[发明专利]一种适用于峡谷型水库的异重流模型试验方法

说明书

技术领域：

本发明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。

背景技术：

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、挖入式河港和船闸引航道等处，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，发明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。

发明内容：

本发明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。本发明的技术方案如下：

一种适用于峡谷型水库的异重流模型试验方法，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(2)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；