SL 99-1995（条文说明） 河工模型试验规程.pdf

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1、中华人民共和国行业标准河工模型试验规程SL 99-95 条文说明目次编制说明. . (29) 1 总贝小.(31) 2 相似基本准则. . . (32) 3 试验设备与量测仪器.(33) 4 模型设计原则. . . (37) 5 模型制造. . . . (40) 6 试验方法.(41) 7 成果的记录整理与分析. . (45) 8 试验报告的编写. . . (46) 28 编制说明20世纪50年代，河工模型试验技术在我国水利水电、交通等工程中刚开始起步应用。60年代在我国大江大河上的河道原型观测已有了较好的基础，为河工模型试验技术发展提供了较为有利的条件，同时我国泥沙学术界在河流泥沙方面做了大

2、量的研究工作，取得了颇为丰硕的成果，也为泥沙模型试验奠定了较好的理论基础。7080年代随着我国大江大河的河床演变规律的研究和水利、水电、水运工程的要求，河工模型试验在很多研究院所、高等院校蓬勃发展起来，到目前在河流泥沙研究技术的些领域中我国已步入国际领先的行列。但是由于河流泥沙问题比较复杂，涉及的因素很多，在河工模型相似律问题上也有很多学者各树见解，因此在河工模型试验技术上也已在百花齐放中发展了近40年时间。随着国家经济技术的发展，涉及河流泥沙的建设工程日趋增加，国内水利水电工程技术人员迫切需要编制一本河工模型试验规程。1994年5月，水利部在北京召开了组织起草单位的工作会议，确定了编写单位和

3、主要起草人，并协调与水工模型(常规)试验规程的分工。同年6月提出了编写大纲，组成了编写小组。1994年8月，由编写组完成了河工模型试验规程征求意见稿，并根据水利行业标准管理办法印发到14个科研、高等院校单位与专家征求意见。1994年12月编写组根据回复和收集的意见，重新修改整理，完成了河工模型试验规程送审稿。1995年3月水利部科技司在北京召开了河工模型试验规程送审稿审查会，对其总体原则、章节设置及内容逐一进行了讨论审查，一致认为该规程比较全面系统地总结我国四十多年来河工模型试验的实践经验和科学研究成果，并吸收了些国外的29 有益经验，具有中国特色，符合中国国情，内容可行，可按审查意见补充修改

4、后报批。由于河工模型试验涉及因素较多，技术难度也大，鉴于本规程为初次编制，加之编者水平所限，不足之处实为难免，若发现问题请将有关意见函告主编单位。30 1 总则1. .l 根据水利部技术监督委员会对制订规程、规范的要求。在总结有关成熟的科研技术经验的基础上，编制河工模型试验的行业规程，目的在于对本系统的河工模型试验，提出统一的技术标准、方法和要求，以提高试验研究成果的质量，促进科学技术的进步与发展。河工模型试验规程，主要是针对研究河床演变与河道整治、水库淤积、水工建筑物的泥沙问题，进行预测分析，为工程设计、施工和调度运行提供可靠试验数据。1. O. 2 本规程适用于整体河工模型外，对局部河工建

5、筑物模型也能使用。对于高含沙水流模型，当浑水含沙量达到一定程度，浑水受剪切时其切应力与剪切率已不再保持简单的线性关系，其流动特性已不再保持本规程所遵循的规律，因此必需引入宾汉流体的有关相似准则和相应的模型试验方法才能满足，故本规程规定不适用于非牛顿流体的高含抄水流模型。1. O. 3 河工模型试验与水工模型常规)试验有很多相似之处，模型沙颗粒分析和容重测定目前没有相应标准，因此规定有关部份按水工模型(常规)试验规程)SL155-95及土工试验方法标准)GBJ123-88执行。河工模型试验的基本资料是河道水文测量地形，其试验成果应引伸到原型，因此本规程有关部份规定的参数标准也由原型水文测量标准引

6、伸而定。1. O. 4 本规程为统一公式使用符号，特按我国多年来泥沙专业常用专门名词、符号作了规定。其括号中的符号为相应名词的单位。31 2 相似基本准则2. 0.12. 0.10 本规程是按常规试验列出相似基本准则，不包括高含沙泥沙模型、管灌输沙模型、海岸波浪泥沙模型等特殊要求的一些相似准则。这些泥沙模型在国内外均开展较少，待有条件时应另行编制专项试验规程。目前，表达泥沙运动机理的起动流速V。、泥沙输沙率G、S等计算公式形式很多，应根据所研究试验河段原型泥沙特性作充分了解后，选定合适的公式，公式中的有关系数应按实际情况给予调正。2. 0.10 在同一模型中既模拟推移质泥沙，也同时模拟悬移质泥

7、沙时，则1应等于或十分接近20 32 3 试验设备与量测仪器3.1 渭水模型主要指清水定床模型、清水推移质泥沙模型或推移质示踪沙模型3. 1. 1 有条件的试验室宜采用推移质泥沙加沙机控制加沙量，若采用模型上游铺抄补给的方法或模型设计允许，也可用人工加沙方式。3.1.2 集沙槽用于量测模型输沙量，可以制作成固定水泥槽式，也可制作成活动可取出的铁皮槽。3.1.3不同河流模型推移质泥沙加沙量差别很大，所需用的台秤和地秤的最大秤量，可由试验人员根据需要选定。3.2 潭水模型3.2.1 对水质的要求主要考虑目前国内所采用的模型沙，绝大部份是轻质人工抄，它对水质要求比较高，杂质多将对模型沙特性发生影响。

8、pH值要求为中性水，可避免与碱、酸性人工模型沙产生化学反应，而发生沉淀物或改变模型抄的特性。电导率的限制是由电测仪器精度所要求。限制模型循环水中的钙、模离子含量，主要是当模型沙粒径小于0.025mm时，模型水中又含有相当数量的电解质时，会产生絮凝现象而改变模型沙的实际使用粒径。在选用较细模型沙时，加入分散剂是为防止絮凝现象发生。3.2.2 供水设备。3.2.2.1 河工泥沙浑水模型，由于所研究的河段特性、所选用模型沙粒径、级配、含沙量均有较大差别，一般均应建成独立的供水系统，不能像水工模型可几个模型公用一套供水系统。33 3.2.2.2 水沙混合运行模型z(1)主要为模型试验过程中，浑水始终在

9、充分搅动的情况下循环工作，池中不应出现淤沙。(2)蓄水水池主要为稀释模型含抄量，快速补水用。(3)动力系统的选择，其最大供水量应超过模型最大用水量的1.5倍，其目的是要有较大的回水水量，使回水能量充分搅动工作水池中的浑水，不在池中发生沉积。(4)平水系统以保证进入模型流量稳定为目的，采用什么方法可根据试验室条件而定。(5)浑水泥沙不在管道内发生沉积，根据经验相应管道内流速应大于模型沙起动流速的35倍。回水渠槽中为使浑水泥沙不发生沉积，根据经验，其回水流速也宜大于模型抄起动流速的35倍。具体采用值应根据所选的模型抄情况做预备性试验和计算决定。3.2.3 浑水坷工模型量水设备的设置原则是不得使供水

10、循环系统内的水流中所含泥沙在运行过程中发生沉积。(1)堪槽测流规范SL24-91条文说明中的第1.O. 1条已明确规定，此规范可在实验室内广泛应用。(2)差压式流量计按规定安装完毕后，必须进行校验与检定，以实测压差与流量绘制成率定曲线来修正计算公式后应用。当管径在150400mm时其单管流量范围小于1080m3/h。(3)、(4)电磁流量计、涡轮流量计性能详见附录A，表附Al、表附Az。3.2.4 供抄设备(1)推移质加沙机。(2)配沙池用于模型沙按设计要求把不同粒径、不同重量按比例混合。池内应设置充水和搅沙设备，除能使模型档，、湿润饱和外，必须使各种粒径模型沙充分混合。(3)搅沙池是浑水泥沙

11、进入工作水池前的重要搅拌环节，其目的是要使模型抄充分湿润饱和，池宜做成圆筒形，可采用水力34 或机械搅拌方式，池内不得有沉沙死角。(4)孔口箱、加沙管孔。在采用水沙分开运行方式时，当使用孔口箱加沙，箱壁布设不同的孔口应能满足各级加抄的要求，孔口箱的溢流高度应保持稳定。使用加沙管孔加抄应保持加沙管压力的稳定。在模型正式试验前均必须对孔口箱及加抄管进行率定，以修正计算值，才能投入试验使用。(5)沉沙池应使用盖极盖严，不得使各种杂质进入沉沙池。(6)回沙管指的是浑水泥沙进入沉沙池后，利用管道输抄将沉沙池中的泥沙送回配沙池的设备。3.2.5 模型试验段下游足够长时，下游水位可完全用地形来控制，模型尾部

12、也就不需要专门尾门来控制。3.2.6 流速测验仪器:(1)毕托管。(2)在使用电阻式旋浆流速仪或光电式旋浆流速仪时，应根据被测对象选择相应的传感器(测速杆)，一般低速杆适用范围为0.015-0.20 m/s;中速杆适用范围为0.031. 20 m/s;高速杆适用范围为O.15-4. 00 m/s。3.2.7 见水工模型(常规)试验规程。3.2.8 光电测沙仪检定周期不能大于半年，通过率定绘制以模型沙中值粒径为参数的含沙量仪器读数的关系曲线，在实验过程中必须先确定含泪，、水样中模型沙的中值粒径后，才能在率定曲线上查取含沙量值。3.2.9 详见土工试验方法标准儿3.2.10 电阻式测淤厚仪是利用模

13、型沙比浑水水流有足够大的电阻率的原理，使仪器测定模型沙淤积的界面，因此这类仪器不能用于有良好导电能性的模型沙。当浑水模型使用容重较小、粒径较细的轻质人工模型抄时，往往极易产生河床淤积面与挟沙水体界面不明显的情况。因此应提高仪器的分辨度。35 3.2.11-3.2.12 量测仪器z凡己成商品出售的量测仪器，均必须有经过国家或行业计量检定的合格证书。单位自制或兄弟单位内销的专用仪器必须通过行业计量主管单位批准的自校方法，进行率定和检定，并具有相应单位出具有合格证书或证明文件。测量使用的一次、二次仪表和数据采集系统的仪表检定(校验)周期一般为1-2年。36 4 模型设计原则4. 1 阐明河工模型果用

14、定床和动床的原则4.1.14.1. 2 河工模型设计采取动床还是定床，应根据试验研究河段的年内、年际冲淤变化幅度;挟沙水流特性、上游来沙变化情况以及试验研究的需要等因素综合考虑来选定。4.2 阐明河工模型果用正态、变态以及变态率的原则4.2.1 当实施重要水工建筑物和重要工程时，通常都应试验研究在建筑物附近的水流结构与状态，为了达到此目的，除模型应严格符合阻力相似条件外，也应严格遵守重力相似条件。而模型变态必然会引起模型断面垂线流速分布的扭曲，弯道环流强度的变形，必定对试验成果产生影响。通常此类变态模型的平面比尺选用不宜大于250。当模型设计受试验场地的限制或受选用模型沙的要求等因素不能采用正

15、态设计时，根据已有的经验，允许放宽到变率不超过2。4.2.2 对于研究河床演变为主要对象的河工模型，由于天然河道比较宽浅，模型水平比尺受试验场地限制，不可能很小，当设计成正态模型，水深很小，可能受表面张力的影响，也会发生水流流态成为层流，完全失去与天然水流的相似性，因此不得不采用变态模型设计，但也不是变态率可以任意选用，根据经验本条给出变态率的允许范围。4.3 模型沙的选择及特性测定4.3.1 阐述在选用模型抄时应遵循和注意的问题。4.3.2 由于对模型轻质人工砂目前还没有成熟的容重测定方法，37 本条规定暂使用多年来沿用的土工试验方法标准儿4.3.3 颗粒级配分析是指按粒径分组，抄重测定的一

16、项工作。由于泥沙包括轻质人工砂)粒径的测定有许多种方法，当桂径大于60mm一般使用直接尺量法，这类粒径已超过通常河工模型的使用范围，因此本条款中没有列入。小于等于60mm的粒径泥沙则采用沿用多年的土工试验方法标准儿4.3.4 对于用筛分法测定的沙粒，可用单颗沉速的测定方法。而用移液管法测定的细颗粒泥抄，其静水沉速测定应用混合沙的群体沉速法测定。群体沉速法采用有机玻璃沉降筒2.3m，管内径为12cm，由于沉速与含沙浓度有很大关系，因此试验含沙浓度配置应根据实际模型试验要求确定，用3.35kPa压缩空气，揽拌3-5mino浑水的含沙浓度从沉降筒壁的取样孔(垂直孔距为5cm)用100mL的比重瓶取样

17、，用感量0.0001g天平称重计算而得.试验用水应从模型实际使用的水源取得，取样时间应根据沙样的粒径、容重选定，初始取样，从5s开始，时间间隔不小于20S，当粒径细、容重小时可延长取样时间间隔，取样次数应不小于10次.4.3.5 阐述模型沙起动流速的测定方法。当没有变坡水槽时，也可用符合试验要求的水槽铺设不同的底坡进行试验。4.4 河工模型设计依据第2章各种基本相似准则，但是对于既要满足泥沙沉降相似条件，同时要满足泥抄悬浮相似条件的要求，在变态模型上是做不到的，另外推移质泥沙与悬移质泥抄的输移有着各自不同的规律，因此模型要求的输沙率比尺与河床变形时间比尺不可能同时满足，于是在模型设计中允许部份

18、相似准则有一定的偏离。4.4.1.4.4.2 重力相似条件的允许偏离是考虑到河工模型试验中特别在平原河流内，阻力损失项比流速水头变化项为大，因此只要水流曲率不大，重力相似条件可适当偏离。对于允许偏离不38 大于50%是根据经验所得。4.4.3 河工动床模型试验中，特别是变态动床模型，往往水流结构与泥抄运动都不是严格相似，如果不经过验证试验则试验成果难以引伸至原体。加之输沙量比尺及河床变形时间比尺，目前尚无法正确计算，都要靠验证来决定。4.4.4 本条水流时间比尺与泥沙冲淤时间比尺相差不宜超过10倍是经验数据。39 5 模型制造5.1 定床模型一般采用水泥抹面，当模型设计考虑水泥抹面床面糙率不够

19、时，也可以采取表面拉毛、小石子加糙或用其他加糙办法。床面平整度要求可比承工模型降低。其他制模方法、材料和施工要求与水工模型(常规)试验规程相同。5.2 阐述塑造模型动床部份的技术要求5. 2. 1 - 5. 2. 2 阐述在确定河工动床模型施工设计时的技术要求。5.2.3 采用阴断面板法刮制地形，必须用经水充分浸湿后不会变形的材料做断面板，以防止变形后发生较大误差。5.2.4 为使动床部份的模型沙能自然密实，应在模型刮模塑制地形前，进行较长时间的浸泡，浸泡的水深应超过动床模型沙最高部份5cm以上，泡沙时间应根据所选取模型沙的类别而定，一般易饱和的人工模型砂浸泡时间可短一些，不易饱和或表面有油质

20、的模型沙应浸泡时间长一些。40 6试验方法6.1 验证试验是河工模型试验必须进行的内容6.1.1 河工模型试验比较复杂，影响因素很多，特别是变态动床模型，水流结构和泥沙运动都不是严格相似的p输抄量比尺及河床变形时间比尺，目前还无法正确计算，这些模型试验控制因素必须依靠验证试验来解决，在调整输沙量比尺和河床变形时间比尺时的依据是使模型与原型在地形冲搬上符合为止。同时验证试验的目的也是检验模型设计、制模、操作的可靠性和正确性。当某些中、小河流缺乏实际资料，无法在模型试验中提供验证数据和地形，则用公式计算所得各类比尺值进行放水试验，其结果只能供设计或研究作定性参考，不能直接作为设计的依据。6.1.2

21、 验证资料的收集与选用:(1)水文、泥沙等原始资料，是河工模型试验的基本依据，本条为严格保证其正确性而立。(2) (4)为验证试验顺利进行所提出相应的要求。6.1.3 制模起始地形校正，允许平面误差为士lcm.高程误差为士lmm.与水工模型(常规)试验规程相同。6.1.4 水面线校正z(1)、(2)是指与制模地形同步测验的流量级水面线校正后允许误差，其他流量级个别水位站的误差可允许大一些。(3)由于模型进口第一个水位站，可用进口前池水位来控制，模型出口的水位可用尾门来调节，因此同一模型上仅取二个或二个以下的水位站不能反映模型与原体的阻力相似条件，是模型中绝不允许出现的情况。(4)当模型试验研究

22、的目的仅在于枯水整治或研究洪水水位时，其验证水位的流量级可适当放宽，但相应研究时段的水位级41 验证资料，必须保证。6.1.5 模型平均水深必须大于1.5 cm.是以不受表面张力影响为依据。其他相对误差值的规定均为经验总结所得。6.1.6 河床冲淤地形验证是河工模型验证试验的决定性环节，除达到定性相似外，根据经验其相对误差不宜超过士25%。一般验证试验要经过多次，以至数十次之多才可能达到要求。6.1.7 验证试验的主要依据是模型冲淤地形与原型基本一致，其冲淤部位要求在定性上相似外，其冲淤量根据经验所定相对误差士25%的允许值是指总体而言，对河段中重点研究部位其允许相对误差应小于土25%.而非重

23、点部位可予以适当放宽。6.2正式试验6.2.1 当采用非稳定流放水法时，不必确定缸。6.2.2 当采用定流量放水法时，本条规定了必须满足的精度要求。模型进口流量控制精度，其相对误差不超过土5%的要求是根据原型观测实际能达到的精度而定。6.2.3 模型进口含沙量的概化与控制z(1)本条是指浑水模型试验在目前试验水平情况下，还无法达到沿含沙量过程线作不稳定控制，一般均采用分级含沙量控制，为此与流量过程线一样需要概化，考虑到含沙量随时间变化大的特点，其相对误差值不超过土5%.是指每时段设计施放输沙总量与原型相应时段输抄总量之差值。(2)通常悬移质泥沙模型不可能模拟原型全部的悬移质，因此提出模型应模拟

24、参与河床变形部份的泥沙。(3)根据对各种模型抄特性的研究.0.025 mm的粒径大致是发生絮凝的临界粒径。(4)浑水模型试验的含沙量控制，考虑到目前试验的操作水平，提出允许的相对误差值。6.2.4 水温是影响水粘滞性的因素之一，温度不同直接影响模型42 沙的沉降速度，因此在模型设计、验证试验和正式试验时，均应考虑温度的因素，必要时可进行修正其他放水要素。6.2.5 动床模型推移质加沙的控制z。)、(2)是阐述推移质泥沙模型加沙量的确定办法。在条件允许的情况下应探索试验研究河段推移质泥沙的输沙规律，获得相应的输沙率经验公式，再在模型中用验证试验来调正。(3)推移质泥沙的原型观测，目前还不完全成熟

25、，精度偏低，因此本款也作了相应的规定。6.2.6 本条阐述泥沙模型试验中必须遵循的要求。6.2.6.1 针对试验中需要的仪器设备进行准备。6.2.6.2 试验大纲应包括如下的内容和要求:(1)概述一-河段特性、工程规模、任务来源和依据，以及主要目的和要求。(2)国内外研究水平-一概述国内外对本项目研究的水平和动向。提出本模型的设计方法和预估可能达到的研究水平及模型的精确度。(3)试验研究的内容、方法和步骤-一根据任务要求和研究方向，确定测量的项目、组次和测量允许误差以及试验研究进行的步骤。(4)制定相应的技术措施一一根据测量项目的要求，确定所需的仪器。(5)安排进度-一根据试验要求和工作量安排

26、进度。在进度安排中应包括阶段性工作进度以及最终报告的日期。(6)报告审查一一如提出任务单位要求审查，应根据审查要求确定试验报告的内容、审查日期、审查的级别和审查专家名单。6.2.6.3 本条规定的目的是防止在试验前就破坏原来动床地形。在实际操作时也可用其他方式灌水，但必须以不破坏动床地形为前提。6.2.6.4 在水沙不分开运行的悬移质泥沙模型放水时，虽然在工作水池已进行含沙量和颗粒级配的测定，但是当进水管道系统较43 长，回水渠道也较长时可能发生进入模型后的含沙量和颗粒级配有较大的变化，因此在放水进入模型后，应立即用快速测定法判定是否满足设计要求，当不满足要求时应立刻清扫已落淤在模型上的模型沙

27、。在调整好含沙量和颗粒级配后，再重新放水开始计时。6.2.6.5 本条规定的目的是防止停水时，水位下落过快，冲坏模型已塑造的地形，必要时可以在此地形上检查试验过程中缺失或有疑问的试验资料。6.2.7 本条规定失控的界限，是为判别试验是否成功的标准，四项控制指标均为经验所得。6.2.8 模型测验要求。6.2.8. 16.2.8.4 提出常规试验必要遵循的一般要求。6.2.8.5 模型含沙量测定采用其他方法时，必须在使用前用烘干称重法率定，二者之间的相对误差必须小于士10%，才能使用，且每次率定报告必须归档备查。在模型试验过程中不论采用什么方法测定含沙量，但必须同时采用烘干称重法监测，监测次数每一

28、流量级必须在一次以上。当二者相对误差大于士10%时，则必须立刻找出原因，如累积超标测次超过四次以上，则必须改用烘干称重法或比重瓶置换法测定。6.2.8.6 泥沙颗粒级配的测定不论采用什么方法，所用仪器必须进行标样检定，其相对误差必须小于士10%，才能使用。6.2.8.7 模型冲淤地形测定的测点间距，当地形平坦，同时在批准实施的模型试验大纲允许条件下，也可适当放宽。冲淤地形测定常用仪器为测针直读、电阻式测淤仪、光电式测淤仪。其他超声波地形仪、眼踪式地形仪在一定条件下也可使用，但不论选用何种类型的地形仪，都必须通过玻璃水槽作同类模型沙的龄积地形率定试验，误差必须在士1mm之内，才能使用。44 7

29、成果的记录整理与分析7.1 成果的记录7. 1. 1 由于河工模型测量内容、项目与原型基本一致，因此宜采用水文普通测量规范附录A、附录B的记录格式。7.1.2 动床模型试验是一个动态的实验过程，本条规定的目的是尽可能获得可能多的正确资料，避免发生事后检查己来不及补救的问题。7.1.3 动床淤积地形随着模型退水和暴露在空气中会发生变形、干缩等问题，因此本条规定在最短时间内测量完成。7.2 本条是河工模型试验成果中必须提供给使用者必要参考数据。45 8 试验报告的编写8.0.1 本条包括的内容是模型试验的基本部分，一般河工模型试验报告都不能缺少。8.0.2 当试验报告中缺少验证试验部分，则此项河工模型试验成果，不能直接应用于重要工程设计，只能供研究问题作参考。8.0.3 河工模型试验操作技术比较复杂，影响成果的因素很多，为此，模型原始观测资料是查找试验中可能存在问题的唯一依据。46 书号:1580124-14 定价z5.40 7G cn cn J