河工模型试验

摘要： 1924年30岁从德国萨克森工业大学研究院毕业,获德国国试工程师学位。归国后去南通拜见张謇,到南京拜见省长韩国钧。与韩商定延聘恩格司来华考察黄河。7月,全国水利局河海工科大学成立,受聘为首席水工教授,兼任江苏省署水利佐理。著《海港工程学》,译《制驭黄河论》,呼吁科学治黄。1925年31岁任河海工科大学教授,兼教授会负责人,佐理江苏水利。韩省长卸任,延聘恩格司来华治黄之事遂罢。开办水力实验河槽,传授水工实验技术。这是我国最早的河工模型试验。

摘要： 引江补汉工程实施后,丹江口水库调度方案将进行相应调整,枯水期下泄流量将减小,引江补汉工程补水口位于丹江口大坝下游约5km处,补水量与减少的下泄流量相抵消。工程实施后丹江口大坝下游减水区与汇流区的水流流态复杂,同时航道整治工程实施后河床冲淤变化复杂,且具有明显的三维水流特征。

摘要： 松花江哈尔滨段河道单一河道和分汊河道相间,防洪任务重,河势变化可能引起河道的行洪能力、河道冲淤变化.针对哈尔滨段松花江河道的水文泥沙特性,通过以往河工模型试验成果,给出松花江哈尔滨段河道今后的河道演变趋势,为该段河道今后的防洪、河道整治以及临河、穿河及跨河工程的建设提供一定的参考.

摘要： 模型试验中冲刷地形测绘装备相对落后,致使桥墩周围局部冲刷瞬时地形数据无法实时获取,冲刷动态发展过程及机理的模型试验研究工作难以开展.研制了一种模型桥墩局部冲刷瞬时地形数据等值线自动绘制装备,并利用室内水工模型试验优化了各组成的性能指标,量化了绘制装备的设计参数,分析了监测系统在模型应用中的测绘精度及在工程原型中的适用性.模型试验研究表明,该装备结构简单,操作方便,加工制作成本较低,精度及灵敏性较高,能够快速获取动态过程中局部冲刷瞬时地形等值线,适用于局部冲刷发展影响流场特性研究中的水下地形快速测绘,也可按放大比尺制作成型后应用于涉水建筑物周围水下地形监测.

摘要： 保证堤防安全必先固岸护脚。在游荡型河道中,近岸水流尤为湍急,现有的很多护脚结构易破坏,导致堤脚易淘刷破坏,引起堤防安全问题。选取使用较为广泛的石笼结构为基础开展河工模型试验,设计不同流量、流速及水流方向的试验组次,根据实验结果提出一种堤防堤脚水平柔性护垫结构,其宽度可取冲刷深度的1.5~2倍并增加适当安全余度,石笼单元体积以防护宽度范围内设置不少于3~4个石笼为参考。该结构不仅具有较强的抗冲性和透水性,而且具有整体性和较强的地形适应性,当堤脚外部河床被初步淘刷后,可随坡就势保护堤脚河床,防止河床被进一步冲刷,从而提高堤防堤脚的保护效果。

摘要： 2021年4月,大禹水利科学技术奖奖励委员会公布了2020年度大禹水利科学技术奖评奖结果并下发获奖证书。由长江科学院河流研究所参与完成的《大型河工模型智能测控系统开发》荣获技术发明奖一等奖,这是河流研究所近年来首次获得大禹水利科学技术奖的技术发明奖。获奖成果主要从国家重大科学仪器设备开发专项“我国大型河工模型试验智能测控系统开发”项目成果总结凝练而成。

摘要： 水沙运动造成的河床冲淤演变是自然界普遍存在的现象,常造成河道淤积、河岸变形、海岸后退、水库淤积库容减少等实际工程问题,其与水利工程设计、建设和运行紧密相关.研究精确、高效的河床3维地形测量方法并分析冲淤量变化,对河工模型试验及实际工程应用具有重要意义.本文开展不同水流条件下的推移质输沙试验,基于运动摄像恢复结构技术(structure from motion,SFM)方法,对床面冲淤前后分别进行3维地形重构,获取地形稠密点云.在此基础上,插入相同控制点获取实际地形3维坐标,并将3维点云坐标内插值在床面网格上,冲淤前后相减以精确获取整个床面冲淤前后变化.本文对使用SFM技术测量河床地形所涉及的拍摄方法、控制点选取、河道区域网格化及插值方法进行了介绍,总结了关键技术.研究结果表明:1)基于SFM方法,分别对有、无块状模型的棋盘格进行体积计算,验证本方法相对误差小于4％;2)将此方法用于计算水槽试验冲淤量,与实际称量值对比,其结果值相对误差小于5％;3)本方法应用于大型河工物理模型试验时,其河床冲淤量计算相对误差小于10％.该方法对水槽试验和河床物理模型试验均适用,可快速高效重构冲刷前后河床3维地形,具有较高精度,为研究河床冲淤变化及开展水利模型试验提供新的思路和参考.

摘要： 水沙运动造成的河床冲淤演变是自然界普遍存在的现象,常造成河道淤积、河岸变形、海岸后退、水库淤积库容减少等实际工程问题,其与水利工程设计、建设和运行紧密相关。研究精确、高效的河床3维地形测量方法并分析冲淤量变化,对河工模型试验及实际工程应用具有重要意义。本文开展不同水流条件下的推移质输沙试验,基于运动摄像恢复结构技术(structure from motion,SFM)方法,对床面冲淤前后分别进行3维地形重构,获取地形稠密点云。在此基础上,插入相同控制点获取实际地形3维坐标,并将3维点云坐标内插值在床面网格上,冲淤前后相减以精确获取整个床面冲淤前后变化。本文对使用SFM技术测量河床地形所涉及的拍摄方法、控制点选取、河道区域网格化及插值方法进行了介绍,总结了关键技术。研究结果表明:1)基于SFM方法,分别对有、无块状模型的棋盘格进行体积计算,验证本方法相对误差小于4%;2)将此方法用于计算水槽试验冲淤量,与实际称量值对比,其结果值相对误差小于5%;3)本方法应用于大型河工物理模型试验时,其河床冲淤量计算相对误差小于10%。该方法对水槽试验和河床物理模型试验均适用,可快速高效重构冲刷前后河床3维地形,具有较高精度,为研究河床冲淤变化及开展水利模型试验提供新的思路和参考。

摘要： SfM是摄影测量领域近年来飞速发展的三维场景重构技术,目前已在地貌勘测、文物勘察、冰川演化、岩石勘探、土壤侵蚀等研究领域开展了大量尝试和应用,而在河工模型方面的应用研究尚处于起步阶段.本文开展了输入照片数量对SfM法动床河工模型地形三维数字高程地形(DEM)重构精度影响研究,采用4个不同视角对河工模型动床冲淤地形进行拍摄,选取不同数量照片作为输入开展SfM法三维地形DEM重构,然后将每组DEM重构结果与传统测针法测量进行对比.结果表明,当照片数量较少时,增加照片数量可改善SfM重构精度,但当照片数量较多时,虽可为SfM提供更多的床面变化图像信息,但同时带来由于特征点成像变化而引起的误匹配现象,反而可能导致SfM重构精度下降.鉴于不同动床模型的模型沙和光照等外部条件不同,实际应用时须针对不同模型的特点进行深入对比和分析,选取合理的照片张数开展SfM法动床冲淤地形测量.

摘要： 针对目前河工模型试验测量断面垂线流速需要通过人工定位测量的问题,开发研制了可以根据垂线水深自动定位的垂线流速测量系统,结合二维平面自动定位测桥,自动三维地形仪等先进技术,研制出具有全自动功能特征的断面垂线流速自动测量系统,在实现大面积流速同步测量技术上有所突破,解决了人工测量定点速度慢、效率低的问题,适应了模型试验发展需求,提升了河工模型试验研究水平.

摘要： 随着经济社会快速发展,水利水运工程建设进程加快,对工程科学研究水平提出更高要求,河工模型试验一直是开展水利水运工程研究的重要方法,而测控技术是河工模型试验研究的关键,模型试验研究的科学水平在很大程度上取决于测控系统的精度.近年来,随着新技术的不断发展,河工模型试验测控技术得到了快速提升.本文简述了国家重大科学仪器开发专项"中国大型河工模型试验智能测控系统开发"的项目背景、国内外研究现状、主要研究内容及在关键量测仪器无线化、非接触测量及控制系统等方面取得的研究成果.建议对原有测量仪器进行接口改良和改造，完成量测仪器无线接口、控制设备及量测仪器的接口标准化工作，建立基于分布式解决方案的智能化、模块化、标准化测控平台，建议完善河工模型试验数据管理平台系统，实现模型试验数据的综合查询和虚拟展示;建立河工模型试验研究综合数据库;建立基于网络化、数字化、多媒体的模型试验综合展示平台。

摘要： 在河工模型试验中,粒子图像表面流场测量方法得到了广泛的应用.本文介绍了一种对模型试验中粒子图像表面流场测量系统进行精度检测的新方法,该方法通过精确控制匀速旋转平台模拟水流运动,将流场测量系统实测数据与旋转平台上各点标定数据进行对比,可对粒子图像表面流场测量系统的图像采集时间控制、图像畸变校正及流场提取算法精度等进行检测.

摘要： 当前长江中下游河段航道治理往往涉及长河段,如何理解"长河段"定义,认识"长河段"水沙特征和河床冲淤变化规律,确定治理原则和工程措施,至关重要.本文从河道性质、整治工程规模、河工模型试验等几个方面进行了初步探讨分析;表明河段长短是相对的,无法给出统一标准,而各方面关于"长河段"的理解也是有所不同的.

摘要： 针对河工模型中浑水流场测量的困难,介绍了利用B型超声扫描原理实现模型试验中的水下流场二维成像测量的方法,并使用该方法对河工模型试验过程中的水下流场进行了实时测量,成功得到了水流的流态和流速分布.以浑水中悬浮颗粒为示踪粒子,利用B超扫描技术获取扫描面上的粒子分布图像,通过对有一定时间间隔的图像集进行对比处理,得到粒子位移及速度,整个过程可实现自动化,其结果经过悬桨流速仪的验证,该方法适用于流速为30cm/s及以下的低流速流场测量,可为河工模型浑水试验的流场测量分析提供更为准确、高效的基础方法.

摘要： 水流结构是水力学及河流动力学研究的核心内容，模型试验是开展水流研究的重要手段，而流场测量技术是获取水流结构数据的基础，在河工模型试验中,PTV流场测量方法得到了广泛的应用.介绍了一种基于工业智能相机的新型PTV测量方法,该方法将图像处理算法嵌入摄像机前端,由智能相机完成图像采集及处理,提取出各帧图像中粒子坐标数据,通过无线传输至计算机系统进行PTV计算,可显著提高大范围流场测量性能.

摘要： 围绕岳阳洞庭湖二大桥前期工程方案论证决策过程，首先阐述岳阳洞庭湖二大桥桥位建设条件、控制因素以及工程可行性研究阶段进行比选的工程方案，然后从大桥技术可行性、河工模型试验结果、阻水影响、航运及投资五个方面论证了本项目公铁分建的可行性与必要性。同时，结合国际桥梁建造技术的发展介绍了岳阳洞庭湖二大桥前期科研工作概况。

摘要： 波高测量值是河口海岸及港口工程模型试验研究中的主要参数之一.本文提出一种新型的电容式波高仪的设计方法,该波高仪以CAV424的电容检测芯片作为传感器的检测单位,实现电容式波高仪的测量电路;研究设计无线多通道传输技术,改善现有波高仪传输性能.

摘要： 波高测量值是河口海岸及港口工程模型试验研究中的主要参数之一.本文提出一种新型的电容式波高仪的设计方法,该波高仪以CAV424的电容检测芯片作为传感器的检测单位,实现电容式波高仪的测量电路;研究设计无线多通道传输技术,改善现有波高仪传输性能.

摘要： 波高测量值是河口海岸及港口工程模型试验研究中的主要参数之一.本文提出一种新型的电容式波高仪的设计方法,该波高仪以CAV424的电容检测芯片作为传感器的检测单位,实现电容式波高仪的测量电路;研究设计无线多通道传输技术,改善现有波高仪传输性能.

摘要： 本发明公开了一种河工模型试验方法，包括：步骤1：选择研究区域，进行比尺计算；步骤2：计算模型大小，选择试验场地；步骤3：现场放样；步骤4：模型制作；步骤5：模型校核；步骤6：模型加糙；步骤7：模型试验。本发明能够更加真实的模拟河道，便于在试验环境下研究河道。

摘要： 本发明涉及一种定床河工模型试验大面积床面切应力的估算方法。本发明提供了一种利用底部颗粒运动轨迹估算底部床面切应力的方法，可以通过选择不同粒径的小球，减少水深对切应力测量的影响，通过本发明可以同步快速获取河工定床模型试验中大面积不同部位的床面切应力，大大提高了床面切应力估算效率。

摘要： 本发明公开了河工模型试验双向供水进水箱，包括水箱体，水箱体横跨坐落在模拟河道的宽度方向上，水箱体能够同时朝向模拟河道的两侧流水，所述水箱体朝向模拟河道的一组相对的侧板均开设有若干个出水孔，所述水箱体位于模拟河道两侧河岸的侧板开设有进水孔，所述进水孔内固定连接有进水管，所述进水管与水箱体内贯通，从进水管朝向水箱体内输送水，水从出水孔中流出进入模拟河道，模拟河道内水流。本发明针对相同模型的对照试验效果尤为明显，能够实现同时供水同时停水，同时采集数据，具有明显的对照价值，排除其他相关因素干扰，使得试验结果具有更强的说服力。

摘要： 本发明公开了河工模型试验开敞双供水侧向直管进水方法，包括：步骤1：地面固化浇筑；步骤2：进水箱骨架固定；步骤3：制备进水箱的各个面的板材；步骤4：接通水路。本发明针对相同模型的对照试验效果尤为明显，能够实现同时供水同时停水，同时采集数据，具有明显的对照价值，排除其他相关因素干扰，使得试验结果具有更强的说服力。

摘要： 本发明涉及一种河流交汇、分汊及弯曲微生物群落河工模型试验系统及试验方法，包括河道水箱，河道水箱底部铺有取自试验河道的河流底质，河道水箱包括干流河道和若干个支流河道，每个支流河道的上游端均设置有消能槽，干流河道出水口处设有三角堰，河流水经过消能槽均速从各个支流河道交汇于干流河道，再从干流河道出水口流出，给河流底质提供河道模拟环境。试验方法则是使用此系统来得到河流底质中河水中的微生物进行后续试验。将河工模拟试验方法和微生物降解污染物试验方法相结合，进出水口互换不仅对河流交汇区底质微生物群落进行试验，还对分汊河道和弯曲河道底质微生物进行试验，适应多种河道的微生物试验。

摘要： 本发明涉及弯道进口水流调整装置技术领域，具体涉及一种用于河工模型试验弯道进口水流调整的装置及方法，该装置包括导流设备和格栅板，导流设备包括阻水结构、导流管前板、导流管和导流管后板，阻水结构底部的两端分别设置有导流管前板和导流管后板，若干导流管设置在导流管前板和导流管后板之间，其中，沿水流方向，格栅板和导流设备依次设置在河道内，导流设备和河工模型之间通过斜坡连接。运用该装置，有效保证了河工模型试验的进口水流方向顺直指向河工模型河道，且进口水流保持平稳缓慢状态，未遭受大范围的紊动，进口水流流速分布也更加均匀，具有操作简便、应用价值高的优点。

摘要： 本发明涉及一种平原河网交汇区氮转化动态调节河工模型试验系统及方法，属于水资源研究的技术领域。该系统包括进水箱、河网区、出水箱及地下水库，河网区包括一个干流河道和若干个支流河道，支流河道的下游端均与干流河道连通，干流河道和若干个支流河道的上游端均与进水箱连通，干流河道的下游端与出水箱连通，出水箱连通地下水库；干流河道铺设有河网底泥；支流河道与干流河道之间的交汇角度以及支流河道的坡度可调节；进水箱的出流区域设置水质在线监测仪。该方法为设定标准工况，变化参数分组试验，采集底泥样品，测定底质中不同形态氮浓度和微生物群落，测定模型中水体中不同形态氮浓度。本发明为科研提供了实施环境和方法。

摘要： 本实用新型涉及弯道进口水流调整装置技术领域，具体涉及一种用于河工模型试验弯道进口水流调整的装置，该装置包括导流设备和格栅板，导流设备包括阻水结构、导流管前板、导流管和导流管后板，阻水结构底部的两端分别设置有导流管前板和导流管后板，若干导流管设置在导流管前板和导流管后板之间，其中，沿水流方向，格栅板和导流设备依次设置在河道内，导流设备和河工模型之间通过斜坡连接。运用该装置，有效保证了河工模型试验的进口水流方向顺直指向河工模型河道，且进口水流保持平稳缓慢状态，未遭受大范围的紊动，进口水流流速分布也更加均匀，具有操作简便、应用价值高的优点。

摘要： 本实用新型公开了一种用于河工模型试验的泥沙淤积厚度测量装置，包括把手、第一标尺和第二标尺，所述把手一侧下端设置有第一旋转螺帽，所述把手另一侧上端设置有第二旋转螺帽，所述把手内部分别设置有第一标尺与第二标尺，所述第一标尺与第二标尺之间设置有安装槽，本实用新型利用导电刚性材料制成的第一标尺与第二标尺，能够通过表面的刻度进行泥沙淤积厚度测量，利用第一导电拨片与第二导电拨片，能够配合放大语音提示装置，通过导线相互进行连接，从而在第一标尺与第二标尺下端均接触到导电体时，则以上连接形成回路，放大语音提示装置发出声音提示，该装置不仅便于携带，而且结构比较简单，耐用、操作更加简单。

摘要： 本实用新型公开了一种河工模型试验用桥梁，包括桥板以及装设在桥板的上表面两侧的栏网，桥板之间装设有对接片，对接片的底部均装设有滑块，滑块上套设有滑套，滑套的底部前后布设有插锥。可旋松螺母，并适当下拉各个滑套，螺杆在滑口内滑动，使得滑套下端的插锥完全插入模拟河床的沙土内，并且保持整体桥梁不倾斜，插锥可插入沙土内，从而稳定了滑套的位置，然后重新旋紧螺母，螺母将垫环压紧在滑套的外端，大大增加了垫环与滑套外端配合阻力，限制滑套在滑块上上下移动，因此，应用在不同的模拟河床时，架设模型桥梁前，无需对模型桥梁跨过位置的水平高度进行测量，更加方便。