一种阻水建筑物水工模型试验的量测装置及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种阻水建筑物水工模型试验的量测装置；
[0002]本发明还涉及一种所述阻水建筑物水工模型试验的量测方法。
【背景技术】
[0003]由于阻水建筑物的阻碍作用，水流经过阻水建筑物时需要克服其施加的阻力，从而影响河道原有的过流能力。目前，阻水建筑物阻水状况的研宄主要有壅水理论和经验公式研宄、数值模拟和水工模型试验三大手段，壅水理论和经验公式研宄、数值模拟的研宄前提主要是通过大量室内水工模型试验或现场测验获取基本资料。天然河流水流运动本身就错综复杂，且多为非恒定流，当河道内设置建筑物时，水流与河床的原来运动状态遭到干扰，水流流态更是复杂多变，通常较难获得相同水流条件下有无阻水建筑物对比的现场测验资料，一般通过水工模型试验直接得出结论，或借助水工模型试验对数值模拟及理论分析结果进行检验和修正，使二者结合起来解决问题。
[0004]阻水建筑物的水工模型试验是依据相似原理，把原型按相似准则制成模型，根据不同的方案施放相应流量的水流，通过对模型数据的量测和相似关系换算到原型，来预测原型水流在受到阻水建筑物影响时河道过流能力等的变化。任何水工模型试验必须通过模型数据的量测，但很多情况下由于阻水建筑物对河道过流能力(无论是流量和水位)的影响量值较小，而现有测量仪器精度有限，致使水工模型试验数据难以满足相关研宄需求。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题就是针对现有测量手段无法测量或不能满足精度要求等上述不足，提供一种阻水建筑物水工模型试验的量测装置及其方法，用于解决现有技术中的问题。
[0006]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种阻水建筑物水工模型试验的量测装置，所述量测装置包括试验水槽、第一连通管、第一盛水装置、第二连通管、第三连通管、第二盛水装置、第四连通管、第一调节阀、第二调节阀、抽水泵和测量水表，试验水槽内阻水建筑物模型的上游、下游通过第一连通管、第四连通管分别连接第一盛水装置和第二盛水装置，第一盛水装置和第二盛水装置之间连接有第二连通管和第三连通管，第二连通管上设有抽水泵，第三连通管上设有第一调节阀，第四连通管上设有第二调节阀和测量水表。
[0007]优选地，所述第一连通管与试验水槽的接入口位置低于试验水槽内水位。
[0008]优选地，第二盛水装置高度高于第一盛水装置。
[0009]优选地，所述试验水槽的出水口处设有尾门，所述第四连通管的出口位于尾门上游。
[0010]优选地，所述第一盛水装置和第二盛水装置上均设有水位刻度。
[0011]本发明还提供一种阻水建筑物水工模型试验的量测方法，包括以下步骤:
[0012]S1:在所述试验水槽中不放置所述阻水建筑物模型，设置试验边界条件，调节所述第一调节阀使得所述第一盛水装置中的水位不随时间变化，并且调节所述第二调节阀使得所述第二盛水装置中的水位不随时间变化；
[0013]S2:记录水表的第一读数Q1,以及第一盛水装置中的水位Z1;
[0014]S3:经！\时间后，记录水表的第二读数Q2;
[0015]S4:在所述试验水槽中放置所述阻水建筑物模型，保持所述试验边界条件不变，调节所述第一调节阀使得所述第一盛水装置中的水位保持在Z1，且不随时间变化，同时调节所述第二调节阀使得所述第二盛水装置中的水位不随时间变化；
[0016]S5:记录水表的第三读数Q1'；
[0017]S6:经T2时间后，记录水表的第四读数Q V ;
[0018]S7:根据所述第一读数Q1、所述第二读数Q2、所述第三读数Q/、所述第四读数Q2r用于研宄所述阻水建筑物的阻水状况。
[0019]优选地，所述试验边界条件包括所述试验水槽的给水流量和出水流量相等，所述试验水槽的出水口设置的尾门处的水位始终不变。
[0020]进一步地，根据所述第一读数Q1、第二读数Q2、第三读数Q/、第四读数QV，研宄所述阻水建筑物的阻水状况的步骤包括:
[0021]I)根据所述第一读数Q1、所述第二读数Q2、所述第三读数Q1'、所述第四读数Q2'计算所述第一连通管的出流量变化dq = Q1' ^1= (Q2' -Q1' VT2-(Q2-Q1)A11;
[0022]2)根据所述第一连通管的出流量变化dq，计算所述试验水槽上游断面的水位壅尚dh ；
[0023]3)根据所述试验水槽上游断面的水位壅高dh，计算所述试验水槽由于水面比降增加而引起的流量变化值dq'；
[0024]4)根据所述dq和dq'，计算所述阻水建筑物对河道过水流量的影响(减少值)DQ,即 DQ = dq+dq'。
[0025]通过以上技术方案，本发明相较于现有技术具有以下技术效果:本发明为研宄阻水建筑物阻水状况的水工模型试验中的微量变化提供了一种新的量测思路，方法操作简便；可将类似水工模型试验中对测量仪器精度(灵敏度)的要求，转化为试验时间，而不仅仅依靠测量仪器的精度(或灵敏度)，通过延长试验时间提高试验精度；可以解决类似水工模型试验中由于微量变化现有仪器无法准确测量的问题，用于相关问题的定量试验研宄。
【附图说明】
[0026]图1显示为本发明量测装置的结构示意图。
[0027]图2显示为本发明量测方法的流程示意图。
[0028]元件标号说明:
[0029]I 试验水槽
[0030]2 阻水建筑物模型
[0031]3 第一盛水装置
[0032]4 第二盛水装置
[0033]51 第一连通管
[0034]52第二连通管
[0035]53第三连通管
[0036]54第四连通管
[0037]6抽水泵
[0038]7第一调节阀
[0039]8第二调节阀
[0040]9测量水表
[0041]10尾门
[0042]11平整水流装置
【具体实施方式】
[0043]以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
[0044]请参阅图1至图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0045]由于阻水建筑物的阻水影响，引起的河道上游水位壅高或河道过流量减少，无法用现有的仪器精确测量。为了研宄跨河桥梁布置在河道中的桥墩对河道过水能力的影响，本发明提供一种阻水建筑物水工模型试验的量测装置及其方法，参阅图2所示，包括以下步骤:
[0046](I)确定阻水建筑物及河道特征。
[0047]①确定阻水建筑物类型、形状、尺寸、数量等，如桥墩、码头等。在本实施例中，阻水建筑物的模拟对象为跨河桥梁布置在河道中的桥墩，形状为椭圆形，根据经验估计其对水流的影响十分微小，现有测量手段难以满足精度要求。
[0048]②确定阻水建筑物所在河道断面形状，阻水建筑物在河道中的相对位置。在本实施例中，该阻水建筑物所在河道断面为梯形断面，已知河底宽度、边坡、水深，两椭圆形桥墩连线与水流方向垂直。
[0049](2)分析选定模型比尺。模型比尺选择需要考虑阻水建筑物影响范围、试验时间、场地限制等，若比尺很小，则同样的精度要求需要更长的试验时间。
[0050](3)设置水工模型及量测装置。按照上述阻水建筑物、其所在河道特征、确定的模型比尺，制作水工模型，同时需考虑水工模型与原型的相似性等。试验水槽1、阻水建筑物模型2分别为阻水建筑物所在河道段、阻水建筑物的等比尺模型，阻水建筑物模型在试验水槽中的相对位置与阻水建筑物在河道中的相对位置一致。
[0051]参阅图1所示，量测装置包括试验水槽1、第一连通管51、第一盛水装置3、第二连通管52、第三连通管53、第二盛水装置4、第四连通管54、第一调节阀7、第二调节阀8、抽水泵6和高精度的测量水表9。第一连通管51的第一端与阻水建筑物模型上游处的试验水槽连接、第二端与第一盛水装置3连接，第一连通管51连接试验水槽的位置与阻水建筑物模型2的距离应能反映阻水建筑物2的整体阻水情况。第一盛水装置3比试验水槽I的位置低，且第一连通管51与试验水槽I的接口位置低于试验水槽内的水位，满足水体可自流流出试验水槽。
[0052]第二盛水装置4比第一盛水装置3的位置高，因而也比试验水槽I的位置高。第一盛水装置3通过第二连通管52和第三连通管53与第二盛水装置4连接。第二盛水装置4通过第四连通管54与阻水建筑物模型