水工建筑與河流工程的物理模型試驗的研究

常樂樂

摘要：隨著我國社會經濟的不斷發展與進步，人們的生活水平也得到了顯著的提高。使我國水利工程迅速崛起，同時也增加了它自身的綜合競爭力，要想使該工程在競爭中占據有力的位置，就要加強對水利工程的管理，對水利工程中的技術問題進行深入性的分析和研究。在當前形勢下，物理模型試驗在水利工程建設與發展過程中起著極為關鍵的作用，可以有效解決水利工程規劃和設計中所存在的問題，以此來更好的推動水利工程的發展。因此，本文以美國SidneyA.Murrayjy水電站的物理模型試驗為研究對象，對水工建筑與河流工程的物理模型試驗進行深入性的研究，從為其他水利工程提供有力的借鑒。

關鍵詞：水工建筑;河流工程;物理模型

根據目前情況來看，水工建筑與河流工程在國民經濟中已經成為支柱性產業，但是，由于外界各種因素的影響和沖擊，在加上水工及河工問題比較復雜，極大的增加了市場的競爭力，同時也使有許多自然額現象和內在的機理沒有使人們給予充足的認識和了解，不利于水工建筑工程的發展與建設。所以施工人員要深入開展物理模型試驗，對水工建筑與河流工程的性能進行全面的認識，并采用有效的方法對結構設計進行合理化的優化，以此來更好提升原型建筑物整體的性能，保障人們的生命安全，從而實現水流工程現代化的建設與發展。

1電廠鄰近閘控壩

圖1主要表示為低水頭電站鄰近閘控壩的一種設置形式，對于這種形式來講，會由一非常大的邊墩樹立在電廠和閘控壩之間，將電廠與閘控壩分開，由于多種因素的影響，例如受側向行近水流、邊墩伸出等，在電站進口的位置上會形成一種立軸漩渦、平軸漩滾，不僅會對電廠的進水口造成嚴重的影響，還會嚴重影響攔污柵的水流方向。根據傳統的修建方式表明，由于機組3和機組4在進口的位置上會受到上述漩渦和漩滾直接性的影響，機組1和機組2的輸出功率與機組3和機組4進行比較，相對來講比較小，所以在多樣化的運行條件下，在機組1的前方的位置上，要使遮流部位形成一個夾氣立軸漩渦，這種旋渦相對來說比較穩定，而且這些機組的振動效果也比較嚴重，所以會在很大程度上使各種機械設備出現疲勞的現象。還有研究表明，漩渦還非常容易吸取漂浮物，會攔污柵堵塞，極大降低了攔污柵水頭質量。漂浮物在人流的過程中，長邊墩會將大量的浮雜物進行截留和積聚，使阻塞情況逐漸加重，情況一旦嚴重無法解決，就會威脅電廠的發展。

在過去10a中，人們通過利用水力學整體模型和局部模型，對上述工程布置中存在的問題進行及時的分析和解決，例如：法國StEgreve和Voreppe、泰國的PaKMun工程等，在這種情況下，對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運行過程中所存在的問題，使電站的穩定性和安全性可以得到有效的提升。

2位于開挖渠道中電廠布置分析

通過以美國SidneyA.Murrayjy水電站河流工程的物理模型試驗作為研究對象，可以對水工建筑物的整體布局進行深入性的分析，從而得出準確的水力參數指，可以探索出有效的解決對策。

2.1原始設計分析。圖2是展現的電站建筑物的一種布局，位于開挖引水渠道。

如果按照上述設計圖進行布局，在實際運行的過程中會存在很多的問題，問題一旦無法及時的解決，就會引發各種危險。例如：

2.1.1在渠道中會使流速出現不對稱的現象，使河的一岸出現嚴重的淤積現象，另一岸就會出現流水沖刷的現象，這種現象不及時解決，時間一長，就會使梯形渠道發生巨大的變化，會轉變成一個三角形渠，這樣就會對電站造成一定的影響，使電站進口位置上的渠道斷面的輸水量分布不夠均勻。

2.1.2這種水流分布的形式，會嚴重威脅到電站進口位置上水頭的質量，會降低水頭的使用周期。

2.1.3將導墻設置在兩邊，雖然可以將近水流的方向得到有效的改善，但是還容易在機組1號和4號前形成一種夾氣漩渦，這種旋渦相對來講比較穩定。

2.1.4在對導墻進行設計的過程中還會形成一種風險區，這種風險區主要是由木材堵塞而成，極大的增加了其自身的風險性。

2.2修改設計分析。根據傳統的設計進行布局，會產生各種各樣的問題，所以要及時采用有效的方法根據實際情況對其進行仔細的修改，其圖3是已經修改過的渠道進口，這樣可以有效將不對稱的水流進行及時的消除。

在渠道進口的位置上要設置一個島，對水流進行緩沖，這樣可以使進口水流的流速和流量進行均勻的分布;將兩邊的導墻取消，利用前池段渠道特點從而形成一個表面回流，這樣可以在很大程度上將夾氣漩渦進行消除，將傳統的導墻和表面回流堵塞和取消，可以有效避免阻塞風險的發生。

這就是美國SidneyA·Murrayjy水電站的物理模型試驗，根據試驗可以得出以下結論：

2.2.1每個臺機組在發電過程中，其出力效果相對比較均勻，發電出力值超出了預定值。

2.2.2在電廠進口之前不會形成一種相對穩定的旋渦。

2.2.3無法形成一種嚴重性的流木阻塞。

3尾水渠的補償作用

與總水頭的流速進行比較，尾水管的出口水流值相對來講比較小，但是在低水頭水電站中，尾水渠起著極為關鍵的作用，它可以對水頭的作用進行有效的恢復。社會各界人士在這個方面已經開展了大量的研究工作，在研究的過程中主要是采用模型試驗的方法進行研究。在縮尺模型上為了對尾水渠補償的問題進行深入性的研究，要對尾水管出口的水流特性進行反復的演習，除此之外，還要利用模型對水輪機的轉速特性進行反復的演習。通過對各個方面進行復演，可以對尾水管出口的水流特性進行深入性的了解，并全面把握其特性。

4泥沙輸移

低水頭水電工程對于泥沙輸移來講，起著極為關鍵的作用，在這情況下，可以利用同一模型對其進行深入性的研究，其主要的研究內容如下：

4.1在洪水期，及時排除上游水庫的泥沙淤積;

4.2渠道淤高對發電水頭造成了嚴重的影響;

4.3避免礫石通過電廠，提高電廠的運行效率。

如果泥沙的粒徑比較大，就可以直接按照幾何的特性進行適當的縮小，但是在研究礫石、粗砂的輸移時，是完全無法實現的，所以在這種情況下，要采用縮尺變形模型進行解決。在對采用縮尺變形模型開展試驗的過程中，由于模型自身的特殊性，無法進行模擬，所以對淤積和沖刷形態都造成了嚴重的影響，特別是在彎道中，所以一定避免進行縮尺和變形。

根據試驗發現，目前最為有效的一種方法就是根據其實際情況對泥沙的密度進行適當的的改變，對于上述例子中的工程來講，就是使用密度比尺變形的模型其效果非常顯著，其主要原理就是將原型的施工狀況進行復演。復演成功之后，還要符合沉降和剪切的速度，除此之外，還要滿足與模型相似的標準。對于低水頭水電工程來講，物理模型無論是方案設計中還是在結構布置中都起到了非常顯著的作用。本文通過以美國SidneyA Murrayjy水電站河流工程的物理模型試驗為研究對象，在實驗中得到一定的啟發，并制定出具有針對性的解決對策，可以有效改善構建工程整體的性能，降低工程中的風險性，使河流工程可以健康、長遠的發展。

5結束語

綜上所述，近些年，我國珠江流域沿線經濟制定出了新的發展要求和要求，不僅推動了水工建筑與河流工程的建設與發展，同時也給河流工程發熱物理模型試驗帶來更好的發生契機，可以有效提高工程經濟的發展。但是根據目前情況來看，都是完全依靠分析與數學模型計算的手段和方式，不僅無法解決水利工程的泥沙輸移情況，也無法推動河段演變的形式，所以要將物理模型試驗進行合理化的應用，并對其進行深入性的研究，采取針對性的方式促進水工建筑工程的發展。