CN108729405B - 一种河工模型试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种河工模型试验方法，包括：步骤1：选择研究区域，进行比尺计算；步骤2：计算模型大小，选择试验场地；步骤3：现场放样；步骤4：模型制作；步骤5：模型校核；步骤6：模型加糙；步骤7：模型试验。本发明能够更加真实的模拟河道，便于在试验环境下研究河道。
Description
技术领域
本发明涉及一种河工模型试验方法，属于河工模型技术领域。
背景技术
型试验就是模仿原型实体，依据相似准则将原型缩小并制作成模型而进行研究试验。模型试验研究突破了原型试验所需巨大的人力物力及在量测上的种种困难的限制。若想研究原型的实际情况，或检查原型的水力特性，可以使用模型重演与原型相似情况进行观测和分析研究，再按照一定相似准则引申到原型。
从广义角度讲，相似有三种情况：同类相似、异类相似和变态相似。若两个物理体系物理性质不同，但是它们之间遵循某种数学规律。这种通过研究一种物理现象变化规律去了解另一种物理现象的方法，称为“模拟”。流动的相似除了静态几何相似外，还要求动态相似，除了形式相似之外还需内容相似。即原型和模型流动的相似可以用几何相似、运动相似和动力相似进行描述。
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方法，其具体技术方案如下：
一种河工模型试验方法，包括以下步骤：
步骤1：选择研究区域，进行比尺计算：选择研究区域，选定研究区域内的试验河道，对选定的试验河道进行实际测量，根据图纸或卫星地图进行长度、宽度测量，对河道断面图进行深度测量，根据实际测量得到的试验河道数据，对河道进行比尺计算；
步骤2：计算模型大小，选择试验场地：根据模拟河段的实际大小，选择场地作为试验场地，同时对场地进行固化处理，使得水泥砂石制作的模型不产生下沉；
步骤3：现场放样：根据计算好的模型大小，选择2～3个固定不变参考点作为放样点，在场地模型范围内初步布设聚乙烯塑料板，运用激光测距仪、卷尺、水准仪一系列测量工具进行量测，并在场地做好标记，最终在场地上形成模型的俯视图；
步骤4：模型制作：根据在场地放样的模型俯视图，在地面进行模型制作；
首先对河道边缘使用硬质砖块进行砌筑，将河道所有的边界固定；
再在砖块外围焊接设置立板与地面聚乙烯塑料板进行无缝焊接，形成塑料水槽；
再在砖块形成的河道内进行填筑细砂，使得细砂的高程离河道实际底高程1cm，使用细小钢尺插入细砂量测高程，量测后将将细砂压实；
最后，使用高强度水泥对表层1cm进行填筑，并使用全站仪进行对河床高程进行校核；
步骤5：模型校核：在模型硬化后，对模型进行校核，尤其是在试验区进行严格校核；使用全站仪，对模型的点位进行随机抽样若干个个点进行校核，并保证这些点的高程误差均控制在5％以内，模型制作符合要求；
步骤6：模型加糙：在通水后，试验范围内的水位换算后低于实际水位，则进行模型加糙；在加糙部分，根据实际河道的情况，在水草多地方对应模型进行塑料草加糙，将塑料草粘贴于水泥地面，增加水体流动的阻力，抬高水位使得水位经过换算后与实际水位相同；
步骤7：模型试验：模型加糙后，当实际河道对应模型的水位站的水位与实际水位相同，进行正式试验，采集数据。
所述步骤2中选择的场地若为室外临时场地，需使用水准仪进行量测，对高地进行铲土，对洼地进行填土，使得场地处于同一个平面。
所述步骤5中若发现有有点位高程误差较大，则进行局部整改，并对该点周边区域再加密随机校核点位高程，直到符合要求。
所述步骤5结束后，步骤6开始前，给模型进行漏水试验，当模型主体制作完成后，进行试验通水，若发现存在漏水区域则进行及时标记，待干燥后进行补漏，直到模型不漏水。
所述步骤6还在河道宽阔地带进行小石子加糙，将小石子用水泥贴到河床表面；在养鱼场范围内，使用鱼簖加糙，用钢丝制作成鱼簖模样，在四周围裹塑料丝网后，置于需要加糙部位；在河道较深的区域不适合使用其他加糙方式，则使用立式柔软塑料孔板加糙，用细小铁定将塑料孔板钉在两边河道壁面上进行加糙。
所述步骤5中对模型的点位进行随机抽样若干个200个点进行校核。
本发明的有益效果是：
本发明为河工模型试验提供了一种思路，增加模型试验的实践性和可操作性更加贴合实际，河道模拟的测量结果经过运算后，更加贴近真实值，具有较广阔的科研应用价值。
附图说明
图1是本发明的具体实施例的水位流量率定验证图。
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。
下面结合以淮河入江水道河工模型试验为具体实施例说明本发明：
河工模型试验方法，具体包括以下步骤：
一、选择研究区域，进行比尺计算
根据《水工(常规)模型试验规程》及河道的实测资料，本试验采用淮河入江水道(中下段)进行定床模型试验，模型制作与试验参数见表1。
表1模型制作与试验参数表
一般的河工模型变态率应在6～10以下，枢纽的上游回水模型变态率可到达20，港口或河口模型变态率可以达到30～80，洪水溃坝演进的模型变态率可以达到100及以上。
发现宽深比大于10时，为二维流态，宽深比B/H≥10e。本试验分河段B/H均大于400，变态率大小为30～40，模型试验符合要求。
根据《水工(常规)模型试验规程》对模型变率的要求为：
模型采用变态率为30符合要求。
二、计算模型大小选择合适的场地
根据模拟河段的实际大小，选择合适大小的场地作为试验场地。若为室外临时场地，需使用水准仪进行量测，对高地进行铲土，对洼地进行填土，使得场地处于同一个平面。同时需要对场地进行固化处理，使得水泥砂石制作的模型不产生下沉。
三、现场放样
根据计算好的模型大小，选择2～3个固定不变参考点作为放样点。在场地模型范围内初步布设聚乙烯塑料板，运用激光测距仪、卷尺、水准仪等一系列测量工具进行量测，并在场地做好标记(划线，标点)，最终在场地上形成模型的俯视图。四、模型制作
根据在场地放样的模型俯视图，在地面进行模型制作。首先对河道边缘使用硬质砖块进行砌筑，将河道所有的边界固定。再在砖块外围焊接设置立板与地面聚乙烯塑料板进行无缝焊接，形成塑料水槽。再在砖块形成的河道内进行填筑细砂，使得细砂的高程离河道实际底高程1cm，使用细小钢尺插入细砂量测高程，量测后将将细砂压实。最后，使用高强度水泥对表层1cm进行填筑，并使用全站仪进行对河床高程进行校核。
五、模型校核
在模型硬化后，对模型进行校核，尤其是在主要试验区进行严格校核。使用全站仪，对模型的点位进行随机抽样200个点进行校核，并保证这200个点的高程误差均控制在5％以内，认为模型制作符合要求。若发现有有点位高程误差较大，则进行局部整改，并对该点周边区域再加密随机校核点位高程。直到符合要求。
六、模型加糙
当模型主体制作完成后，进行试验通水，若发现存在漏水区域则进行及时标记，待干燥后进行补漏，直到模型不漏水。在通水后，试验范围内的水位换算后远低于实际水位，则进行模型加糙。在加糙部分，根据实际河道的情况，在水草很多地方对应模型进行塑料草加糙，将塑料草粘贴于水泥地面，增加水体流动的阻力，抬高水位使得水位经过换算后与实际水位相同。在河道宽阔地带进行小石子加糙，将小石子用水泥贴到河床表面。在养鱼场范围内，使用鱼簖加糙，用较粗的钢丝制作成鱼簖模样，在四周围裹塑料丝网后，置于需要加糙部位。在河道较深的区域不适合使用其他加糙方式，则使用立式柔软塑料孔板加糙，用细小铁定将塑料孔板钉在两边河道壁面上进行加糙。
利用1991年～2015年多年原型实测水位资料进行模型率定验证，率定得到河道糙率值在0.024～0.033之间。模型测量值与原型测量水位对比见图1，从图可见，模型与原型水位误差较小，所建立模型能够较好的模拟淮河入江水道中下段的水动力变化情况。
七、模型试验
模型加糙后，当实际河道对应模型的水位站的水位与实际水位相同，即可进行正式试验，采集相关数据。
按试验研究小流量2000m3/s计算模型雷诺数，流动类型相似，则模型流量为0.00377m3/s。计算断面选取六闸断面，原型的宽B为6500m，断面流量Q为2000m3/s的水深h是2.2m。过流断面的面积A为0.059m2，过流断面平均流速V为0.064m/s，过流断面的水力半径R为0.0416，模型模型雷诺数Re为2636。根据《水工(常规)模型试验规程》的要求，水流达到紊流，其紊动程度能够达到要求。
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 (6)
1.一种河工模型试验方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：选择研究区域，进行比尺计算：选择研究区域，选定研究区域内的试验河道，对选定的试验河道进行实际测量，根据图纸或卫星地图进行长度、宽度测量，对河道断面图进行深度测量，根据实际测量得到的试验河道数据，对河道进行比尺计算；
步骤2：计算模型大小，选择试验场地：根据模拟河段的实际大小，选择场地作为试验场地，同时对场地进行固化处理，使得水泥砂石制作的模型不产生下沉；
步骤3：现场放样：根据计算好的模型大小，选择2~3个固定不变参考点作为放样点，在场地模型范围内初步布设聚乙烯塑料板，运用激光测距仪、卷尺、水准仪一系列测量工具进行量测，并在场地做好标记，最终在场地上形成模型的俯视图；
步骤4：模型制作：根据在场地放样的模型俯视图，在地面进行模型制作；
首先对河道边缘使用硬质砖块进行砌筑，将河道所有的边界固定；
再在砖块外围焊接设置立板与地面聚乙烯塑料板进行无缝焊接，形成塑料水槽；
再在砖块形成的河道内进行填筑细砂，使得细砂的高程离河道实际底高程1cm，使用细小钢尺插入细砂量测高程，量测后将将细砂压实；
最后，使用高强度水泥对表层1cm进行填筑，并使用全站仪进行对河床高程进行校核；
步骤5：模型校核：在模型硬化后，对模型进行校核，在试验区进行严格校核；使用全站仪，对模型的点位进行随机抽样若干个点进行校核，并保证这些点的高程误差均控制在5%以内，模型制作符合要求；
步骤6：模型加糙：在通水后，试验范围内的水位换算后低于实际水位，则进行模型加糙；在加糙部分，根据实际河道的情况，在水草多地方对应模型进行塑料草加糙，将塑料草粘贴于水泥地面，增加水体流动的阻力，抬高水位使得水位经过换算后与实际水位相同；
步骤7：模型试验：模型加糙后，当实际河道对应模型的水位站的水位与实际水位相同，进行正式试验，采集数据。
2.根据权利要求1所述的一种河工模型试验方法，其特征在于所述步骤2中选择的场地若为室外临时场地，需使用水准仪进行量测，对高地进行铲土，对洼地进行填土，使得场地处于同一个平面。
3.根据权利要求1所述的一种河工模型试验方法，其特征在于所述步骤5中若发现有点位高程误差较大，则进行局部整改，并对该点周边区域再加密随机校核点位高程，直到符合要求。
4.根据权利要求1所述的一种河工模型试验方法，其特征在于所述步骤5结束后，步骤6开始前，给模型进行漏水试验，当模型主体制作完成后，进行试验通水，若发现存在漏水区域则进行及时标记，待干燥后进行补漏，直到模型不漏水。
5.根据权利要求1所述的一种河工模型试验方法，其特征在于所述步骤6还在河道宽阔地带进行小石子加糙，将小石子用水泥贴到河床表面；在养鱼场范围内，使用鱼簖加糙，用钢丝制作成鱼簖模样，在四周围裹塑料丝网后，置于需要加糙部位；在河道较深的区域不适合使用其他加糙方式，则使用立式柔软塑料孔板加糙，用细小铁定将塑料孔板钉在两边河道壁面上进行加糙。
6.根据权利要求1所述的一种河工模型试验方法，其特征在于所述步骤5中对模型的点位进行随机抽样200个点进行校核。
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