河工模型试验的几个问题
模型验证
ຫໍສະໝຸດ 对制作好的模型的高程、平面控制进行复核（应符 合规范要求） 水面线验证（加糙、减糙调试） 流速分布验证 分流比验证 河床冲淤变形验证（冲淤量及分布）
河工模型试验的几个问题
正式试验
河工模型试验的几个问题
加糙问题
通常采用的加糙方法有两种：
密实加糙 梅花加糙
河工模型试验的几个问题
密实加糙：
将选用来加糙的沙、或砾、或卵石彼此紧密排列，基本上 不留空隙。所选用的粒径大小可按张有龄公式估算：
n 0.0166d 1/ 6
－式中 d为颗粒直径，mm；n为模型糙率系数，可根据糙
率比尺从原型糙率推求。上式适用于d＝0.13~8mm。 天津水运工程研究所曾研究较粗颗粒的糙率，所得关系式 1/ 6 为
河工模型试验的几个问题
模型沙选择
在动床模型试验中，模型沙的选择：
一方面要满足水流运动相似要求中的床面糙率相 似； 另一方面又要满足泥沙运动相似要求中的悬移相 似(卵石推移质动床模型除外)及起动相似。
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模型沙选择
动床模型要做到床面糙率相似是十分不易的，原型和模型的床面糙率与沙波 运动关系极大。而实际资料表明，沙波的发生、发展和消亡过程，模型和原 型往往是不相对应的。对于以床面糙率为主的原型河流，通常是枯水时较大， 变幅也大，随流量的增大糙率逐渐减小；而以床面糙率为主的模型小河，在 某些情况下，由于沙波逐渐发展壮大，糙率往往随流量的增大而增大。这样， 就使得各级流量下都做到阻力重力比相似非常困难。为了解决这个困难，一 个办法是寻找不产生沙波的模型沙。某些实践资料表明，对于粒径较大，密 度不是太小的模型沙，在模型水流条件下是有可能不出现沙波的。但这样的 模型沙显然只能模拟推移质，且不一定能满足起动相似的要求。另一个办法 是，各级流量采用不同的糙率比尺，相应地也采用不同的流速比尺。这样做， 不但惯性力重力比相似各级流量不能同时满足，起动相似也不能同时满足。 还有一个办法是，采用较小的模型沙糙率，通过在水流中不同水深处加障碍 物(如铅丝、竹片之类)的办法来调整糙率，这样有可能做到各级流量下的阻 力相似，但将破坏水流的紊动结构，影响泥沙运动。比较现实可行的办法是， 对于所研究的问题至关紧要的流量级，力求做到糙率相似，其它流量级则允 许一定程度的偏离。模型沙在各级流量下的糙率应通过水槽预备试验加以确 定。水槽试验的综合糙率甚易求得，边壁玻璃糙率己知，床面糙率可根据部 分糙率与综合糙率的关系式求出。模型沙的糙率对决定水流阻力重力比相似 关系甚大，应结合模型比尺大小、是否变态及模型沙的其它相似要求，统一 考虑。
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模型沙选择
采用极细颗粒的模型沙，就满足悬移相似来说，存在的主要问题是模型沙的絮凝现象问题。絮凝使粒 径变粗、沉速加大，但仅仅这一点并不影响模型试验进行，只要在模型设计中如实地考虑到这一点即 可。模型沙的设计粒径不应该是它真正的粒径，而应该是絮凝后的粒径。因此，在对模型沙做粒配分 析时，所用的水不应该是蒸馏水或去离子水，而应该是模型试验用水，这样求得的粒径就不是真正粒 径，而是絮凝后的粒径了。另外，由于含沙量的大小也会影响到泥沙的沉速和据以算出的粒径，粒配 分析用水的含沙量也应该接近模型试验的含沙量。絮凝所带来的主要问题是粒径不稳定，模型试验在 其它条件相同时，如果絮凝程度不一致，模型沙的有效粒径就不一致，模型的冲淤变化也就不会一致， 模型试验的成果就不稳定了。为了保持试验成果的稳定，不是要求不出现絮凝现象，而是要求这一现 象比较稳定。根据我们的研究，当使用极细的泥沙作模型沙时，要使絮凝程度不变，关键问题在于保 持试验用水的水质不变，特别是一般河水中严重影响絮凝程度的高阶阳离子(主要是钙、镁离子)的含量 不变。为此，就应严格监视水质。通过水质化学分析，选定一种经常出现但偏大的钙镁离子含量作为 控制值，如果钙、镁离子含量减少，就投放氯化钙，人为增加钙镁离子含量，使稳定在控制值附近。 实践表明，只要严格控制试验用水的水质，用极细沙作模型沙是可以做到保持试验成果稳定的[6，7]。 附带指出，水质对泥沙絮凝的影响也可以作为调控细颗粒粒径的一种手段。如粒径偏粗，可以加偏磷 酸钠之类的反凝剂使其变细；如粒径偏细，可以加氯化钙促进絮凝的发展。当然，如果这种手段可以 不采取的话，还是以不采取为宜，因为它毕竟会带来一些控制上的麻烦。最后还须说明的是，絮凝现 象还与模型沙的化学性质有关，如白土粉的紫凝现象就较电木粉强烈，同属白土粉，但产地不同，化 学性质不完全一样，絮凝现象也有差异。因此，对每一种具体的模型沙，都应事先进行分析研究。
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模型沙选择
对于只须满足起动相似的泥沙模型，例如卵石推移质动床模型，模 型沙的选择就更容易了。原则上应该是尽可能用天然沙，迫不得已 时，也可用轻质沙。后者存在的问题主要是推移质输沙率比尺关系 式的选择问题．在上一节中已经讨论过，这里就不重复了。 悬移相似和起动相似必须同时满足的泥沙模型，选择模型沙比较团 难。例如一般悬移质动床模型，为满足悬移相似，要求采用很细的 模型沙。模型沙的密度愈大，粒径就要求愈细，而很细的模型沙， 由于粘结力产生作用，却难以起动。为了解决这个问题，除采用轻 质沙做模型沙外，别无良法。轻质沙由于密度较小，满足悬移相似 的粒径可以粗一些，有可能不出现粘结力，或粘结力甚小，不至严 重影响起动流速，因而能做到起动相似。一般来说，对于悬移质中 的床沙质，由于粒径较祖，满足这个条件要容易一些；而冲泻质则 由于粒径甚细，满足这个条件要困难得多。
河工模型试验的几个问题
梅花加糙：
梅花加糙虽然比相同颗粒的密实加糙更能增加糙率(前者最大可 达到后者的1.3倍)，但将改变河床的糙率分布状况。特别是当颗 粒较粗时，这种改变可能是十分严重的，以致影响到紊动结构和 流速分布的相似性。因此，这种梅花加糙的办法，用于研究一维 流和平面二维流的问题应该是可以的。对于研究三维流问题则存 在一些问题，如果要在模型中使用泥沙指示剂，存在的问题就更 大了。在每一颗沙粒后面的绕流影响区内都将发生淤积，妨碍泥 沙指示剂的运行。使用梅花加糙，颗粒不宜过大，粒径与水深的 比值以控制在5％以内为宜，最大不应超过10％。 梅花加糙由于受到一些限制，不可能达到很高的糙率，当要求较 高的模型糙率时，只能采取前面曾经提到的在模型表面塑制凹槽 等其他办法。武汉水利电力学院在进行荆江分洪工程模型试验时， 根据设计要求模型糙率nm为0.045，当时趁水泥沙浆未干的时机， 在河床上刮制小槽，小槽宽深各10mm，间距20~30mm，方向 垂直于水流。放水试验结果，模型糙率nm已达到0.0447，满足 了阻力相似要求
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河工模型试验的几个问题
试验河段的范围 模型设计 资料 模型制作 试验准备工作 模型验证 正式试验 加糙问题 模型沙选择
河工模型试验的几个问题
试验河段的范围
根据试验项目内容、河段具体情况、试验场地大小、供水能 力等综合考虑，一般应该包括进口段、试验段、出口段，足 够的试验段长度及大小是必须保证的。 根据试验项目内容决定做定床、动床（悬沙、推移质）（水 流、温排），正态、变态，全江、半江。 包括：模型的比尺（平面λl 、垂直比尺λh）、相应的λn、λu、 λt、λd、λs、λgb、λω、λuc、λt’、λt” 。模型hmin、Redmin,模型沙 （dm,ρsm 、级配、nm、ωm）
河工模型试验的几个问题
梅花加糙：
河工模型试验的几个问题
梅花加糙：
由前图可见，在L2面积内，共有两颗沙粒，每颗沙粒及绕 流影响所及之处所占的体积应等于半球体的体积0.5(πd3/6) 再加上底面积为πd3/4，高为12d(绕流影响长度)的锥体体 积[0.5(πd3/6)十(π/12)d2(12d)]。Δ的物理涵义应为将两 颗沙粒所占有的体积V平铺在L2面积上的高度。前图中横 坐标K所包含的n值，即系根据水槽试验资料将有效水深h 按式(8-76)取值得来的。当间距L小于绕流影响长度12d时， 上下游圆锥体相互重合部分应予扣除。
河工模型试验的几个问题
梅花加糙：
梅花加糙情况下有效水深h与实际水深h’(水面至 未加糙床面深度)之间的关系可取为
h h
天津水运工程研究所建议式(8-76)中的Δ值， 按以下公式确定：
V L2
1 V d 3 d 2 12 d 2 2 6 12
河工模型试验的几个问题
1.
模型制作
注意高程及平面系统的统一（珠江基面、黄海基 面、国家85高程基面、广州城建高程基面等）， 地形图拼接 切制横断面，反映地形变化，注意微地形的制作 断面绘裁 导线放样 模型断面安装（定床、动床）
2. 3. 4. 5. 6.
河工模型试验的几个问题
试验准备工作
根据试验要求，编制好试验放水过程要素表
河工模型试验的几个问题
模型沙选择
有关泥沙运动的两个相似要求，如果可以只满足其中的一个 (悬移相似或起动相似)，模型沙是不难选择的。例如盲肠河段 的回流淤积及异重流淤积问题，淤积是累积性的，基本上不 发生冲刷，因而只须满足悬移相似即可。这种泥沙模型，虽 然所要模拟的原型泥沙是较细的悬移质(包括其中极细的冲泻 质)，为满足悬移相似，模型沙必须很细。但这样的模型沙并 不难选，无论是密度与天然沙接近的滑石粉、白土粉或者较 天然沙为小的煤灰、半焦、电木粉、煤粉等，都可以选用。 它们之中有些本来就是很细的(如滑石粉、白土粉、煤灰)；有 些虽然原来较粗(如半焦、电木粉，煤粉等)，但也可以通过球 磨加工到很细。总之，它们都可以磨细到满足悬移相似的要 求，并选出各种粒径，配制成与原型沙相似的粒配曲线。
