CN108956084A - 一种河工模型试验仪器布设及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种河工模型试验仪器布设及测量方法，包括：步骤1：前期建设；步骤2：仪器安置；步骤3：数据测量；步骤4：率定验证；步骤5：模拟试验。本发明，通过试验模拟河道，便于在实验室内完成各种数据采集，便于研究河道的多种参数，便于检测和预测河道的情况，给水利工程建设提供充分的资料。

Description

一种河工模型试验仪器布设及测量方法

技术领域

本发明涉及一种河工模型试验仪器布设及测量方法，属于河工模型试验技术领域。

背景技术

河工模型试验研究工作不仅为许多工程项目的规划设计和管理提供了科学依据,而且同时对学科理论的完善作出贡献。没有先进的量测仪器、量测技术和试验设备,科学技术工作就不可能有新的发现和突破。水利事业也是如此 ,不管是兴利还是除害,也不管是水利工程建设还是管理,都越来越需要水利量测技术和仪器设备的创新与发展来支撑。随着水利事业的发展,大型水利工程日益增多,在建和待建的大型水利工程由于工程本身的重要性和复杂化,需要解决的技术难题越来越多。解决生产中重大技术难题的重要手段之一是物理模型试验。而在一些重要的模型试验中,如果没有先进的量测仪器和量测技术以及这些量测技术的联合运作,就不可能得到高质量的研究成果,水利工程模型试验量测技术已成为不可或缺的技术手段。

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仪器布设及测量方法，其具体技术方案如下：

一种河工模型试验仪器布设及测量方法，包括以下操作步骤：

步骤1：前期建设：将试验场所、试验水槽及河工模型基础设施建设完成；

步骤2：仪器安置：根据模型试验目的，选择测量参数，并确定测量点位；

步骤3：数据测量：将测量仪器稳定安置于测量点位，并将电源连接至测量位置；

步骤4：率定验证：量测仪器安置完毕后，开启供水系统进行供水，采集量测仪器数据与实际河道数据对比，调节模型直至数据符合要求为止；

步骤5：模拟试验：根据试验需求，读取供水流量数据，通过阀门调节使之符合试验要求，待模型内整体水流稳定后，开启水位量测仪器同时读取上下游所设测量点位的水位，并使水位保持在稳定的范围内，此时，根据试验需要，进行河床流场图像采集及水流上表面流场采集。

所述试验的水位控制点的位置确定在模拟河段的水文站位置，以及增设在各支汊河道上的水位站。

所述供水系统包括平水塔、 8台套循环供水泵组和三路供水管，使用各支路出水管，连接进入河工模型试验大厅，模型出水管道接入室内试验厅田字形回水槽，构成循环；电动阀门及泵组的控制采用专门泵房控制室远程控制，经供水循环系统的水能够保证水流为恒定流。

所述步骤2中的测量参数包括流速、水位、流量和流态。

所述流速的测量方法为：在流速测量点的布设按照水位控制点进行测量，在同一垂线从上到下按照a、b、c、d点进行流速测量，其分别表示为：a测点距离底面1cm、b测点位于0.6倍水深处、c测点位于0.4倍水深处、d测点距离水面2cm；

试验使用配套1根流速旋浆传感器的LGY-Ⅱ型的智能流速仪，测量流速的范围是：0.01~3m/s，每一次测量的时间范围：1~99s任选；该流速仪在测量流速时分三次进行，逐次显示，取三次流速的平均值，并进行计算和存储每一次所测流速和最后的平均流速。

所述水位的测量方法为：在水位监测点稳定安置水平钢架，用以支撑水位计的重量，同时保持水位计在水平方向使得测针竖直深入水面，自动测量水位；同时在水位计附近应连接插线板并使得通电线路处于悬吊状态，高于水面，保护电路及水位计的安全；

使用WYG-Ⅱ型水位采集系统，使用计算机多点同步测量，实现实时同步采集多点水位，选配不同量程的水位传感器，能够在静态情况下检测出每一个传感器所传的信号，并且实时动态的展现出每一个信号的所测数据；在不同的试验工况下，选择不同数量的通道、每次采集需要时间和采集次数，所测数据经过平滑拟合处理之后显示出在处理前后单一通道的数据多个通道数据曲线图像。

所述流量的测量方法为：流量测量同时采用电磁流量计和超声波流量计互相检验保证测量准确。

所述流态测量方法为：采用高锰酸钾染色的砂质颗粒作为示踪物，对前池底部流态进行观察；用漂浮的塑料颗粒对面层流态进行观察，水流的回流、漩涡均能清晰地显示出来，部分示踪物在回流区的沉积，准确地描绘出底部回流的范围和回流中心。

本发明的有益效果是：

本发明，通过试验模拟河道，便于在实验室内完成各种数据采集，便于研究河道的多种参数，便于检测和预测河道的情况，给水利工程建设提供充分的资料。

附图说明

图1是本发明实施例的水位控制点布置图，

图2是本发明实施例的测点位置图，

图1中的标记：1.高邮湖；2.廿里铺；3.三棵柳；4.新庄；5.蔡家坛；6.六闸；7.刁家圩；8.太平河首；9.金湾河首；10.万福闸上；11.万福闸下；12.太平闸上；13.金湾闸上；14.金湾闸下；15.大八江；16.三江营。

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。

下面以南京市淮河入江水道（中下段）为例说明本发明：

本发明的具体过程为：

步骤1：前期建设。将试验场所、试验水槽及河工模型等基础设施建设完成；

步骤2：仪器安置。根据模型试验目的，选择测量参数，并确定测量位置；

步骤3：数据测量。将测量仪器稳定安置于测量点位，并将电源连接至测量位置；

步骤4：率定验证。量测仪器安置完毕后，开启供水系统进行供水，采集相关仪器数据与实际河道数据对比，调节模型直至数据符合要求为止；

步骤5：模拟试验。在对河工模型相关参数确定之后，正式开始模型试验。根据试验需求，读取供水流量数据，通过阀门调节使之符合试验要求。待模型内整体水流稳定后，开启水位量测仪器同时读取上下游所设站点水位，并使水位保持在一定较小范围内。此时，可根据试验需要，进行河床流场图像采集及水流上表面流场采集。

试验设备与量测仪器

试验设备是模型试验重要基础和保证。本发明以淮河入江水道中下游河工模型试验为例进行说明。量测仪器的精度和使用方法对试验精度起决定性作用，试验中使用的仪器设备和试验方法均在多次实践中得到很好的验证，能够保证试验数据的可靠性。

实验设备

供水系统：15m高平水塔，平水塔尺寸为5×10×2m，容积为67.5m³,8台套循环供水泵组，最大流量可达1m³/s，直径为400mm的供水管分三路，其中本模型试验使用第3路出水管，连接进入淮河入江水道河工模型室外试验大厅，模型出水管道接入室内试验厅田字形回水槽，构成循环。回水槽尺寸为30×7.5×2.5m，电动阀门及泵组的控制采用专门泵房控制室远程控制，经供水循环系统的水能够保证水流为恒定流。

量测仪器

（1）流速量测

试验使用配套1根流速旋浆传感器的LGY-Ⅱ型的智能流速仪，该流速仪是由南京水利科学研究院研制生产，该流速仪内部含有存储器、CPU微处理器等，功能强大，操作简单，使用方便，配套充电器一次充电可连续使用8~10个小时。测量流速的范围是：0.01~3m/s，每一次测量的时间范围：1~99s任选。该流速仪在测量流速时分三次进行，逐次显示，取三次流速的平均值，并进行计算和存储每一次所测流速和最后的平均流速。

（2）水位量测

试验使用WYG-Ⅱ型水位采集系统，仪器由南京水利科学研究院研制生产，该系统采用先进电子技术、传感器技术和计算机软硬件技术最新成果，可使用计算机多点同步测量，可实现实时同步采集多点水位，测量精度高，可选配不同量程的水位传感器。测量的系统拥有强大的自我诊断的功能，能够在静态情况下检测出每一个传感器所传的信号，并且可以实时动态的展现出每一个信号的所测数据。在不同的试验工况下，可以选择不同数量的通道、每次采集需要时间和采集次数，所测数据经过平滑拟合处理之后显示出在处理前后单一通道的数据多个通道数据曲线图像。系统配备10根水位传感器、1只水位采集控制接口箱、1只A/D接口卡，测量范围为：0~300cm，测量精度≤0.25%。

（3）流量测量

流量是试验中重要的控制参数，流量测量同时采用电磁流量计和超声波流量计互相检验保证测量准确。试验使用LDY-250s一体型电磁流量计，精度可达0.5级，由上海光华仪表有限公司生产。

水位控制点布置

至1954年以来在淮河中下游流域最大一次洪水发生在2003年，仅次于2003年的1991、1990、1996、1998、2005及2007年六次洪水。取证日期为1991年7月16日、1990年7月26日、1996年7月23日、1998年8月22日、2005年8月12日、2007年7月24日，取证三江营洪水流量为4066~9810m³/s。试验主要依据现有淮河入江水道（中下段）2003年7月12日、1991年7月17日、2007年7月24日、2005年8月12日、1996年7月23日及2015年6月26日~7月14日水位流量资料。

试验的水位控制点有：高邮湖、六闸、万福闸上、万福闸下、太平闸上、金湾闸上、金湾闸下、大八江、三江营。这些水位控制点在实际工程中均有对应的水文站，为了研究并联分汊河道的分流情况，还需要在各支汊河道上增设水位仪，增加实测数据量，便于数据的衔接和分析。参见图1，图中的水位控制点依次为：1.高邮湖；2.廿里铺；3.三棵柳；4.新庄；5.蔡家坛；6.六闸；7.刁家圩；8.太平河首；9.金湾河首；10.万福闸上；11.万福闸下；12.太平闸上；13.金湾闸上；14.金湾闸下；15.大八江；16.三江营。

测量方法：

流量测量：同时采用电磁流量计和超声波流量计直接进行读数的方法进行试验。

水位测量：在水位监测点附近稳定安置水平钢架，用以支撑水位计的重量，同时保持水位计在水平方向使得测针竖直深入水面，自动测量水位。同时在水位计附近应连接插线板并使得通电线路处于悬吊状态，高于水面，保护电路及水位计的安全。

流速测量：在流速测量点的布设一般按照水位控制点进行测量，在同一垂线上按照a、b、c、d点（见图2）进行流速测量，其分别表示为a测点距离底面1cm、b测点位于0.6倍水深处、c测点位于0.4倍水深处、d测点距离水面2cm。参见图2.

流态测量：采用高锰酸钾染色的砂质颗粒作为示踪物，对前池底部流态进行观察。用漂浮的塑料颗粒对面层流态进行观察，水流的回流、漩涡均能清晰地显示出来。部分示踪物在回流区的沉积，可更准确地描绘出底部回流的范围和回流中心。

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 (8)

1.一种河工模型试验仪器布设及测量方法，其特征在于包括以下操作步骤：

步骤1：前期建设：将试验场所、试验水槽及河工模型基础设施建设完成；

步骤2：仪器安置：根据模型试验目的，选择测量参数，并确定测量点位；

步骤3：数据测量：将测量仪器稳定安置于测量点位，并将电源连接至测量位置；

步骤4：率定验证：量测仪器安置完毕后，开启供水系统进行供水，采集量测仪器数据与实际河道数据对比，调节模型直至数据符合要求为止；

步骤5：模拟试验：根据试验需求，读取供水流量数据，通过阀门调节使之符合试验要求，待模型内整体水流稳定后，开启水位量测仪器同时读取上下游所设测量点位的水位，并使水位保持在稳定的范围内，此时，根据试验需要，进行河床流场图像采集及水流上表面流场采集。

2.根据权利要求1所述的一种河工模型试验仪器布设及测量方法，其特征在于所述试验的水位控制点的位置确定在模拟河段的水文站位置，以及增设在各支汊河道上的水位站。

3.根据权利要求1所述的一种河工模型试验仪器布设及测量方法，其特征在于所述供水系统包括平水塔、8台套循环供水泵组和三路供水管，使用各支路出水管，连接进入河工模型试验大厅，模型出水管道接入室内试验厅田字形回水槽，构成循环；电动阀门及泵组的控制采用专门泵房控制室远程控制，经供水循环系统的水能够保证水流为恒定流。

4.根据权利要求1所述的一种河工模型试验仪器布设及测量方法，其特征在于所述步骤2中的测量参数包括流速、水位、流量和流态。

5.根据权利要求1所述的一种河工模型试验仪器布设及测量方法，其特征在于所述流速的测量方法为：在流速测量点的布设按照水位控制点进行测量，在同一垂线从上到下按照a、b、c、d点进行流速测量，其分别表示为：a测点距离底面1cm、b测点位于0.6倍水深处、c测点位于0.4倍水深处、d测点距离水面2cm；

试验使用配套1根流速旋浆传感器的LGY-Ⅱ型的智能流速仪，测量流速的范围是：0.01~3m/s，每一次测量的时间范围：1~99s任选；该流速仪在测量流速时分三次进行，逐次显示，取三次流速的平均值，并进行计算和存储每一次所测流速和最后的平均流速。

6.根据权利要求1所述的一种河工模型试验仪器布设及测量方法，其特征在于所述水位的测量方法为：在水位监测点稳定安置水平钢架，用以支撑水位计的重量，同时保持水位计在水平方向使得测针竖直深入水面，自动测量水位；同时在水位计附近应连接插线板并使得通电线路处于悬吊状态，高于水面，保护电路及水位计的安全；

使用WYG-Ⅱ型水位采集系统，使用计算机多点同步测量，实现实时同步采集多点水位，选配不同量程的水位传感器，能够在静态情况下检测出每一个传感器所传的信号，并且实时动态的展现出每一个信号的所测数据；在不同的试验工况下，选择不同数量的通道、每次采集需要时间和采集次数，所测数据经过平滑拟合处理之后显示出在处理前后单一通道的数据多个通道数据曲线图像。

7.根据权利要求1所述的一种河工模型试验仪器布设及测量方法，其特征在于所述流量的测量方法为：流量测量同时采用电磁流量计和超声波流量计互相检验保证测量准确。

8.根据权利要求1所述的一种河工模型试验仪器布设及测量方法，其特征在于所述流态测量方法为：采用高锰酸钾染色的砂质颗粒作为示踪物，对前池底部流态进行观察；用漂浮的塑料颗粒对面层流态进行观察，水流的回流、漩涡均能清晰地显示出来，部分示踪物在回流区的沉积，准确地描绘出底部回流的范围和回流中心。