《航道工程學》實驗教材說明-副本..

1、高等學校實驗教材航道工程學1996年5月在湖北宜昌和1997年5月在海南?？谙群笳匍_的全國高等學校港口及航道工程專業(yè)教學指導委員會會議上，審訂了“航道工程學教學內(nèi)容與課程 體系的改革”研究課題及航道工程學 教學大綱。交通部（教高字1996128號）將航道工程學列入“九五”教材規(guī)劃。為了配合新的課程體系改革，在原交通普通高等院校港口與航道工程專業(yè)實 驗教材航道整治工程 （1993年、胡旭躍主編）、渠化工程學（1994年、張光 平主編）的基礎(chǔ)上，課程組對實驗教材進行了改編。本實驗教材重點介紹了航道工程中灘險水流特性、 理論驗證、 工程建筑物對 水流的影響、船閘在航電樞紐中的布置、船舶過閘時間演示、

2、船閘灌泄水特性及 船閘停泊條件等實驗的目的、原理和步驟，學生通過實驗，加深對理論知識的理 解，強化實驗操作、分析和解決問題的能力，為從事本學科的研究和工程實踐奠 定良好的基礎(chǔ)。本教材適用的主要對象是： 港口航道與海岸工程專業(yè)（原港口及航道工程）本 科生以及水利類、土建類相關(guān)專業(yè)的本科生。重慶交通大學水道教研室二OO六年三月目錄實驗一淺灘整治實驗 .1實驗二山區(qū)河流流態(tài)實驗 .4實驗三潛壩實驗 .8實驗四單丁壩及丁壩群實驗 .10實驗五渠化樞紐總體布置實驗 .13實驗六船舶過閘演示實驗 .16實驗7船閘灌、泄水實驗 .19實驗八船閘停泊條件實驗 .23- 1 -實驗一淺灘整治實驗一、 實驗內(nèi)容、

3、要求通過對淺灘河段整治前后水流要素進行測量，了解淺灘的水流特性。實驗包括測量淺灘上下游 水位，灘脊段流向、流速等。實驗后，根據(jù)所測資料的對比繪制整治前后的水面線、流速場變化圖， 并根據(jù)實驗現(xiàn)場的觀察和所測的資料分析整治效果。要求通過實驗，學生能對淺灘的水力要素進行 準確測量，對整治前后水力要素進行對比分析，并寫出實驗報告。二、 目的意義淺灘是航道整治學科的主要研究對象，江河的中下游段中，礙航的主要問題是淺灘水深不夠，引起水深不夠的直接原因是泥沙輸運不平衡，導致泥沙輸運失衡的因素有流向的變化、環(huán)流的變化、流向的變化等水流條件的改變。淺灘整治，就是針對這些原因采取工程措施以達到穩(wěn)定和改善河段 水流

4、條件之目的。通過本實驗，要能對淺灘河段的水力條件、出淺原因及整治方法有更正確和充分 的認識。同時，熟悉研究航道整治工程問題的一般實驗方法和手段。三、 儀器設(shè)備本實驗可根據(jù)實驗室條件，利用為工程所作的淺灘整治模型進行，或在專門的淺灘模型槽中進行，模型如圖 1 所示。在淺灘脊及其上下游深槽安裝水位測針3 對（水位測針測量水位原理如圖 2 所示），并準備流速儀一臺。1上邊灘，2 下邊灘，3 上深槽，4 下深槽圖 1 淺灘平面圖四實驗準備工作1 排空測壓孔內(nèi)空氣，并接通針筒。2 .連接流速儀，將測橋架設(shè)在淺灘段。3 根據(jù)整治方案事先制作好模型整治建筑物五實驗步驟1 調(diào)節(jié)進水流量，使其控在所要求的流量級

5、（一般用整治流量）。2 調(diào)節(jié)模型尾門，使河段水位控制在要求的情況（一般用整治水位）。3記最基本數(shù)據(jù)，如首部量水堰讀數(shù)、尾門水位測針讀數(shù)、模型比尺、水位測針零點等。4測讀淺灘脊、上深槽、下深槽水位并記錄。5 測量淺灘脊附近兩個斷面的流速分布。6安裝整治建筑物，完畢后約 20 分鐘，待水流穩(wěn)定后再進行實驗。- 2 -7 按測量整治前淺灘段的水位和流速的要求測量整治后水力要素。六、注意事項1 因?qū)嶒灂r間較長，可將同學們分成兩部分，一部分測量整治前的水流條件，另一部分量測整 治后的淺灘水流條件。2. 安裝整治建筑物后，待水流完全穩(wěn)定后再進行實驗。3. 水位測量讀數(shù)時，注意采用正確的讀數(shù)方法，并由其它同

6、學進行效核。4 各垂線平均流速的測量精度由斷面流量的測量精度進行控制，要求誤差小于5%。5整治前后流速測點的起點距取相同的值，以便對比。（a）水位測針1套筒，2 支座，3 測桿，4 微動機構(gòu)5微動輪，6 制動螺絲，7 螺帽，8測針圖 2 水位測量示意圖七、結(jié)果整理分析1.對所測水位數(shù)值按下式進行計算:Z =(ZdZo)n/1OO(單位：m)式中：ZO為測針零點高程（單位：cm）n 為模型垂直比尺Zd為水位2 按以下步驟對所測流速分布進行效核，先計算流速儀量測的流量:Q1= vh b式中：V 為測點所控制部分平均流速，V=1/2 （Vi十W+1）h 為部分平均水深，h=1/2 （Hi十已+1）（

7、b）水位測針原理1測壓孔，2 測針筒，3水位測針- 3 -Vi和 Hi為測點垂線平均流速和測點水深對比上游施放的流量數(shù)值Q（量水堰計算值），要求（Q-Qj /QJ 小于 5%。對直角三角形堰Q =1.343H2.47, H 為堰頂水頭。3 分析對比整治前后相同斷面垂線平均流速分布情況，對比兩種情況下的動力軸線的位置。4 分析引起整治前后水位及流速變化的工程原因。八、實驗報告1 本實驗要求記錄：首部堰前水位，其他脊及其上下游深槽水位各斷面的各測點起點距及對應(yīng)的垂線平均流速。表 1 水位記錄表位置淺灘脊灘脊上游灘脊下游整治前整治后首位測針零點:上游測針零點:下游測針零點:表 2 流速對比表斷面號:

8、起點距整治前整治后2 繪制整治前后水面線及流場圖3 思考題1分析沿航槽流速的絕對值與泥沙起點流速、止動流速的關(guān)系。2分析航槽流速縱向變化。3分析整治前后上游水位值的變化。- 4 -實驗二山區(qū)河流流態(tài)實驗一、實驗內(nèi)容、要求通過觀測山區(qū)河流航道整治模型中回流、泡水、橫流產(chǎn)主的條件及改善和消除的辦法，了解山 區(qū)河流險灘的成灘原因、礙航特性和整治方法；要求測量方法正確，分析方法合理，整理分析資料 并寫出實驗報告。二、目的意義航道尺度不足以及水流紊亂、礙航流態(tài)嚴重是山區(qū)妨礙船舶安全航行的兩大原因，后者危害更 大。這些流態(tài)的出現(xiàn)與許多原因有關(guān)。通過本實驗，了解山區(qū)河流中幾種最常見的流態(tài)的產(chǎn)生原因。 影響因

9、素，以便更好地掌握山區(qū)河流灘險的整治方法。三、儀器設(shè)備1.水位測針 4 付。2.浪高儀一臺，浪高僅傳感器如圖 4 所示。外接插座圖 3 電容式波高儀鋁絲傳感器示意圖3.流速儀一臺.4.山區(qū)河流航道整治工程模型或概化的山區(qū)河流整治模型槽一座。四、實驗準備工作實驗前作好以下準備工作1.制作概化的山區(qū)河流回流段模型，模型有收縮段、放寬段如圖4 所示。2.制作概化的山區(qū)河流泡水段模型，水流受底部地形實然升高的影響產(chǎn)生泡水，如圖5 所示。3.制作概化的山區(qū)河道橫流段模型，如圖 6 所示，水流受離心力作用或受物體挑流作用產(chǎn)生橫流。4.準備術(shù)屑及高錳酸鉀示蹤劑。5.在回流中心區(qū)和河道主流區(qū)，橫流段兩岸埋設(shè)水

10、位測壓孔。- 5 -6.準備大小兩種河道岸邊突嘴和大小兩種泡水區(qū)底部障礙物。7.制作一只減弱橫流的活動順壩。五、實驗步驟1.調(diào)節(jié)上游水流及尾門水位，使試驗段出現(xiàn)相應(yīng)流態(tài)。2.用示蹤劑示蹤水流流態(tài)，用直尺測讀回流和泡水的尺寸。3.測出回流中心區(qū)和河道主流區(qū)的水位值，橫流段河道兩岸的水位值。4.用浪高儀測讀泡水的高度。5.實驗改善回流、泡水、橫流情況，如切除突嘴、布置順壩，切除底部障礙物等，觀察采取以 上整治辦法后，險灘流態(tài)的變化情況。六、注意事項1.回流、橫流實驗中，被測量的模型水位差數(shù)值較小，注意水位數(shù)值要測讀準確。2.對模型中的流量和水位進行調(diào)整，當各種險惡流態(tài)達到最明顯狀態(tài)時進行實驗。七結(jié)

11、果整理分析1.回流一般是水流受物體作用產(chǎn)生水流的分離所至，其平面呈現(xiàn)環(huán)形流動，山區(qū)河流出現(xiàn)回 流的地區(qū)較多，如急彎彎頂段附近，伸入河中的突嘴、石梁上下游等處。圖 4 山區(qū)河流回流示意圖2.泡水是山區(qū)河流的特征之一，底部高速水流受水下障礙物阻擋而上涌，沖破水面形成泡水。 泡水的形成是受河道地形影響水流能量轉(zhuǎn)換所致，即水流的動能轉(zhuǎn)換為位能，一般出現(xiàn)在灘險的下 深潭水流流速較大、河床地形復雜的河段內(nèi)。3.橫流一般是由于水面橫比降所致，山區(qū)河流中出現(xiàn)橫流的地區(qū)較多，如石粱、突嘴挑流處, 分汊河流分汊和匯流處，急彎段等處。4.分析突嘴的大小不同及將其切除后回流及主流區(qū)水位的改變情況，5分析設(shè)置順壩后橫流

12、及兩岸水位的改變情況。6分析泡水的強弱、頻率、范圍和位置與底流速的大小，方向、障礙物形狀、尺寸、迎水面 坡度及水深等的關(guān)系。- 6 -平面圖酬面圖圖 5 泡水示意圖八、實驗報告1 .記錄表表3回流實驗記錄表突嘴情況大小無中心區(qū)水位與正常水位差回流尺寸表 4 橫流實驗記錄表情況兩岸水位之差底流流速及方向面流流速及方向無障礙物有障礙物表 5 泡水實驗記錄表底部障礙物情況大小無泡高尺寸- 7 -2 現(xiàn)象分析1回流、橫流、泡水產(chǎn)生的原因。2各種流態(tài)對航行的影響。3有哪些清除或減弱這些流態(tài)的辦法。3 思考題1泡水為什么不穩(wěn)定。2為什么回流常與急流灘伴生。3橫流為什么面流與底流方向不一致。將各種水流條件下

13、的回流、泡水、橫流繪制在圖上，敘述怎樣改善和消除山區(qū)河流礙航的水流流態(tài)。- 8 -實驗三潛壩實驗一、實驗內(nèi)容、要求通過觀測潛鎖壩附近及其上下游的水流情況，了解潛壩的作用和特點。要求觀測潛壩對急流灘 的流速、水位、流態(tài)的影響并繪出水面線圖，對量測的水位、流速資料和船模航行資料進行分析并 寫出實驗報告。二、 目的意義潛壩是指在設(shè)計枯水位時仍潛沒在水下的整治建筑物，有潛丁壩、潛鎖壩、潛順壩等各種形式， 其主要作用是壅高上游水位、增加水深、調(diào)整比降，以及促淤輸沙，減少過水斷面和消除不良流態(tài) 等。由于潛壩占據(jù)河道斷面小，對防護影響相對較小，其應(yīng)用越來越廣泛，是一種值得推廣的整治 建筑物。了解研究潛壩的水

14、流特性和整治效果，對正確應(yīng)用和推廣這種不良作用相對較小的整治建 筑物十分有益。三、 儀器設(shè)備1 實驗前，制作一潛丁壩模型（如圖7）,尺寸根據(jù)河道模型而定。在急流灘上下游、潛壩壩址和其下游安裝水位測壓管。設(shè)計水位、z77丿/圖 7 壅水潛丁壩示意圖2.在灘舌附近安放流速儀測架。四實驗步驟1.調(diào)節(jié)水位流量到灘段水流礙航流態(tài)最嚴重時的情況。2測量工程前灘險上下游水位。3. 測量灘舌段流速。4. 船模演示灘險段航行困難的情況。5模型上布置潛壩整治工程。6測量整治后水流情況（內(nèi)容同 2、3）。7測量潛壩下游收縮段比降。&船模演示航行的改善情況。六、注意事項1. 潛壩制作成活動的，以便對比實驗成果。2.

15、對灘險礙航最嚴重的情況進行實驗，以利于觀測灘險礙航的程度和整治工程的效果。3. 山區(qū)河流流速較大，應(yīng)避免流速儀傳感器螺旋漿被水流沖走。4. 船模操作時注意河床情況，避免打壞葉輪。- 9 -七、 結(jié)果整理分析1.整理并對比工程前后流場圖。2 .整理并對比工程前后水面線圖。3.分析礙航段的水流水力特征值。八、 實驗報告1 記錄表表 6 水位記錄表萬案:位置整治前水位整治后水位表 7 流速記錄表斷面號：工程前（后）起點距流速方向2 繪制整治前后水面線及流場圖3 現(xiàn)象分析1急流險灘礙航與哪些因素有關(guān)。2潛壩對水面線的影響。3潛壩對流速的影響。4潛壩對流態(tài)的影響。4 思考題1僅根據(jù)比降或流速單一因素能否

16、判斷灘險的礙航情況。2有了比降和流速資料為何還要船模實驗。5 根據(jù)實驗觀察的情況、現(xiàn)象和思考題綜合寫出實驗報告。- 10 -實驗四 單丁壩及丁壩群實驗一、實驗內(nèi)容、要求觀察丁壩附近的水流、泥沙運動情況，了解丁壩的作用，各種布置方式和組合特性。實測丁壩 回流區(qū)的流速分布情況，確定丁壩回流區(qū)長度并與公式計算值進行對比。改變丁壩的挑角，觀察河 段水流、泥沙運動的差異。要求觀察資料正確，對各種丁壩的布置和組合的優(yōu)缺點及適用條件進行 分析，寫出試驗報告。二、目的意義丁壩是最常見的整治建筑物，其主要作用是束窄河床，增大流速刷低淺灘，造成環(huán)流，橫向?qū)?沙， 抬高邊灘， 保護河岸等。 壩軸線與河岸夾角有正交、

17、 上挑和下挑之分， 丁壩群布置有錯 （對）口布置、階梯式升高（降低）的布置方式。試驗主要是觀測布置方式時，丁壩對水流的作用和影響，并將實驗測量的丁壩回流區(qū)長度值與計算公式計算值進行對比，了解在什么情況下，如何使用丁壩 能達到整治目的，學習用實驗驗證理論的初步方法。三、儀器設(shè)備1水位測針 2 對。2流速儀 2 臺。3模型丁壩多座。 4玻璃水槽和流量控制系統(tǒng)一套。四、實驗準備工作1模型丁壩多座，長度約為玻璃水槽寬度的1/3 ；2模型沙：用天然沙、塑料沙、木屑等均可； 3示綜劑：高錳酸鉀、木屑等。五、實驗步驟l 在玻璃水槽中放置單丁壩模型一只。 2調(diào)節(jié)上游流量及尾門水位，使丁壩處于非淹沒情況。3用木

18、屑示蹤劑初步確定回流區(qū) （ 邊界、長度 ）。 4在回流區(qū)布置兩個測流斷面，用流量閉合法測量環(huán)流邊界。 5調(diào)節(jié)流量水位，使丁壩處于淹沒情況。6布置不同挑角情況，觀察水流、模型沙、示蹤劑運動情況。 7布置丁壩模型多只，分別調(diào)節(jié)流量水位，使丁壩處于淹沒、非淹沒情況，觀察丁壩群水流、 模型沙、示蹤劑運動情況。六、注意事項l 測流點在回流區(qū)邊界處適當加密。 2在采用微型旋漿流速儀測量流速時，旋漿應(yīng)正對水流方向，測量中要注意觀察旋漿轉(zhuǎn)動是否正常，如出現(xiàn)故障應(yīng)立即報告指導教師，不能隨便移動和拆卸；3測量數(shù)據(jù)要求準確，記錄數(shù)據(jù)不準涂改，若測試數(shù)據(jù)有誤應(yīng)重新觀測。丁壩7 i回流lxII3 .思考題-11 -i2

19、斷面 1、2 為測量斷面，L為回流長度圖 8 丁壩回流區(qū)測量示意圖七、結(jié)果整理分析1.流量閉合法確定回流邊界：1根據(jù)所測垂線平均流速 V、水深 H、求部分流量 qi;qi=b(M Vi)(HiHi 1)/42繪制部分流量與起點距關(guān)系圖；3繪制累積流量與起點距關(guān)系圖；4找出累積流量等于上游流量之點對應(yīng)的起點距，該點就是測量斷面的回流邊界，量出該點的 起點距。2 繪制回流邊界圖。3 繪制各種情況下的水面線。4.理論值與實測值對比采用教材中計算公式回流區(qū)長度，并與實驗測量的丁壩回流區(qū)長度值進行對比。八、編寫實驗報告1 .流速記錄表2.分析現(xiàn)象1試驗段水面線比較2各種情況下的水流、泥沙運動情況表 8

20、回流邊界計算表斷面號上游流量起點距流速部分流量累積流量非淹沒單丁壩的特點；2不同挑角單丁壩水流、泥沙運動的異同；3淹沒單丁壩的水流特點；4分析丁壩群處于淹沒、非淹沒情況的水流、泥沙運動特點。- 12 -實驗五渠化樞紐總體布置實驗一、 實驗內(nèi)容、要求介紹渠化樞紐整體模型的制作方法、步驟以及主要建筑物在布置中的相互關(guān)系；觀察不同樞紐 布置方案或不同泄水方式時船閘上游、下游引航道口門區(qū)的流速、流態(tài)和泥沙沖淤變化；量測某一 方案引航道口門區(qū)的縱向流速、橫向流速及回流分布。實驗要求學生了解渠化樞紐整體模型試驗的內(nèi)容及模型制作的方法和步驟，了解渠化樞紐中主 要水工建筑物的布置原則和基本要求，明確引航道口門

21、區(qū)的水流條件對船舶過閘的重要意義，以及 引航道口門必要的水流條件，并對試驗方案的水流條件作出評價。二、 目的意義在渠化樞紐布置中正確處理船閘、水電站和泄水建筑物在水流條件和使用管理方面的矛盾是樞 紐布置成敗的關(guān)鍵。實驗直觀地反映出三大主要水工建筑物在水流條件方面的不同要求和存在的問 題，通過實驗獲得解決問題的一些辦法，增加感性認識，有利于加深對樞紐布置原則的理解，為解 決工程中的問題打下良好的基礎(chǔ)。三、 儀器設(shè)備1.渠化樞紐模型：模型比尺根據(jù)生產(chǎn)要求或場地確定；模型中應(yīng)布置有船閘、水電站、沖砂泄 洪閘（或溢流壩）等水工建筑物，如圖 8 所示。2 .船舶模型：根據(jù)航道等級選擇的設(shè)計船型按對比船模

22、要求模擬的船舶模型。用于選擇船舶進 出引航道的最優(yōu)航跡線。3 數(shù)據(jù)聚集系統(tǒng)：包括數(shù)據(jù)采集處理程序、計算機、打印機、繪圖儀及穩(wěn)壓電源等。4 流速儀、測針、測橋及模型砂、木屑等設(shè)備和材料。1231水電站，2沖砂閘，3 溢流壩，4船閘圖 9 航電樞紐平面布置圖四、實驗準備工作1. 率定流速儀和船舶模型，使其精度滿足測量要求；2. 在樞紐上下游，控制斷面安裝水位測針， 在上、下游引航道口門區(qū)范圍的測橋上安裝流速儀,并同數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的線路相連接；- 13 -3 檢查水、電供應(yīng)及數(shù)據(jù)系統(tǒng)和供回水系統(tǒng)工作是否正常：4 按最低通航流量和最高通航流量放水，測定基本數(shù)據(jù)。五、 實驗步驟I 演試船閘與電站同岸布置和

23、電站與船閘分岸布置時樞紐的水流情況，在船閘上、下游引航道口門區(qū)拋木屑、觀察其流態(tài)；2.選擇實驗樞紐布置方案和泄水建筑物的運行方式，如船閘與電站同岸布置，電站沖砂閘開啟 放水；3 供水系統(tǒng)按最低通航流量放水，當樞鈕上、下游測針水位穩(wěn)定后，利用數(shù)據(jù)系統(tǒng)（或流速儀顯視器）觀讀上、下游引航道口門區(qū)縱向流速、橫向流速和回流速度，并記錄表8 中；4進行船模試驗，模型船從上引航道口門區(qū)駛進上引航道，選擇最低通航流量時上游最優(yōu)航跡 線；模型船從下引航道駛出，選擇最低通航流量時下淤最優(yōu)航跡線；5 在樞紐上游拋沙，觀察泄水建筑物溢流時，上、下游引航道附近泥沙運動狀態(tài)和沖淤變化情 況；6 供水系統(tǒng)按最高通航流量放水

24、，重復上述3 5 項實驗步驟，測出有關(guān)數(shù)據(jù)，記錄表 8 中。六、 注意事項1 測量流速時應(yīng)保證流量穩(wěn)定、測點位置準確；2 在采用微型旋漿流速儀測量流速時，旋漿應(yīng)正對水流方向，測量中要注意觀察旋漿轉(zhuǎn)動是否正常，如出現(xiàn)故障應(yīng)立即報告指導教師，不能隨便移動和拆卸；3 測量數(shù)據(jù)要求準確，記錄數(shù)據(jù)不準涂改，若測試數(shù)據(jù)有誤應(yīng)重新觀測。七、 結(jié)果整理分析I 繪出船閘上、下游引航道口門返測點位置平面圖：2 .計算各測點流速，并記入表8 中；若采用旋漿流速儀測流速時，可根據(jù)率定曲線求出流速V 值：V二Kn V0式中： K比例系數(shù)，由V 一 n 率定關(guān)系曲線求得。n旋漿轉(zhuǎn)動頻率（次/秒），n=N$，N 為旋漿轉(zhuǎn)動

25、次數(shù)，T 為計測轉(zhuǎn)數(shù)時間。V0旋漿起動流速（厘米/秒）。3 繪制測試流量時上游、下游引航道口門區(qū)船舶進閘航跡線圖；4 描述泥沙運動狀況，評價流態(tài)和泥沙沖淤變化對船舶進出引航道的影響。八、編寫實驗報告1 簡述實驗的基本條件，如樞紐布置概況、實驗方案、泄水方式及水位、流量等；2 根據(jù)實測流速值、船舶航跡線和引航道口門區(qū)的流態(tài)及泥沙沖淤變化情況，評述通航條件 和樞紐布置特點。- 14 -表 9 流速記錄表B 面 位置點編號流速(m)備注縱向流速橫向流速回流流速A123B456- 15 -實驗六 船舶過閘演示實驗一、實驗內(nèi)容、要求船舶過閘演示實驗的主要內(nèi)容是了解船閘結(jié)構(gòu)組成，船舶過閘的原理及運行操作程

26、序，計算船 舶過閘時間，觀察閘室及引航道中的水流條件對過閘船舶的影響。通過實驗要求學生明確船閘的組 成及各組成部分的作用，了解船舶過閘的基本原理及運行程序，計算船舶過閘的時間。本實驗可在實驗室或已建船閘現(xiàn)場進行。二、目的意義船閘是 ( 渠化工程 )課中重點講授的內(nèi)容，在講授船閘的初期讓學生了解船閘的組成，船舶過閘 的原理以及過閘船舶對水流條件的要求，可以增加學生的感性認識，提高學生學習船閘的極積性， 有助于對課堂教學內(nèi)容的理解。三、儀器設(shè)備1船閘模型水槽：水槽包括閘首、閘室及輸水系統(tǒng)和閥門啟閉機，船閘上下游引航道及水平溢流水槽等，船閘模型按重力相似定律和一定的比尺設(shè)計制作；2電動船模型，同實驗

27、四；3供回水系統(tǒng)及平水設(shè)備。四、實驗準備工作1檢查電動船模及船閘的閘門、閥門、啟閉機運轉(zhuǎn)是否正常， 2啟動水泵，開啟船閘進水閥向船閘充水， 當上引航道及閘室和下引航道的水位分別達到上、 下游最低通航水位 ( 或最高通航水位 ) 時，停止向船閘放水，并關(guān)閉船閘的上、下游閘門和閥門； 3將電動船模放在上引航道停泊段。五、實驗步驟1 測量船閘各部尺度，記入表 9 船舶過閘時間計算表內(nèi)；2按船舶下行 ( 或上行 ) 操作程序依次輸水和啟閉閘、閥門； 船舶下行操作程序：(1)開啟上閘首兩側(cè)閥門向閘室灌水， 當閘室水位上升到與上游引航道水位齊平時， 關(guān)閉上閘首 兩側(cè)閥門停止輸水；(2)開啟上閘門，船舶從上

28、引航道駛?cè)腴l室后關(guān)閉上閘門；(3)開啟下閘首兩側(cè)閥門，閘室向下游泄水當閘室水位下降到與下游水位齊平時開啟下閘門， 船舶駛出閘室，停于下引航道停泊段。船舶上行操作程序：(1) 船舶由下引航道駛?cè)腴l室后關(guān)閉下閘首的閘門和閥門；(2) 開啟上閘首兩側(cè)閥門向閘室灌水，當閘室水位上升到與上游水位齊平時，開啟上閘門，船舶 駛?cè)肷弦降馈?統(tǒng)計閘、閥門全開時間灌泄水時間，船舶進出閘時間，并計入表 9 中。六、注意事項1 遵守閘門和閥門啟閉機操作程序，閘閥門啟閉到位后應(yīng)立即停止啟閉，設(shè)備出現(xiàn)故障應(yīng)立即 檢查，不能硬壓強拉，造成設(shè)備損壞；2在帶有玻璃框架的船閘槽開此實驗時，閘室水位應(yīng)控制在結(jié)構(gòu)允許承受的水位以下

29、，并防止 硬物撞擊玻璃。七、結(jié)果整理分析1 根據(jù)記錄計算船舶過閘時間 T,計算公式見表 9;- 16 -2分析影響船舶過閘時間的主要因素。八、編寫實驗報告1繪船閘平面示意圖簡述船閘的組成及其作用；2簡述船舶單向過閘和雙向過閘的運行程序，附船舶過閘時間計算表；3簡述影響船舶過閘時間的主要因素。-17 -表 10 船舶過閘時間計算表實驗 組數(shù)船舶運行方式閘室尺度(m)上引航道尺度(m)下引航道尺度(m)閘、閥門全開時間(mi n)閘室灌泄水時間(mi n)船舶進出閘時間(mi n)過閘 時間T(mi n)備注長度 L寬度 B檻上 水深H長度 Li寬度 Bi長度 L2寬度 B2閘門 ti閥門灌水 t

30、3泄水 t3進閘 t2出閘 t412345單向過閘時間=4t1t22t3t42t5(mi n) 雙向過閘時間T4t,t22t3t44t5(min)式中：t5船舶進出閘的間隔時間(min)- 18 -實驗七 船閘灌、泄水實驗一、實驗內(nèi)容、要求船閘灌泄水實驗是在船閘模型水槽中，利用測試儀器設(shè)備測閘室灌水、泄水過程中閘室水位隨 時間變化的過程線，通過該曲線的有關(guān)數(shù)據(jù)計算和繪制船閘輸水過程的其它水力特性曲線。通過實驗，使學生直觀了解閘室在灌水和泄水過程中閘室和引航道內(nèi)的水流現(xiàn)象，掌握室水位 隨時間變化的測試方法和步驟，并進行實驗資料的整理分析。二、目的意義船閘的灌水和泄水是船舶過閘的主要作業(yè)程序之一。

31、通過本項實驗了解閘室在灌泄水過程中，閘室水位的升降速度和任一瞬間的閘室水位及進入閘室流量隨時間變化的增率，以入水位與流量和 閥門開度的關(guān)系，這對船閘運行管理有重要意義。通過實驗增強學生的感性認識，加深對船閘灌淺 水內(nèi)容的理解，培養(yǎng)學生的動手能力，為從事船閘水力學試驗研究奠定基礎(chǔ)。三、儀器設(shè)備1、船庫模型水槽：包括閘首、閘室及輸水系統(tǒng)和閥門啟閉機，船閘上、下游引航道及平水溢流 水槽等。船閘模按重力相似定律和一定比尺設(shè)計制作；2、水位量測儀：用于量測閘室及上、下游引航道的水位。常用的有水位測針，動態(tài)水位儀，浮 簡水位計，壓力傳感器等。3、波高儀：用于測量波浪有關(guān)要素的儀器。在水位變幅不大的情況下也

32、可兼作水位量測儀器使用：4、量水堰：用于測定流量的設(shè)備，常用的有三角埝、矩形埝和復式埝等；5、動態(tài)應(yīng)變儀：屬二次儀表，用于對傳感器應(yīng)的信號作放大處理；6、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)：包括數(shù)據(jù)采集處理程序、微機、打印機、繪圖儀及穩(wěn)壓電源等。7、節(jié)拍器及秒表：在輸水閥門勻速啟閉時，用節(jié)拍器來調(diào)節(jié)時間節(jié)奏。秒表用于計時。四、實驗準備工作1、儀器設(shè)備的率定、安裝和調(diào)試；2、檢查供回水系統(tǒng)、電路及數(shù)采處理系統(tǒng)；五、實驗步驟1、 利用上、 下游平水槽及水位測針調(diào)試上、 下游水位， 以保證模型中上、 下游水位同桌水位同 原型相似（即原型設(shè)計水關(guān)除以模型長度比尺）2、開啟輸水閥門：閥門啟閉有自動張手動兩種方式。自動啟閉

33、詳見設(shè)備說明書，此處從略。手 動啟閉是遙動啟閉機的柄，在要求的時間內(nèi)勻速將閥門開啟。例如：模型長度比尺入L=25,原型設(shè)計閥門開啟時間 2 為 360 秒（即 6 分種），閥門高度（模型）為 120-19 -毫米，則時間比尺為 入1/2L=251/2=5。模型啟門時間為 360/5=37 （秒），若啟閉機手柄每轉(zhuǎn)一周閥 門提升高度為 5 毫米，則閥門全開時手柄的轉(zhuǎn)數(shù)為120/5=24 （周），手柄轉(zhuǎn)動一周需要時間為 72/24=3（秒）；調(diào)試節(jié)拍器，讓其在 3 秒內(nèi)響兩次，即手柄轉(zhuǎn)動一周，在72 秒鐘內(nèi)將閥門可勻速全部開啟；3、測試水位與時間的關(guān)系曲線（1）浮筒水位計測試法：將模型船置于閘室中

34、部，在巧奪天工船上安裝浮筒水位計并作好調(diào)試 工作。同步開啟輸水閥門和浮筒水位計的電源開關(guān)，則可測得閘室灌、泄水過程中閘室水位隨時間 變化的關(guān)系曲線，即 H=f（t）曲線。（2）電測法：利用自控設(shè)備開啟閥門向閘室輸水，通過壓力傳感器測試閘室因水位升降的壓力 變化，由動態(tài)應(yīng)變儀將感應(yīng)信號放大后輸入微機，利用程序采集處理有關(guān)數(shù)據(jù)然后通過繪圖儀繪制閘室水位隨時間變化的曲線，。這種方法需要的貴重精密儀器設(shè)備較多，對控制室的溫度、濕度要求 高，因此一般由教師演示，學生可不操作（研究生除外）。4、重復進行該實驗 23 組：當實驗數(shù)據(jù)基本一致后，選一組數(shù)據(jù)為實驗成果資料，計算和繪 制其它水力特性曲線。六、注意

35、事項1、水工儀器設(shè)備靈敏度較高，安裝調(diào)試應(yīng)細心、準確，以免影響實驗成果精度;2、如采用電測，實驗前應(yīng)按要求對傳感器進行率定。七、結(jié)果整理分析1、流量與時間關(guān)系曲線Q(2-1)t At式中： w相應(yīng)時段厶 t 內(nèi)閘室增加（灌水）或減少（泄水）的水體（吊）；h相應(yīng)時段，內(nèi)閘室增加（灌水）或減少（泄水）的水深（米） 門一閘室水面面積（米）；錯誤！鏈接無效。一計算時段（秒），一般取 1030 秒;2、流量系數(shù)與時間關(guān)系曲線(2-2)3式中：Q時刻 t 的流量（m /秒），由（2-1 ）式求得；-輸水閥門處廊道斷面面積（米2）；h 時刻 t 的水位差（米）,可由閘室水位與時間關(guān)系曲線求得2g- 重力加速

36、度（米/秒）；-20 -3、能量與時間關(guān)系曲線-21 -Et =9.81Qtht式中：Et 時刻 t 的能量（千瓦）；Qtht，同前。4、比能與時間關(guān)系曲線2Ept時刻 t 的比能（千瓦/米）;2-1時刻 t 時閘門過水橫斷面面積（米 ）；Et同前5、閥門開度與時間關(guān)系曲線閥門勻啟閉，記錄開度與時間并點繪出曲線。6、繪制水力特性曲線（如圖 2-1 所示）八、編寫實驗報告1、簡術(shù)實驗的原理、方法和過程；2、整理計算表格和繪制的水力特性曲線；3、從閘門水面升降速度、流量增率，輸水時間及流量系數(shù)等方面分析實驗對設(shè)計的指導意義。(2-3)Ept(2-4)22上游水位超始水位啟門時間 實驗組次測試下游水

37、位閥門高度輸水時間 實驗日期計算時間時段閘室水 位增加水深閘室面 積增加 水體平均流量閘室水 深水頭流量冃匕量比能閥門高 度閥門面 積流量系 數(shù)注：表中單位與上述計算公式相同船閘灌湛泄水實水力特性曲線計算表表（2-1）23實驗八 船閘停泊條件實驗一、實驗內(nèi)容、要求船閘停泊條件實驗是測定過閘船舶在閘室及引航道中系船纜繩所承受的拉力， 檢測船舶 系纜力是否符合規(guī)范要求： 測量在穩(wěn)定流條件下閘室及航首停泊區(qū)的流速分布及實驗資料的 分析處理方法。二、目的意義在船閘灌水和淺水過程中， 大量水體通過輸水系統(tǒng)流入閘室或泄往下游引航道。 由于水 體運動產(chǎn)生水流作用力。 當其作用力過大或閘室水面升降速度過大時，

38、 將影響船舶停泊的平 衡和安全， 因此船閘的停泊條件是衡量輸水系統(tǒng)優(yōu)劣的一個指標， 過閘船舶的停泊條件通常 是以船舶所受系力的大小 和閘室水面長降的速度和閘室水面的平穩(wěn)程度來判別的。因此， 實驗測試內(nèi)容對船閘設(shè)計和運行管理有重要的意義。 通過實驗可以深化和鞏固掌握測試和儀 器使用的方法，為研究船閘停泊條件打下良好的基礎(chǔ)。三、儀器、設(shè)備1、纜繩拉力儀：常用的有彈簧拉力儀和鋼環(huán)電阻式拉力儀。（1）彈簧拉力儀：屬機械式的測力儀器。該類拉力儀是靠彈簧感應(yīng)外力并直接繪制拉 力過程線。由于彈簧的自振頻率較低，故測值偏小。（2）鋼環(huán)電阻式拉力儀：依靠儀器中鋼環(huán)上的電阻片感應(yīng)外力并通過動態(tài)應(yīng)變儀放大 信號，由

39、微機自動采集處理測試數(shù)據(jù)，通過繪圖儀直接繪出系纜力過程線。2、流速儀：根據(jù)設(shè)備條件，可選用電磁流速儀、HD 4 型電腦流速儀等。其它儀器設(shè)備詳見實驗二。四、實驗準備工作1、檢查和率定纜繩拉力儀和流速儀等儀器，調(diào)試供回水系統(tǒng)；2、進行數(shù)采和打印系統(tǒng)的聯(lián)機和調(diào)試；3、安裝測試儀器設(shè)備。五、試驗步驟（一）集中輸水系統(tǒng)閘室鎮(zhèn)靜段長度的判定1、觀察集中輸水系統(tǒng)廊道出口附近水流的流態(tài)及消能效果；2、參照設(shè)計的鎮(zhèn)靜段長度和閘室水體平靜情況確定閘室中鎮(zhèn)靜段末端的位置，將模型 船置于該斷面測試灌水過程中船舶的系纜力值；3、實測系纜力是否小于規(guī)范規(guī)定的允許值；如不滿足要求應(yīng)向閘室下游移動斷面，重 復上述實驗。（二

40、）系纜力測量24系纜力測量的方法有彈簧拉力儀和鋼環(huán)電阻式拉力儀兩種。 由于鋼環(huán)電阻式拉力儀測量 系纜力需用的貴重設(shè)備較多，其測試操作過程由一人通過計算機進行，最后通過繪圖儀繪出 拉力過程線。因此在學生獨立操作不具備的條件下， 由教師演示， 并講述試驗的原理和步驟， 將測試成果同彈簧拉力儀所測成果進行比較， 讓學生了解這種試驗方法。 本節(jié)只介紹彈簧拉 力儀測量系纜力，其步驟如下：1、將單向和雙向拉力儀分別安裝在模型船的船頭及船尾，并在的拉力儀縱橫向滾筒上 貼好座標紙，確定起始點，將記錄筆對準備起始點。2、選定測量位置，將模型船置于所測斷定面處。對集中輸水系統(tǒng)，灌泄水時測量位置 一般為閘室鎮(zhèn)靜段的末端， 閘室中部及尾部； 對分散