一种适用于峡谷型水库的异重流模型试验方法技术

本发明专利技术涉及一种水工模型试验方法，特别涉及一种适用于峡谷型水库的异重流模型试验方法，属于水利工程技术领域，其IPC国际专利分类号为E02B?1/02。该试验方法在模型两岸设置轨道，在模型上设置能够沿轨道上下游移动的采样桥，在采样桥上的探杆上集成安装了由取样管和铜管组成的取样装置，取样管与负压装置连通，负压装置包括水环泵、储气罐和抽压管。通过负压装置和安装在不同水深部位的取样管，可以非常方便及时地对多个断面、不同水深取样，提高了取样的效率和含沙量样本的有效性，增加了试验数据的数据量，提高了试验精度，工作效率显著提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种水工模型试验方法，特别涉及，属于水利工程
，其IPC国际专利分类号为E02B 1/02。
技术介绍
两种或两种以上的流体互相接触，其重度有一定的但是较小的差异，如果其中一种流体沿着交界面的方向流动，在流动过程中不发生全局性的掺混现象，这种流动称为异重流。异重流是挟沙水流的一种特殊运动形式，它通常出现在水库、盲肠河段、挖入式河港和船间引航道等处，对这些地方的泥沙运动与河床演变有重要影响。水库上游来的浑水，在水库的某处潜入库底，有的运行百余公里到达坝前，而表层库水却清澈不浑，这是挟沙浑水所形成的水库异重流。在水库运作中，由于异重流的发生不易发现，如果异重流已到达坝前而未及时发现并开启孔口排沙，大量浑水在坝前停留，引起泥沙沉积在坝前，库容会很快缩小。但是，如果摸清了水库异重流的发生和运行规律，在多沙河流上修建蓄水库和水电站时，设置底孔，合理运用在库底运动的浑水异重流可把泥沙排走，减少水库淤积。由于每个水库的水沙、水文、地质、地形等条件不同，因此，必须通过精确的水库异重流模型试验，准确模拟各种边界条件下异重流的发生和运行情况，摸清水库异重流的发生和运行规律，利用异重流减少水库淤积。甚至可以根据其发生及运行规律人工塑造异重流，以排泄水库淤积的泥沙，延长水库使用寿命。一般情况下，河道模型或者河道型水库模型水深比较浅，试验时利用取样勺直接取样，盛入比重瓶，利用电子天平快速称量，输入电脑进行实时计算，获得各取样点实时含沙量数值。该值实际为取样点处平均含沙量数值。但是，我国的山区水库大部分是峡谷型水库，库区边坡非常陡，其水工模型经过变态处理后，边坡变得更加陡峻，大部分库段的边坡都在70°以上，部分库段甚至接近90°， 使得各断面含沙量要素取样受到限制。尤其是在发生异重流的时段，水库内存在蓄水体，清水水深较大，异重流潜入后， 在清水下层运行，各断面含沙量要素取样异常困难，传统的含沙量取样方法不能取样。异重流测验的难度高，时间紧，在很多情况下，不能够施测或施测不及时，会严重影响异重流试验结果的精度。为了保证取样精度，需要根据水流不同流态，缓慢或者快速进行采样，在大水深、 高含沙量的水库中进行异重流取样，大大地增加模型试验的工作量和难度。针对上述情况，开发适用于峡谷型水库异重流模型试验的方法，成为迫切解决的重要问题，小浪底库区模型试验项目组的工作人员在模型的制作与试验过程中，总结多年模型试验工作经验，通过多次摸索尝试，结合新型的模型含沙量取样设备，专利技术了适用于峡谷型水库异重流水工模型试验的方法，并在小浪底水库实体模型上得到广泛运用。
技术实现思路
4本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种峡谷型水库异重流模型试验方法。本专利技术的技术方案如下，包括以下主要步骤(1)根据实测资料，选用合适的几何比尺水平比尺300，垂直比尺60，建立水库物理模型；(2)在模型的两岸，分别固定设置一条轨道，两条所述轨道的走向分别与两岸的走向一致；根据模型计划测量的断面数量，设置多个横跨模型两岸的采样桥，采样桥宽度为 0. 5-1. 5米；在所述采样桥的两侧固定设置有导轨，在所述采样桥的两端设置有滑动装置， 所述滑动装置能够同时沿着所述轨道(1)和采样桥( 两侧的导轨滑动；(3)在所述采样桥上游侧的导轨上安装有一根金属探杆，所述探杆与所述导轨连接处设有水平和垂直调整螺栓，利用所述水平调整螺栓，使所述探杆沿着所述导轨水平移动，利用所述垂直调整螺栓，使所述探杆垂直移动；在所述探杆上固定安装有触底板，所述触底板与探杆垂直；(4)在所述探杆上安装取样装置，所述取样装置包括1根辅助水尺和4根取样管； 所述辅助水尺固定在所述探杆上，用于测量水深；4根所述的取样管为软性胶管，绑定在所述探杆上，每根所述取样管的进水端安装有铜管，4根铜管的入水口朝向水库上游来水方向，且每根铜管在探杆上的高度位置不同，用于在不同的水深留取水样；4根取样管的另一端延伸到模型墙体的外侧，在取水管出水端安装有取样控制阀门，用于开始或停止取样；取水管出水端的高程应当低于所述铜管的高程；(5)在水库模型的外部设置负压装置，所述负压装置由水环真空泵、储气罐、抽压管和抽样桶组成，水环真空泵连接储气罐，储气罐连接抽压管，抽压管包括抽压干管和抽压支管，抽压干管和抽压支管通过三通连接，抽压干管布设在模型墙体的外侧，抽压支管布设在临近取样管出水端的地方，抽压支管进口端安装有控制阀门；所述抽样桶的上部设有2 个接口，其中一个接口通过软性胶管与所述抽压支管的出口端连通，另一个接口安装有与所述抽样管出水端匹配的插接头；在临近取样管出水端的模型墙体外侧安装1个接水槽， 所述接水槽和所述抽样桶的底部均与排弃水管连通，用于排泄取水管的弃水；(6)设置弃水冲洗装置，所述冲洗装置包括一台清水泵和抽水管，所述清水泵通过抽水管抽取蓄水池内的清水，用于冲洗抽样桶和接水槽的弃水淤积在排弃水管内的泥沙；(7)分别在临近采样桥、接水槽和水环真空泵的地方设置简易通讯装置，用于上述三个地方的操作人员随时联系，做好试验的配合；(8)根据水库上游来水来沙的实测资料，进行水库模型放水；(9)开启负压装置，使抽压干管和抽压支管内的气压为负1个大气压；将4根取样管出水端依次插接到抽样桶的插接头上，打开取样管和抽压支管的控制阀门，在负压的作用下，使取样管内充满浑水，然后关闭控制阀门，将取样管出水端放置在接水槽内；(10)取样时，根据取样管的长度，先将取样管内的浑水在接水槽内排泄20-60秒， 使取样管内先前存蓄的浑水排净，保证每次取样均为实时含沙量取样，然后，将比重瓶放置在接水槽内，将取样管出水口置于比重瓶口，利用比重瓶进行含沙量取样，比重瓶满时关闭取样控制阀门；(11)通过试验数据分析，或者在模型上观测到异重流潜入后，在潜入断面下游，应加密测验，观测异重流到达每个拟测验断面的时间；(12)试验进行一定时间后，启动弃水冲洗装置，冲洗排弃水管内淤积的泥沙。优选地，所述轨道由工字钢制成。优选地，所述抽压干管及抽压支管采用PI3R管。本专利技术的试验方法，采用的设备造价低，安装容易，操作方便，提高了取样的效率和含沙量样本的有效性，增加了试验数据的数据量，提高了试验精度，工作效率显著提高。附图说明图1为本专利技术的试验方法采用的水工模型的平面示意图。图2为本专利技术的试验方法采用的水工模型的纵剖面示意图。图中，1为轨道，2为采样桥，3为探杆，4为取样管，5为触底板，6为铜管，7为水环真空泵，8为储气罐，9为抽压管，10为抽样桶，11为插接头，12为接水槽，13为排弃水管，14 为模型墙体，15为蓄水池，16为清水泵，17为搅拌池。具体实施例方式小浪底水库是典型的峡谷型水库，小浪底库区模型是“模型黄河”的重要组成部分。整个模型从小浪底大坝至三门峡水文站，原型库段长约125km，高程从155m至^5m，模型包括库区100%的干流原始库容及近95%的支流库容。依据所选用的几何比尺(水平比尺300，垂直比尺60)缩尺后，模型长约440m，模型平均宽度约15m，高约2.細。在模型的两岸，分别固定设置一条轨道1，两条所述轨道1的走向分别与两岸的走向大致一致。轨道1可以由工字钢制成。根据水库的长度和边界条件，确定模型计划测量的断面数量，然后，每本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种适用于峡谷型水库的异重流模型试验方法和试验装置，其特征在于，包括以下主要步骤：（１）根据实测资料，选用合适的几何比尺：水平比尺３００，垂直比尺６０，建立水库物理模型；（２）在模型的两岸，分别固定设置一条轨道（１），两条所述轨道（１）的走向分别与两岸的走向一致；根据模型计划测量的断面数量，设置多个横跨模型两岸的采样桥（２），采样桥（２）宽度为０．５－１．５米；在所述采样桥（２）的两侧固定设置有导轨，在所述采样桥（２）的两端设置有滑动装置，所述滑动装置能够同时沿着所述轨道（１）和采样桥（２）两侧的导轨滑动；（３）在所述采样桥（２）上游侧的导轨上安装有一根金属探杆（３），所述探杆（３）与所述导轨连接处设有水平和垂直调整螺栓，利用所述水平调整螺栓，使所述探杆（３）能够沿着所述导轨水平移动，利用所述垂直调整螺栓，使所述探杆（３）能够垂直移动；在所述探杆（３）上固定安装有触底板（５），所述触底板（５）与探杆（３）垂直；（４）在所述探杆（３）上安装取样装置，所述取样装置包括１根辅助水尺和４根取样管（４）；所述辅助水尺固定在所述探杆（３）上，用于测量水深；４根所述的取样管（４）为软性胶管，绑定在所述探杆（３）上，每根所述取样管（４）的进水端安装有铜管（６），４根铜管（６）的入水口朝向水库上游来水方向，且每根铜管（６）在探杆（３）上的高度位置不同，用于在不同的水深留取水样；４根取样管（４）的另一端延伸到模型墙体（１４）的外侧，在取水管（４）出水端安装有取样控制阀门，用于开始或停止取样；取水管（４）出水端的高程应当低于所述铜管（６）的高程；（５）在水库模型的外部设置负压装置，所述负压装置由水环真空泵（７）、储气罐（８）、抽压管（９）和抽样桶（１０）组成，水环真空泵（７）连接所述储气罐（８），所述储气罐（８）连接所述抽压管（９），抽压管（９）包括抽压干管和抽压支管，抽压干管和抽压支管通过三通连接，抽压干管布设在模型墙体（１４）的外侧，抽压支管布设在临近取样管（４）出水端的地方，抽压支管进口端安装有控制阀门；所述抽样桶（１０）的上部设有２个接口，其中一个接口通过软性胶管与所述抽压支管的出口端连通，另一个接口安装有与所述抽样管（４）出水端匹配的插接头（１１）；在临近取样管（４）出水端的模型墙体（１４）外侧安装１个接水槽（１２），所述接水槽（１２）和所述抽样桶（１０）的底部均与排弃水管（１３）连通，用于排泄取水管的弃水；（６）设置弃水冲洗装置，所述冲洗装置包括一台清水泵（１６）和抽水管，所述清水泵（１６）通过抽水管抽取蓄水池（１５）内的清水，用于冲洗抽样桶（１０）和接水槽（１２）的弃水淤积在排弃水管（１３）内的泥沙；（７）分别在临近采样桥（２）、接水槽（１２）和水环真空泵（７）的地方设置简易通讯装置，用于上述三个地方的操作人员随时联系，做好试验的配合；（８）根据水库上游来水来沙的实测资料，进行水库模型放水；（９）开启负压装置，使抽压干管和抽压支管内的气压为负１个大气压；将４根取样管（４）出水端依次插接到抽样桶（１０）的插接头（１１）上，打开取样管（４）和抽压支管的控制阀门，在负压的作用下，使取样管（４）内充满浑水，然后关闭控制阀门，将取样管（４）出水端放置在接水槽（１２）内；（１０）取样时，根据取样管（４）的长度，先将取样管（４）内的浑水在接水槽（１２）内排泄２０－６０秒，使取样管（４）内先前存蓄的浑水排净，保证每次取样均为实时含沙量取样，然后，将比重瓶放置在接水槽（１２）内，将取样管（４）出水口置于比重瓶口，利用比重瓶进行含沙量取样，比重瓶满时关闭取样控制阀门；（１１）通过试验数据分析，或者在模型上观测到异重流潜入后，在潜入断面下游，应加密测验，观测异重流到达每个拟测验断面的时间；（１２）试验进行一定时间后，启动弃水冲洗装置，冲洗排弃水管（１３）内淤积的泥沙。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈书奎，李书霞，马怀宝，张俊华，李涛，蒋思奇，王婷，李昆鹏，王岩，王仲梅，石标钦，于国卿，顾列亚，张晓华，张攀，曾贺，谢志刚，岳瑜素，邓宇，徐路凯，
申请(专利权)人：黄河水利委员会黄河水利科学研究院，
类型：发明
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