CN109024463A - 一种河工模型制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种河工模型制作方法，包括：步骤1：选取模拟区域，步骤2：选取制作材料，步骤3：选定模型制作场地，步骤4：模型制作，步骤5：加糙。本发明制作出来的河工模型能较为真实的模拟真实河流，便于科研使用。

Description

一种河工模型制作方法

技术领域

本发明涉及一种河工模型制作方法，属于河工模型试验技术领域。

背景技术

由于在天然情况下和兴建工程后河道变形的过程是异常复杂的, 许多河床变形和河道整治问题,往往很难直接用分析研究和计算的方法求解,而利用模型试验则可能直接方便的解出。河工模型试验是研究河道水流和河床变形的重要手段之一。河工模型试验是运用河流动力学知识，根据水流和泥沙运动力学相似原理，模拟与原型相似的边界条件和动力学条件，研究河流在天然河流情况下或在有水工建筑物的情况下水流结构、河床演变过程和工程方案效果的一种方法。

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制作方法，其具体技术方案如下：

一种河工模型制作方法，其特征在于包括以下操作步骤：

步骤1：选取模拟区域：根据科研需要，选择相应的真实河流作为研究对象，根据实地的河流的实际长度，规划比尺，计算需要搭建模型河道长度，以及河道的四周陆面规格；

步骤2：选取制作材料：选取以下材料：

平台搭设材料：用于搭设支架的角钢及连接件，用于制作河槽的聚乙烯板及焊条，进出水箱；

模型制作材料：压缩纸板、水泥、石子、黄砂、砖块、塑料制作的模型苇草、粘合胶和放样图纸，用于模型填筑、放样及粘合加糙；

管道材料：铸铁钢管、控制蝶阀、UPVC管、聚乙烯板，用于进出水管路布置及连接；

步骤3：选定模型制作场地：根据步骤1得到的模型占地面积，选择模型制作场地；

步骤4：模型制作：在步骤3选定的模型制作场地进行了浇筑加固，并使用水准仪测量将场地调整到一致的高程，为支架的搭设和模型的制作提供良好的基础水平面；

模型制作首先进行的是初始放样，使用钢卷尺、水准仪、激光测距仪将支架的外轮廓及固定在地面上的中心线标识出来，再按照轮廓线安装支架，在安装过程中再次使用水准仪使钢架的表面处于相同的一个水平面，误差不超过2mm，为了使钢支架与水泥硬质地面连为一体，在调平后再在水平钢架上表面贴放柔性塑料泡沫板，以此防止支架直接对聚乙烯底板造成损坏；

在支架平整好之后铺设聚乙烯板，并使用焊条进行热气流焊接；

在焊接完成后，将地面放样的中心线从地面放样到底板上，并按照底板放样中心线进行河道断面位置放样，并标识出河道断面号、河道边界线、桩号点、断面线，使用多点重复校核、多种校核方法并行，确保放样精度；

制作过流水槽，在过流水槽的制作完成后，在过流水槽入口和出口处安放模拟模拟河道的对应的进水箱和出水箱，在进水箱前连有两根UPVC塑料管，并由前方的电磁流量计、进水蝶阀及铸钢铁管控制着进水箱的进水，进水箱由两根进水管道对冲连接，箱内安装了稳水孔板，保证水的平稳流出；出水箱内设有三向叠梁式溢流水位控制箱，其后安有稳压压力水箱，并由管道连接至水工试验大厅的供水循环系统；

制作进、出水循环系统，制作河道断面，

在完成进、出水循环系统的制作后，再进行河道地形的填筑；将制作好的河道断面按照放样标识的桩号点、断面线垂直摆放于过流水槽内，并在摆放的同时使用砖块、水泥将其位置水平固定于过流水槽内，并使其断面竖向垂直固定过流水槽内；安放好河道断面之后使用沙铺基层，再使用标号相对较低的砂浆放样面层；在精确铺设河道面层之前，按照模型平面比例打印好复杂并对水流有影响的地形平面图，并将其铺在模型的粗表面，对其中的鱼簖、沟渠、小岛、水塘对应于高程点逐一进行精确刻制，并运用等高程的方法对断面之间进行精确制作，并使用高标号砂浆精制模型面层；

步骤5：加糙：在模型制作完成后，对光滑的水泥河道过流表面进行加糙，在与湖泊连接段摆布小石子，在真实河道芦苇集中处使用装饰用绿色草树作为模型芦苇，完成粗加糙；再根据实际水面线及流量资料，并在实际水文站位置处安设水位仪，进行精确加糙，使水位线达到实际情况。

本发明的有益效果是：

本发明，能够较为真实的模拟实际河流情况，模拟效果更真实，在实际河流中，参数的测量以及长期取样很麻烦，耗资大，人力消耗大，且河道大、宽、深，不利于重复多次取样，给科研造成很大的困扰。本发明，通过对河道的情况实地测量后，搭建较为合理的模拟河道，能够在试验情况下，重复多次取样，便于科研能够顺利进行，对于人们对河流，尤其是非开发段的河流的研究具有重要的意义。

附图说明

图1是本发明实施例的俯视结构示意图。

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。

下面以淮河入江水道（中下段）河工模型为具体实施例说明本发明：

（1）场地布设

根据现有资料及试验要求，模型的制作范围从淮河入江水道中下段高邮湖到归江河道入江控制线，总长约100km，进水箱模拟高邮湖，出水箱模拟长江，其宽度是淮河入江水道（中下段）双侧迎水面堤顶间的宽度。

模型场地的布置综合考虑了面积、比尺等因素，在此基础上还考虑了进、出水的稳水系统，及总的进、出水的控制和量测。在进水系统采用两支管分侧对冲消能、稳水孔板稳流；在出水系统采用除蝶阀控制流量之外，还在出水箱上布置一定高度的三向叠板调节箱，在出水管路中间采用压力稳定箱稳流，保证了进、出水的稳定平缓。在流量测量方面，在进水管线上采用满足安装要求的加长水管的接入，采用电磁流量计和超声波流量计相互验证测量。

从高邮湖至万福闸、太平闸和金湾闸段采用高程为-5m的角钢搭设成架（图中方格部分），为保证支架网的承载力，网格大小大小设计为0.5×0.5m，且在每一个节点处均设有支撑角钢，使得水平点的控制、立向布置和模型观测更加方便。在网格水平面侧铺设了相同宽度的聚乙烯板槽，消除后期模型制作完成后出现不均匀沉降及温度变化带来的伸缩等带来的渗漏问题。从廖家沟和芒稻河到三江营段的水深比前段河道水深相比较深，在最优综合考虑前提下，直接以地面为支撑，未搭设支架网（图中非方格部分）。

（2）制作材料

平台搭设材料：角钢及连接件用于搭设支架，聚乙烯板及焊条用于制作河槽和进出水箱、消除不均匀沉降影响等。

模型制作材料：压缩纸板、水泥、石子、黄砂、砖块、塑料制作的模型苇草、粘合胶和放样图纸等用于模型的填筑、放样及粘合加糙等。

管道材料：铸铁钢管、控制蝶阀、UPVC管、聚乙烯板等，用于进出水管路布置及连接等。

（3）模型制作

在制作模型之前，对场地进行了浇筑加固，并使用水准仪测量将场地调整到一致的高程，为支架的搭设和模型的制作提供良好的基础水平面。模型制作首先进行的是初始放样，使用钢卷尺、水准仪、激光测距仪将支架的外轮廓及固定在地面上的中心线标识出来，再按照轮廓线安装支架，在安装过程中再次使用水准仪使钢架的表面处于相同的一个水平面（误差不超过2mm），为了使钢支架与水泥硬质地面连为一体，在调平后再在水平钢架上表面贴放柔性塑料泡沫板，以此防止支架直接对聚乙烯底板造成损坏。在支架平整好之后铺设聚乙烯板，并使用焊条进行热气流焊接。在焊接完成后，将地面放样的中心线从地面放样到底板上，并按照底板放样中心线进行河道断面位置放样，并标识出河道断面号、河道边界线、桩号点、断面线等，使用多点重复校核、多种校核方法并行，确保放样精度。

对于万福闸、太平闸和金湾闸以后的河道，按照地面轮廓线在水平水泥地面上铺设聚乙烯板，并使其固定于地面。在支架底板与地面底板衔接处运用铅垂法、使用水准仪、钢卷尺及对照CAD图纸严格精确放样，并使用全站仪校核，确保不同高程的底板精确连接，然后再同样的方法在地面底板上放出河道断面及其边界等。在完成河道断面放样之后，再在离河道轮廓线约5cm以外焊接竖向聚乙烯板，在焊接过程中完成相应的焊板受力加固。河道断面使用雕刻机按照水平比尺1:1500，竖直比尺1:50原始CAD图进行雕刻，材料为高压缩、防侵泡纸质板材，断面精度高、逼近原始河道实际情况。

在过流水槽的制作完成后，在过流水槽入口和出口处安放模拟高邮湖和长江的进、出水箱。在进水箱前连有两根UPVC塑料管，并由前方的电磁流量计、进水蝶阀及铸钢铁管控制着进水箱的进水。进水箱尺寸为7.0×1.0×1.5m，水箱由两根进水管道对冲连接，箱内安装了稳水孔板，保证水的平稳流出。出水箱尺寸为2.0×2.0×1.5m，在出水箱内设有三向叠梁式溢流水位控制箱，其后安有稳压压力水箱，并由管道连接至水工试验大厅的供水循环系统。

在完成进、出水循环系统的制作后，再进行河道地形的填筑。将制作好的河道断面按照放样标识的桩号点、断面线等垂直摆放于槽内，并在摆放的同时使用砖块、水泥将其位置水平固定于槽内，并使其断面竖向垂直固定槽内。按照《水工模型试验规程》，断面板间距不超过80cm，本试验基本按照断面间距40cm摆放，符合规范要求，在三座水闸及前后局部加密断面，总计过流断面有186个。安放好断面之后使用沙铺基层，再使用标号相对较低的砂浆粗略放样面层。在精确铺设河道面层之前，按照模型平面比例打印好复杂并对水流有影响的地形平面图，并将其铺在模型的粗表面，对其中的鱼簖、沟渠、小岛、水塘等对应于高程点逐一进行精确刻制，并运用等高程的方法对断面之间进行精确制作，并使用高标号砂浆精制模型面层。上述方法最大程度上减小了模型的制作误差，保证原型与模型的最大相似度。

在模型制作完成后，对光滑的水泥河道过流表面进行加糙，在高邮湖与邵伯湖段采用梅花形摆布小石子，在真实河道芦苇集中处使用装饰用绿色草树作为模型芦苇，完成粗加糙。再根据实际水面线及流量资料，并在实际水文站位置处安设水位仪，进行精确加糙，使水位线达到实际情况。

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 (5)

1.种河工模型制作方法，其特征在于包括以下操作步骤：

步骤1：选取模拟区域：根据科研需要，选择相应的真实河流作为研究对象，根据实地的河流的实际长度，规划比尺，计算需要搭建模型河道长度，以及河道的四周陆面规格；

步骤2：选取制作材料：选取以下材料：

平台搭设材料：用于搭设支架的角钢及连接件，用于制作河槽的聚乙烯板及焊条，进出水箱；

模型制作材料：压缩纸板、水泥、石子、黄砂、砖块、塑料制作的模型苇草、粘合胶和放样图纸，用于模型填筑、放样及粘合加糙；

管道材料：铸铁钢管、控制蝶阀、UPVC管、聚乙烯板，用于进出水管路布置及连接；

步骤3：选定模型制作场地：根据步骤1得到的模型占地面积，选择模型制作场地；

步骤4：模型制作：在步骤3选定的模型制作场地进行了浇筑加固，并使用水准仪测量将场地调整到一致的高程，为支架的搭设和模型的制作提供良好的基础水平面；

模型制作首先进行的是初始放样，使用钢卷尺、水准仪、激光测距仪将支架的外轮廓及固定在地面上的中心线标识出来，再按照轮廓线安装支架，在安装过程中再次使用水准仪使钢架的表面处于相同的一个水平面，误差不超过2mm，为了使钢支架与水泥硬质地面连为一体，在调平后再在水平钢架上表面贴放柔性塑料泡沫板，以此防止支架直接对聚乙烯底板造成损坏；

在支架平整好之后铺设聚乙烯板，并使用焊条进行热气流焊接；

在焊接完成后，将地面放样的中心线从地面放样到底板上，并按照底板放样中心线进行河道断面位置放样，并标识出河道断面号、河道边界线、桩号点、断面线，使用多点重复校核、多种校核方法并行，确保放样精度；

制作过流水槽，

在过流水槽的制作完成后，在过流水槽入口和出口处安放模拟河道的对应的进水箱和出水箱，在进水箱前连有两根UPVC塑料管，并由前方的电磁流量计、进水蝶阀及铸钢铁管控制着进水箱的进水，进水箱由两根进水管道对冲连接，箱内安装了稳水孔板，保证水的平稳流出；出水箱内设有三向叠梁式溢流水位控制箱，其后安有稳压压力水箱，并由管道连接至水工试验大厅的供水循环系统；

制作进、出水循环系统，

制作河道断面，

在完成进、出水循环系统的制作后，再进行河道地形的填筑；将制作好的河道断面按照放样标识的桩号点、断面线垂直摆放于过流水槽内，并在摆放的同时使用砖块、水泥将其位置水平固定于过流水槽内，并使其断面竖向垂直固定过流水槽内；安放好河道断面之后使用沙铺基层，再使用标号相对较低的砂浆放样面层；在精确铺设河道面层之前，按照模型平面比例打印好复杂并对水流有影响的地形平面图，并将其铺在模型的粗表面，对其中的鱼簖、沟渠、小岛、水塘对应于高程点逐一进行精确刻制，并运用等高程的方法对断面之间进行精确制作，并使用高标号砂浆精制模型面层；

步骤5：加糙：在模型制作完成后，对光滑的水泥河道过流表面进行加糙，在与湖泊连接段摆布小石子，在真实河道芦苇集中处使用装饰用绿色草树作为模型芦苇，完成粗加糙；再根据实际水面线及流量资料，并在实际水文站位置处安设水位仪，进行精确加糙，使水位线达到实际情况。

2.根据权利要求1所述的一种河工模型制作方法，其特征在于所述过流水槽的制作过程为：使用聚乙烯塑料板按照河道放样的形状进行焊接，焊接成过流水槽。

3.根据权利要求1所述的一种河工模型制作方法，其特征在于所述河道断面的制作过程为：河道断面制作首先是通过电子绘图导入数控机床切割成河床断面形状。

4.根据权利要求1所述的一种河工模型制作方法，其特征在于所述水工试验大厅的供水循环系统为：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，其中设计使用第3路出水管，连接进入外试验大厅，模型出水管道接入室内试验厅田字形回水槽，构成循环。

5.根据权利要求1所述的一种河工模型制作方法，其特征在于所述回水槽尺寸为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。