动床模型粒径比尺计算式选择
张小峰
【期刊名称】《人民长江》
【年(卷),期】1997(028)002
【摘要】描述泥沙起动的方法可分为以起滚流速为参数和以起动拖曳力为参数两大类，由这两类方法推导得到的模型沙粒径比尺计算式是不一样的，实际应用时，如何选取粒径比尺计算式是民须回答的问题。

首先根据两种粒径比尺计算的推导过程，弄清了各自成立的物理条件，依照变态模型水流惯性力相似和阻力相似的应满足，用动床模型中阻力相似须由模型沙自身糙度满足条件，推导得到模型变率值与模型沙特性之间的关系式，最后指出：泥沙地起拖曳力公
【总页数】3页(P10-12)
【作者】张小峰
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TV142.1
【相关文献】
1.悬移质动床模型试验含沙量比尺计算方法研究 [J], 张羽;李想;吴腾;洪建
2.重庆九龙坡港区二期工程推移质动床模型试验研究 [J], 周华君;吴宋仁
3.动床模型粒径比尺的确定方法 [J], 乐培九;刘万利
4.波、流共同作用下浑水动床整体模型的比尺设计及模型沙选择 [J], 徐啸
5.推移质动床模型变率的选择与比降变态的研究 [J], 刘怀汉;李文全
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河工模型试验
概述
河工模型试验是利用远较原型河道为小的模型进行试验，以研究 河流在自然情况或在建筑物作用下的水流结构及河床变形，这种 模型是根据水流和泥沙运动的力学规律，通过复演与原型相似的 周界条件和动力学条件建立起来的。生产实践中，所遇到的河工 问题，大都属于三维问题，边界条件往往极端复杂，很难单凭现 有水流及泥沙运动知识，进行精确的分析计算，此时，采用模型 试验与理论分析相结合的方式，往往是解决问题的有效途径。
河工模型试验的理论基础－相似论原理
相似论原理
相似现象的相似特征
范畴：物质系统是机械运动相似
不仅是静态相似，也是动态相似 不仅是形式相似，也是内容相似
三个相似特征
(1)几何相似 (2)动态相似 (3)动力相似
河工模型试验的理论基础－相似论原理
几何相似
即模型与原型的几何形态相似。模型与原型中 的任何相应的线性长度，必须具有同一比例：
相似现象相似特征间的联系
相似现象中，相对应的各个物理量必须具有同一比尺。这些 物理量的比尺彼此之间按照一定的规律联系在一起的。
由牛顿第二定律
f m du dt
相似现象的相似指示数等于1
f t 1 m u
－－相似准则
相似现象的相似准则要相等
f ptp fmtm 常数 mpup mmum
Eu
p u 2
常数
压力/惯性力数
惯性力/粘滞力 惯性力/紊动剪力
河工模型试验的理论基础-相似论原理
推求比尺关系式的其它方法
除幂函数以外，其它方程式只要是合理的都可以推导出来 因次分析法
f(x,y,x,w)=0 没有办法时才采用
从作用力的一般表达式出发，导出比尺关系式（根据动力相 似条件）

河流动力学概论(清华版)习题第二章1. 等容粒径、筛分粒径、沉降粒径的定义各是什么？为什么筛析法得到的泥沙颗粒粒径接近于它的等容粒径？ 答：（1）等容粒径为与泥沙颗粒体积相同的球体直径。

如果泥沙颗粒的重量W 和容重γs （或体积V ）可以测定，则其等容粒径可按下式计算：113366n s V W D ππγ⎛⎫⎛⎫==⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭（2）如果泥沙颗粒较细，不能用称重或体积法确定等容粒径时，一般可以采用筛析法确定其筛分粒径。

设颗粒最后停留在孔径为D 1的筛网上，此前通过了孔径为D 2的筛网，则可以确定颗粒的粒径范围为D 1＜D ＜D 2。

（3）对于粒径小于0.1 mm 的细砂，由于各种原因难以用筛析法确定其粒径，而必须用水析法测量颗粒在静水中的沉速，然后按照球体粒径与沉速的关系式，求出与泥沙颗粒密谋相同、沉速相等的球体直径，作为泥沙颗粒的沉降粒径。

（4）对形状不规则的泥沙颗粒，可以量测出其互相垂直的长、中、短三轴，以a ，b ，c 表示。

可以设想颗粒是以通过中轴筛孔的，因此筛析所得到的颗粒的中轴长度b 。

对粒径较粗的天然泥沙的几何形状作统计分析，结果可以表达如下式：()13b abc =即中轴长度接近（实测结果为略大于）三轴的几何平均值。

如果把颗粒视为椭球体，则其体积为6V abc π=等容粒径为()11336n V D abc π⎛⎫== ⎪⎝⎭因此，如果上述各假设成立，则筛析法所得到的泥沙颗粒粒径（颗粒恰好通过的孔径）接近于它的等到容粒径。

2. 100号筛的孔径是多少毫米？当泥沙粒径小于多少毫米时就必须用水析法做粒径分析？ 答：查表2-2知100号筛的孔径是0.149 mm ，当泥沙粒径小于0.1 mm 时就必须用水析法做粒径分析。

3. 什么是颗粒的形状系数？答：有时采用形状系数（shape factor ）来综合表示颗粒形状特点，定义如下：SF =4. 密度、容重、干容重在概念上有什么区别？ 答：颗粒的密度ρs 即颗粒单位体积内所含的质量，国际单位制单位为kg/m 3或g/cm 3，工程中常用t/m 3。

黄河包头取水河段的动床模型试验与数值计算
季日臣;杨泉
【期刊名称】《人民黄河》
【年(卷),期】1996(018)001
【摘要】针对黄河包头画匠营子何段取水问题，研究水沙变化复杂河段动床河工模型试验设计中的一些问题与数值计算方法。

文中着重探讨了起动流速比尺、悬沙和底沙比尺的确定方法，详细给出了二非恒定流及非平衡输沙的数值计算方法，试验及计算民原型河段实测资料吻合较好。

【总页数】5页(P17-21)
【作者】季日臣;杨泉
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TV131.616
【相关文献】
1.老木孔库区河段动床物理模型试验研究 [J], 倪志辉;易静;张绪进;杜宗伟;王云莉
2.湖广—罗湖洲河段6m水深航道整治工程动床物理模型试验研究 [J], 游强强
3.广阳坝河段
4.5米水深航道整治工程动床物理模型试验研究 [J], 金健灵
4.平流式预沉池整体模型试验研究——黄河包头画匠营子取水工程 [J], 马伍权
5.襄樊电厂二期工程取排水河段动床物理模型试验研究 [J], 余明辉;吴卫民;刘晓芳因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

结语
对于推移质动床变态模型来说 模型变率的选择另受制于所选模型沙的性质 当变率满足式 时 所选用的模型沙可同时满足起动相似和水流阻力相似
当模型所采用的变率 不满足式 时 可用比降变态法解决水流阻力相似问题 调整后的比 降比尺由式 确定 按此调整后的模型能同时满足起动相似和水流阻力相似 当 大于按式 计算的值 时 模型比降应变缓 反之 模型比降应加陡
值
落在图 中 区的情况 在 区内 模型的实际变率均大于按式 计算的变率值 这时根据起动相似 条件式 选出的模型沙不能同时满足模型所要求的水流阻力相似条件 使模型水流阻力偏小 导致模 型水深减小 流速偏大 进而使惯性力重力比相似条件发生偏离 模型沙的起动最终也得不到相似 模型
中泥沙变的比原型容易起动 冲刷被夸大而失真 在 区内 模型中的水流情况与 区内的情况恰恰相 反 模型的糙率偏大 引起水深偏大 流速偏小 模型沙起动偏少
起动相似
一般推移质在原型和模型中均为散粒体结构 其起动流速计算式可统一表示为
其中 和 分别为泥沙和水的密度 为水深 为泥沙粒径 为起动流速系数 为泥沙处于起动
临界条件时的垂线平均流速
为指数 其值一般为 ? ? 此处取
??? ?
? 由此可得起动流速比尺
其中 须满足
考虑水流惯性力重力比相似 即
得粒径比尺关系式为
的限制 所需要的模型沙并非都能得到 因为目前常用的价格低廉 来源较广的模型沙并不多见 按照 起动相似选择模型沙较容易 但所选择的模型沙不一定能满足水流阻力相似要求 即出现偏离图 中所
示的
关系曲线的情况 若选用的模型沙的密度较大 且模型变率也较大时 就会出现
值
落在图 中 区的情况 反之 若选用的模型沙的密度较小 而模型变率也较小时 就会出现

l p1 lm1 l p2 lm2 l pn lmn l

动态相似

即模型与原型的运动状态相似。模型与原型中任何相 应点的速度、加速度等必须相互平行且具有同一比例：
u p1 um1 u p2 um2 u pn umn u
及
a p1 am1
河工模型试验的理论基础-相似论原理
3.
单值条件的确定
对三度水流来说： 模拟的试验河段一般由进口段、试验段和出口段三部分组成。前后两段具有过 渡段性质，用来调节进出口水流，不作试验段用。进口段长度应根据每个模 型试验的具体情况确定。一般建议在水流平顺进入模型的情况下，进口段长 度不应小于25~50倍水深，应结合河床形态及水流流态加以考虑，在可能条 件下最好能包括一个河相单元(例如一个弯道或直道的一个完整的水下边滩)， 以保证试验段进口断面的流速场能符合实际情况。如果限于条件，进口段长 度不够，就只有在试验过程中，采取调整水流的人工措施。出口段长度可以 较进口段长度稍短，但尾门布置也要注意，以免影响出口段的水流相似。
河工模型试验的理论基础－相似论原理

相似论原理的几点说明（二）


三个相似的特征反映相似现象的全貌，既是 必要的也是充分的 相似在空间上是整体的：

即包括边界，也包括内部 是三度的，不仅是二度或一度的 包括起始、中间、终止 不仅是时均的，而且是瞬时的相似

相似在时间上是全过程的

河工模型试验的理论基础—相似论原理
河工模型试验的理论基础－相似论原理


相似论原理
相似现象的相似特征

范畴：物质系统是机械运动相似

不仅是静态相似，也是动态相似 不仅是形式相似，也是内容相似

第一次作业参考答案——第二章2.2 100号筛孔的孔径是多少毫米？当泥沙粒径小于多少毫米时就必须用水析法作粒径分析答：1根据N 号筛的定义：1英寸内有N 个孔就称为N 号筛。

1英寸=25.4mm.。

可知如果网线直径为D,则N 号筛的孔径计算公式如下:<25.4－D ×N>/N=25.4/N-D但本题并没有给出100号筛的网线直径,无法用公式进行计算。

经查表可得,100号筛孔的孔径为0.149mm 〔表2-2或是0.147mm 〔表2-4。

2> 对于粒径小于0.1mm 的细砂,由于各种原因难以用筛析法确定其粒径,而必须采用水析法作粒径分析。

注：第一问因为筛的网线直径可能不一样,所以以上两个答案都正确2.5什么是级配曲线？给出中值粒径,算术平均粒径,几何平均粒径的定义或定义式？ 答：1在仅以横轴采用对数刻度的坐标上,以粒径为横坐标,以小于粒径D 的重量百分比即小于该粒径D 的泥沙颗粒重量在总重量中所占比例为纵坐标,点绘数据连成的曲线,称为累计频率曲线,亦称级配曲线。

2中值粒径即累积频率曲线上纵坐标取值为50%时所对应得粒径值。

换句话说,细于该粒径和粗于该粒径的泥沙颗粒各占50%的重量。

3算术平均粒径即各组粒径组平均粒径的重量百分比的加权平均值,计算公式为∑=∆•=ni iim p DD 110014几何平均粒径是粒径取对数后进行平均运算,最终求得的平均粒径值。

计算公式为)ln 1001ex p(1∑=∆•=ni i imgp DD注：关于级配曲线的定义错的比较多,并不是以粒径的对数或是负对数为横坐标,也不是按几何级数变化的粒径尺度为分级标准……只要跟上述表达的意思一致都为正确答案。

2.6某海滩的沙粒粒度范围是 1.4 3.6φ=-,试给出以毫米为单位的颗粒粒径范围解：因为D 2log -=Φ,其中D 为颗粒粒径,所以可得到2D φ-=3789.0224.111===-Φ-D ,0825.0226.322===-Φ-D所以颗粒的粒径范围为0.083mm-0.379mm 。

Hale Waihona Puke 结语 三 、 通过本文对河工模型 理 论 和 规 律 方 面 的 探 讨 ， 证明了河工模型试 验数据的可靠性 ， 对河工的发展建设 具 有 十 分 重 要 的 指 导 意 义 ， 并且在 为工程实践提供很有价值的参考依 河工建设过程中得到广 泛 的 应 用 ， 据， 同时 ， 也为促进了我国水科学研究 实 验 领 域 的 快 速 发 展 打 下 了 良 好 的基础 。 参考文献 ： ［ ］ 李昌华 ， 金德春 ， 河工模型试验 ， 人民交 通 出版社 ． １ ［ ］ 王桂仙 ， 惠遇甲， 河工模型试验 ， 中 国水利水电出版社 ． ２ ［ ］ 河流 泥沙 工程学 上册 ， 北京水利出版社 ． ３
河工的模型的分类 一 、 河工模型试验在河工建 设 方 面 具 有 十 分 重 要 使 用 价 值 ， 如何在实 际生产中有效地应用河 工 模 型 理 论 ， 我们必须首先从河工模型的分类 入手 。 河工模型分类 。 河工 模 型 试 验 通 常 分 为 正 态 定 床 河 工 模 型 、 变 １． 动床河 工 模 型 、 推 移 质 动 床 河 工 模 型、 悬移质动床河 态定床河工模型 、 工模型 ， 各种河工模型之间具有一定的相似性， 其主要表现为满足重力 ／ ／ １ ２ 流量相似 ５ ２ 时间比尺相似 相似中的流速比尺相似λ λ λ λ λ ｕ＝ ｌ 、 Ｑ＝ ｌ 、 ｔ＝ １ ／ ／ １ ２ 满足阻力相似 ２３ 在 满 足 前 两 项 相 似 的 同 时 需 要 满 足 λ λ λ λ ｌ ， ｕ＝ ｌ ， ｎ λ ｎ ／ １ ６ 通过对相似条件的分析为我 们 进 一 步 做 好 模 型 设 计 打 下 了 良 好 ＝ λ ｌ 的理论基础 。 本文笔者主 要 对 正 态 模 型 设 计 和 变 态 模 型 设 计 、 悬移质 动床模型设计为例进行探讨 。 河工模型设计 。 根据 不 同 的 河 流 条 件 ， 对河工模型设计采用不 ２． 同的设 计 方 法 ， 针对我国河流的特点， 通常采用实现阻力相似的方法和 其中实现 阻 力 相 似 的 方 法 又 包 括 曼 宁 公 式 法 和 蔡 克 士 模型加糙方法 ， 大曲线法 ， 模型加糙方法 包 括 颗 粒 无 间 距 排 列 加 糙 和 颗 粒 有 间 距 排 列 对于颗粒有间距排列加糙在设计时须做预备试验， 以保证模型设 加糙 ， 计的准确性 。 河工模型试验在实际工程的应用 二 、 正态模型设计 。 １． １． １ 正态模型研究的内 容 。 在 水 利 枢 纽 工 程 中 要 对 正 态 模 型 进 行 设计 ， 主要考虑坝轴线处 的 河 身 宽 度 ， 多 年 的 平 均 流 量、 实测的枯水流 量、 平均水深 、 平均流速等 参 数 ， 其定床河工模型试验主要为了研究河 引航道的排淤减淤措施， 优化口门布置形式及电站上下 道的整 治 措 施 、 游的流速 、 流态等 。 常 常 会 有 急 弯、 反坡 １． ２ 正态模型的布置方 案 。 在 一 般 的 河 道 中 ， 且两 岸 可 能 有 挑 流 基 岩 等 河 道 特 征， 针 对 这 种 情 况， 我们应该采取措 施， 保证水流形态相似 ， 有利于我 们 对 模 型 进 口 及 出 口 位 置 进 行 选 择， 模型位置确定后 ， 更有利于我们运用正态模型进行研究 。 常常会受到各 种 条 件 的 １． ３ 正态模型设计 。 在实际的工程施工中 ， 给施工带来十分严 重 的 影 响 ， 因 此， 对模型设计要综合考虑各种 限制 ， 影响因 素 ， 才能准确确定模型平面比尺， 满足惯性力重力比及流量比尺 相似 、 阻力重力比相似 比 的 要 求 。 根 据 以 上 相 似 条 件 我 们 可 对 水 利 枢 上游不同位置选择不同方法的施工 。 纽的下游 、 校核模型限 制 条 件 主 １． ４ 模型限制条件校核 。 在河工模型试验中 ， 经过对河工模型验证 要依据模型最小雷诺数 及 模 型 最 小 水 深 的 大 小 ， 试验， 看 水 力 要 素 模 型 与 原 型 是 否 相 符， 如果试验数值不符合设计要 求， 就要根据试验数据进行分析， 直至达到水利要素模型与原型基本相 以便在施工河工中得到有效运用 ， 满足河工安全生产需要 。 符， 变态定床河工设计 。 ２． 往往会 ２． １ 采用变态河工模型的原因 。 在实际的河工建设过程 中 ， 受到实验场地的限制 、 水流 条 件、 模 型 沙 选 择、 实验量测精度和时间的 限制 ， 不能准确地确定河工建设中的一些技术参数， 影响工程的正常生 因此 ， 可以通过采用变 态 河 工 模 型 解 决 这 一 课 题 ， 满足工程正常安 产， 全生产 。 ２． ２ 变态河工模型相似 条 件 。 变 态 河 工 模 型 相 似 条 件 除 满 足 流 速 ／ ／ ／ １ ２ 流量 相 似 ５ ２ 时间比尺相似 １ ２ 满足阻 比尺相似λ λ λ λ λ λ ｕ＝ ｌ 、 Ｑ＝ ｌ 、 ｔ＝ ｌ ， １ ２ ／ ３ 外还要满足紊流限制性条件和表面张力限制性条 力相似λ λ ｕ＝ ｌ λ ｎ 件， 对确定河工模型试验中的一些重要参数具有十分重要的参考价值 。 ２． ３ 变态河工模型的使 用 范 围 和 条 件 。 根 据 一 些 学 者 对 变 态 河 工 在变态 河 工 模 型 试 验 过 程 中 得 到 同 时 满 足 阻 力 相 似 模型的试验经验 ， 而且对采用大变率的模型来研 和重力相似条件的糙率 是 十 分 困 难 的 ， 究流速分布和回流问题 也 是 不 适 宜 的 ， 因此要掌握好变态模型的使用