CN108277774B - 河工模型试验自净式倾斜进水方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了河工模型试验自净式倾斜进水方法，包括：步骤1：准备材料；步骤2：地面固化浇筑；步骤3：安放进水箱；步骤4：接通水路；步骤5：水库取水；步骤6：进水箱取水；步骤7：自清洁；步骤8：更换进水管。本发明，操作简单，实用性和可操作性强。

Description

河工模型试验自净式倾斜进水方法

技术领域

本发明涉及河工模型试验自净式倾斜进水方法，属于河工模型试验技术领域。

背景技术

水箱供水是河工模型试验的关键技术之一，任何一项河工模型试验都需要供水才能进行相关试验,因此模型试验进水箱直接关系着河工模型模拟的能否正常进行。

河工模型试验时，若直接将管道接入模型河床，将会严重干扰河道实际的水位流速等水动力参数，同样也会对河道形成冲刷，直接导致模型试验不能正常进行。在正常模型试验中，上游会保持缓慢溢出或接近无流速的均匀流，同时需要消除因管道进水而产生的波浪、大范围的紊动，使得水位流速等水动力参数接近原型河道的实际状况。在现实模型试验中供水也有采取进水箱，而部分进水箱因管道入流具有较大流速的影响，在进入模型河道时，仍然具有较大动能，尤其对上游湖泊模拟的水位产生较大影响。在现实模型试验中，大部分为大流量试验，大流量通常通过管径较小的管道产生较大流速，难以避免模型试验入流具有较大动能，而消能成为一个较大的问题。

针对目前大部分河工模型试验，采用循环水进行试验，水质恶化较为严重。每一次试验可能会隔较长时间才进行下一次试验，地上水箱仍然存留上次试验留存的水，由于处于潮湿的试验环境，以及长时间的沉淀，水体中会产生肉眼可见的浮游生物以及藻类植物。微小生物及恶化水质将会对地下水库水质造成大面积污染，同时也会给试验人员带来传染疾病的风险。长期以往，水箱内存留上次试验用水聚集大量细菌生物，产生絮凝，在箱底和四周形成难以清除的生物斑。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种河工模型试验自净式倾斜进水方法，其具体技术方案如下：

河工模型试验自净式倾斜进水方法，包括以下操作步骤：

步骤1：准备材料：选取一块出水侧面板和一块背水侧面板，出水侧面板和背水侧面板的规格一致，在出水侧面板上开设有若干个出水孔，背水侧面板靠近底部一侧边缘开设有排污口，选取两块侧向板，两块侧向板的规格一致，且在两块侧向板相同的位置开设规格一致的进水孔，选取底板，将出水侧面板、背水侧面板、两块侧向板分别固定在底板的四周，形成一个敞口的矩形体形状的进水箱，出水孔靠近进水箱的顶部和中部，所述排污口靠近底板；

步骤2：地面固化浇筑：对进水箱安置地面进行固化浇筑，在安置地面挖一个比底板规格大的矩形坑，将其底部整平，在整平好的泥土面进行铺放砂石料并进行振捣使其密实，在砂石铺放结束后进行浇水，使其湿润，形成砂石垫层，在砂石垫层上安置钢模板，构成浇筑仓，浇筑仓安置结束后，在其中浇筑混凝土，并进行振捣、压实，形成混凝土层；

步骤3：安放进水箱：在步骤2得到的混凝土层上方布置好模拟河道，将步骤1得到的进水箱安放在模拟河道中，使得出水侧面板朝向模拟河道，侧向板与模拟河道两侧贴合；

步骤4：接通水路：在步骤3得到的进水箱的侧向板的进水孔中接通进水管，进水管埋设在模拟河道的两岸，进水箱的两根进水管与侧向板倾斜设置，进水管中的水倾斜向下冲出流到进水箱中，排污口连接排污管，且在排污管上设置有排污管阀门；

步骤5：水库取水：用引水管道连接地下水库和试验大厅房顶的大型稳定水位的水池，使用时，先使用小型水泵将引水管道充满水后，启动大流量离心泵将地下水库内的水通过大流量泵站将其提到试验大厅房顶的大型稳定水位的水池，若水位超过水池高，水将会溢流重新回到水库；

步骤6：进水箱取水：水库通过泄水管道连接三通管，三通管的另外两个接口连接进水箱的进水管，进水箱取水时，先打开泄水管道的排气孔，再打开泄水管道的水闸，将泄水管道中的空气排出，使得水池的水能够顺利流下，进入进水箱，当泄水管道排气孔有水流出时及时关闭排气孔，此时泄水管道已充满水，当进水箱中的水位超过出水孔时，水进入模拟河道，形成模拟水流；

步骤7：自清洁：待模拟试验结束后，将塑料软管通过旋转式管道密封连接器接上进水管，利用塑料软管管径小、流速快、水力强度大的特点自由变换方向将箱内的污垢及淤积泥沙等冲刷离开箱体壁面，打开排污管阀门将污渍排出箱体排入下水道，使模拟河道及进水箱内会受到泥沙的污染，在试验结束后或下次试验前需将模型相关结构冲刷干净，从而不影响下一次试验；

步骤8：更换进水管：在完成自净后，将软管及旋转式管道密封连接器卸除，使得进水管道对着箱底板面，可进行泥沙试验，水流将泥沙冲刷悬浮，若进行非泥沙试验，在洗净箱体污垢后，将软管更换为喇叭管，使得水流呈现缓慢，减少箱内的紊动现象，通过纵向拉力板调节水流方向，使得其缓慢进入模型，从而进行试验。

所述进水箱内还设置有若干个纵向拉力板，所述纵向拉力板连接出水侧面板和背水侧面板，纵向拉力板的宽度方向竖直固定在进水箱内。

所述进水箱内还设置有若干个垂向三角支撑板，垂向三角支撑板固定在进水箱内侧四周边缘，连接固定底板和对应的出水侧面板、背水侧面板、两块侧向板。

所述进水孔靠近中部水平分布的为下出水孔，靠近上部水平分布的为上出水孔。

所述塑料软管与进水管连接端固定有硬质直管和变径管，所述硬质直管的孔径与塑料软管的孔径一致，硬质直管与塑料软管连接，变径管的小口端与硬质直管连接，变径管的大口端与进水管连接，且变径管的大口端与进水管的孔径一致。

本发明的有益效果是：

本发明，倾斜朝向进水箱进水，水朝向进水箱底部冲去，能够防止进水箱底部沉积太多的污垢，同时，通过在进水孔中更换塑料软管，在更换试验的间隙时间里，将进水箱冲洗赶紧，或者根据需要更加平稳的水流更换喇叭管，使用更加灵活，更加便捷、简单地就能够清洗进水箱和模拟河道。

本发明，操作简单，实用性和可操作性强。

附图说明

图1是本发明进水箱的纵向截面结构示意图，

图2是本发明的整体结构示意图，

图3是本发明塑料软管连接分解图，

图4是本发明的喇叭管连接分解图，

附图标记列表：1-侧向板；2-出水侧面板；3-背水侧面板；4-底板； 5-纵向拉力板；6-垂向三角支撑板；7-进水孔；8-上出水孔；9-下出水孔；10-斜向进水管道；11-排污管；12-排污管阀门；13-旋转式管道密封连接器；14-变径管；15-硬质直管；16-塑料软管；17-喇叭管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

图1是本发明进水箱的纵向截面结构示意图，图2是本发明的整体结构示意图，图3是本发明塑料软管连接分解图，图4是本发明的喇叭管连接分解图，附图标记列表：1-侧向板；2-出水侧面板；3-背水侧面板；4-底板； 5-纵向拉力板；6-垂向三角支撑板；7-进水孔；8-上出水孔；9-下出水孔；10-斜向进水管道；11-排污管；12-排污管阀门；13-旋转式管道密封连接器；14-变径管；15-硬质直管；16-塑料软管；17-喇叭管。

结合附图可见，本河工模型试验自净式倾斜进水方法，包括以下操作步骤：

步骤1：准备材料：选取一块出水侧面板和一块背水侧面板，出水侧面板和背水侧面板的规格一致，在出水侧面板上开设有若干个出水孔，背水侧面板靠近底部一侧边缘开设有排污口，选取两块侧向板，两块侧向板的规格一致，且在两块侧向板相同的位置开设规格一致的进水孔，选取底板，将出水侧面板、背水侧面板、两块侧向板分别固定在底板的四周，形成一个敞口的矩形体形状的进水箱，出水孔靠近进水箱的顶部和中部，所述进水孔靠近中部水平分布的为下出水孔，靠近上部水平分布的为上出水孔，所述排污口靠近底板，所述进水箱内还设置有若干个纵向拉力板，所述纵向拉力板连接出水侧面板和背水侧面板，纵向拉力板的宽度方向竖直固定在进水箱内，所述进水箱内还设置有若干个垂向三角支撑板，垂向三角支撑板固定在进水箱内侧四周边缘，连接固定底板和对应的出水侧面板、背水侧面板、两块侧向板；

步骤2：地面固化浇筑：对进水箱安置地面进行固化浇筑，在安置地面挖一个比底板规格大的矩形坑，将其底部整平，在整平好的泥土面进行铺放砂石料并进行振捣使其密实，在砂石铺放结束后进行浇水，使其湿润，形成砂石垫层，在砂石垫层上安置钢模板，构成浇筑仓，浇筑仓安置结束后，在其中浇筑混凝土，并进行振捣、压实，形成混凝土层；

步骤3：安放进水箱：在步骤2得到的混凝土层上方布置好模拟河道，将步骤1得到的进水箱安放在模拟河道中，使得出水侧面板朝向模拟河道，侧向板与模拟河道两侧贴合；

步骤4：接通水路：在步骤3得到的进水箱的侧向板的进水孔中接通进水管，进水管埋设在模拟河道的两岸，进水箱的两根进水管与侧向板倾斜设置，进水管中的水倾斜向下冲出流到进水箱中，排污口连接排污管，且在排污管上设置有排污管阀门；

步骤5：水库取水：用引水管道连接地下水库和试验大厅房顶的大型稳定水位的水池，使用时，先使用小型水泵将引水管道充满水后，启动大流量离心泵将地下水库内的水通过大流量泵站将其提到试验大厅房顶的大型稳定水位的水池，若水位超过水池高，水将会溢流重新回到水库；

步骤6：进水箱取水：水库通过泄水管道连接三通管，三通管的另外两个接口连接进水箱的进水管，进水箱取水时，先打开泄水管道的排气孔，再打开泄水管道的水闸，将泄水管道中的空气排出，使得水池的水能够顺利流下，进入进水箱，当泄水管道排气孔有水流出时及时关闭排气孔，此时泄水管道已充满水，当进水箱中的水位超过出水孔时，水进入模拟河道，形成模拟水流；

步骤7：自清洁：待模拟试验结束后，将塑料软管通过旋转式管道密封连接器接上进水管，所述塑料软管与进水管连接端固定有硬质直管和变径管，所述硬质直管的孔径与塑料软管的孔径一致，硬质直管与塑料软管连接，变径管的小口端与硬质直管连接，变径管的大口端与进水管连接，且变径管的大口端与进水管的孔径一致，利用塑料软管管径小、流速快、水力强度大的特点自由变换方向将箱内的污垢及淤积泥沙等冲刷离开箱体壁面，打开排污管阀门将污渍排出箱体排入下水道，使模拟河道及进水箱内会受到泥沙的污染，在试验结束后或下次试验前需将模型相关结构冲刷干净，从而不影响下一次试验；

步骤8：更换进水管：在完成自净后，将软管及旋转式管道密封连接器卸除，使得进水管道对着箱底板面，可进行泥沙试验，水流将泥沙冲刷悬浮，若进行非泥沙试验，在洗净箱体污垢后，将软管更换为喇叭管，使得水流呈现缓慢，减少箱内的紊动现象，通过纵向拉力板调节水流方向，使得其缓慢进入模型，从而进行试验。

举一个具体实施例：

第一步：按照本发明设计方案，准备2块长4m宽1.5m的塑料压缩板作为图中2和3的出水侧面板和背水侧面板，准备2块长1.5m宽1m的塑料压缩板作为图中侧向板1，准备2块长4m宽1m的塑料压缩板作为图中底板4，准备5块长1m宽50cm的塑料压缩板作为图中纵向拉力板5，准备22（2个长直角边分别9块，2个短直角边分别2块）块直角边长为30cm的等边三角板作为图中垂向三角支撑板6，2个管径为30cm的塑料压缩管作为图中斜向进水管道10。准备1根直径为5cm长20cm的压缩塑料管作为图中排污管11，1个直径为5cm的控制阀门作为图中排污管阀门12，准备2副旋转式管道密封连接器作为图中旋转式管道密封连接器13，1个30cm-5cm变径管，长20m直径5cm塑料软管作为图中塑料软管16，1个30cm-50cm喇叭管17。

第二步：对进水箱安置地面进行固化浇筑，将地面挖深0.7m宽3m长6m，在靠近底部10cm进行细整平，在整平好的泥土面进行铺放10cm厚砂石料并进行振捣使其密实，在砂石铺放结束后进行浇水，使其湿润作为图中17。在砂石垫层上安置钢模板，构成0.5×6×3m的浇筑仓，浇筑仓安置结束后浇筑0.5m厚的C40混凝土，进行振捣、压实。

第三步：对各个板面进行加工，图中侧向板1在所开孔径为30cm，下边缘离底板30cm，孔口位于该高层的中间位置。图中出水侧面板2所开小孔孔径为2.5cm，在横向及纵向的孔心距离为7cm，其中在横向拉力板、垂向三角支撑板及其他形式的焊接面板周边2cm内不设孔。图中纵向拉力板5通过电容焊接连接出水侧面板2和背水侧面板3，5块纵向拉力板垂直均匀分布，其位中心线离上板面25cm。图中垂向三角支撑板6在进水箱内2个长边角方向沿垂直角分别均匀竖直布置9个，在在箱内2个短边角方向沿垂直角分别均匀竖直布置2个，与板面连接部位均使用电容焊接。图中斜向进水管道10使用30cm直径的塑料压缩管，将其焊接在侧向板1上，其管道中心线在垂直面上与地面呈20°~45°，其末伸入箱内，并将旋转式管道密封连接器的一端焊接在管道上。将图中变径管14与硬质直管15焊接后与塑料软管进行物理连接，作为自由冲淤软管，将图中旋转式管道密封连接器13与喇叭管焊接作为减速消能进水管。将直径为5cm长20cm的压缩塑料管与控制阀门物理连接，并将其焊接进水箱体边角处，其内径下边缘与箱底内面在同一水平面，作为排出箱体污水的管道。

第四步：开泵引水，先使用小型水泵将引水管道充满水后，启动大流量离心泵将地下水库内的水通过大流量泵站将其提到试验大厅房顶的大型稳定水位的水池，若水位超过水池高，水将会溢流重新回到水库。

第五步：打开泄水管道阀门前排气孔，排出泄水干管的空气，使得水池的水能够顺利流下，当泄水管道排气孔有水流出时及时关闭排气孔，此时泄水干管已充满水，可打开干管阀门向进水箱进水。

第六步：从恒定水位的的大型水池进行接管取水，下游通过闸阀进行控制水的开关，通过流量计控制试验所需流量。

第七步：对从出水池引下的水流，通过三通管件进行分流，将来水分成两路分别通过侧面接入进水管道。

第八步：此时将塑料软管通过旋转式管道密封连接器接上进水管，利用塑料软管管径小、流速快、水力强度大的特点自由变换方向将箱内的污垢及淤积泥沙等冲刷离开箱体壁面，打开排污管阀门将污渍排出箱体排入下水道。同时，利用软管的长度较长特点和易于变向特点可同时运用水力强度对模型进行冲刷，使得模型保持洁净。由于经常性泥沙试验，使得模型及箱体会受到泥沙的污染，在试验结束后或下次试验前需将模型相关结构冲刷干净，从而不影响下一次试验。

第九步：在完成自净后，将软管及旋转式管道密封连接器卸除，使得进水管道对着箱底板面，可进行泥沙试验，水流将泥沙冲刷悬浮，同时由于水量增加水流沿着纵向拉力板方向流出，此时纵向拉力板起着调节流向的作用，使得夹杂泥沙的水流缓慢流出箱体，进入模拟河道。若进行非泥沙试验，在洗净箱体污垢后，将软管更换为喇叭管，使得水流呈现缓慢，减少进水箱内的紊动现象，通过纵向拉力板调节水流方向，使得其缓慢进入模型，从而进行试验。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.河工模型试验自净式倾斜进水方法，其特征在于包括以下操作步骤：

步骤1：准备材料：选取一块出水侧面板和一块背水侧面板，出水侧面板和背水侧面板的规格一致，在出水侧面板上开设有若干个出水孔，背水侧面板靠近底部一侧边缘开设有排污口，选取两块侧向板，两块侧向板的规格一致，且在两块侧向板相同的位置开设规格一致的进水孔，选取底板，将出水侧面板、背水侧面板、两块侧向板分别固定在底板的四周，形成一个敞口的矩形体形状的进水箱，出水孔靠近进水箱的顶部和中部，所述排污口靠近底板；

步骤2：地面固化浇筑：对进水箱安置地面进行固化浇筑，在安置地面挖一个比底板规格大的矩形坑，将其底部整平，在整平好的泥土面进行铺放砂石料并进行振捣使其密实，在砂石铺放结束后进行浇水，使其湿润，形成砂石垫层，在砂石垫层上安置钢模板，构成浇筑仓，浇筑仓安置结束后，在其中浇筑混凝土，并进行振捣、压实，形成混凝土层；

步骤3：安放进水箱：在步骤2得到的混凝土层上方布置好模拟河道，将步骤1得到的进水箱安放在模拟河道中，使得出水侧面板朝向模拟河道，侧向板与模拟河道两侧贴合；所述进水箱内还设置有若干个纵向拉力板，所述纵向拉力板连接出水侧面板和背水侧面板，纵向拉力板的宽度方向竖直固定在进水箱内；

步骤4：接通水路：在步骤3得到的进水箱的侧向板的进水孔中接通进水管，进水管埋设在模拟河道的两岸，进水箱的两根进水管与侧向板倾斜设置，进水管中的水倾斜向下冲出流到进水箱中，排污口连接排污管，且在排污管上设置有排污管阀门；

步骤5：水库取水：用引水管道连接地下水库和试验大厅房顶的大型稳定水位的水池，使用时，先使用小型水泵将引水管道充满水后，启动大流量离心泵将地下水库内的水通过大流量泵站将其提到试验大厅房顶的大型稳定水位的水池，若水位超过水池高，水将会溢流重新回到水库；

步骤6：进水箱取水：水库通过泄水管道连接三通管，三通管的另外两个接口连接进水箱的进水管，进水箱取水时，先打开泄水管道的排气孔，再打开泄水管道的水闸，将泄水管道中的空气排出，使得水池的水能够顺利流下，进入进水箱，当泄水管道排气孔有水流出时及时关闭排气孔，此时泄水管道已充满水，当进水箱中的水位超过出水孔时，水进入模拟河道，形成模拟水流；

步骤7：自清洁：待模拟试验结束后，将塑料软管通过旋转式管道密封连接器接上进水管，利用塑料软管管径小、流速快、水力强度大的特点自由变换方向将箱内的污垢及淤积泥沙等冲刷离开箱体壁面，打开排污管阀门将污渍排出箱体排入下水道，使模拟河道及进水箱内会受到泥沙的污染，在试验结束后或下次试验前需将模型相关结构冲刷干净，从而不影响下一次试验；

步骤8：更换进水管：在完成自净后，将软管及旋转式管道密封连接器卸除，使得进水管道对着箱底板面，可进行泥沙试验，水流将泥沙冲刷悬浮，若进行非泥沙试验，在洗净箱体污垢后，将软管更换为喇叭管，使得水流呈现缓慢，减少箱内的紊动现象，通过纵向拉力板调节水流方向，使得其缓慢进入模型，从而进行试验。

2.根据权利要求1所述的河工模型试验自净式倾斜进水方法，其特征在于所述进水箱内还设置有若干个垂向三角支撑板，垂向三角支撑板固定在进水箱内侧四周边缘，连接固定底板和对应的出水侧面板、背水侧面板、两块侧向板。

3.根据权利要求1所述的河工模型试验自净式倾斜进水方法，其特征在于所述进水孔靠近中部水平分布的为下出水孔，靠近上部水平分布的为上出水孔。

4.根据权利要求1所述的河工模型试验自净式倾斜进水方法，其特征在于所述塑料软管与进水管连接端固定有硬质直管和变径管，所述硬质直管的孔径与塑料软管的孔径一致，硬质直管与塑料软管连接，变径管的小口端与硬质直管连接，变径管的大口端与进水管连接，且变径管的大口端与进水管的孔径一致。