第3章河工模型试验
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变态模型设计实例
试验研究的内容
某平原河流浅滩段航槽不稳，水深不足。按航运要求
应使现有最小航深再提高0.6m，决定采用整治措施，整治
方案是：固定上游右岸边滩，并在过渡段两侧压缩和导引 水流扩大固定缺口，以增加航深。
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变态模型设计实例
试验方案及模型布置
1、采用定床模型，修建工程后河床可能发生的冲淤变 化可由流速、流向、单宽流量分布、流态以及水面比降 的变化情况进行推论。 2、为了保证水流相似，模型应包括该浅滩河段的一个完 整的河型单元，试验河段全长约30km，河宽2~3.3km。
上游： 下游：
nm 0.0232 ~ 0.0371 nm 0.0107 ~ 0.0186
坝下游来说，采用水泥沙浆粉面；坝上游采用水泥 沙浆粉面加适当打毛。在基岩出露的局部地方，进行小 范围的梅花加糙。
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正态模型设计实例
5、校核模型限制条件 模型最小雷诺数 Rem 11.5 9.7 11155 1000 ~ 2000
第3章 河工模型试验
1
第3章 河工模型试验
3.1 正态定床河工模型 3.2 变态定床河工模型
3.3 动床河工模型
3.4 推移质动床河工模型
3.5 悬移质动床河工模型
2
3.1 正态定床河工模型
相似条件
满足重力相似 1/ 2 /2 流速比尺： 流量比尺： Q 5 u l l
h2/3 4、按阻力重力比相似要求： n 1 2 0.96 l
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变态模型设计实例
本河段枯水期的原型糙率为0.0204~0.0329，中洪水期 的原型糙率为0.0206~ 0.0255，要求模型糙率为： 枯水期： nm 0.0212 ~ 0.0342 中洪水期： nm 0.0214 ~ 0.0266 其中较大糙率出现在深槽部分，采取分段加糙办法， 除深槽部分采用直径为25mm的卵石梅花加糙外，其余 散铺10~15mm小卵石。因模型河段断面宽深比较大，仅 考虑河床糙率相似，河岸糙率相似未作单独考虑。
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正态模型设计实例
试验研究的内容
某低水头水利枢纽，坝轴线处河身宽2600Βιβλιοθήκη Baidu，多年平均流
量达到14000 m3/s，实测枯水流量9150 m3/s时，平均水深9.7 m，平均流速1.15 m/s， 。进行定床河工模型试验的目的主 要为：
①研究切除岸嘴等河道整治措施
；
②研究引航道减淤措施，优选口门布置形式； ③研究电站上下游流速、流态。
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变态模型设计实例
模型设计
1、由于场地限制，取模型平面比尺为： l 500 2、河段浅滩最小水深为2.6m，枯水流速为1.24m/s，为保 证水流为紊流，并消除表面张力的影响，模型必须采用 变态。综合考虑后选定变率为5，即取 h 100
1/ 2 3、按惯性力重力比相似要求： u h 10
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3.2 变态定床河工模型
模型变态对水流运动相似的影响
在变态模型中得到同时完全满足阻力相似和 重力相似条件的糙率是困难的。 采用大变率的模型来研究流速分布问题是不 适宜的。 采用变态模型来研究回流问题是不合适的。
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3.2 变态定床河工模型
变态模型的适用范围和条件
一维整体水流，即水位和断面平均流速相似 的问题。 对二维水流问题，在一定条件下也适用，如 地形较平缓顺直、河床较宽浅的平原河流。 关于变率的规定。
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正态模型设计实例
试验方案及模型布置
1、由于河道中存在急弯、反坡、突然扩大，两岸存在 挑流基岩等，再加上建筑物的干扰，所研究的问题又是 有关水流结构的问题，为了保证水流相似，以采用正态 模型为宜。
2、为了保证峡谷段出口的水流相似，模型进口选在峡谷 段出口上游2km处，模型出口选在坝下游约6km处。据此， 模型范围定为9km 。
颗粒无间距排列加糙（密排加糙）——经验公式
16 n 0.0133 d 天科所公式：
张有龄公式： n 0.0166d
16
密排加糙后模型有效水深与实际水深的关系为：
h h (0.2 ~ 0.3)d
颗粒有间距排列加糙（梅花加糙）——须做预备试验
4
5
长江南通河段物理模型
6
正态模型设计实例
满足重力相似 1/ 2 流速比尺： u h
3/ 2 l h 流量比尺： Q
1 2 2 3 重力相似和阻力相似同时满足： n l h
满足水流连续性相似
1/ 2 l h 时间比尺： t
紊流限制性条件 Re m 1000 表面张力限制性条件 hm 1.5cm
1/ 2 时间比尺： t l
满足阻力相似
u
1
n
l2 / 3
以上两项同时满足时
n l1 6
hm 1.5cm
紊流限制性条件
Re m 1000
3
表面张力限制性条件
模型设计
实现阻力相似的方法——曼宁公式法和蔡克士大曲线法。 按曼宁公式法，糙率比尺应满足 n l1 6 模型加糙方法
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正态模型设计实例
模型设计
1、由于场地限制，取模型平面比尺为：l 100
1/ 2 10 2、按惯性力重力比相似要求： u l
3、流量比尺
Q l5/ 2 100000
10
正态模型设计实例
16 4、按阻力重力比相似要求： n l 2.15
由此求得模型糙率为：
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变态模型设计实例
5、流量比尺
Q l h3/2 500000
Re m 2.6 12.4 2220 1000 ~ 2000 0.01
6、校核模型限制条件 模型最小雷诺数 模型最小水深
hm 2.6cm 1.5cm
模型制成后，经过验证试验，表明有关水力要素模型 与原型基本相符。
0.01
模型最小水深
hm 9.7cm 1.5cm
模型制成后，经过验证试验，表明有关水力要素模型 与原型基本相符。
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3.2 变态定床河工模型
采用变态河工模型的原因
实验场地的限制 水流条件的限制 模型沙选择的限制 实验量测精度和时间的限制
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3.2 变态定床河工模型
相似条件
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变态模型设计实例
试验研究的内容
某平原河流浅滩段航槽不稳，水深不足。按航运要求
应使现有最小航深再提高0.6m，决定采用整治措施，整治
方案是：固定上游右岸边滩，并在过渡段两侧压缩和导引 水流扩大固定缺口，以增加航深。
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变态模型设计实例
试验方案及模型布置
1、采用定床模型，修建工程后河床可能发生的冲淤变 化可由流速、流向、单宽流量分布、流态以及水面比降 的变化情况进行推论。 2、为了保证水流相似，模型应包括该浅滩河段的一个完 整的河型单元，试验河段全长约30km，河宽2~3.3km。
上游： 下游：
nm 0.0232 ~ 0.0371 nm 0.0107 ~ 0.0186
坝下游来说，采用水泥沙浆粉面；坝上游采用水泥 沙浆粉面加适当打毛。在基岩出露的局部地方，进行小 范围的梅花加糙。
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正态模型设计实例
5、校核模型限制条件 模型最小雷诺数 Rem 11.5 9.7 11155 1000 ~ 2000
第3章 河工模型试验
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第3章 河工模型试验
3.1 正态定床河工模型 3.2 变态定床河工模型
3.3 动床河工模型
3.4 推移质动床河工模型
3.5 悬移质动床河工模型
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3.1 正态定床河工模型
相似条件
满足重力相似 1/ 2 /2 流速比尺： 流量比尺： Q 5 u l l
h2/3 4、按阻力重力比相似要求： n 1 2 0.96 l
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变态模型设计实例
本河段枯水期的原型糙率为0.0204~0.0329，中洪水期 的原型糙率为0.0206~ 0.0255，要求模型糙率为： 枯水期： nm 0.0212 ~ 0.0342 中洪水期： nm 0.0214 ~ 0.0266 其中较大糙率出现在深槽部分，采取分段加糙办法， 除深槽部分采用直径为25mm的卵石梅花加糙外，其余 散铺10~15mm小卵石。因模型河段断面宽深比较大，仅 考虑河床糙率相似，河岸糙率相似未作单独考虑。
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正态模型设计实例
试验研究的内容
某低水头水利枢纽，坝轴线处河身宽2600Βιβλιοθήκη Baidu，多年平均流
量达到14000 m3/s，实测枯水流量9150 m3/s时，平均水深9.7 m，平均流速1.15 m/s， 。进行定床河工模型试验的目的主 要为：
①研究切除岸嘴等河道整治措施
；
②研究引航道减淤措施，优选口门布置形式； ③研究电站上下游流速、流态。
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变态模型设计实例
模型设计
1、由于场地限制，取模型平面比尺为： l 500 2、河段浅滩最小水深为2.6m，枯水流速为1.24m/s，为保 证水流为紊流，并消除表面张力的影响，模型必须采用 变态。综合考虑后选定变率为5，即取 h 100
1/ 2 3、按惯性力重力比相似要求： u h 10
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3.2 变态定床河工模型
模型变态对水流运动相似的影响
在变态模型中得到同时完全满足阻力相似和 重力相似条件的糙率是困难的。 采用大变率的模型来研究流速分布问题是不 适宜的。 采用变态模型来研究回流问题是不合适的。
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3.2 变态定床河工模型
变态模型的适用范围和条件
一维整体水流，即水位和断面平均流速相似 的问题。 对二维水流问题，在一定条件下也适用，如 地形较平缓顺直、河床较宽浅的平原河流。 关于变率的规定。
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正态模型设计实例
试验方案及模型布置
1、由于河道中存在急弯、反坡、突然扩大，两岸存在 挑流基岩等，再加上建筑物的干扰，所研究的问题又是 有关水流结构的问题，为了保证水流相似，以采用正态 模型为宜。
2、为了保证峡谷段出口的水流相似，模型进口选在峡谷 段出口上游2km处，模型出口选在坝下游约6km处。据此， 模型范围定为9km 。
颗粒无间距排列加糙（密排加糙）——经验公式
16 n 0.0133 d 天科所公式：
张有龄公式： n 0.0166d
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密排加糙后模型有效水深与实际水深的关系为：
h h (0.2 ~ 0.3)d
颗粒有间距排列加糙（梅花加糙）——须做预备试验
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长江南通河段物理模型
6
正态模型设计实例
满足重力相似 1/ 2 流速比尺： u h
3/ 2 l h 流量比尺： Q
1 2 2 3 重力相似和阻力相似同时满足： n l h
满足水流连续性相似
1/ 2 l h 时间比尺： t
紊流限制性条件 Re m 1000 表面张力限制性条件 hm 1.5cm
1/ 2 时间比尺： t l
满足阻力相似
u
1
n
l2 / 3
以上两项同时满足时
n l1 6
hm 1.5cm
紊流限制性条件
Re m 1000
3
表面张力限制性条件
模型设计
实现阻力相似的方法——曼宁公式法和蔡克士大曲线法。 按曼宁公式法，糙率比尺应满足 n l1 6 模型加糙方法
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正态模型设计实例
模型设计
1、由于场地限制，取模型平面比尺为：l 100
1/ 2 10 2、按惯性力重力比相似要求： u l
3、流量比尺
Q l5/ 2 100000
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正态模型设计实例
16 4、按阻力重力比相似要求： n l 2.15
由此求得模型糙率为：
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变态模型设计实例
5、流量比尺
Q l h3/2 500000
Re m 2.6 12.4 2220 1000 ~ 2000 0.01
6、校核模型限制条件 模型最小雷诺数 模型最小水深
hm 2.6cm 1.5cm
模型制成后，经过验证试验，表明有关水力要素模型 与原型基本相符。
0.01
模型最小水深
hm 9.7cm 1.5cm
模型制成后，经过验证试验，表明有关水力要素模型 与原型基本相符。
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3.2 变态定床河工模型
采用变态河工模型的原因
实验场地的限制 水流条件的限制 模型沙选择的限制 实验量测精度和时间的限制
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3.2 变态定床河工模型
相似条件
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