通航建筑物水力学模拟技术规程.doc

关于发布通航建筑物水力学模拟技术规程(JTJ/T 2352003)的通知交水发2003494号各省、自治区、直辖市交通厅(局、委)，长江、珠江航务管理局及有关企事业单位： 由我部组织交通部天津水运工程科学研究所等单位制定的通航建筑物水力学模拟技术规程，业经审查通过，现批准为推荐性行业标准，编号为JTJ/T 2352003，自2004年4月1日起施行。 本规程由交通部水运司负责管理和解释，由人民交通出版社出版发行。中华人民共和国交通部二三年十一月十八日制定说明 本规程是在广泛调查研究的基础上，系统总结了我国通航建筑物水力学模拟经验，吸收了国内外有关模拟技术的新成果、新技术，并根据通航建筑物水力学模拟的专业特点和实际情况，借鉴了其他行业的相关标准，充分听取了有关单位和专家意见，经反复修改而成。主要包括枢纽通航整体模型试验、船闸水力学模型试验、升船机水力学模型试验、中间渠道通航水力学模型试验和通航水力学数值模拟等技术内容。 本规程的主编单位为交通部天津水运工程科学研究所，参加单位为南京水利科学研究院和重庆西南水运工程科学研究所。 本规程根据水运工程建设标准体系表和水运工程建设标准编写规定（JTJ 2002001）制定。 本规程共分8章39节和9个附录，并附条文说明。本规程编写人员分工如下： 1 总则：孙精石 2 术语：孙精石 3 基本规定： 孙精石 郑宝友 4 枢纽通航整体模型试验： 周华兴 郑宝友 赵世强 5 船闸水力学模型试验： 胡亚安 周华兴 郑宝友 6 升船机水力学模型试验： 赵德志 李金合 7 中间渠道通航水力学模型试验： 李金合 赵德志 8 通航水力学数值模拟： 陈汉宝 宣国祥 附录A：孙精石 附录B：赵德志 附录C：赵世强 附录D：胡亚安 附录E：胡亚安 附录F：赵德志 附录G：陈汉宝 附录H：宣国祥 附录J：李金合 附加说明：孙精石 本规程于2003年7月11日通过部审，2003年11月18日发布，2004年4月1日起实施。 本规程由交通部水运司负责管理和解释。请各有关单位在执行过程中将发现的问题和意见及时函告交通部水运司和本规程管理组，以便今后修订时参考。1 总 则 1.0.1 为统一通航建筑物水力学模拟的技术要求，有效控制模拟研究成果质量，更好地为通航建筑物工程建设提供准确、可靠的科学依据，制定本规程。 1.0.2 本规程适用于枢纽通航水流条件和船闸、升船机、中间渠道的通航水力学模拟。运河通航水力学模拟可参照执行。 1.0.3 通航建筑物水力学模拟研究成果必须满足试验要求，并具有合理性和可靠性。 1.0.4 通航建筑物水力学模拟除应符合本规程的规定外，尚应符合国家现行标准的有关规定。 条文说明 1.0.1 通航建筑物水力学问题，由于边界和水力条件各不相同，单纯用理论分析的方法不可能解决复杂的工程问题，通过类似工程的原型观测又需耗费大量人力、物力、财力和时间，有时还难以捕捉到有代表性的设计情况，因此物理模型和数值模拟已成为解决通航建筑物水力学问题的重要手段。为能更好地运用模拟技术，规范和统一试验方法，提高模拟精度和科学性，使研究成果有可比性，因此制定本规程是十分必要的。 1.0.2 枢纽通航水流条件主要是指枢纽中通航建筑物的引航道、口门区及连接段范围内的通航水流条件。 2 术 语2.0.1 通航建筑物水力学模拟 通过物理模型和数值模拟研究通航建筑物水力学问题的方法。2.0.2 物理模型 将研究对象按相似准则制成的实体模型。2.0.3 数值模拟 针对研究的问题建立基本方程式，并按定解条件进行数值求解的方法。2.0.4 复合模型 将物理模型和数值模拟相结合的模型。2.0.5 整体模型 以原型整体为研究对象的模型。2.0.6 局部模型 以原型局部为研究对象的模型。2.0.7 断面模型 以原型断面为研究对象的模型。2.0.8 正态模型 水平长度比尺与垂直长度比尺相等的模型。2.0.9 变态模型 水平长度比尺与垂直长度比尺不相等的模型。2.0.10 模型几何比尺 模型与原型对应线性尺度的比例。2.0.11 几何相似 模型与原型的对应线性尺度保持固定的比例关系。2.0.12 重力相似 模型与原型的惯性力与重力的比值相等，又称弗劳德相似。2.0.13 阻力相似 模型与原型的阻力与惯性力的比值相等。2.0.14 运动相似 模型与原型的相应质点运动轨迹几何相似，且质点运动经过相应轨迹所需的时间保持固定的比例关系，即速度场的几何相似。2.0.15 动力相似 模型与原型的相应质点所受性质相同的作用力保持固定的比例关系，即力场的几何相似。2.0.16 弹性相似 模型与原型的惯性力与弹性力的比值相等。2.0.17 缩尺效应 物理模型试验受缩尺影响不能同时满足全部相似条件，而造成模型值与原型值之间偏差的现象。2.0.18 缩尺校正 用科学的方法校正模型值，以削减或消除缩尺效应产生的偏差。2.0.19 通航水流条件 与通航有关的水流条件，包括水面比降、流速、流向、流态和波浪等。2.0.20 负波和正波 由于水流条件变化引起的水体波动，水面降低时为负波，水面上升时为正波。2.0.21 制模断面 控制模型地形高程和位置的断面。2.0.22 模型加糙 根据糙率比尺调整模型河床表面的粗糙程度。2.0.23 模型验证 验证模型与原型相似程度的试验或计算。2.0.24 船模 根据试验要求，按相似条件制作的船舶或船队模型。2.0.25 自航船模试验 在正态水工模型中，用几何比尺相同的并经过相似性率定的自航船模，通过遥控驾引航行，研究各类通航工程的实施效果和船舶航行状况的试验。2.0.26 减压模型试验 利用减压设备研究水工建筑物在高速水流作用下水流空化现象的模型试验。2.0.27 流激振动模型试验 研究水流脉动引起的水工建筑物结构振动的模型试验。2.0.28 平水设备 保持模型试验时上下游水位稳定的设备。2.0.29 模拟嵌套 将计算域分割为多个相重或不相重的区域，并将一个区域模拟的结果作为其他区域模拟的边界条件或初始条件的模拟方法。3.1 一般规定 3.1.1 通航建筑物水力学模拟应根据工程建设的要求，采用物理模型、数值模拟或复合模型。必要时应同时进行物理模型试验和数值模拟计算。 3.1.2 物理模型试验应根据下列研究内容分别选用枢纽通航整体模型试验、船闸水力学模型试验、升船机水力学模型试验或中间渠道通航水力学模型试验。 3.1.2.1 研究枢纽平面布置、运行和施工对通航水流条件的影响时，应采用枢纽通航整体模型试验。 3.1.2.2 研究船闸输水系统水力特性、船舶停泊条件和闸阀门水力特性时，应采用船闸水力学模型试验。 3.1.2.3 研究升船机不同运行情况下的水力特性和船舶停泊条件时，应采用升船机水力学模型试验。 3.1.2.4 研究中间渠道通航水力特性、断面优化和研究水流或波浪对岸坡稳定的影响时，应采用中间渠道通航水力学模型试验。 3.1.3 枢纽通航水力学数值模拟和船闸水力学数值模拟，应根据具体情况采用一维、二维或三维数值模拟计算。 3.1.4 通航建筑物水力学物理模型试验不得采用变态模型。 3.1.5 通航建筑物水力学物理模型的每组试验至少应重复3次，同一组次的试验数据重复性较好时，可取其平均值作为代表值；同一组次的试验数据重复性较差时，应增加试验次数。 条文说明 3.1.1 传统上模拟研究是以物理模型为主的，因为它比较直观，能较好反映复杂的边界条件和水流条件的影响。数值模拟在通航建筑物水力学研究领域中，对解决一些重复量大的工作如定性的方案对比时效率是很高的，对定量解决复杂问题，特别是反映三维的水流现象是有局限性的。在应用时要根据工程的需要采取不同的模拟手段，对重要工程可以采取两种模拟手段，互相补充、验证，发挥各自的特长。 复合模型是近代新发展起来的一种模拟方法，这种方法将数值模拟和物理模型相结合。它可以由数值模拟来提供物理模型的边界条件和初始条件，特别是在边界条件复杂或非恒定流情况下，在模型范围很大时，可以减小物理模型的模拟范围，控制模拟边界条件，提高模拟精度。同时也可以由物理模型提供数值模拟的某些参数，利用数值模拟速度快、变换方案容易和成本相对较低的特点，进行多组次的计算，使数值模拟更加准确和可靠。 3.1.4 迄今为止变态模型在通航建筑物水力学模型试验方面，无论从理论上和实践上尚无成熟的经验，故模型不得采用变态。 3.2 试验研究大纲3.2.1 通航建筑物水力学模拟应根据研究任务的要求编制试验研究大纲。试验研究大纲应包括下列内容： （1）项目概况和研究目的； （2）依据的技术标准； （3）研究内容和技术要求； （4）基本资料； （5）主要试验设备和测量仪器； （6）工作方法和技术措施； （7）工作进度计划、预期目标和提交的成果； （8）参加人员及职责。3.2.2 国家重点项目、大型工程项目和基础理论研究项目的研究大纲应包括国内外研究水平和动态的内容。3.3 试验设备和测量仪器 3.3.1 通航建筑物水力学物理模型试验主要设备应包括供水系统、量水设备、自动控制和数据采集处理系统等。 3.3.2 供水系统应符合下列规定。 3.3.2.1 供水系统宜由蓄水池、水泵、平水塔、输水管道、闸阀门和回水管道或渠道等组成循环式系统。 3.3.2.2 蓄水池蓄水量应满足试验最大用水量要求，蓄水池最高水位宜低于试验地坪，最低水位应保证水泵吸水的浸没深度，蓄水池底部应设置集水槽。 3.3.2.3 水泵总流量应大于试验用水的最大流量，可由一台或多台水泵组合供给。 3.3.2.4 平水塔高度宜在模型地坪面5m以上，容积可按最大供水流量乘以75100s估算。平水塔上应设置溢流槽，溢流槽的深度和宽度不宜小于0.15m，总长度可按每0.1m3/s流量设20m计算。当模型单独供水循环时，可采用平水槽代替平水塔。 3.3.2.5 输水管道应安装控制闸阀门，并应采取必要的防冻措施。输水管道可按12级网络布置。 3.3.2.6 回水管道或渠道应能保证试验用水顺利流回蓄水池，其断面面积应按能自流排泄试验总流量计算，管道或渠底坡度宜大于1200，并宜加设拦污栅和集水井。 3.3.3 量水设备应符合下列规定。 3.3.3.1 测量恒定流流量可采用量水堰。当流量较小时可采用三角堰；当流量较大时可采用矩形堰。量水堰的安装要求和流量计算方法见附录A。 3.3.3.2 测量管道中恒定流流量可采用文丘里水计，其型号应满足流量要求。文丘里水计的安装要求和流量计算方法见附录A。 3.3.3.3 测量管道中非恒定流流量应采用电磁流量计或超声流量计，其型号应满足流量和精度要求。 3.3.4 自动控制和数据采集处理系统应符合下列规定。 3.3.4.1 自动控制和数据采集处理系统宜由计算机、数据采集元件、A/D转换装置和伺服机构等组成。 3.3.4.2 自动控制系统应具有灵敏度高、重复性好和体积小的特点，便于组装和操作。 3.3.4.3 数据采集处理系统性能应稳定，精度、速度和容量应满足试验要求。 3.3.5 通航建筑物水力学物理模型试验可采用下列测量仪器。 3.3.5.1 高程测量宜采用精密水准仪。 3.3.5.2 角度测量宜采用经纬仪。 3.3.5.3 水位测量宜采用测针、自动跟踪式水位计、超声波水位计或压力传感器等。 3.3.5.4 流速流向测量宜采用旋桨流速仪、舵叶跟踪式流速流向 仪、激光流速仪、粒子成像流速仪、电磁流速仪、超声多普勒流速仪或毕托管等。 3.3.5.5 波动测量宜采用电容式波高仪、电阻式波高仪、跟踪式波高仪、压差式液位计或超声波水位计等。 3.3.5.6 总力测量宜采用测力天平、缆绳拉力仪、测力环、阻力仪、拉压力传感器或测力杆等。 3.3.5.7 压强测量宜采用测压管、压力传感器、压力表或液柱比压计等。 3.3.6 通航建筑物水力学物理模型试验的主要二次仪表可采用动态应变仪、滤波器、电荷放大器、电压放大器和示波器等。 3.3.7 通航建筑物水力学物理模型试验测量仪器应符合下列规定。 3.3.7.1 测量仪器的选型应满足精度、量程和稳定性的要求。 3.3.7.2 测量仪器应在检定合格后使用。 3.3.7.3 仪器的检定周期，应按国家或行业有关规定执行。测量仪器必须在试验前后进行检查标定。 3.3.8 数值模拟采用的计算机应满足容量和计算速度的要求。 条文说明 3.3.2 平水塔是保障供水管道水压和流量稳定的设备，当供水系统给多个模型供水时，如果没有平水塔，一个模型流量的变化就会影响其他模型的流量，给试验造成困难。当供水系统只为一个模型供水时，也可以不设平水塔。 3.4 物理模型制作精度 3.4.1 整体物理模型应采用平面导线网控制模型范围和形状，导线角度的允许偏差应为0.01。 3.4.2 模型高程应采用一个或多个水准点控制，多个水准点间高程的允许偏差应为0.5mm。 3.4.3 模型地形制作精度应满足下列要求： （1）控制点高程允许偏差为1mm； （2）地形高程允许偏差为2mm； （3）平面位置允许偏差为10mm。 3.4.4 水工建筑物模型制作精度应满足下列要求： （1）加工尺寸允许偏差为0.5mm； （2）各部分高程允许偏差为0.5mm； （3）轴线允许偏差为0.01。 3.4.5 船模制作精度应满足下列要求： （1）有动力船模单船长度允许偏差为2mm，宽度允许偏差为0.5mm，水线刻度允许偏差为0.5mm； （2）无动力船模单船长度允许偏差为2mm，宽度允许偏差为1mm，水线刻度允许偏差为0.5mm； （3）船模重心位置允许偏差为2mm； （4）船队编队后的尺度允许偏差为1%。 条文说明 3.4.1 一般模型导线控制范围不会超过50m，用经纬仪控制角度可以精确到0.01，此时产生的最大误差不会超过10mm。 3.4.2 水准点是模型高程的重要控制点，因此要求精度较高。误差主要产生于水准尺刻度、仪器水平度及读数视差等。只要操作时注意，这样的精度是可以达到的。 3.4.3 原体水位和水深的测量精度一般为0.050.1m，一般枢纽整体模型几何比尺为1100左右，据此规定制模精度为1mm。平面位置偏差对试验结果影响较小，因此允许偏差为10mm。 3.4.4 主要考虑水工建筑物模型尺寸偏差对试验结果影响较大，因此精度控制要比地形严格。 3.4.5 本条规定是根据国内船模的模拟经验确定的。 3.5 试验记录和资料整理3.5.1 试验记录内容应满足试验要求，并应及时校核。试验过程可在试验日志中记载，试验数据应单独记录，有相同项目内容的可列表格记录。对原始记录值发生错误应划掉重写，不得涂改。计算机内的重要数据应备份。3.5.2 物理模型试验过程和水流现象应进行录像或照相记录。3.5.3 试验记录数据有效位数应与精度一致。3.5.4 试验资料应按试验不同方案和组次及时整理。3.5.5 根据试验目的和要求，试验资料可整理成图表或经验公式。3.6 报告编写3.6.1 试验报告可采用下列编写格式： （1）封面，包括报告全称、编写单位、参加单位和出版日期； （2）扉页，包括编写单位法人代表、技术主管、项目负责人、报告编写人和主要参加人； （3）目次，包括试验报告的章节名称和页码； （4）摘要，包括试验目的、方法及主要结论； （5）正文； （6）参考文献和资料。3.6.2 试验报告编写应符合下列规定。 3.6.2.1 报告应层次分明、文理清晰、语言精练通顺、用词准确、用字规范和标点符号正确。 3.6.2.2 报告中的符号应进行说明。 3.6.2.3 报告必须使用法定计量单位。 3.6.2.4 插图应标有图名和图号，表格应标有表名和表号。 3.6.2.5 结论和结语应观点明确，不得隐瞒存在的问题，并应提出进一步解决问题的方法和建议。3.6.3 试验报告正文应包括下列内容： （1）前言，说明研究项目的由来、主要工作概况、起止时间及其他需要说明的问题； （2）试验研究目的和主要内容； （3）试验依据和基本资料，包括有关技术标准、自然条件、工程方案、水工建筑物运行方式和代表船型等； （4）模型设计或数值模拟方法，包括物理模型的设计原则、依据标准、相似条件、比尺、糙率和模型布置等；数值模拟的模拟范围、基本方程、辅助方程、定解条件、求解方法、离散格式、参数选取和计算精度控制等； （5）模型制作和测量仪器设备，包括模型材料、制作方法、精度控制、主要仪器设备、测点布置、测量内容、测量方法和测量精度等； （6）试验成果分析； （7）结论或结语。3.6.4 进行验证试验或验证计算的项目，其试验报告的正文应包括检验物理模型相似性或数值模拟计算合理性的内容。3.7 报告审查和资料归档3.7.1 试验报告应由完成单位审查合格后方可出版。3.7.2 项目完成后应及时将项目合同、原始资料、试验主要过程资料、试验报告和审查验收意见等整理归档。3.7.3 资料归档应符合国家科技档案管理的有关规定。4.1 一般规定 4.1.1 研究枢纽通航建筑物布置和枢纽运行对引航道、口门区及连接段等的通航水流条件影响时，应进行枢纽通航水流条件整体模型试验。 4.1.2 枢纽施工采取束窄河床、导流明渠或临时通航建筑物等措施维持通航时，应进行施工通航水流条件整体模型试验。 4.1.3 在进行枢纽通航整体模型试验时，应进行验证试验。 4.1.4 枢纽通航整体模型试验推荐的工程方案应符合现行国家标准内河通航标准（GBJ 139）的有关规定，并应符合现行行业标准船闸总体设计规范（JTJ 305）、船闸输水系统设计规范（JTJ 306）和渠化工程枢纽总体布置设计规范（JTJ 220）的有关规定。 条文说明 4.1.3 验证试验是为了检验和调整模型的水流运动和阻力与原型的相似性，如果相似性不符合要求，就不能保证试验的正确性。因此要对模型进行检验和调整，采取措施如改变糙率等，以满足相似性的要求。 4.1.4 本条是指推荐工程方案布置、通航水流条件限值和停泊标准应符合相关技术规范的规定。 4.2 基本资料 4.2.1 地形资料应符合下列规定。 4.2.1.1 地形范围应包括工程试验河段和模型进出口调节段的近 期枯水河道，当进口段为弯道时，范围应延长至弯道以上河段。地形高程应至最高通航水位以上。 4.2.1.2 地形图应为统一的基准面和坐标系，比例宜为1100012000，地形变化不大的河床可为15000，局部复杂地形宜为12001500。 4.2.1.3 地形图上应标明水尺和测流断面的位置。 4.2.2 建筑物资料应包括下列内容： （1）枢纽总体布置图； （2）电站厂房结构图； （3）泄水建筑物结构图； （4）通航建筑物结构图； （5）施工通航设施布置图和结构图。 4.2.3 水文资料应符合下列规定。 4.2.3.1 在试验河段应具有同一水文年洪、中、枯期的水面线资料，枯水期水面线应与地形资料同期观测。当有支流入汇时，尚应具有支流的水位流量资料。 4.2.3.2 在试验河段的进出口和坝轴线附近应具有断面的流速流向分布资料。 4.2.3.3 在试验河段出口处应具有连续的水位流量资料。 4.2.4 应具有试验河段的糙率资料。 4.2.5 枢纽的水位和流量资料应包括下列内容： （1）施工通航各级水位和流量； （2）枢纽上下游各级水位和流量及其组合； （3）电站机组运行方式和引用的流量； （4）泄水闸门开启调度方式和流量； （5）电站日调节时增荷与减荷的流量变化； （6）船闸灌泄水水位、流量与时间关系曲线。 4.2.6 船舶资料应包括下列内容： （1）设计推船或拖船与驳船的吨位、型线图、方形系数、满载和空载的排水量、吃水和重心位置； （2）设计船队的排列方式、平面尺寸、载重量和吃水； （3）推船或拖船功率、螺旋桨桨叶及安装图、舵叶图和舵系布置图； （4）船舶、船队的静水航速和操纵性能； （5）船舶、船队的航行方式和航线等。 条文说明 4.2.1 模型中进出口段是试验河段之外上下游的水流调节段。 4.2.6 船舶资料是为试验中模拟船模所用，船模分为无动力和有动力两类。无动力船模为非自航性质的船模，主要用于船舶停泊条件试验；有动力船模即遥控自航船模，主要用于航行条件试验。根据试验目的和要求对船舶资料有所选择。 4.3 模型设计 4.3.1 枢纽通航整体模型设计相似性应符合下列规定。 4.3.1.1 模型与原型应保持几何相似、水流运动相似和动力相似。 4.3.1.2 模型必须遵循重力相似准则。 4.3.1.3 模型比尺应按下列公式确定： （4.3.1-1） （4.3.1-2） （4.3.1-3） （4.3.1-4） （4.3.1-5） 4.3.1-6） （4.3.1-7） 式中 L几何比尺； Lm模型的尺度； LP原型的尺度； V流速比尺； Q流量比尺； T时间比尺； F力比尺； p压强比尺； n糙率比尺。 4.3.2 枢纽通航整体模型设计的限制性条件应符合下列规定。 4.3.2.1 模型水流宜处于阻力平方区，当不能满足时，应保证为紊流流态，水流雷诺数应大于1000。 4.3.2.2 模型水流应避免表面张力的影响，模型试验段的最小水深不应小于0.03m。 4.3.2.3 模型地形糙率宜为0.0120.030。 4.3.3 枢纽通航整体模型制作范围应符合下列规定。 4.3.3.1 模型试验河段纵向长度应根据试验目的和要求，并结合水流、河道情况和工程建筑物对上下游河道影响范围确定。 4.3.3.2 模型进口水流调节段可取812m，模型出口水流调节段可取610m。 4.3.3.3 当模型进口段为弯道时，制模范围应延长至弯道以上。 4.3.3.4 模型岸边地形应高于试验最高水位0.10m。 4.3.4 模型几何比尺的确定应符合下列规定。 4.3.4.1 模型几何比尺应根据试验目的及要求、模型范围、试验场地和供水条件确定。 4.3.4.2 模型几何比尺不宜小于1125。 4.3.5 模型加糙应符合下列规定。 4.3.5.1 模型糙率应根据原型糙率计算确定，制模材料糙率可按附录B选用。当糙率不满足要求时应进行加糙，模型加糙方法见附录C。 4.3.5.2 当一种加糙方式不满足各级流量的水面线相似时，应采用多种加糙方式。 4.3.5.3 模型加糙物不得妨碍船模航行。 4.3.6 在枢纽通航整体模型上可简化船闸输水系统，但应保证输水过程中流量变化相似。 4.3.7 电站日调节模型的长度应考虑反射波的影响。 4.3.8 船模设计应符合下列规定。 4.3.8.1 有动力船模应符合现行行业标准内河航道与港口水流泥沙模拟技术规程（JTJ/T 232）的有关规定。 4.3.8.2 无动力船模应按几何相似设计，达到线型、排水量和重心位置相似。 4.3.9 模型设计平面布置总图应包括模型试验范围内枢纽中建筑物、引航道、口门区及连接段，测流断面及测点，模型进出口段，模型供水、回水系统等布置。 条文说明 4.3.2 枢纽模型一般按重力相似准则设计，即模型与原型中惯性力和重力的比值相等。但实际上流体运动时，除惯性力和重力外，还有粘滞力、弹性力、表面张力和离心力等，要使模型达到动力完全相似，几乎是不可能的。为了消除或减少其他作用力影响所产生的偏差，条文中补充了限制条件，现将依据说明如下： （1）从阻力相似出发，模型至少应该达到紊流，许多试验结果表明，明渠水流中紊流临界雷诺数的下限为1000； （2）为消除表面张力的影响，根据理论计算，要求模型表面波速大于0.23m/s，模型的最小水深不应小于0.015m 。考虑到流速仪测量或模型加糙物影响的要求，规定模型航槽中的水深不应小于0.03m； （3）河道模型一般用水泥砂浆粉面，其糙率约为0.0120.013，若模型糙率小于0.012，则制模较困难；一般原型河道的最小糙率为0.03左右，模型糙率应当比它小，如果模型糙率大于0.03就无法达到相似要求，故有此限制。 4.3.3 水流调节段为水流的自动调节段，用以保证试验段的水流运动与原型相似。模型进口水流调节段的长度与其上游段的河势有关。出口考虑到控制水尺的位置要求及出口段受尾门的影响，同样也需要有一定的模型长度来消除其影响。长度的规定是根据上述原则并总结大量模型实践经验确定的。 4.3.4 模型几何比尺的选择，是根据国内外已建成并做过整体模型试验的20余座有通航建筑物的枢纽工程试验资料统计分析而得。 4.3.5 根据国内有关研究单位进行枢纽通航工程整体水工模型试验的实践经验，枢纽通航水工模型均采用正态模型，要求的模型糙率较小，一般由水泥砂浆粉面后，压光或进行拉毛处理，就可以使模型的阻力达到相似。若不满足，再根据需要按附录C进行颗粒加糙。 4.3.6 枢纽通航整体模型中的船闸，由于受比尺限制，一般无法严格模拟输水系统，因主要是研究灌泄水过程对通航水流条件的影响，而不是研究输水系统本身的水力特性，故可以简化。只要保证船闸输水过程中的流量变化相似就可以了。 4.3.7 电站日调节时，正、负波在原型河道中的衰减很慢，可以传递上百公里。而枢纽通航模型的上下游河段不可能做得很长，模型的进出口将会对波动产生反射，进而影响测试结果。因此，当调峰时间短时，需要在反射波到达试验段之前结束测试；当调峰时间较长时，在模型的进、出口设置消波措施。 4.3.8 无动力船模是指在枢纽整体模型中进行船舶的停泊条件试验时，船舶中驳船不模拟舵，推轮不模拟螺旋桨和舵，均为非自航性质的船舶模型。 4.4 模型制作及安装 4.4.1 模型制作前应绘制供水回水设施和建筑物模型加工图，并应确定制模材料、加工程序和进度。 4.4.2 模型导线网布设应符合下列规定。 4.4.2.1 顺直河段宜采用直导线或折导线控制，主导线放在河道地形中部，两侧至少各设一条与之平行的辅助导线。 4.4.2.2 弯曲河段宜采用三角形导线网控制，导线间夹角应大于30，导线网顶点宜设在坐标交点。 4.4.3 模型地形控制应符合下列规定。 4.4.3.1 制模断面布置必须能控制原地形的特征。 4.4.3.2 模型地形控制可采用断面板法，断面间距宜取0.51.0m，地形复杂处应加密；在地形变化平缓时也可采用等高线法。 4.4.3.3 当断面间距累积长度与计算距离不一致时，应以计算距离为准进行平差改正。 4.4.3.4 断面各点高程应采用实测数值或内插求得。 4.4.3.5 制模断面板上应标明特征点高程和横向距离数据，并标明主导线和辅助导线位置。 4.4.4 模型制作应符合下列规定。 4.4.4.1 在制模场地应先进行导线放样，量放断面位置。 4.4.4.2 模型边墙应高出试验最高水位0.2m，并应进行稳定和强度验算。 4.4.4.3 模型地形制作应预留水泥砂浆粉面或加糙的厚度。 4.4.4.4 模型粉面前应对断面平面位置和高程进行校核。 4.4.4.5 模型粉面时应按两断面的等高点平刮水泥砂浆，并按地形图制作微地形。 4.4.4.6 模型粉面后必须进行养护，并应选择重点断面复核高程和特征地形。 4.4.4.7 模型应按设计要求进行加糙。 4.4.5 建筑物模型可采用木材、水泥、砖、有机玻璃板、塑料板或镀锌钢板等材料制作。选用木材时，其木质应密实不易变形，并在模型制好后采用浸蜡或涂漆等方法进行防水处理。 4.4.6 模型制作及安装的精度控制应按第3.4节的有关规定执行。 4.4.7 船模制作及安装除应按第3.4.5条的有关规定执行外，尚应符合下列规定。 4.4.7.1 有动力船模应符合现行行业标准内河航道与港口水流泥沙模拟技术规程（JTJ/T 232）的有关规定。 4.4.7.2 无动力船模制作应选用镀锌铁皮或玻璃钢等厚度薄、重量轻和强度高的材料制作，船模表面应光滑，成型后不变形、不漏水。 4.4.8 模型校核应符合下列规定。 4.4.8.1 模型安装完毕后，必须进行全面校核，并应具有完整记录。 4.4.8.2 校核完毕后，应进行试水，发现问题应及时采取补救措施。 条文说明 4.4.3 根据实践经验，采用断面板控制地形，用导线网控制平面位置，水准点控制高程，是最常见的做法。 4.5 试验设备和测量仪器 4.5.1 水位计的选型应满足量程范围和响应频率的要求，并应与二次仪表匹配。 4.5.2 流速流向测量仪器的选用应符合下列规定。 4.5.2.1 流速为0.152.50m/s时，可选用管径为8mm的标准毕托管；流速大于2.50m/s时，宜选用管径为2.5mm的微型毕托管。 4.5.2.2 流速为0.0151.000m/s、流向为0360时，可选用微型旋桨流速仪；流向变化速率不大时，可选用流速流向仪。 4.5.2.3 流速为02.0m/s，流向为0360时，可选用电磁流速仪。 4.5.2.4 表面流向可采用漂浮物测量，河底流向可采用湿木屑、高锰酸钾颗粒或化学合成剂进行示踪测量。 4.5.3 船舶航行状态的模拟和测量应采用遥控自航船模系统。 条文说明 4.5.2 （1）根据实践证明毕托管是测量恒定流时均点流速首选的较佳常规仪器，近年已有自动记录的毕托管流速仪。 （2）微型旋桨流速仪要求水质清洁，否则水中的发丝或青苔类纤维状污物将缠绕叶轮影响使用。根据使用经验该仪器易受外界条件影响，故需定期在专用设备中进行率定。 （3）电磁流速仪抗干扰能力较差，要求水体中无漏电，探头附近无气泡。 4.6 试验内容和方法 4.6.1 枢纽通航整体模型验证试验应符合下列规定。 4.6.1.1 洪、中、枯期流量的水面线验证，山区河流的水位允许偏差应分别为原型0.20m、0.15m和0.10m；平原河流的水位允许偏差应分别为原型0.15m、0.10m和0.05m。 4.6.1.2 断面流速分布规律应与原型基本一致，流量允许偏差应为5%。 4.6.1.3 验证断面流速分布时，当模型水深不大于0.05m时，应采用一点法，测点设置在水面以下0.6倍水深处；当模型水深大于0.05m时，应采用二点法，测点设置在水面以下0.2倍与0.8倍水深处。 4.6.1.4 泡漩水和回流的位置及范围应与原型相似。 4.6.2 枢纽通航水流条件整体模型试验应符合下列规定。 4.6.2.1 枢纽通航水流条件整体模型试验应包括下列内容： （1）枢纽通航建筑物不同布置方案的通航水流条件； （2）枢纽泄洪和电站不同运行方式的通航水流条件； （3）电站日调节的通航水流条件； （4）船闸灌泄水的通航水流条件； （5）枢纽泄洪、船闸灌泄水和电站日调节不同组合时的通航水流条件。 4.6.2.2 枢纽通航水流条件整体模型试验的观测应包括下列内容： （1）引航道、口门区及连接段的流速、流向、流态、回流、水位和水面比降等； （2）船闸闸门、靠船建筑物和隔流堤堤头周围的水面波动； （3）往复流的周期和强度； （4）引航道内停靠船舶的系缆力。 4.6.2.3 枢纽通航水流条件整体模型试验测点布置应满足下列要求： （1）在引航道、口门区及连接段，每隔0.51.0m布置一个测流断面，每个断面布置510个测点； （2）在引航道长度范围内布置5个以上水位测点； （3）在口门区和连接段分别布置2个以上水位测点。 4.6.3 枢纽施工通航水流条件整体模型试验应符合下列规定。 4.6.3.1 枢纽施工通航水流条件整体模型试验应包括下列内容： （1）束窄河床和导流明渠的通航水流条件； （2）束窄河床和导流明渠范围内的航线选择； （3）导流明渠进出口的通航水流条件； （4）临时通航建筑物的通航水流条件。 4.6.3.2 枢纽施工通航水流条件整体模型试验应对通航范围内的流速、流向、流态、回流、水位和纵横向水面比降进行观测。 4.6.4 在论证通航水流条件和航线选择时宜进行遥控自航船模试验，遥控自航船模试验应符合下列规定。 4.6.4.1 遥控自航船模航行参数观测应包括下列内容： （1）船模静水航速和对岸航速； （2）航迹线和船位线； （3）舵角、首向角、航向角和漂角； （4）漂移距离和会船间距。 4.6.4.2 遥控自航船模试验方法应符合现行行业标准内河航道与港口水流泥沙模拟技术规程（JTJ/T 232）的有关规定。 4.6.5 对最终推荐的工程方案应进行完整的试验。 条文说明 4.6.1 （1）根据有关科研单位验证水面线的实践，提出不同的水位控制允许偏差。主要是因洪水位的地形复杂，观测原型洪水期水位比较困难，误差较大；而中、枯水位原型观测较易进行，此时水深又相对较小，故允许偏差应从严掌握。由大量的模型验证实践表明，验证水面线主要是中、枯水位达到与原型一致。因此对洪、中、枯水位的验证分别提出控制的允许偏差。 （2）根据原型与模型不同的测量方法，原型测取断面的平均流速和相应过流面积的乘积求得流量，公认误差为5%，因此模型相应流量的偏差为5%，能够满足试验要求。 （3）原型中观测断面上测点的流速分布时，视水深的大小采取一点法至五点法，测量垂线上各点的平均流速，得到全断面平均流速值。鉴于模型水深浅，难于按原型相应的测点进行流速测量，故根据模型水深，以水深小于和大于0.05m，分别按一点法和二点法测量，获得模型的平均流速。 （4）鉴于模型与原型水流都具有紊动和不规律性，根据国内有关科研单位的经验，若某测点水位偏高，则校核该测点附近断面的糙率是否偏大，采取减小模型的糙率；若测点水位偏低，则说明该测点附近的糙率偏小，采取增大模型糙率的措施；除此之外尚需校核测点上下断面之间的局部地形是否符合原地形；若采取措施并经过室内作业各方面的检查，仍不满足要求时，则对原地形和水位观测资料重新审查或重新观测。 4.6.2 本条中的试验内容是根据国内枢纽通航工程整体模型试验总结出来的，具体内容根据实际工程的需要而定。 （1）枢纽中通航建筑物不同布置方案是指，如左右岸布置，即使在同一岸又有通航建筑物轴线与坝轴线交角和导航堤型式不同等，都会造成通航建筑物的进出口河道水流收缩或扩大，使水流弯曲变形，产生流速梯度，形成斜向水流。由于斜向水流的作用，产生回流，横流和回流使航行船舶或船队产生横漂和扭转，影响通航，因此要对通航建筑物在枢纽中的布置进行通航水流条件的试验。 （2）枢纽泄洪通航水流条件试验，是指研究不同泄洪流量和闸门不同开启方式对通航水流条件的影响。闸门的开启方式有集中开启、分散开启和均匀开启等多种组合。 （3）由于电站日调节时流量变率较大，产生的长波向上游或下游方向传递，传递速度快、衰减慢和距离长。在传递过程中水面的降落和增高及产生横流将影响通航水流条件，因此要进行试验。 （4）船闸灌泄水时流量变化在引航道中产生往复波流运动，这种波流运动影响引航道和口门区的通航水流条件，同时会对船闸闸门产生反向水头，影响闸门运转。船闸灌泄水有多种水位组合，一般取最大水位差的水位组合进行试验。 （5）枢纽的运行方式中，枢纽泄洪、船闸灌泄水和电站日调节可以有多种组合。当电站日调节与船闸灌泄水同时运行时，各自产生的长波运动，会造成波的叠加；当枢纽泄洪与电站日调节联合运行时，会增加或减小口门区及连接段的水流流速和水面比降，往复波流和长波也会叠加，有可能比单独运行更危险，所以要进行不同组合的试验。 4.6.4 枢纽通航中船舶的航行条件，采用遥控自航船模试验能更直观地反映航道水流条件和边界条件对船舶航行的综合影响，并能反映船舶与水流的相互作用。通过船模航行参数的观测，可以分析航行状态和航行条件的优劣，能衡量工程设计方案是否符合要求。目前国内的大、中型的枢纽通航工程模型试验中，作为衡量通航水流条件的一种方法和试验手段，遥控自航船模已得到广泛应用。 4.6.5 枢纽的通航水流条件试验是经过多种方案的优化，从局部到整体，从不够完善到完善的过程。在优化过程中往往是抓主要矛盾，针对水流条件中某个或某几个特定的指标进行反复试验，使其满足标准要求，不一定都要做系统完整的试验，当得到终结布置的推荐方案时，补充尚未做过的其他试验，全面反映推荐方案的各项指标，使其形成一套系统完整的模型试验资料。 4.7 资料整理及分析 4.7.1 枢纽通航整体模型验证试验应整理模型的水面线、断面流速分布和流量资料，并与原型实测资料对比，分析验证结果。 4.7.2 枢纽通航水流条件整体模型试验资料整理及分析应包括下列内容： （1）整理引航道、口门区及连接段的流速、流向、流态、回流、水位和水面比降资料，绘制相应图表，分析通航水流条件； （2）整理船闸闸门、靠船建筑物和隔流堤周围的水位波动资料，分析波动对船闸运行、船舶停泊和航行的影响； （3）整理引航道、口门区及连接段水位资料，分析往复流周期和强度对通航水流条件、船闸运行、船舶停泊和航行的影响； （4）整理引航道内停靠船舶的系缆力资料，绘制系缆力过程线，分析船舶的停泊条件； （5）分析枢纽泄洪、船闸灌泄水、电站运行及相互组合时对通航水流条件的影响； （6）整理船模试验资料，绘制航态图和相应航行参数变化过程线，分析船舶的航行条件，论证通航水流条件，选择合理的航线。 4.7.3 枢纽施工通航水流条件整体模型试验资料整理及分析应包括下列内容： （1）整理束窄河床和导流明渠的水位流量关系资料； （2）整理束窄河床和导流明渠的流速、流向、流态和水面比降资料，分析水力特性和航行条件； （3）整理临时通航建筑物引航道、口门区及连接段的流速和流向资料，分析通航水流条件； （4）整理不同施工通航方案的船模航行参数资料，绘制航态图和相应航行参数变化过程线，分析船舶的航行条件，论证通航水流条件，选择合理的航线。 4.7.4 通过不同方案水力参数和航行参数的分析，应对原方案和修改方案作出评价，提出合理的方案。 条文说明 4.7.4 对不满足技术标准的工程方案进行优化修改试验所采取的改善措施有改变通航建筑物在枢纽布置中的相对位置；调整船闸纵轴线的位置；调整导航隔流堤的布置形式，改变堤头形式、角度、堤的长短、堤上开孔和堤断面形状，采取筑丁坝、潜坝、扩宽边坡和设挑流墩等辅助建筑物；改变溢流闸门的开启方式、改变船闸运行方式和日调节调峰间隔或方式等。 5.1 一般规定 5.1.1 船闸水力学模型试验应根据研究目的和要求进行船闸水力学整体模型、船闸水力学局部模型、输水阀门水力学模型、工作闸门启闭力模型或其他的船闸水力学模型试验。 5.1.2 船闸水力学模型试验类型的选择应符合下列规定。 5.1.2.1 研究船舶过闸安全和输水系统设计的合理性时，应采用船闸水力学整体模型试验。 5.1.2.2 研究输水系统进出水口、分流口和消能设施等输水系统局部体型和难于在整体模型上解决或确定的问题时，可采用船闸水力学局部模型试验。 5.1.2.3 研究输水阀门工作条件时，可采用输水阀门水力学模型。输水阀门水力学模型可分为非恒定流常压模型、恒定流减压模型、非恒定流减压模型和门楣切片模型。 5.1.2.4 研究工作闸门运行阻力及启闭机运行方式时，应采用工作闸门启闭力模型。 5.1.3 对分散输水系统船闸水力特性和输水阀门空化特性模型试验结果，应分析和校正模型的缩尺影响。 5.1.4 船闸水力学模型试验推荐的工程方案应符合现行行业标准船闸总体设计规范（JTJ 305）、船闸输水系统设计规范（JTJ 306）、船闸闸阀门设计规范（JTJ 308）和船闸启闭机设计规范（JTJ 309）的有关规定。 条文说明 5.1.1 其他的船闸水力学模型试验包括事故闸门动水关闭、船舶进出船闸闸室阻力、航态和有闸室减淤要求的输水系统布置等。此外，还有省水、河口入海防咸船闸等特殊类型的船闸水力学模型试验。 5.1.3 大量模型试验和原型观测表明，船闸原型的输水效率比模型高，流量系数大，造成输水时间缩短、流量增加和惯性超高超降增大，使模型试验成果偏于不安全。因此，对模型试验的缩尺影响要给以足够重视。一般认为阻力特别是沿程摩擦阻力不相似是产生原型和模型差异的主要原因，这在分散输水系统的船闸表现尤为明显，它的损失主要以沿程摩擦阻力损失为主。观测结果表明原型比模型阻力系数降低20%50%，流量系数则增加10%20%。因此要对分散输水系统船闸模型试验成果进行缩尺影响分析和校正。 5.2 基本资料 5.2.1 船闸平面布置资料应包括船闸主体和引航道等布置图。 5.2.2 船闸输水系统和闸阀门及启闭系统的资料应包括下列内容： （1）输水系统平面布置图、纵横剖面图、消能工和进出水口等细部大样图； （2）输水系统的水力设计资料； （3）输水阀门和工作闸门结构图； （4）闸阀门启闭系统布置及结构图。 5.2.3 水文资料应包括船闸各种工况的上下游水位。当船闸采用旁侧取水或泄水时，尚应包括船闸取水口和泄水口处的水位资料。 5.2.4 船闸运行资料应包括要求的灌泄水时间和闸阀门启闭方式等资料。 5.2.5 船舶资料应包括第4.2.6条中第（1）、（2）项的有关内容。 5.3 模型设计 5.3.1 船闸水力学模型设计相似性除应符合第4.3.1条的有关规定外，尚应符合下列规定。 5.3.1.1 模型中水流宜处于阻力平方区，当不能满足时，应保证为紊流流态；出水孔廊道段水流雷诺数应大于50000。输水系统廊道边壁的糙率宜与原型相似。 5.3.1.2 输水阀门水力学模型应满足阀门运动与原型相似，当研究输水阀门流激振动时应满足水弹性相似，其相似比尺关系可按附录D确定。研究阀门后水流掺气时，模型水流流速应大于7m/s。 5.3.1.3 输水阀门减压模型应满足水流空化数相等的要求。水流空化数可按现行行业标准船闸输水系统设计规范（JTJ 306）的有关规定进行计算。 5.3.1.4 工作闸门启闭力模型应满足门体重力相似、重心相似和启闭机运动相似。 5.3.2 船闸水力学整体模型制作范围的确定应符合下列规定。 5.3.2.1 研究输水系统布置时，模型范围应包括上下闸首、闸室、进水口和出水口及附近水域。 5.3.2.2 研究船闸输水引起的引航道往复流、船舶的停泊和航行条件时，模型范围尚应延长至口门外1/41/3引航道长度的水域。 5.3.3 船闸水力学局部模型制作范围的确定应符合下列规定。 5.3.3.1 研究集中输水系统上下闸首及消能工布置时，模型范围应包括闸首及相邻的6倍以上闸首口门宽度的闸室、引航道段。 5.3.3.2 研究分散输水系统上闸首进水口或下闸首出水口布置时，模型范围应包括闸首及相邻的6倍以上闸首口门宽度的闸室、引航道段。 5.3.3.3 研究分散输水系统分流口或分支廊道断面尺度及出水口布置时，模型范围应包括分流口及前后10倍以上廊道宽度的廊道段或分支廊道前10倍以上分支廊道宽度的廊道段。 5.3.4 输水阀门水力学模型制作范围应包括阀门段及前后10倍以上阀门处廊道高度的输水廊道。研究非恒定流的阀门水力学模型，其阀门前后的廊道换算长度和通过该阀门输水的闸室水域面积应与原型相似。门楣切片模型的切片宽度可取5倍的门楣最小缝隙尺寸，模型进口和出口段应具有足够的长度，保证进出水流平顺。 5.3.5 工作闸门启闭力模型制作范围应包括闸首及上下游5倍以上闸首口门宽度的水域。 5.3.6 模型几何比尺的确定应符合下列规定。 5.3.6.1 船闸水力学整体模型几何比尺宜为120140。