班级: 20XX级港航班
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指导老师:
二〇四年X月
目 录
实目模型背景 1
11 实目意义 1
12 武桥水道物理模型背景 1
121 模型简介模型范围 1
122 河段概况 1
123航道问题整治现状 2
二 模型设计 3
21 导墙确定断面划分 3
22 基原理约束条件 3
23尺确定 4
24 模型选沙 4
三 模型制作 5
31 业工作——断面数读取 5
32 导线放样模板架设 6
33 模型塑造 6
四 模型测控系统 7
41 控制系统 7
411 流量控制系统 7
412 出口水位控制系统 7
42 测量手段 7
421 水位计 7
422 流速测量 7
五 流速验证 9
六 实总结 14
实目模型背景
11 实目意义
次实容定床河工模型设计制作验证试验通模拟河段范围断面划分尺确定断面读取模板架设模型验证等步骤初步掌握河工模型设计制作试验基原理方法工作流程解河工模型试验系统附属设备功
12 武桥水道物理模型背景
121 模型简介模型范围
模型范围起蛤蟆矶迄武汉长江二桥全长约21km模型动床范围起白沙洲桥游汉江河口止动床范围约10km
动床河工模型研究航道整治工程实施汉阳边滩附河床淤变化局部河势变化时反映鹦鹉洲长江桥杨泗港桥影响汉阳边滩年变化潜洲荒五里边滩变化直接相关
次河工实学该水道定床设计部分
122 河段概况
武汉河段段直分汊段长期较稳定段汉江入口汉口边滩分位武汉长江桥游距离汉阳边滩较汉口水文站原位武汉关
武桥水道长江干线航道发展规划中重点治理水道宜昌安庆河段段宜昌武汉段武桥水道位长江中游武汉河段中段起汉阳杨泗庙迄武汉长江桥全长5km
图11 武桥水道面图
123航道问题整治现状
般碍航浅滩枯水期武桥水道满足规划航深航宽求汉阳边滩淤积严重时枯水期桥区段航槽受挤压弯曲桥轴线法线方交角危通航桥墩安全2003年启动武桥水道河段航道整治相关工作
长江干线航道发展规划求该水道2020年建设标准37m×1500m×1000m通航保证率98该水道2013年开始试运行提高枯水期水深37m2003年2010年艰苦懈努力终实施长坝结合鱼骨坝守护潜州限制枯水期汉阳边滩淤积展宽挤压航槽航道整治工程武桥水道位武汉市城区处桥区港区支流入汇区周边环境通航环境非常复杂牵发动全身工程规模受限制特长坝尾部提约500m加航道整治工程城市江通道鹦鹉洲桥相互影响影响航道整治效果2011年3月测图显示汉阳边滩宽度(4m等深线计算宽度)超660m较减然较宽45m航道产生挤压作进步提升武桥水道通航水深45m弄清楚武桥水道航道变化趋势寻求解决问题整治工程措施
二 模型设计
21 导墙确定断面划分
图21导线布置断面划分
22 基原理约束条件
惯性力重力相似流速尺:
(11)
流量尺:
(12)
惯性力阻力相似糙率尺:
(13)
式中:λ尺符号lhuQnb分面尺度垂直尺度流速流量河床糙率
根定床模型试验规程求模型水流必须紊流求模型雷诺数:
Rem>1000~2000 (14)
时表面张力干扰模型水流运动求模型水深:
hmin>15cm (15)
23尺确定
模型满足水流运动相似泥沙悬浮相似起动相似挟沙相似河床变形相似相应尺表
表21 尺汇总表
相似
面尺
300
悬移质沙质推移质运动相似
沉速尺w
439
垂直尺
100
粒径尺
053
变率
3
起动流速尺
10
水流运动
相似
流速尺
10
干容重尺
21
糙率尺
124
含沙量尺s
0076
流量尺
3×105
变形时间尺
820
时间尺
30
24 模型选沙
悬移质中泄质河段河床淤变化影响较模型中悬移质泥沙模拟床沙质部分
模型选重率 105tm3塑料沙作模型沙
三 模型制作
31 业工作——断面数读取
41断面数读取表31示
表31 原型~模型断面换算表
原型
模型
原型
模型
起点距 (m)
高程 (m)
起点距 (cm)
高程 (cm)
起点距 (m)
高程 (m)
起点距 (cm)
高程 (cm)
0
30
0
30
10918555
9
36395183
9
1091518
30
36383933
30
11494353
10
3831451
10
1217504
265
40583467
265
11781664
10
39272213
10
2105278
265
70175933
265
12039891
9
4013297
9
2250462
21
750154
21
13034565
8
4344855
8
2383939
15
79464633
15
14602649
7
48675497
7
2575627
10
85854233
10
15485114
6
51617047
6
2758377
9
919459
9
15613325
5
52044417
5
287528
8
95842667
8
16212748
5
54042493
5
2988458
7
99615267
7
16623979
4
55413263
4
3160908
6
1053636
6
17216318
3
57387727
3
3317043
5
1105681
5
17389481
2
57964937
2
597611
4
19920367
4
17737941
2
5912647
2
9551403
4
3183801
4
1823431
3
60781033
3
9820923
5
3273641
5
18462518
5
61541727
5
10020743
6
33402477
6
18538998
4
6179666
4
10315101
7
3438367
7
18956543
5
63188477
5
1067921
8
35597367
8
19329051
15
6443017
15
图31 41断面形态图
32 导线放样模板架设
(1)导线放样步骤方法:①全站仪配套反光镜根模型场角度距离确定转折点方位导线布置模型场适位置②导线建造导墙导线控制点标记位置致位导墙中部③已建导墙两边长卷尺测量标出相应断面位置便安装断面时④选定导线某点作反算水准仪高度基准
(2)模板安装架设步骤方法:①根选固定点反算水准仪架设高度作续次计算基准②水准仪水准尺确定断面模板竖位置(高程)断面两端拉细线根断面距离导墙某端距离确定断面模板水位置安装断面模板③初步固定模板时土砖块水泥进行模板固定重复步骤次安装断面④模板全部架设完毕适填土夯实模型场断面间形整便续水泥抹面断面选取特征点模板架设高程进行校核
33 模型塑造
模板架设完成整断面间水泥砂浆抹面断面外轮廓塑造整河道形两断面间形光滑度
塑制模板应时次重新检查高程
糙率较模型抹面考虑撒碎石加糙宜次性加糙
四 模型测控系统
41 控制系统
411 流量控制系统
模型试验采电磁流量计阀门配合流量控制系统进口处流量泵模拟控制定波动
412 出口水位控制系统
模型出口处水位水位计尾门阀门动开闭装置联合控制尾门处水位计读数高求值时(水位偏高)需阀门开增加流量水位降低求值反尾门处水位计读数低求值时需阀门开减流量水位升高求值实际操作中尾门水位避免出现波动该波动应允许波动范围
42 测量手段
421 水位计
河工模型通动化水位计测量水位通水位测针测针零点水位测针读数转换高程
水位测针测针零点指水位测针针尖指模型零点高程时标尺读数水位计(测针)零点统站水位基直接影响试验结果精度较长试验程中定期检查零点值精度较高求
基准面选择意测针零点确定已知固定高程点(视点)通系列测量换算获实际操作中校核测针零点方法般采静水法测针放置盆静水测针针尖刚接触水面读取水位计读数细线悬挂柱状标尺(测针标尺读数次增读数越高程越)测量某水位计处水面高程通真实高程反推测针零点读数计算出换算值水位计读数测量值保持致
零点测定前检查水位测针否安装适确认测针点水面读取数效测定整实验中测针零点意更换
422 流速测量
流速测量方法分接触式非接触式接触式毕托流速仪旋浆流速仪热线流速仪电磁流速仪超声波流速仪等非接触式激光流速仪粒子图测速系统(PIVPTV)等旋桨法测流速目前水工模型试验中应流速测量方法次定床河工模型旋桨流速仪作采集流速数基仪器
图41 旋桨流速仪结构示意图
旋桨叶轮作次传感某片两片叶片边缘镀光反射膜直肠镜电珠发出光通Y型分支光纤束传测杆检测端旋桨叶轮镀反射膜叶片掠时便光脉返回Y型分支光纤束光敏三极接收然转换成电脉输出流速越旋桨叶轮旋转越快单位时间光敏三极接收光脉越输出电脉频率越高
根模型试验求模型流速测量分断面垂线均流速表面流速测量时重点研究某位置流速分布需垂线测量水深流速
模型中流速通常采公式计算:
VK×nT+C
式中K率定曲线斜率n脉数般取三次五次测量均值T测试时段C旋桨启动流速
原河流通常认流速分布符合数流速分布公式数流速分布公式计算知水面06倍水深位置垂线均流速位置水深测量利流速仪测杆标尺通水表床面读数差值确定流测量般旋桨测杆系段细线细线会摆流速方然通调整旋桨流标尺读取偏角
五 流速验证
流速测量选取5断面实测资料模型测量值表5155示
表51 测11断面流速实测值模型测量值
实测值
模型测量值
实测值
模型测量值
起点距 (m)
流速 (ms)
起点距 (cm)
流速 (ms)
起点距 (m)
流速 (ms)
起点距 (cm)
流速 (ms)
150
000
50
000
1020
155
340
013
240
098
80
008
1080
155
360
015
300
088
100
011
1140
136
380
013
360
091
120
010
1200
125
400
014
420
077
140
011
1260
134
420
012
480
089
160
012
1320
123
440
013
540
097
180
012
1380
131
460
011
600
114
200
012
1440
127
480
012
660
115
220
012
1500
112
500
013
720
122
240
015
1560
109
520
011
780
141
260
016
1620
111
540
011
840
144
280
015
1680
104
560
010
900
142
300
016
1740
098
580
010
960
124
320
015
1905
000
600
010
640
000
表52 测2断面流速实测值模型测量值
实测值
模型测量值
实测值
模型测量值
起点距 (cm)
流速 (ms)
起点距 (cm)
流速 (ms)
起点距 (cm)
流速 (ms)
起点距 (cm)
流速 (ms)
210
000
70
000
1140
126
380
011
240
113
80
011
1200
125
400
011
300
119
100
013
1260
109
420
012
360
131
120
013
1320
131
440
011
420
127
140
013
1380
127
460
010
480
132
160
013
1440
127
480
010
540
145
180
014
1500
125
500
010
600
141
200
016
1560
119
520
011
660
138
220
016
1620
136
540
011
720
131
240
014
1680
123
560
010
780
135
260
014
1740
131
580
011
840
130
280
013
1800
131
600
012
900
143
300
013
1860
141
620
011
960
127
320
013
1920
131
640
013
1020
137
340
014
1980
102
660
010
1080
137
360
014
2040
076
680
007
2070
000
705
000
表53 测3断面流速实测值模型测量值
实测值
模型测量值
实测值
模型测量值
起点距 (cm)
流速 (ms)
起点距 (cm)
流速 (ms)
起点距 (cm)
流速 (ms)
起点距 (cm)
流速 (ms)
210
000
70
000
1140
074
380
007
240
113
80
012
1200
077
400
008
300
153
100
016
1260
078
420
008
360
158
120
016
1320
075
440
007
420
164
140
015
1380
091
460
007
480
167
160
015
1440
077
480
006
540
148
180
016
1500
101
500
010
600
127
200
017
1560
100
520
009
660
118
220
015
1620
114
540
011
720
126
240
017
1680
123
560
011
780
125
260
016
1740
122
580
012
840
107
280
016
1800
118
600
011
900
103
300
014
1860
127
620
011
960
101
320
010
1920
130
640
012
1020
087
340
008
1980
127
660
000
1080
064
360
005
1995
000
表54 CS44断面流速实测值模型测量值
实测值
模型测量值
实测值
模型测量值
起点距 (cm)
流速 (ms)
起点距 (cm)
流速 (ms)
起点距 (cm)
流速 (ms)
起点距 (cm)
流速 (ms)
225
000
70
000
870
104
290
013
270
122
90
009
930
104
310
012
330
132
110
010
990
104
330
009
390
132
130
013
1050
073
350
008
450
136
150
013
1110
071
370
006
510
150
170
014
1170
097
390
007
570
129
190
014
1230
123
410
009
630
137
210
014
1290
136
430
011
690
127
230
013
1350
131
450
012
750
130
250
014
1380
096
465
000
810
124
270
014
1410
000
表55 CS46断面流速实测值模型测量值
实测值
模型测量值
实测值
模型测量值
起点距 (cm)
流速 (ms)
起点距 (cm)
流速 (ms)
起点距 (cm)
流速 (ms)
起点距 (cm)
流速 (ms)
165
000
58
000
810
115
270
014
210
067
70
008
870
114
290
012
270
115
90
012
930
102
310
013
330
131
110
010
990
098
330
011
390
125
130
011
1050
086
350
009
450
121
150
012
1110
119
370
009
510
132
170
012
1170
112
390
010
570
110
190
013
1230
122
410
011
630
106
210
014
1290
088
430
010
690
117
230
013
1350
067
450
006
750
113
250
013
1365
000
458
000
实测资料模型测量值图5155
图51 测11断面流速实测值模型测量值图
图52 测2断面流速实测值模型测量值图
图53 测3断面流速实测值模型测量值图
图54 CS44断面流速实测值模型测量值图
图55 CS46断面流速实测值模型测量值图
根规范流速分布验证求流速形态分布较相似流速偏差超5点流速偏差超10(SL99—95)
测11断面:偏差起点距480m处实测流速089ms模型测量值流速尺换算122ms误差37符合规范求
测2断面:偏差起点距1440m处实测流速127ms模型测量值流速尺换算097ms误差236符合规范求
测3断面:偏差起点距840m处实测流速107ms模型测量值流速尺换算157ms误差46符合规范求
CS44断面:偏差起点距870m处实测流速104ms模型测量值流速尺换算135ms误差30符合规范求
CS46断面:偏差起点距930m处实测流速102ms模型测量值流速尺换算132ms误差30符合规范求
综流速验证表明模型测量值实测资料匹配度较低符合规范求
六 实总结
完成河工模型相关理知识学基础次实仅学成果进行检验更教会更实践应中种问题处理方法老师师兄师姐悉心安排指导分进行断面数读取模板架设流速验证等工作通次实收获项模型制作扎实专业知识积累更体力实动手力双重检验样高效安排制定整制作流程样伴密切配合样模型制作中学会节省材料节约成类问题均需心考虑否耗费力物力财力会增加通河工模型试验直接具体认识体验学会更层楼
XX老师悉心指导第八组学全力配合表示衷心感谢
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