水工建筑与河流工程的物理模型试验的研究

常乐乐

摘要：随着我国社会经济的不断发展与进步，人们的生活水平也得到了显著的提高。使我国水利工程迅速崛起，同时也增加了它自身的综合竞争力，要想使该工程在竞争中占据有力的位置，就要加强对水利工程的管理，对水利工程中的技术问题进行深入性的分析和研究。在当前形势下，物理模型试验在水利工程建设与发展过程中起着极为关键的作用，可以有效解决水利工程规划和设计中所存在的问题，以此来更好的推动水利工程的发展。因此，本文以美国SidneyA.Murrayjy水电站的物理模型试验为研究对象，对水工建筑与河流工程的物理模型试验进行深入性的研究，从为其他水利工程提供有力的借鉴。

关键词：水工建筑;河流工程;物理模型

根据目前情况来看，水工建筑与河流工程在国民经济中已经成为支柱性产业，但是，由于外界各种因素的影响和冲击，在加上水工及河工问题比较复杂，极大的增加了市场的竞争力，同时也使有许多自然额现象和内在的机理没有使人们给予充足的认识和了解，不利于水工建筑工程的发展与建设。所以施工人员要深入开展物理模型试验，对水工建筑与河流工程的性能进行全面的认识，并采用有效的方法对结构设计进行合理化的优化，以此来更好提升原型建筑物整体的性能，保障人们的生命安全，从而实现水流工程现代化的建设与发展。

1电厂邻近闸控坝

图1主要表示为低水头电站邻近闸控坝的一种设置形式，对于这种形式来讲，会由一非常大的边墩树立在电厂和闸控坝之间，将电厂与闸控坝分开，由于多种因素的影响，例如受侧向行近水流、边墩伸出等，在电站进口的位置上会形成一种立轴漩涡、平轴漩滚，不仅会对电厂的进水口造成严重的影响，还会严重影响拦污栅的水流方向。根据传统的修建方式表明，由于機组3和机组4在进口的位置上会受到上述漩涡和漩滚直接性的影响，机组1和机组2的输出功率与机组3和机组4进行比较，相对来讲比较小，所以在多样化的运行条件下，在机组1的前方的位置上，要使遮流部位形成一个夹气立轴漩涡，这种旋涡相对来说比较稳定，而且这些机组的振动效果也比较严重，所以会在很大程度上使各种机械设备出现疲劳的现象。还有研究表明，漩涡还非常容易吸取漂浮物，会拦污栅堵塞，极大降低了拦污栅水头质量。漂浮物在人流的过程中，长边墩会将大量的浮杂物进行截留和积聚，使阻塞情况逐渐加重，情况一旦严重无法解决，就会威胁电厂的发展。

在过去10a中，人们通过利用水力学整体模型和局部模型，对上述工程布置中存在的问题进行及时的分析和解决，例如：法国StEgreve和Voreppe、泰国的PaKMun工程等，在这种情况下，对工程提出了新型的布置理念和形式，可以在很大程度上消除运行过程中所存在的问题，使电站的稳定性和安全性可以得到有效的提升。

2位于开挖渠道中电厂布置分析

通过以美国SidneyA.Murrayjy水电站河流工程的物理模型试验作为研究对象，可以对水工建筑物的整体布局进行深入性的分析，从而得出准确的水力参数指，可以探索出有效的解决对策。

2.1原始设计分析。图2是展现的电站建筑物的一种布局，位于开挖引水渠道。

如果按照上述设计图进行布局，在实际运行的过程中会存在很多的问题，问题一旦无法及时的解决，就会引发各种危险。例如：

2.1.1在渠道中会使流速出现不对称的现象，使河的一岸出现严重的淤积现象，另一岸就会出现流水冲刷的现象，这种现象不及时解决，时间一长，就会使梯形渠道发生巨大的变化，会转变成一个三角形渠，这样就会对电站造成一定的影响，使电站进口位置上的渠道断面的输水量分布不够均匀。

2.1.2这种水流分布的形式，会严重威胁到电站进口位置上水头的质量，会降低水头的使用周期。

2.1.3将导墙设置在两边，虽然可以将近水流的方向得到有效的改善，但是还容易在机组1号和4号前形成一种夹气漩涡，这种旋涡相对来讲比较稳定。

2.1.4在对导墙进行设计的过程中还会形成一种风险区，这种风险区主要是由木材堵塞而成，极大的增加了其自身的风险性。

2.2修改设计分析。根据传统的设计进行布局，会产生各种各样的问题，所以要及时采用有效的方法根据实际情况对其进行仔细的修改，其图3是已经修改过的渠道进口，这样可以有效将不对称的水流进行及时的消除。

在渠道进口的位置上要设置一个岛，对水流进行缓冲，这样可以使进口水流的流速和流量进行均匀的分布;将两边的导墙取消，利用前池段渠道特点从而形成一个表面回流，这样可以在很大程度上将夹气漩涡进行消除，将传统的导墙和表面回流堵塞和取消，可以有效避免阻塞风险的发生。

这就是美国SidneyA·Murrayjy水电站的物理模型试验，根据试验可以得出以下结论：

2.2.1每个台机组在发电过程中，其出力效果相对比较均匀，发电出力值超出了预定值。

2.2.2在电厂进口之前不会形成一种相对稳定的旋涡。

2.2.3无法形成一种严重性的流木阻塞。

3尾水渠的补偿作用

与总水头的流速进行比较，尾水管的出口水流值相对来讲比较小，但是在低水头水电站中，尾水渠起着极为关键的作用，它可以对水头的作用进行有效的恢复。社会各界人士在这个方面已经开展了大量的研究工作，在研究的过程中主要是采用模型试验的方法进行研究。在缩尺模型上为了对尾水渠补偿的问题进行深入性的研究，要对尾水管出口的水流特性进行反复的演习，除此之外，还要利用模型对水轮机的转速特性进行反复的演习。通过对各个方面进行复演，可以对尾水管出口的水流特性进行深入性的了解，并全面把握其特性。

4泥沙输移

低水头水电工程对于泥沙输移来讲，起着极为关键的作用，在这情况下，可以利用同一模型对其进行深入性的研究，其主要的研究内容如下：

4.1在洪水期，及时排除上游水库的泥沙淤积;

4.2渠道淤高对发电水头造成了严重的影响;

4.3避免砾石通过电厂，提高电厂的运行效率。

如果泥沙的粒径比较大，就可以直接按照几何的特性进行适当的缩小，但是在研究砾石、粗砂的输移时，是完全无法实现的，所以在这种情况下，要采用缩尺变形模型进行解决。在对采用缩尺变形模型开展试验的过程中，由于模型自身的特殊性，无法进行模拟，所以对淤积和冲刷形态都造成了严重的影响，特别是在弯道中，所以一定避免进行缩尺和变形。

根据试验发现，目前最为有效的一种方法就是根据其实际情况对泥沙的密度进行适当的的改变，对于上述例子中的工程来讲，就是使用密度比尺变形的模型其效果非常显著，其主要原理就是将原型的施工状况进行复演。复演成功之后，还要符合沉降和剪切的速度，除此之外，还要满足与模型相似的标准。对于低水头水电工程来讲，物理模型无论是方案设计中还是在结构布置中都起到了非常显著的作用。本文通过以美国SidneyA Murrayjy水电站河流工程的物理模型试验为研究对象，在实验中得到一定的启发，并制定出具有针对性的解决对策，可以有效改善构建工程整体的性能，降低工程中的风险性，使河流工程可以健康、长远的发展。

5结束语

综上所述，近些年，我国珠江流域沿线经济制定出了新的发展要求和要求，不仅推动了水工建筑与河流工程的建设与发展，同时也给河流工程发热物理模型试验带来更好的发生契机，可以有效提高工程经济的发展。但是根据目前情况来看，都是完全依靠分析与数学模型计算的手段和方式，不仅无法解决水利工程的泥沙输移情况，也无法推动河段演变的形式，所以要将物理模型试验进行合理化的应用，并对其进行深入性的研究，采取针对性的方式促进水工建筑工程的发展。