《水工建筑物》课程实验指导书王飞虎江锋西安理工大学水电学院水工系二OO六年十月水工模型试验(一)班级姓名学号日期整体水工模型试验一、试验综述：当研究河道中水利枢纽工程的总体布置合理性，则按一定比例把所研究的河段和水利枢纽缩制成模型来进行研究，这种模型就叫做整体模型。

整体模型所研究的对象的水力特性通常与空间三个坐标有关，如显著弯曲的河渠、溢洪道水流问题，拱坝泄流问题及水利枢纽上下游水流衔接，流态等问题，常需制作成整体水工模型来进行研究。

影响枢纽布置的主要因素是坝址地形、地质情况及河道水文特征等，影响下游消能防冲的主要因素是泄水建筑物的体型布置和下游河道的地质，地貌等。

二、整体模型一般研究内容：1、泄水建筑物的泄流能力2、泄水建筑物的压力、流速、空化特性等3、下游河道岸边水面高程（水面线）4、消能工的消能效果5、泄水建筑物下游的折冲水流及水流扩散问题6、下游河道流速分布7、上下游水流流态、水流衔接。

8、下游河床及岸坡的冲刷等三、试验目的1、初步了解整体模型试验的基本理论及研究范围和内容。

2、初步掌握整体模型试验的基本方法及量测技术和技巧。

3、初步掌握试验资料整理、分析、评价及解决实际工程问题的能力4、结合具体试验、巩固和复习专业理论知识，增强动手和科研能力。

四、本试验要求和任务1、枢纽泄流能力2、下游岸边流速分布3、下游岸边水面线4、上下游水流流态5、要求整理分析试验成果，对工程布置作出评价，试提出改进措施。

6、写出试验报告。

五、工程概况洮河海甸峡水电站位于甘肃省临洮县，渭源县和康乐县三县交界的海甸峡进口处，电站总装机容量为25MW，水库设计洪水位为2002m，校核洪水位为2004.0m，总库容为2200万m3，最大坝高49m，坝顶高程为2005.0m，是一座以发电为主的III等中型水电站枢纽。

枢纽由溢流坝、泄冲闸和挡水坝、引水发电隧洞、电站厂房等建筑物组成，工程布置特性见表1。

溢流坝布置为2×10m的表孔，堰顶高程为1995m，溢流坝堰顶上游头部为双圆弧曲线，下游堰面为WES改型曲线，下游消能形式为底流消能，消力池长70m，宽23m，池深5.2m，底板高程为1971.8m，尾坎高程为1977m，消力池下游为砼四面体护坦，长45m，护坦高程为1977.0m。

泄冲闸位于溢流坝左侧，布置为3孔。

进口底板高程为1978.0m。

每孔净宽8m，高6m，进口段后接1:4的斜坡，下接消力池长70m，宽32m，池深5.2m，底板高程为1971.8m，尾坎高程为1977m。

输水洞位于大坝上游、左岸，设计输水流量为205.2m3/s，进口在泄冲闸上游约为47m处，进口底板高程为1983m，净宽3×7m，进水口下接圆形压力隧洞，洞径8.5m，洞长897m。

六、基本资料1、模型为正态模型，比尺为：1:502、库水位及洪水资料。

3、下游河床覆盖层厚5m ，基岩抗冲流速为5m/s七、模型布置与制作模型上游库区纵长布置长度为11.5m （相当原型575m ），模型下游河道纵长布置长度为12m(相当原型600m)，模型总体布置长度为36m （相当原型1800m 。

包括进水与退水），上游库区水位量测点位置布置在桩号0-0104处，并偏左岸，主要为兼顾溢流坝，泄冲闸和电站进水口。

下游河道水位量测控制点布置在坝轴线下游354m 处，水位均采用水位测针量测。

为便于控制和互相校核整体模型下泄流量，上下游各布置一矩形堰量测流量，电站进水口下游装有三角堰以控制进水口引进流量。

枢纽模型泄水建筑物全部用有机玻璃制作，有机玻璃糙率约为0.007～0.008，换算到原型糙率约为0.014左右，刚好为砼糙率，模型和原型糙率相似性较好，满足阻力相似条件。

八、试验数据记录流量计算方式： Q=mb g 2H 32m=（0.405+0.0027H ）[1+0.55(H H+P )2]流速计算公式：V=φh g 2 φ=0.98～1流量测量记录水工模型试验(二)班级姓名学号日期单体水工模型试验一、试验概述：单体模型一般是在整体模型试验的基础上，或是根据具体情况需要，将枢z导中部分泄水建筑物或某一泄水建筑物单独做成小比尺模型，进行专门试验研究。

研究内容一般为泄水建筑的体型，水流流态，过流能力，流速和压力，掺气浓度、气馈特性等。

二、试验目的：1、了解单体水工模型试验和基本理论知识及其研究的范围和内容。

2、掌握正确的试验方法及量测技术。

3、结合渠道单体模型试验，以了解陡坡段流态及有关渠道陡坡工程的布置问题。

4、初步掌握组织和安排试验及通过试验资料的分析、培养解决实际问题的能力。

5、巩固和复习专业理论知识，增强动手和科研能力。

三、试验内容和要求1、量测渠道陡坡段的过流能力。

2、观测渠道陡坡段的沿程压力和水深。

3、观测渠道陡坡段的流速分布。

4、描述渠道陡坡段沿程流态。

5、整理试验资料、评价工程布置合理性，写出试验报告。

四、工程概况：昌马旧总干渠渠道首位于憬勒河昌马峡出山口以下6km处，河道开阔。

总干渠自渠首分水后向东北方向沿阗昌马乡至玉门镇的公路延伸至川北镇，全长39.97km。

依疏勒河项目水利规划，昌马旧总干渠规划灌溉面积85.3万亩，涉及玉门镇，下西号，黄闸湾，布降吉等13个乡镇以及饮马，黄花等国营农场，承担着沿途现有十二座渠道电站的发电任务，同时还承担向双塔水库和赤金峡水库的输水任务，是疏勒河灌区的骨干工程，其运行情况直接影响着该灌区的农业用水以及经济效益。

昌马旧总干渠属于大型灌溉工程，其中4#陡坡的设计流量为65m3/s；5#~30#陡坡设计流量为35m3/s，31#~53#陡坡设计流量为30m3/s，建筑物按2级设计。

昌马总干渠首拉洪入渠使大量的推移质进入渠道，每年入渠泥沙约2万m3之多，粒径一般为10~50mm，最大粒径100~150mm。

另为保证下游的农业用水及十二个渠道电站的发电引水流量，冲砂用水减少，使得大量的推移质入渠，对渠道衬砌，尤其是对落差建筑物有严重的磨损破坏作用。

昌马总干渠灌区深入大陆腹地，於典型的大陆性温带干旱气候，冬季寒冷，夏季炎热，降雨量少，蒸发量大，日照时间长，多年平均气温为6.9℃，多年最低气温为-27.6℃，多年最高气温为36.7℃，多年平均降水量为63.4mm，多年平均蒸发量为2897.7mm，最大风速为28m/s，最大冰土深度>1.5m。

旧总干渠本次改建的50个陡坡最大的落差为7.87m，最小的落为3.10m，陡槽段在原来的基础上进行改建，纵坡为1:2.8~1:5.3，自陡坡进口到消能塘出口，侧墙以5-7°的单侧扩散角向外扩散，陡槽及消力池采用梯型断面，内边坡坡度为1:1。

渠道与陡槽进口之间设有渐变段，为了使陡槽进口满足过流量的要求，使渐变段保持为急流状态，除了4#~29#陡坡按原渠道纵坡外，其余陡坡渐变段的底坡为1:80~1:100，大于临界底坡ίk，长度为15m。

消能塘出口设有15m长的渐变收缩整流段与下游渠道相连。

五、基本资料1、模型比尺Lr=152、试验流量：Q=30m3/s，25m3/s，20m3/s六、模型布置与制作陡坡段模型按设计院提供工程设计图缩制，制作材料全部为有机玻璃。

有机玻璃糙率为0.008左右，经加糙处理后可达0.010~0.014左右，换算到原型为0.016~0.022左右与陡坡原型糙率相似，满足阻力相似条件。

模型段纵长为4.79m（相当原型长71.8m），为使流太相似，在陡坡模型进口前加设长为1.4m（相当原型长21m）的渠道段作为模型上游水流调整稳流段。

并在陡坡模型出口段后加设长为0.6m（相当原型长9m）的渠道段过渡，以消除模型末端出流跌水对出口临界断面水流特性的影响，有机玻璃模型全长为6.8m（相当原型长102m0）。

模型全长为10.5m。

取水稳水用钢板水箱控制，在模型下游设一矩形堰控制试验流量。

“水工模型试验”(三)班级姓名学号日期断面水工模型试验一、试验概述：断面水工模型主要研究水利枢纽泄水建筑物布置的合理性及其下游消能防冲的影响问题。

即在研究某些问题，往往不需进行整体水工模型试验，而是沿泄水建筑物轴线截取一段来研究水流沿溢流面竖向和纵向的二元变化问题。

一般建筑物过水区域宽度较大的情况下亦可采用此法进行试验研究，如确定溢流坝坝面的压力分布，流速分布等。

研究内容一般可分为以下几个方面：1、泄水建筑物的过流能力；2、泄水建筑物溢流面上的压力分布，流速分布，流态及水深等。

3、上下游水流的衔接方式，消能工的消能率及下游消能防冲等。

二、试验目的及任务1、了解断面水工模型试验的基本理论知识及其研究的范围和内容。

2、掌握基本试验方法及正确的测试技术。

3、初步掌握组织和安排试验及通过试验资料分析，解决实际工程问题的能力。

4、结合具体工程模型试验，了解溢流坝坝后水流流态及其消能效果等。

5、巩固和复习专业理论课知识，提高综合分析问题的能力，增强动手和科研能力。

三、试验要求和任务1、量测泄水建筑物的过流能力；2、量测泄水建筑物的压力、流速、水深及流态，粗算消力池消能率。

3、观测及描述泄水建筑物的沿程流态。

4、将量测数据计算整理分析后，对该工程提出评价，试提出改进措施。

5、写出试验报告。

四、工程概况洮河海甸峡水电站位于甘肃省临洮县，渭源县和康乐县三县交界的海甸峡进口处，电站总装机容量为25MW，水库设计洪水位为2002m，校核洪水位为2004.0m，总库容为2200万m3，最大坝高49m，坝顶高程为2005.0m，是一座以发电为主的III等中型水电站枢纽。

枢纽由溢流坝、泄冲闸和挡水坝、引水发电隧洞、电站厂房等建筑物组成，工程布置特性见表1。

溢流坝布置为2×10m的表孔，堰顶高程为1995m，溢流坝堰顶上游头部为双圆弧曲线，下游堰面为WES改型曲线，下游消能形式为底流消能，消力池长70m，宽23m，池深5.2m，底板高程为1971.8m尾坎高程为1977m，消力池下游为砼四面体护坦，长45m，护坦高程为1977.0m。

泄冲闸位于溢流坝左侧，布置为3孔。

进口底板高程为1987.0m。

每孔净宽8m，高6m，进口段后接1:4的斜坡，下接消力池长70m，宽32m，池深5.2m，底板高程为1971.8m，尾坎高程为1977m，净宽3×7m，进水口下接圆形压力隧洞，洞径8.5m，洞长897m。

五、基本资料1、模型按重力相似准则设计，为正态模型比尺为1:32，模型安装在宽0.5m，长20m 的玻璃水槽内。

2、泄冲闸三孔泄量校核洪水Q=1992m3/s设计洪水Q=1890m3/s常遇洪水Q=1748m3/s小泄量Q=744m3/s水工建筑物实验（四）_____班 _____组 学生_______ 实验日期拱坝结构模型实验拱坝的应力和位移是考核拱坝安全度的两个重要指标，目前仅能采用近似的方法进行计算，结构模型实验由于能够尽可能多的模拟建筑物地基的实际性态、同时考虑各种因素的影响，并能给人以直观的概念等优点，因而成为解决拱坝应力、变位等问题的重要途径之一。