CN204626324U - 一种阻水建筑物水工模型试验的量测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种阻水建筑物水工模型试验的量测装置，所述量测装置包括试验水槽、第一连通管、第一盛水装置、第二连通管、第三连通管、第二盛水装置、第四连通管、第一调节阀、第二调节阀、抽水泵和测量水表，试验水槽内阻水建筑物模型的上游、下游通过第一连通管、第四连通管分别连接第一盛水装置和第二盛水装置，第一盛水装置和第二盛水装置之间连接有第二连通管和第三连通管，第二连通管上设有抽水泵，第三连通管上设有第一调节阀，第四连通管上设有第二调节阀和测量水表。本实用新型方法操作简便，可以解决水工模型试验中由于微量变化现有仪器无法准确测量的问题，将类似水工模型试验中对测量仪器精度的要求，转化为试验时间。

Description

一种阻水建筑物水工模型试验的量测装置

技术领域

本实用新型涉及一种阻水建筑物水工模型试验的量测装置。

背景技术

由于阻水建筑物的阻碍作用，水流经过阻水建筑物时需要克服其施加的阻力，从而影响河道原有的过流能力。目前，阻水建筑物阻水状况的研究主要有壅水理论和经验公式研究、数值模拟和水工模型试验三大手段，壅水理论和经验公式研究、数值模拟的研究前提主要是通过大量室内水工模型试验或现场测验获取基本资料。天然河流水流运动本身就错综复杂，且多为非恒定流，当河道内设置建筑物时，水流与河床的原来运动状态遭到干扰，水流流态更是复杂多变，通常较难获得相同水流条件下有无阻水建筑物对比的现场测验资料，一般通过水工模型试验直接得出结论，或借助水工模型试验对数值模拟及理论分析结果进行检验和修正，使二者结合起来解决问题。

阻水建筑物的水工模型试验是依据相似原理，把原型按相似准则制成模型，根据不同的方案施放相应流量的水流，通过对模型数据的量测和相似关系换算到原型，来预测原型水流在受到阻水建筑物影响时河道过流能力等的变化。任何水工模型试验必须通过模型数据的量测，但很多情况下由于阻水建筑物对河道过流能力(无论是流量和水位)的影响量值较小，而现有测量仪器精度有限，致使水工模型试验数据难以满足相关研究需求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题就是针对现有测量手段无法测量或不能满足精度要求等上述不足，提供一种阻水建筑物水工模型试验的量测装置，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种阻水建筑物水工模型试验的量测装置，所述量测装置包括试验水槽、第一连通管、第一盛水装置、第二连通管、第三连通管、第二盛水装置、第四连通管、第一调节阀、第二调节阀、抽水泵和测量水表，试验水槽内阻水建筑物模型的上游、下游通过第一连通管、第四连通管分别连接第一盛水装置和第二盛水装置，第一盛水装置和第二盛水装置之间连接有第二连通管和第三连通管，第二连通管上设有抽水泵，第三连通管上设有第一调节阀，第四连通管上设有第二调节阀和测量水表。

优选地，所述第一连通管与试验水槽的接入口位置低于试验水槽内水位。

优选地，第二盛水装置高度高于第一盛水装置。

优选地，所述试验水槽的出水口处设有尾门，所述第四连通管的出口位于尾门上游。

优选地，所述第一盛水装置和第二盛水装置上均设有水位刻度。

通过以上技术方案，本实用新型相较于现有技术具有以下技术效果：本实用新型为研究阻水建筑物阻水状况的水工模型试验中的微量变化提供了一种新的量测思路，方法操作简便；可将类似水工模型试验中对测量仪器精度(灵敏度)的要求，转化为试验时间，而不仅仅依靠测量仪器的精度(或灵敏度)，通过延长试验时间提高试验精度；可以解决类似水工模型试验中由于微量变化现有仪器无法准确测量的问题，用于相关问题的定量试验研究。

附图说明

图1显示为本实用新型量测装置的结构示意图。

图2显示为量测方法的流程示意图。

元件标号说明：

1       试验水槽

2       阻水建筑物模型

3       第一盛水装置

4       第二盛水装置

51      第一连通管

52      第二连通管

53      第三连通管

54      第四连通管

6       抽水泵

7       第一调节阀

8       第二调节阀

9       测量水表

10      尾门

11      平整水流装置

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅图1至图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

由于阻水建筑物的阻水影响，引起的河道上游水位壅高或河道过流量减少，无法用现有的仪器精确测量。为了研究跨河桥梁布置在河道中的桥墩对河道过水能力的影响，本实用新型提供一种阻水建筑物水工模型试验的量测装置及其方法，参阅图2所示，包括以下步骤：

(1)确定阻水建筑物及河道特征。

①确定阻水建筑物类型、形状、尺寸、数量等，如桥墩、码头等。在本实施例中，阻水建筑物的模拟对象为跨河桥梁布置在河道中的桥墩，形状为椭圆形，根据经验估计其对水流的影响十分微小，现有测量手段难以满足精度要求。

②确定阻水建筑物所在河道断面形状，阻水建筑物在河道中的相对位置。在本实施例中，该阻水建筑物所在河道断面为梯形断面，已知河底宽度、边坡、水深，两椭圆形桥墩连线与水流方向垂直。

(2)分析选定模型比尺。模型比尺选择需要考虑阻水建筑物影响范围、试验时间、场地限制等，若比尺很小，则同样的精度要求需要更长的试验时间。

(3)设置水工模型及量测装置。按照上述阻水建筑物、其所在河道特征、确定的模型比尺，制作水工模型，同时需考虑水工模型与原型的相似性等。试验水槽1、阻水建筑物模型2分别为阻水建筑物所在河道段、阻水建筑物的等比尺模型，阻水建筑物模型在试验水槽中的相对位置与阻水建筑物在河道中的相对位置一致。

参阅图1所示，量测装置包括试验水槽1、第一连通管51、第一盛水装置3、第二连通管52、第三连通管53、第二盛水装置4、第四连通管54、第一调节阀7、第二调节阀8、抽水泵6和高精度的测量水表9。第一连通管51的第一端与阻水建筑物模型上游处的试验水槽连接、第二端与第一盛水装置3连接，第一连通管51连接试验水槽的位置与阻水建筑物模型2的距离应能反映阻水建筑物2的整体阻水情况。第一盛水装置3比试验水槽1的位置低，且第一连通管51与试验水槽1的接口位置低于试验水槽内的水位，满足水体可自流流出试验水槽。

第二盛水装置4比第一盛水装置3的位置高，因而也比试验水槽1的位置高。第一盛水装置3通过第二连通管52和第三连通管53与第二盛水装置4连接。第二盛水装置4通过第四连通管54与阻水建筑物模型2下游处的试验水槽连接。抽水泵6设置在第二连通管52上，第一调节阀7设置在第三连通管53上，第二调节阀8和高精度测量水表9设置在第四连通管54上。

两个盛水装置的形式不限，为了便于观察水量的变化，盛水装置上设有水位刻度。同时，试验水槽内还设有用以平稳水流的平整水流装置10和控制试验水槽内水位的尾门11。

(4)设置试验边界条件，包括试验水槽的给水流量和出水流量相等，满足有无阻水建筑物模型的情况下试验水槽的出水口设置的尾门处的水位始终不变。

(5)基于水工模型及量测装置进行试验：

S1：试验水槽1中不放置阻水建筑物模型2，调节第一调节阀7使得第一盛水装置3中的水位不随时间变化，并且调节第二调节阀8使得所述第二盛水装置4中的水位不随时间变化；

S2：记录水表的第一读数Q₁，以及第一盛水装置中的水位Z₁；

S3：经T₁时间后，记录水表的第二读数Q₂；

S4：在试验水槽1中放置阻水建筑物模型2，保持试验边界条件不变，调节第一调节阀7使得第一盛水装置3中的水位保持在Z₁，且不随时间变化，同时调节第二调节阀8使得第二盛水装置4中的水位不随时间变化；

S5：记录水表的第三读数Q₁′；

S6：经T₂时间后，记录水表的第四读数Q₂′；

S7：根据第一读数Q₁、第二读数Q₂、第三读数Q₁′、第四读数Q₂′，用于研究所述阻水建筑物的阻水状况。步骤包括：

1)根据所述第一读数Q₁、所述第二读数Q₂、所述第三读数Q₁′、所述第四读数Q₂′计算所述第一连通管51的出流量变化dq＝q₁′-q₁＝(Q₂′-Q₁′)/T₂-(Q₂-Q₁)/T₁；

2)根据所述第一连通管51的出流量变化dq，计算所述试验水槽1上游断面(所述阻水建筑物模型上游)的水位壅高dh；

3)根据所述试验水槽1上游断面的水位壅高dh，计算所述试验水槽1由于水面比降增加(尾门出口处水位不变)而引起的流量变化值dq′；

4)根据所述dq和dq′，计算所述阻水建筑物2对河道过水流量的影响(减少值)DQ，即DQ＝dq+dq′。

本试验中，由于第一连通管51与试验水槽1的接口位置低于试验水槽内的水位，第一连通管51有水体自流流入第一盛水装置3，流量为q₁。第一盛水装置3内的水体通过第二连通管52和抽水泵6抽至第二盛水装置4内，抽水泵的抽水流量q₂大于q₁。第二盛水装置4利用位置高于第一盛水装置3和试验水槽1的“水塔”原理，使第二盛水装置中的水体通过第三连通管53和第四连通管54分别自流流入第一盛水装置3和试验水槽1内，通过第三连通管53的流量为q₃，通过第四连通管54的流量为q₄。根据水量平衡，两盛水装置水量不变，第四连通管54流回尾门处的流量q₄＝q₁＝(Q₂-Q₁)/T₁，即尾门处流出的总流量不发生变化，水位也不会发生变化，保证了预设水深条件下的给水流量的试验条件不变。

又因试验水槽中放入阻水建筑物模型后必将引起第一连通管出流量发生微小变化，随着时间的延长，无论影响有多小，累积出水量(即第一盛水装置、第二盛水装置的水位)一定会发生显著变化，并且容易观察和测量。控制两盛水装置水量不变情况下，某一时间段内出流量的变化也使水表测得的水量变化变得十分明显。即，第一连通管51的出流量变化dq＝q₁′-q₁＝(Q₂′-Q₁′)/T₂-(Q₂-Q₁)/T₁。

同时，阻水建筑物模型引起过水流量减少应包括两部分，一部分为第一连通管出流量的变化dq，另一部分为试验水槽1上游断面水位壅高dh引起的流量增量dq′(尾门出口处水位不变)，即DQ＝dq+dq′：根据所述第一连通管的出流量变化dq，计算所述试验水槽上游断面(所述阻水建筑物模型上游)的水位壅高dh；然后根据所述试验水槽上游断面的水位壅高dh，计算所述试验水槽由于水面比降增加(尾门出口处水位不变)而引起的流量变化值dq′；最后根据所述dq和dq′，计算所述阻水建筑物对河道过水流量的影响(减少值)DQ，即DQ＝dq+dq′。根据河道过水流量影响DQ及以上基础数据，还可以进一步研究阻水建筑物的阻水状况，因而完全可以通过时间来控制试验精度或达到试验目的。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种阻水建筑物水工模型试验的量测装置，其特征在于，所述量测装置包括试验水槽、第一连通管、第一盛水装置、第二连通管、第三连通管、第二盛水装置、第四连通管、第一调节阀、第二调节阀、抽水泵和测量水表，试验水槽内阻水建筑物模型的上游、下游通过第一连通管、第四连通管分别连接第一盛水装置和第二盛水装置，第一盛水装置和第二盛水装置之间连接有第二连通管和第三连通管，第二连通管上设有抽水泵，第三连通管上设有第一调节阀，第四连通管上设有第二调节阀和测量水表。

2.根据权利要求1中所述的一种阻水建筑物水工模型试验的量测装置，其特征在于，所述第一连通管与试验水槽的接入口位置低于试验水槽内水位。

3.根据权利要求1所述的一种阻水建筑物水工模型试验的量测装置，其特征在于，第二盛水装置高度高于第一盛水装置。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种阻水建筑物水工模型试验的量测装置，其特征在于，所述试验水槽的出水口处设有尾门，所述第四连通管的出口位于尾门上游。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的一种阻水建筑物水工模型试验的量测装置，其特征在于，所述第一盛水装置和第二盛水装置上均设有水位刻度。