水工建筑物水力學(xué)監(jiān)測(cè)（37頁(yè)附圖豐富）

1、水工建筑物水力學(xué)監(jiān)測(cè)第一章 水力學(xué)監(jiān)測(cè)的作用和意義一、監(jiān)測(cè)水工建筑物的過(guò)流運(yùn)行情況以保證工程安全 泄水建筑物都是按一定泄流量設(shè)計(jì)的，但實(shí)際泄流量變化很大，水力學(xué)監(jiān)測(cè)可以掌握建筑物在各種泄流量下的工況，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析原因、防止事故發(fā)生或改善運(yùn)行方式，提高運(yùn)行效率，保證工程安全。二、驗(yàn)證設(shè)計(jì)條件及物理模型實(shí)驗(yàn)成果和數(shù)學(xué)模型的正確性和相關(guān)性 泄水建筑物的設(shè)計(jì)須依據(jù)一定的條件進(jìn)行水力學(xué)計(jì)算，對(duì)大中型工程還要進(jìn)行水力學(xué)模型試驗(yàn)，但是有些水力學(xué)現(xiàn)象在模型試驗(yàn)中是模擬不了的，因此設(shè)計(jì)的合理性還需通過(guò)水力學(xué)監(jiān)測(cè)驗(yàn)證、模型試驗(yàn)成果與原型的相關(guān)性也需根據(jù)水力學(xué)監(jiān)測(cè)成果的進(jìn)行進(jìn)一步研究。三、與室內(nèi)模型試驗(yàn)配

2、合進(jìn)行特殊水力學(xué)問(wèn)題的專題研究 到目前為止，有些水力學(xué)現(xiàn)象或邊界條件無(wú)法在模型上得到模擬，如振動(dòng)、紊動(dòng)、摻氣、空蝕、粗糙系數(shù)、沖蝕、磨損、通氣量等，只有通過(guò)水力學(xué)監(jiān)測(cè)對(duì)它們進(jìn)行研究。第二章 水力學(xué)監(jiān)測(cè)的由來(lái)和發(fā)展一、美國(guó) 在二十世紀(jì)30年就開始水力學(xué)監(jiān)測(cè)。當(dāng)時(shí)美國(guó)大興水利工程，水工模型試驗(yàn)普遍開展，模型試驗(yàn)成果需通過(guò)原型觀測(cè)驗(yàn)證，所以進(jìn)行了原型觀測(cè)，同時(shí)開展水力學(xué)觀測(cè)。前后進(jìn)行水力學(xué)觀測(cè)的工程有：大古力、諾里斯、邦內(nèi)維耳等、胡佛壩等，內(nèi)容主要為平均脈動(dòng)壓力、泄流能力和泄流流態(tài)等。 上世紀(jì)30年代后期隨著壩高增加，出現(xiàn)高速水流問(wèn)題，水力學(xué)開始對(duì)空蝕進(jìn)行觀測(cè)。到50年代，開始對(duì)流量系數(shù)、摻氣、水頭

3、局部損失和沿程摩察系數(shù)、閘門啟門力、閘門上托力和下拽力以及閘門振動(dòng)、還有消力池的空蝕等進(jìn)行觀測(cè)。 在觀測(cè)儀器設(shè)備方面除了常規(guī)的外采用了較先進(jìn)的立體經(jīng)緯攝影儀、磁電流速儀、可專用于水下檢查和維修的浮運(yùn)設(shè)施等。二、中國(guó) 我國(guó)水力學(xué)觀測(cè)從上世紀(jì)50年代開始。對(duì)數(shù)百個(gè)工程進(jìn)行水力學(xué)監(jiān)測(cè)。特色： 比較注重綜合性監(jiān)測(cè)，擠在一個(gè)水利樞紐上對(duì)所有水力學(xué)課題進(jìn)行觀測(cè)，內(nèi)容涉及效能、沖刷、脈動(dòng)、空蝕、通氣、霧化等，在使用常規(guī)儀器的基礎(chǔ)上進(jìn)行該進(jìn)，如采用小型壓力傳感器、多孔流速儀、同步攝影測(cè)量水舌軌跡、告訴攝影測(cè)量表面流速、改進(jìn)和完善摻氣儀和空穴儀等等。形成了水力學(xué)監(jiān)測(cè)的專業(yè)隊(duì)伍。第三章 基本水力要素和現(xiàn)象觀測(cè) 一

4、、水位及水面線 水位：是工程管理運(yùn)用和分析建筑物工況的重要資料。 水位分為時(shí)均水位和瞬時(shí)水位。水位監(jiān)測(cè)包括過(guò)水建筑物上、下游及沿程水位。 大壩上、下游水位通常關(guān)注的是時(shí)均水位； 船閘閘室、調(diào)壓室（井）、電站尾水、引航道等則關(guān)注水面波動(dòng)和涌浪； 輸水明渠、明流隧洞和泄槽等，關(guān)注沿程水面線變化。 1、水位觀測(cè) （1）測(cè)點(diǎn)位置選擇 一般原則：測(cè)點(diǎn)設(shè)在滿足工程運(yùn)用、管理和分析研究專門問(wèn)題有代表性的地點(diǎn)：設(shè)在水流平穩(wěn)、受風(fēng)浪影響小、河床和岸坡較穩(wěn)固、便于觀測(cè)的地點(diǎn)。 水庫(kù)或閘壩上游水位：設(shè)在壩前跌水線以上水位平穩(wěn)處，與閘壩的距離不小于設(shè)計(jì)水頭的36倍。 下游水位：設(shè)在較順直的河段內(nèi)，觀測(cè)點(diǎn)面水位穩(wěn)定且無(wú)

5、回水影響。 （ 2）水位觀測(cè)設(shè)備和方法 設(shè)備：水尺；自記水位計(jì)。第三章 基本水力要素和現(xiàn)象觀測(cè)2、水面線觀測(cè) （1）閘壩及泄槽水面線觀測(cè) 一般測(cè)取沿邊墩的水面線。 直接坐標(biāo)網(wǎng)格法 在邊墻上用耐沖的白色瓷漆或油漆繪制直角坐標(biāo)網(wǎng)格，網(wǎng)格線寬10cm。縱坐標(biāo)為高程，橫坐標(biāo)為工程樁號(hào)。 水面線讀取采用拍照和錄像方法。經(jīng)過(guò)放大回放讀取水位高程，并取各次水位平均值繪制水面線。 水尺法 在邊墻上按一定的距離選擇適當(dāng)?shù)奈恢糜糜推崂L制水尺，一般水尺間距為515m，水尺寬度為1015cm，每水尺為一測(cè)點(diǎn)，各點(diǎn)水面連成光滑曲線即為水面線。 目測(cè)簡(jiǎn)易，但得到的不是同步水位；拍照和攝像可得到同步水位。第三章 基本水力要

6、素和現(xiàn)象觀測(cè)（2）明流泄水洞水面線觀測(cè) 觀測(cè)者無(wú)法直接測(cè)讀泄水洞水面線，多借助遠(yuǎn)傳儀表顯示和宏觀調(diào)查。 水尺法 在洞內(nèi)兩側(cè)一定位置繪制水尺，水尺面涂以膠著彩色水粉漿。泄水時(shí)水流將粉漿沖蝕，停水后測(cè)讀沖痕高程即得包括水面波動(dòng)的最高水面線。 電測(cè)法 常用電容液位計(jì)觀測(cè)。由傳感器、轉(zhuǎn)換器、指示儀表組成。 傳感器用1根聚四氟乙烯絕緣導(dǎo)線為一極以水為另一極構(gòu)成。電容值隨水位升降而變化，其變化用過(guò)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為010mA的直流標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，再通過(guò)電子電位差計(jì)計(jì)等進(jìn)行顯示或記錄。 傳感器安裝：傳感器裝在直徑50mm的鍍鋅管內(nèi)，管長(zhǎng)大于測(cè)量范圍，在管壁上每隔100mm鉆一直徑10mm的小孔，保證管內(nèi)水位與被測(cè)水位一

7、致，在管的兩端各裝一開口銷固定拉直的絕緣導(dǎo)線，管頂安裝轉(zhuǎn)換器。在隧洞兩側(cè)壁按要求位置鑿?fù)谂c傳感器管相當(dāng)?shù)呢Q直槽埋設(shè)測(cè)管。（3）挑流水舌軌跡線觀測(cè) 可用經(jīng)緯儀、全站儀測(cè)量水舌出射角、入射角、水舌厚度，也可用立體攝影測(cè)量平面擴(kuò)散等。（4）水躍長(zhǎng)度及平面擴(kuò)散觀測(cè) 用水尺法和攝影法觀測(cè)。第三章 基本水力要素和現(xiàn)象觀測(cè)二、壓強(qiáng) 水流作用于水工建筑物的力有靜水壓力和動(dòng)水壓力，對(duì)泄水建筑物主要是 動(dòng)水壓力觀測(cè)。 量測(cè)過(guò)水邊界上壓強(qiáng)需在觀測(cè)位置上埋設(shè)測(cè)壓管和導(dǎo)管，用導(dǎo)管將水引至觀測(cè)室與測(cè)壓計(jì)連接。 常用測(cè)壓計(jì)：水銀比壓計(jì)、壓力表和測(cè)壓管。 1、壓強(qiáng)測(cè)點(diǎn)布置 能以反映過(guò)水表面壓強(qiáng)分布特征，滿足工程安全運(yùn)行及專題

8、研究要求為原則。 （1） 泄水建筑物 沿水流方向布置在閘孔中心線、閘墩兩側(cè)和下游； 溢流堰的堰頂、壩下反弧及下切點(diǎn)附近和相應(yīng)位置的邊墻等處； 有壓管道進(jìn)口曲線段、漸變段、分岔段及局部不平整突體的下游壁面； 過(guò)流邊界不平順及突變部位，如閘門門槽下游邊壁，挑流鼻坎，消力墩側(cè)壁等； 水舌沖擊區(qū)、高速水流區(qū)及摻氣空腔等； 對(duì)泄水孔、洞則測(cè)量其邊壁動(dòng)水壓強(qiáng)； 對(duì)有壓隧洞，選擇若干控制斷面，測(cè)量洞壁動(dòng)水壓強(qiáng)，確定壓坡線。第三章 基本水力要素和現(xiàn)象觀測(cè) （2）調(diào)壓井（室）、閘門井和攔污柵 調(diào)壓井（室）和閘門井在底板和側(cè)墻處布置壓強(qiáng)測(cè)點(diǎn)；在攔污柵進(jìn)出口水流平穩(wěn)的墻上各布置壓強(qiáng)測(cè)點(diǎn)。 （3）閘（閥）門 閘（閥）

9、門壓強(qiáng)測(cè)點(diǎn)一般布置在門板上，便于和閘（閥）門流擊振動(dòng)觀測(cè)一起考慮。 （4）電站機(jī)組過(guò)流系統(tǒng) 沿流道全程布設(shè)。在蝸殼末端和尾水管進(jìn)口部位應(yīng)加密測(cè)點(diǎn)，以便機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)準(zhǔn)確捕捉蝸殼最大壓力升高值和尾水管最大壓力降低值（負(fù)壓）。 （5）船閘輸水系統(tǒng) 著重監(jiān)測(cè)閘（閥）門上下游側(cè)、管道轉(zhuǎn)彎處、叉管處、船閘的閥門段處。 （6）輸水明渠和引航道 在典型段靠近底板的側(cè)墻處適當(dāng)布置測(cè)點(diǎn)。第三章 基本水力要素和現(xiàn)象觀測(cè)2、動(dòng)水壓強(qiáng)測(cè)量方法 （1）時(shí)均壓強(qiáng)可用測(cè)壓管和精密壓力表測(cè)量；瞬時(shí)壓強(qiáng)和脈動(dòng)壓強(qiáng)可采用壓力傳感器（或變送器）測(cè)量。 （2）測(cè)壓管包括測(cè)頭和導(dǎo)管兩部分。測(cè)頭平整地安裝在測(cè)點(diǎn)部位，導(dǎo)管與測(cè)頭連接引出，采

10、用壓力表或比壓計(jì)觀測(cè)。 （3）脈動(dòng)壓力傳感器安裝在過(guò)流表面的底座上，傳感器由監(jiān)測(cè)電纜引到觀測(cè)室，觀測(cè)時(shí)采用信號(hào)采集設(shè)備由計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集頻率一般不小于30Hz，采樣時(shí)間應(yīng)大于300s。 第三章 基本水力要素和現(xiàn)象觀測(cè)三、流速 流速是水力學(xué)的重要參數(shù)。為研究效能沖刷、空蝕、磨損、脈動(dòng)振動(dòng)等問(wèn)題都需測(cè)流速。 流速監(jiān)測(cè)分為斷面平均流速、斷面流速分布、區(qū)段平面流速、表面流速和底部流速。 流速監(jiān)測(cè)期間應(yīng)盡量保持流量穩(wěn)定。 觀測(cè)方法：浮標(biāo)法；超聲波法；電波法；流速儀；畢托管。 1、浮標(biāo)法 （1） 在河道、泄槽及有水平護(hù)坦的溢流壩下游，流速較高，用流速儀測(cè)定流速有困難時(shí)常用。 （2） 測(cè)表面流速

11、用水面浮標(biāo)；測(cè)深層流速用深水浮標(biāo)。 （3）觀測(cè)方法：目測(cè)法；攝影法；經(jīng)緯儀立體攝影法等。 第三章 基本水力要素和現(xiàn)象觀測(cè)2、超聲波時(shí)差法測(cè)流速 超聲波在流動(dòng)水體中傳播的速度與在靜水中傳播速度不同。超聲波時(shí)差法測(cè)流速及利用超聲波在順流和逆流中傳播的時(shí)間差來(lái)計(jì)算流速。 具體實(shí)施時(shí)將兩超聲換能器安裝在河流對(duì)岸，超聲波傳播通道（距離為L(zhǎng)米）與流向成一夾角，則超聲波傳播時(shí)間可按下式計(jì)算。 超聲波在順流方向的傳播時(shí)間TAB（換能器A發(fā)B收）及逆流方向的傳播時(shí)間TBA（B發(fā)A收）為： TAB=L/(C+vcos ); TBA=L /(C-vcos ); 式中C為靜止淡水中聲速(m/s),水溫20時(shí)，C值約為

12、1480m/s。 第三章 基本水力要素和現(xiàn)象觀測(cè)3、電波流速儀測(cè)流速 電波流速儀是一種較理想的非接觸水式測(cè)速儀器。 根據(jù)多普勒效應(yīng)，當(dāng)電波流速儀向具有速度vr的移動(dòng)物體發(fā)射頻率為f0的電波時(shí)，從移動(dòng)的物體反射回來(lái)的電波頻率變?yōu)閒0fd，由式vr=cfd/2f0可以確定移動(dòng)物體的速度vr。 c為電波速度，在空氣中是31010cm/s； fd為多普勒頻率； f0為發(fā)射頻率。 實(shí)際測(cè)量中常常是發(fā)射的電波頻率f0與實(shí)際流速為vr的水面流線構(gòu)成俯角，此時(shí)用式vr=cfd/2f0cos計(jì)算。4、流速儀測(cè)流速 在河道、渠道上常用旋杯式和璇槳式流速儀。第三章 基本水力要素和現(xiàn)象觀測(cè)5、畢托管測(cè)流速 通過(guò)畢托管

13、測(cè)得的動(dòng)水和靜水壓強(qiáng)之差Hw來(lái)計(jì)算流速u。 C為畢托管修正系數(shù)； 在實(shí)際應(yīng)用中，動(dòng)、靜水壓強(qiáng)可用比壓計(jì)測(cè)得，也用壓力傳感器測(cè)得。 第三章 基本水力要素和現(xiàn)象觀測(cè)四、流量 流量觀測(cè)方法 分為河流、渠道上進(jìn)行觀測(cè)的一般方法及水文測(cè)驗(yàn)方法及直接在各種過(guò)水建筑物上進(jìn)行觀測(cè)的特殊方法兩類。若按獲得具體流量數(shù)據(jù)的過(guò)程而言，則可分為直接法和間接法兩類：直接法為溶液法和容積法等；間接法則是通過(guò)其它水力要素（水位、壓力、流速）的測(cè)量，經(jīng)過(guò)計(jì)算得出流量。 泄水建筑物上直接測(cè)流方法 通過(guò)布置測(cè)流速設(shè)備（流速儀、動(dòng)壓管等），測(cè)出相應(yīng)過(guò)水?dāng)嗝娴牧魉俜植记闆r，再計(jì)算出相應(yīng)流量。 第三章 基本水力要素和現(xiàn)象觀測(cè)五、流態(tài) 水

14、流流態(tài)是水流總體流態(tài)和局部流態(tài)的總稱。 按性質(zhì)分 急流；緩流；臨界流。 按形象分 回流：在平面上呈環(huán)形流動(dòng)的水流； 環(huán)流：在垂直主流橫斷面內(nèi)呈環(huán)形流動(dòng)的水流。 局部流態(tài) 受河工建筑物或河流局部地形影響而產(chǎn)生的流態(tài)。如泄水建筑物進(jìn)口的收縮水流、漩渦漏斗、跌水等流態(tài)；溢流壩壩面的擴(kuò)散水流；摻氣水流以及閘墩、導(dǎo)墻、尾坎處的水冠花和水翹等流態(tài)；泄水建筑物下游的挑流水舌、底孔射流、水躍和旋滾流等流態(tài)；航道口門區(qū)的斜流、往復(fù)流等流態(tài)；閘墩、橋墩、堤頭的繞流流態(tài)；泄水隧洞中的明流、滿流、臨界流；引水管的虹吸流；調(diào)壓井中涌浪等。 流態(tài)描述 通常用其位置、范圍及有關(guān)參數(shù)來(lái)描述。 觀測(cè) 1、流態(tài)平面位置、范圍觀測(cè)

15、。測(cè)定水流表面的流線、及其邊界范圍的坐標(biāo)。 2、流態(tài)參數(shù)定量觀測(cè)。包括流向角度、漩渦深度、泡水高度、環(huán)流強(qiáng)度和旋度、流速、坡降等。 第四章 主要水力學(xué)問(wèn)題觀測(cè)一、消能 消能監(jiān)測(cè)包括挑流、底流、面流各種水流形態(tài)測(cè)量、描述及消能率計(jì)算。分析消能率時(shí)，應(yīng)在下游河段水流相對(duì)平穩(wěn)的地方設(shè)置斷面，測(cè)量斷面的水力要素（水位、流量等），再推求消能率。二、沖刷 觀測(cè)重點(diǎn)是消力池、輔助消能工、消力戽和泄水建筑物下游河床。 測(cè)定沖坑的位置、深度、形態(tài)及范圍。沖坑水上部分可直接目測(cè)和測(cè)量；水下部分可采用抽干檢查法、測(cè)深法、壓氣沉柜檢測(cè)法及水下電視檢查法等。水下測(cè)量可采用測(cè)深桿、探測(cè)儀或回聲測(cè)深儀。 對(duì)過(guò)流建筑物的沖蝕

16、位置、范圍、深度進(jìn)行檢查記錄。三、振動(dòng) 振動(dòng)主要監(jiān)測(cè)水工建筑物因高速水流壓力脈動(dòng)、漩渦激勵(lì)及其它水動(dòng)力荷載所激發(fā)的結(jié)構(gòu)振動(dòng)。 主要效應(yīng)量為動(dòng)位移、振動(dòng)速度和加速度、動(dòng)應(yīng)變和動(dòng)應(yīng)力。 測(cè)點(diǎn)布置以相關(guān)結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析成果為參考。 激振方式主要為錘擊法和環(huán)境激勵(lì)法兩種。 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試成果主要有模態(tài)分析和流擊振動(dòng)分析。四、通氣量 通氣量觀測(cè)是對(duì)設(shè)有通氣管道的過(guò)流建筑物通氣效果監(jiān)測(cè)。 主要監(jiān)測(cè)部位：泄水管道工作門、事故閘門、檢修閘門、摻氣槽坎、泄洪洞鄂補(bǔ)氣洞，以及電站進(jìn)水口快速閘門下游等處。 通氣量根據(jù)測(cè)量斷面的平均風(fēng)速計(jì)算確定。通氣風(fēng)速可采用畢托管、風(fēng)速儀法進(jìn)行測(cè)量。第四章 主要水力學(xué)問(wèn)題觀測(cè)五、摻氣濃度 摻

17、氣濃度監(jiān)測(cè)內(nèi)容為明渠水流表面自然摻氣及摻氣設(shè)施的強(qiáng)迫摻氣情況。 自然摻氣觀測(cè) 沿程水深變化和摻氣濃度分布。 強(qiáng)迫摻氣觀測(cè) 摻氣空腔內(nèi)負(fù)壓、摻氣坎后摻氣空腔長(zhǎng)度、水舌落點(diǎn)附近的沖擊壓強(qiáng)和沿程底部水流摻氣濃度分布。 測(cè)量方法 測(cè)量過(guò)水?dāng)嗝娴膿綒馑?，與不摻氣的水深比較給出斷面平均摻氣量； 量測(cè)沿水深方向的摻氣量，給出水流方向各點(diǎn)的摻氣濃度及底部摻氣濃度。 近壁水流摻氣濃度可采用電阻法觀測(cè)，也可用取樣法、測(cè)壓管法、氣液計(jì)時(shí)法和同位素法。六、空化 空化監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容為空化水流噪聲和分離區(qū)的動(dòng)水壓強(qiáng)。 空化采用空化水流噪聲測(cè)試儀（水聽器）監(jiān)測(cè)。 測(cè)點(diǎn)布置在可能發(fā)生空化水流的空化源附近。如泄水建筑物的門槽

18、、反弧段、擴(kuò)散段、分岔口、差動(dòng)式挑坎、輔助消能工等對(duì)水流有擾動(dòng)的部位。七、過(guò)流面磨損 過(guò)流面磨損：空蝕和磨損。 易發(fā)生部位：過(guò)水建筑物進(jìn)口段、反弧段、彎道段、凹曲段、局部突變處、收縮段出口及高速泄槽底板；排沙洞、導(dǎo)流洞、消力池、水墊塘和泄放含沙水流的過(guò)水建筑物。 監(jiān)測(cè)階段：過(guò)流時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和過(guò)流后實(shí)地測(cè)量。 監(jiān)測(cè)內(nèi)容：磨蝕部位、磨蝕表面形態(tài)（長(zhǎng)度、寬度、平面形狀）、磨蝕深度等。 監(jiān)測(cè)方法：過(guò)流階段采用監(jiān)測(cè)設(shè)施觀測(cè)相應(yīng)水力要素；過(guò)流后可用目測(cè)、攝影和拓模等計(jì)量空蝕破壞情況。第四章 主要水力學(xué)問(wèn)題觀測(cè)八、泄洪霧化 霧化現(xiàn)象：采用挑流消能的高壩工程，特別是采用泄流水舌空中對(duì)撞和其他使水流充分?jǐn)U散消能形

19、式的工程，在泄洪時(shí)在相應(yīng)區(qū)域會(huì)產(chǎn)生霧化。 霧化監(jiān)測(cè)內(nèi)容：泄洪霧化影響范圍和霧化降雨強(qiáng)度分布，相應(yīng)的水力學(xué)條件如泄流量、下游水位、泄洪落差、孔口開啟組合與閘門開度等，同時(shí)輔助氣象條件觀測(cè)，如風(fēng)速、風(fēng)向、空氣濕度和氣壓等。 觀測(cè)方法：泄洪霧化可用雨量器、自記雨量計(jì)、滴譜試紙、量筒、比色法、目測(cè)、地面攝影法等測(cè)量。霧雨強(qiáng)度依其大小分別采用自記雨量計(jì)和自制電測(cè)雨量筒測(cè)量。自記雨量計(jì)一般為氣象測(cè)量用的虹吸式雨量計(jì)，所測(cè)雨強(qiáng)一般在240mm/h以下；自制電測(cè)雨量筒則用于降雨強(qiáng)度較大，人員不便到達(dá)或較危險(xiǎn)的區(qū)域，其可測(cè)量最大降雨可達(dá)2000mm/h以上。觀測(cè)前先在霧化區(qū)內(nèi)選擇測(cè)點(diǎn)并安裝雨量計(jì)，霧化測(cè)點(diǎn)一般布

20、置在下游兩岸岸坡、開關(guān)站、高壓電線出線處、發(fā)電廠房、壩頂、生產(chǎn)生活區(qū)、交通道路及橋梁、自然景觀等受泄洪霧化影響部位。測(cè)點(diǎn)分布及數(shù)量以能繪制泄洪霧化降雨等值線分布圖為宜。第五章 水布埡溢洪道泄洪水力學(xué)觀測(cè)1、水布埡溢洪道消能布置方式 水布埡水電站溢洪道采用5孔5槽階梯式窄縫鼻坎消能工+下游河道兩岸防淘墻的消能防沖布置格局，地下電站尾水洞出口按直尾水布置，見圖5.1所示。 圖5-1 水布埡溢洪道消能布置方式第五章 水布埡溢洪道泄洪水力學(xué)觀測(cè)2、水力學(xué)觀測(cè)內(nèi)容及方法 （1）流態(tài)。用攝像機(jī)和照相機(jī)對(duì)相關(guān)工況上、下游流態(tài)進(jìn)行攝錄，并加以文字描述。（2）通氣孔風(fēng)速及負(fù)壓。通氣孔風(fēng)速通過(guò)小型畢托管配比壓計(jì)（

21、U型管）進(jìn)行施測(cè)，測(cè)量通氣孔中的最大風(fēng)速和平均風(fēng)速。摻氣坎空腔負(fù)壓采用虹吸式負(fù)壓計(jì)測(cè)量。（3）動(dòng)水壓力。利用壓力變送器進(jìn)行脈動(dòng)壓力和時(shí)均壓力的測(cè)量。 （4）溢流面流速。近壁流速均采用總壓式流速儀測(cè)量，所測(cè)總壓水頭減去同樁號(hào)（或上、下游附近）測(cè)點(diǎn)時(shí)均壓力水頭即為該處流速水頭。 （5）摻氣濃度。采用長(zhǎng)江科學(xué)院研制的長(zhǎng)江89-8型摻氣濃度儀測(cè)量。 （6）泄洪霧化。主要是通過(guò)在可能的泄洪霧化區(qū)布置雨量測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)在泄洪時(shí)段的泄洪霧化降雨強(qiáng)度。第五章 水布埡溢洪道泄洪水力學(xué)觀測(cè)3、水力學(xué)觀測(cè)測(cè)點(diǎn)布置 第五章 水布埡溢洪道泄洪水力學(xué)觀測(cè)第五章 水布埡溢洪道泄洪水力學(xué)觀測(cè)第五章 水布埡溢洪道泄洪水力學(xué)觀測(cè)4、

22、水力學(xué)監(jiān)測(cè)條件 在2008年7月24日對(duì)溢洪道1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)孔控泄（閘門開高e=7.0m）和3號(hào)孔單獨(dú)敞泄兩種調(diào)度方式進(jìn)行了泄洪觀測(cè)，觀測(cè)時(shí)段庫(kù)水位約393.18m，下游水位201.71m。5、觀測(cè)成果（1）水流流態(tài) 引渠進(jìn)口水面平靜，水域?qū)掗?，引水進(jìn)流平順，引渠內(nèi)水流平緩。由于溢洪道下泄流量不大，引渠水流流速小，雖然有彎道，但彎道效應(yīng)不明顯，看不出水面有縱橫比降。 水流行進(jìn)至閘墩前緣水域時(shí)，水流流速略有加快，主流基本略偏左下泄，右側(cè)4和5孔口上游附近水域基本為靜水區(qū)。溢洪道1和2孔口基本呈對(duì)稱進(jìn)流形態(tài)，3孔口進(jìn)流量較1和2孔口略大，且左右兩側(cè)進(jìn)流不對(duì)稱，右側(cè)閘墩繞流明顯。水流進(jìn)入閘室后流速

23、進(jìn)一步加大，水面有一定跌落。第五章 水布埡溢洪道泄洪水力學(xué)觀測(cè) 開門過(guò)程中，泄槽水流摻氣由強(qiáng)到弱，當(dāng)閘門處于小開度時(shí)，泄槽水流呈完全摻氣狀態(tài)。這主要是在閘門小開度時(shí)，泄槽流速較大，同時(shí)水體較薄，壩面底層紊流邊界層快速發(fā)展到表面的結(jié)果。 隨著閘門開度的增加，底部紊流邊界層發(fā)展到水面的位置后移，表面空氣被帶入到水體的位置亦后移，因此，泄槽前段水流大部分為清水，僅泄槽兩側(cè)水面有小范圍的摻氣帶，系側(cè)邊界紊流邊界層發(fā)展到水面的結(jié)果。大約在第一級(jí)摻氣坎位置時(shí)，兩側(cè)表層摻氣布滿整個(gè)泄槽。 水流經(jīng)過(guò)閘后，呈急流下泄，流速逐漸加大，泄槽水面沿程逐漸降低。 泄槽水流流經(jīng)摻氣坎時(shí)，水面略有凸起，進(jìn)入窄縫鼻坎收縮段后

24、，槽內(nèi)水面急劇升高，呈扇形狀縱向拉開，從壩頂處的泄槽中心往下看，1#、3#泄槽的水舌基本沿泄槽中心線方向縱向擴(kuò)散，雖然1#泄槽鼻坎出口并非對(duì)稱布置；1#、3#泄槽水舌均無(wú)明顯橫向擴(kuò)散現(xiàn)象。2#泄槽介于1#和3#之間，且鼻坎段流速?zèng)]有1#鼻坎大，側(cè)收縮率沒(méi)有3#鼻坎大，故2#水舌頂緣可能被1#、3#水舌頂緣遮蓋，其水舌橫向擴(kuò)散情況看不太清；不過(guò)，從泄洪運(yùn)行條件和結(jié)構(gòu)布置來(lái)看，2#鼻坎水舌最不容易發(fā)生橫向偏移。第五章 水布埡溢洪道泄洪水力學(xué)觀測(cè)進(jìn)水渠流態(tài) 閘門進(jìn)口流態(tài)第五章 水布埡溢洪道泄洪水力學(xué)觀測(cè)閘門小開度時(shí)泄槽內(nèi)水流流態(tài) 第五章 水布埡溢洪道泄洪水力學(xué)觀測(cè)閘門大開度時(shí)泄槽內(nèi)水流流態(tài) 第五章

25、水布埡溢洪道泄洪水力學(xué)觀測(cè)泄槽出口水舌軌跡 第五章 水布埡溢洪道泄洪水力學(xué)觀測(cè)泄槽內(nèi)水面線第五章 水布埡溢洪道泄洪水力學(xué)觀測(cè)（2）泄洪霧化 泄洪霧化區(qū)范圍 泄洪霧化除產(chǎn)生降雨外，還會(huì)形成隨壩后風(fēng)速場(chǎng)擴(kuò)散飄逸的霧流?？傮w上看，溢洪道泄洪霧化濃霧區(qū)主要分布在水舌濺落區(qū)兩側(cè)岸坡及下游河床上空，部分濃霧沿溢洪道右側(cè)邊坡及面板堆石壩左側(cè)向上爬升并漫過(guò)壩頂延伸至上游水庫(kù)。 在霧濃度空間分布上，從低空到高空，霧濃度逐漸減小；從水舌濺落區(qū)開始，由近至遠(yuǎn)或兩岸坡腳到兩岸上壩公路，霧濃度沿程衰減。 在三孔均勻控泄（e=7.0m）工況下，自水舌濺落區(qū)開始，受下游兩側(cè)山勢(shì)影響，濃霧向兩側(cè)擴(kuò)散，順山體向上爬升，最高升騰

26、至馬崖高邊坡頂部高程約520m，最大擴(kuò)散寬度約1500m，最遠(yuǎn)漂移至距溢洪道壩軸線約1100m。 電廠變電站除靠近馬崖方向的一側(cè)有中雨外，其它區(qū)域基本無(wú)雨，面板堆石壩右側(cè)除下游坡腳外基本為無(wú)雨區(qū)。在3#泄槽單獨(dú)敞泄工況下，雨區(qū)范圍及強(qiáng)度有所減弱。第五章 水布埡溢洪道泄洪水力學(xué)觀測(cè) 泄洪霧化的降雨強(qiáng)度 在級(jí)降雨區(qū)（降雨強(qiáng)度分別為S600mm/h 和600mm/hS200mm/h ），暴雨傾盆、狂風(fēng)大作、飛沙走石、濃霧密布。 左岸大巖淌滑坡體上多個(gè)臨時(shí)搭建房屋嚴(yán)重?fù)p毀，不少樹木成光枝甚至被連根拔起；布置在左岸高程230m公路上的22#雨量測(cè)點(diǎn)（樁號(hào)0+550m）的鋼制雨量計(jì)被暴風(fēng)雨拔起卷走不見蹤影

27、。 右岸電站尾水平臺(tái)上的門式啟閉機(jī)上的電器房輕質(zhì)鋼制墻體基本被整體剝離；馬崖高邊坡護(hù)坡表面多處被剝落，露出巖體，部分石塊散落在電站尾水平臺(tái)上；一處攝像頭固定鋼管柱（直徑約20cm）折斷；用地腳螺栓固定于尾水平臺(tái)上游側(cè)并進(jìn)行了加固的10#和11#雨量測(cè)點(diǎn)的鋼制雨量計(jì)也被暴風(fēng)雨連根拔起，完全損壞。 5#和9#雨量計(jì)實(shí)測(cè)雨強(qiáng)均超過(guò)1000mm/h，但由于此兩測(cè)點(diǎn)均布置于馬崖高邊坡下，泄洪霧化形成了馬崖高邊坡瀑布群，部分瀑布水流可能落入雨量計(jì)中，故此處實(shí)測(cè)雨強(qiáng)結(jié)果可能偏大。 下游交通橋處于級(jí)薄霧和淡霧區(qū)，雨量較小，能見度較好，交通未受到影響。 第五章 水布埡溢洪道泄洪水力學(xué)觀測(cè)泄洪霧化 泄洪形成的濃霧

28、從下游翻越面板堆石壩延伸至水庫(kù) 第五章 水布埡溢洪道泄洪水力學(xué)觀測(cè)（3）動(dòng)水壓力特性及流速 1#泄槽壩面時(shí)均壓力分布均較正常，第一級(jí)摻氣坎之前的泄槽上時(shí)均壓力沿程遞減，壓力梯度變化平緩，相應(yīng)水流壓力脈動(dòng)較弱，壓力均方根均不大于0.659.81kPa。 泄槽末端收縮段壩面壓力值沿程急劇增大，最大時(shí)均壓力值為19.339.81kPa，發(fā)生在1#泄槽收縮段底板中部。 收縮段側(cè)墻上壓力不符合靜水分布規(guī)律，同一斷面壓力值隨測(cè)點(diǎn)高程增加而急劇下降。 在鼻坎收縮段，受邊界條件影響水流紊動(dòng)加劇，最大脈動(dòng)壓力均方根值=2.839.81kPa，出現(xiàn)在三孔均勻控泄（e=7.0m）工況下。 3#泄槽底板時(shí)均壓力分布規(guī)

29、律總體上與1#泄槽類似，在第一級(jí)摻氣坎之前，3#泄槽底板測(cè)點(diǎn)布置同1#泄槽，時(shí)均壓力亦相差不大。第一級(jí)摻氣坎后壓力較小，實(shí)測(cè)時(shí)均壓力僅1.779.81kPa，估計(jì)為摻氣坎空腔末端區(qū)。由于3#泄槽鼻坎處工作水頭較1#泄槽小，所以該鼻坎收縮段底板最大時(shí)均壓力值均小于1#泄槽。 不同的閘門開度對(duì)各部位壓力分布規(guī)律無(wú)顯著影響，壩面壓力隨閘門開度的增加而增大。 泄槽流速沿程增加，在第一級(jí)摻氣坎前實(shí)測(cè)三孔均勻控泄（e=7.0m）工況下的泄槽臨底流速最大約20.9m/s。在泄槽末端收縮段，1#泄槽左側(cè)邊墻底部貼角體使水流流向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致布置在該部位的流速儀翼型探頭與主流方向產(chǎn)生了一定夾角，此處V10-1-11測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)流速值應(yīng)比實(shí)際流速要小。三孔均勻控泄（e=7.0m）工況下，該部位