《抽水蓄能電站進-出水口水工模型試驗規(guī)程》

抽水蓄能電站進/出水口

水工模型試驗規(guī)程

Codeforhydraulicmodeltestofinlet/outletwaterofPumpedStorage

PowerStation

（征求意見稿）

20XX-XX–XX發(fā)布XXXX-XX-XX實施

中國電力企業(yè)聯(lián)合會發(fā)布

I

抽水蓄能電站進/出水口水工模型試驗規(guī)程

1范圍

本文件規(guī)定了抽水蓄能電站進/出水口水工模型試驗的基本要求。包括基本規(guī)定、相似準

則、試驗設備和量測儀器、模型設計、模型制作與安裝、實驗方法、試驗資料整理與成果分

析等要求。

本文件適用于抽水蓄能電站進/出水口以重力為主要作用力的工程水力學問題水工模型

試驗。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期

的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括

所有的修改單）適用于本文件。

DL/T5244水電水利工程常規(guī)水工模型試驗規(guī)程。

DL/T5247水電站有壓輸水系統(tǒng)水工模型試驗規(guī)程；

SL155水工（常規(guī)）模型試驗規(guī)程；

SL162水電站有壓輸水系統(tǒng)模型試驗規(guī)程；

3術語和定義

下列術語和定義適用于本文件。

3.1

水工模型hydraulicmodel

以重力為主要動力元素，研究水工建筑物、河道與水流等相互作用的實體模型。

3.2

模型比尺modelscale

模型與原型各對應物理量間的比值。

3.3

正態(tài)模型normalmodel

水平長度比尺與垂直長度比尺相等的模型。

3.4

整體模型integratedmodel

研究工程總體布置及各建筑物之間相互關系的水工模型。

3.5

單體模型monomermodel

研究單一進/出水口水力特性的水工模型。

3.6

時均壓力timeaveragedpressure

由于水流紊動所產生的流速場作用于固壁的附加動力壓力的時均值。

3.7

脈動壓力pulsatingpressure

由于水流紊動所產生的脈動流速場作用于固壁的附加動力壓力，在空間和時間上具有隨

機性的脈動值。

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3.8

進/出水口intake/outlet

建于上、下水庫內用于控制水流的工程設施。由于抽水蓄能電站具有抽水和發(fā)電兩種運

行工況，水流是雙向流動的，對上水庫在發(fā)電時為進流，抽水時為出流，反之亦然，故簡稱

進/出水口。

4基本規(guī)定

4.1試驗大綱

4.1.1模型試驗前，應根據試驗任務和要求，編制試驗大綱。

4.1.2試驗大綱宜包括下列內容：

a)工程概況；

b)試驗研究目的和內容；

c)進/出水口設計方案和基本資料；

d)進/出水口模型設計和試驗研究方法；

e)主要試驗設備和量測儀器；

f)主要實施方案；

g)預期成果目標；

h)試驗研究進度計劃；

i)試驗研究員；

j)其他。

4.2基本資料

4.2.1模型試驗前應收集模擬范圍內的地形、地貌資料，地形圖比例不宜小于1：1000。

4.2.2模型試驗前應收集進/出水口前池底板及岸坡的地質資料。

4.2.3模型試驗前應收集工程規(guī)模、總體布置/試驗范圍內細部結構、各過水斷面糙率等資料。

4.2.4模型試驗前應明確抽水蓄能電站運行方式、相應流量及特征水位。

4.2.5收集資料應整理、分析和核對，發(fā)現(xiàn)問題應及時與資料提供部門溝通、核實和糾正，

資料更改和更新應記錄。

4.3試驗工況

4.3.1進/出水口水力特性模型試驗應包括各種特征水位和特征水位之間選取水位、運行機組

臺數和機組運行方式的組合。

4.3.2整體模型試驗研究宜包括進/出水口附近流態(tài)、流速分布、進流漩渦試驗、攔污柵孔口

流速分布、孔口分流流量、沿程時均壓力、攔污柵斷面脈動壓力、分段阻力特性等內容。當

受到比尺限制，整體模型不能準確研究進/出水口分流比、攔污柵孔口流速分布、流速不均勻

系數、局部阻力系數等內容時，應采用單體模型進行研究。

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4.3.3試驗工況應根據試驗內容和目的選擇，并應符合表1要求：

表1試驗工況表

研究內容必須工況工況數量

原設計方案水力特性研究正常蓄水位和死水位下，抽水和發(fā)電工況4

進/出水口體型優(yōu)化研究死水位下，抽水和發(fā)電工況2

旋渦和消渦梁優(yōu)化研究死水位下，進/出水口進流工況1

各種特征水位和特征水位之間選取水位，

推薦設計方案水力特性研究視需要

運行機組數和機組運行方式的組合工況

a)設計方案水力特性研究，應包括正常蓄水位和死水位下，抽水和發(fā)電4種工況；

b)進/出水口體型優(yōu)化研究，應包括死水位下，抽水和發(fā)電2種工況；

c)進/出水口前旋渦和消渦梁優(yōu)化研究，應包括死水位下進/出水口進流工況；

d)推薦設計方案水力特性研究，應包括各種特征水位和特征水位之間選取水位、運行

機組數和機組運行方式的組合工況。

4.3.4進/出水口模型試驗工況宜結合工程特點和研究內容確定，針對有特殊運行要求的電站

和進/出水口形式，應根據具體工程特點和研究內容確定工況。

5相似準則

5.1模型與原型應滿足幾何相似、水流運動相似和動力相似。

5.2模型試驗應遵循重力相似準則，并應滿足以下要求：

a)模型應采用正態(tài)模型。

b)模型水深宜大于30mm。

c)模型水流應進入阻力平方區(qū)；有困難時，應至少保證在紊流區(qū)；必要時宜開展單體模

型試驗。

d)模型糙率達不到相似要求并對試驗成果影響較大時，可采用合理校正方法。

5.3研究進/出水口進流時，應分析阻力、表面張力和黏滯力等因素對縮尺的影響，并應修正。

6試驗設備與量測儀器

6.1試驗設備

6.1.1模型試驗宜采用循環(huán)式供水系統(tǒng)，宜包括蓄水池、動力泵、平水裝置、平水箱、配水

管和回水渠等設施。

6.1.2蓄水池應符合供水、回水便利的要求，蓄水量應符合試驗要求。

6.1.3試驗模擬水庫宜設溢水和補水設施，并應符合庫水位平水要求。

6.2水位量測儀器

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6.2.1水位測量可采用水位測針、自動跟蹤水位計、壓力傳感器、波高儀等儀器，儀器安裝

應符合試驗要求，量程和精度應符合測試要求。

6.2.2測量恒定流水位宜采用水位測針。

6.2.3測量非恒定流水位可采用自動跟蹤水位計或壓力傳感器。

6.2.4測量水面波動宜采用波高儀。

6.2.5水位測量儀器零點高程應采用水準儀校正。

6.3壓強量測儀器

6.3.1壓強測量宜采用測壓管、晶體壓力傳感器等儀器。

6.3.2測壓管宜用于測量恒定流時均壓強，并應符合下列規(guī)定：

a)測壓管測點孔口內徑應小于2mm，孔口應與過流面齊平、垂直；

b)測壓的量測段可采用玻璃管或有機玻璃管，內徑宜大于10mm，零點高程應用水準儀

校正；

c)測壓管應排出氣泡。

6.3.3測量動水壓強和脈動壓強宜采用晶體壓力傳感器。并應符合下列規(guī)定：

a)感應膜直徑應小于5mm；

b)自振頻率應大于被測量頻率5倍；

c)輸出信號應與二次儀表匹配；

d)綜合精度應符合試驗要求；

e)測點孔口應與過流面齊平。

6.4流量量測儀器

6.4.1流量測量宜采用量水堰和電磁流量計。

6.4.2量水堰宜用于測量恒定流流量，并應符合下列規(guī)定：

a)模型流量小于30L/s時，宜采用直角三角堰；

b)模型流量不小于30L/s時，宜采用矩形薄壁堰，堰頂水頭不應小于30mm。

6.4.3量水堰安裝應符合下列規(guī)定：

a)直角三角堰堰槽寬度應為最大堰頂水頭的3倍～4倍，堰口中心線應為鉛垂方向；

b)矩形薄壁堰堰板高度應大于最大堰頂水頭的2倍；

c)堰板應與堰槽垂直正交，堰板頂部應保證水平；

d)堰槽應等寬；堰槽長度應符合測量精度要求；

e)矩形堰板與堰下水舌之間應設置通氣孔，并保證水舌下無負壓，尾水與堰頂高差不應

小于70mm；

f)水位測針孔應設在6倍最大堰頂水頭處，孔口位置應低于堰頂30mm。

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6.4.4電磁流量計可用于測量恒定流流量和非恒定流流量，選型應符合量程和精度要求。

6.4.5電磁流量計應符合產品安裝使用要求。

6.5流速量測儀器

6.5.1流速測量宜采用小旋漿流速儀和畢托管，也可采用水流表面粒子圖像速度場儀（PIV)、

三維多普勒流速儀（ADV)、激光流速儀等儀器。

6.5.2畢托管宜用于測量恒定流時均點流速，應考慮其對流場的干擾。選型標準如下：

a)0.15m/s≤v<2.5m/s時，可采用管徑為8mm的畢托管；

b)0.15m/s≤v<10m/s時，宜采用管徑為2.5mm的畢托管。

6.5.3旋漿流速儀和旋漿流速流向儀宜用于流速為3m/s以下的測量，流速儀選型應符合試驗

精度要求。

6.5.4水流表面粒子圖像速度場儀（PIV）宜用于測量大范圍水流表面流速。

6.5.5三維多普勒流速儀(ADV)宜用于測量復雜流態(tài)下的流速。

6.5.6激光流速儀宜用于測量水質較好的玻璃水槽和隧洞條件下的流速。

6.6量測儀器檢定

6.6.1通用量測儀器應送計量檢定機構檢定或校準，專用量測儀器可自檢，但應符合試驗精

度要求。

6.6.2自行研制的量測儀器，應經相應技術監(jiān)督部門鑒定合格。

6.6.3送檢量測儀器檢定或校準周期應按檢定規(guī)程執(zhí)行；自檢量測儀器檢定周期不宜超過兩

年。

6.6.4常用量測儀器及其精度控制應符合附錄A的規(guī)定。

7模型設計

7.1模型類型、比尺及模擬范圍應根據試驗任務和要求，在符合5.2的規(guī)定下，按試驗場地、

設備、供水能力和量測儀器精度等確定。

7.2模型類型與比尺選擇宜符合下列規(guī)定：

a)整體模型試驗，幾何比尺不宜小于1:50；

b)對于體型復雜的進/出水口，宜采用單體模型進行研究，研究分流比、流速不均勻系

數、局部阻力系數，幾何比尺不宜小于1:30。

7.3模型模擬范圍應保證試驗工作段流態(tài)相似，模型高度應根據模型最高水位和超高、流量

量測設施等因素確定。

7.4模擬旋渦相似的模型設計，應計及表面張力和黏滯力縮尺效應。

7.5模型設計應包括量水裝置、穩(wěn)水裝置、閥門控制裝置、測點布置等。

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8模型制作與安裝

8.1模型制作與安裝應繪制模型總體布置圖、結構物模型詳圖、測點布置圖，并提出模型加

工與安裝要求。

8.2模型結構應滿足穩(wěn)定和強度要求。

8.3模型制作材料應符合觀測和相似要求，進/出水口和輸水管道宜選用有機玻璃等透明材料

制作，進/出水口附近庫區(qū)地形可采用水泥或金屬材料等制作，模型長久保留的宜選用不易變

形的材料制作。

8.4模型地形制作可采用斷面板法、樁點法和等高線法。采用前兩種方法時，模型中兩控制

斷面間距應根據地形變化選取，宜為50～80cm，地形變化復雜的河段，控制斷面應適當加密。

8.5模型安裝精度控制應符合下列規(guī)定：

a)平面導線布置應根據模型形狀和范圍確定，導線方位允許偏差應為±0.1°。

b)水準基點和測針零點允許偏差應為±0.3mm。

c)水工建筑物模型高程允許偏差應為±0.3mm，地形高程允許偏差應為±3mm，平面距

離允許偏差應為±10mm。

8.6模型安裝完畢后，應按8.2和8.5的規(guī)定進行質量校核，并應有完整記錄；校核完畢后應試

水，發(fā)現(xiàn)問題應及時糾正。

9試驗方法

9.1試驗項目

試驗項目應包括進/出水口附近流態(tài)觀測、水流流速分布、進流漩渦試驗、攔污柵孔口流

速分布、孔口分流流量、沿程時均壓力、攔污柵斷面脈動壓力、分段阻力特性等。

9.2試驗內容

9.2.1進/出水口附近流態(tài)觀測試驗應定性描述回流區(qū)、旋渦、折沖水流、分離水流、水翅、

跌水、壅水等現(xiàn)象及其范圍、強度等。

9.2.2進/出水口附近庫區(qū)水流流速分布試驗應測量進出水口前后1~3倍總寬度內水流流速。

9.2.3攔污柵孔口流速分布試驗應觀測孔口垂向及橫向不同位置的水流流速，測定孔口最大

流速及平均流速。

9.2.4進流漩渦試驗應觀測漩渦強度、尺度，描述漩渦形態(tài)、給出漩渦發(fā)生位置及運動規(guī)律。

9.2.5孔口分流試驗應測量擴散段各孔流道多點流速，流道流量測定宜采用積分方法。

9.2.6沿程時均壓力試驗應在進/出水口沿程布置測壓管或壓力傳感器測量時均水壓。

9.2.7攔污柵斷面脈動壓力試驗應監(jiān)測攔污柵斷面孔口邊壁及門槽附近的水流脈動壓力過

程，確定脈動壓力均方根值和主頻。

9.2.8分段阻力特性試驗應結合沿程時均壓力測量結果測算，應確定進/出水口總阻力系數，

宜確定攔污柵段、擴散段分區(qū)阻力系數。

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9.3試驗觀測

9.3.1模型試驗宜包括設計方案試驗、修改優(yōu)化方案試驗和推薦方案試驗等。

9.3.2模型試驗前應進行量測儀器率定及模型校驗等準備工作，電子流量測量設備應經標準

量水堰率定。

9.3.3進/出水口附近流態(tài)觀測試驗可采用目測法、示蹤法、照相或錄像等。

9.3.4進/出水口附近庫區(qū)水流流速分布試驗可采用畢托管、旋槳流速儀、超聲波多普勒流速

儀等設備測量，橫向測量范圍宜取1~3倍進出水口總寬度，縱向測量范圍不應小于1倍進出水

口總寬度。

9.3.5進流漩渦應采用放大流量法模擬，放大倍數可取2~3倍，應測算進出水口前庫區(qū)水流雷

諾數和韋伯數，雷諾數大于100000、韋伯數大于120時可認為模型水流粘滯力和表面張力不影

響漩渦形態(tài)。試驗時可通過示蹤法和圖像法測定漩渦尺度，漩渦類型宜包括表面凹陷渦、間

歇性吸氣漩渦、持續(xù)性吸氣漩渦、貫通型吸氣漩渦。

9.3.6攔污柵孔口流速分布試驗宜在攔污柵孔口斷面上布置流速測點，孔口橫向測線不應小

于3個，垂向測線不應小于5個。應給出各個工況下孔口最大流速和平均流速，二者比值不宜

大于1.5，不應大于2.0。相鄰流道孔的流量不均勻程度不宜超過10%。

9.3.7應測量各工況下進/出水口總流量和側向進水口擴散段各孔口分流量，擴散段各孔口分

流量應測量擴散段各孔流道多點流速，測量斷面應選取在水流均勻平順處，計算孔口流量時

可采用面積加權積分法，各孔口流量計算方法應一致。

9.3.8時均壓力測量可采用測壓管或壓力傳感器，測壓管和壓力傳感器不可迎水流安裝，且

不應干擾流動。脈動壓力測量可采用脈動壓力傳感器，使用前應進行靈敏度校驗。

9.3.9模型試驗取得階段性成果后，應及時對模型試驗階段性成果進行技術論證。

10試驗資料整理與成果分析

10.1試驗資料整理

10.1.1試驗資料應及時整理，試驗、整理和校對人員均應在原始記錄及計算表格中簽名，采

用電腦記錄的原始數據，應注明試驗、整理和校對人員姓名。

10.1.2原始記錄數據出現(xiàn)錯誤時，應劃掉重寫，不應涂改。

10.1.3試驗數據有效位數應統(tǒng)一，且與試驗精度相符。

10.1.4試驗資料應及時整理歸檔。

10.2試驗數據分析

10.2.1試驗照片及視頻應按試驗工況整理。

10.2.2側向進/出水口應計算各孔口分流比。

10.2.3進/出水口前明渠、閘門井、調壓井等部位相應水位、水面線圖表應按試驗工況繪制。

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10.2.4流態(tài)分析應繪制進/出水口前庫區(qū)流態(tài)、流向、旋渦平面圖，并標明水邊線、凈水區(qū)、

回流范圍和主流方向，對試驗中出現(xiàn)的特殊水流現(xiàn)象應進行描述。

10.2.5各部位流速分布圖表應按試驗工況繪制，對側式進水口應分析各孔口攔污柵斷面流速

不均勻系數。對豎井式進/出水口應分析豎井段和豎井后轉彎段流速不均勻系數。

10.2.6各部位相應壓力分布圖表應按試驗工況繪制。

10.2.7脈動壓力試驗數據應以壓力脈動均方根值，功率譜、概率密度和相關函數等特征描述，

并繪制相應圖表。

10.2.8進/出水口水頭損失和水頭損失系數，應根據進/出水口流速、壓力實測數據計算，并

繪制相應圖表。

10.3試驗研究成果

10.3.1成果提交形式應包括研究報告、相關電子文檔、錄像和照片。

10.3.2試驗報告宜包括摘要、目錄、報告正文、附錄等。

10.3.3試驗報告正文應包括工程概況、試驗目的與內容、模型制作與安裝、測量儀器和方法、

試驗過程、試驗結果與分析、結論與建議等。

10.3.4照片應有說明，視頻應配有相應字幕或解說。

10.3.5試驗報告應履行審批程序。

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附錄A：

（規(guī)范性附錄）

水工模型試驗測試儀器及其精度要求

常規(guī)水工模型試驗測量精度要求見表A.1。

表A.1水工模型試驗測試儀器及其精度表

施測對象測試儀器精度要求注意事項

控制局部模型高程和

寬度誤差小于，長

0.3mm模型試驗應滿足

水準儀、經緯儀、度誤差小于5mm，整體模

模型9.0.4條規(guī)定的限制條

全站儀、鋼尺型地形高程誤差小于

件，注意減小縮尺影響

2mm，平面距離誤差小于

10mm

測針零點高程的精度測桿應安裝牢固并

應控制在±0.2mm，每一測呈鉛垂方向，試驗前應

水位測針次應重復測讀2~3次，取檢查測針及連接管，不

其穩(wěn)定值或平均值，測讀得有堵塞，氣泡及漏水

精度為±0.3mm現(xiàn)象

水位及水面線

水位計測桿應安裝

率定曲線的偏差系數牢固并呈鉛垂方向，每

自動跟蹤水位計Cv=ρ/μ，不應大于5%，其次測試前應進行自檢率

中ρ為均方差，μ為平均值定，試驗量測區(qū)間應在

率定曲線的直線部分

應按技術要求進行

流量量測應選擇合理

量水堰堰板安裝，待流

的堰型，量水堰板板面安

量穩(wěn)定后，方可測讀上

量水堰裝應呈鉛垂方向，堰頂安

游測針讀數，應按不同

裝應呈水平方向，應保證

堰型的率定曲線或有關

流量測量精度

計算公式推算模型流量

流量

應按技術要求進行

應保證安裝要求，減文丘里流量計的安裝，

文丘里流量計

少測量誤差應定期進行自檢率定，

繪制流量率定曲線

安裝應滿足儀器準

電磁流量計、超聲管內平均流速應大于

確測量要求，并定期維

波流量計

0.2m/s護和檢定

(1)自檢率定，當雷諾數試驗前，應檢查畢

Re=3300~360000時．流速托管和連接管是否堵塞

系數?=1；誤差控制在或漏氣；在靜水中進行

；沖水排氣，使比壓計兩

流速畢托管1%~2%

(2)每一測次應重復測讀端水柱同高；在不進氣

2~3狀，取其穩(wěn)定值或平均條件下，將畢托管放人

值；比壓計水頭差測讀精施測位置的水體中，對

度應控制在3mm以內準流向

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表A.1（續(xù)）

施測對象測試儀器精度要求注意事項

(1)自檢率定，率定測點不

應少于15個，精度應滿足

75%以上測點，偏差不應超

過～；

2%3%每個測流斷面測讀

(2)每一測點記錄值不應少

旋槳流速儀不應少于3條垂線}每條

于4～5次，每次采集時間

垂線測點不應少于3點

不應少于5～10s；

(3)斷面流速迭加計算，與

堰測流量比較，兩者誤差

不應超過5%

流速

在實際環(huán)境中測量

激光流速儀、熱線

精度為誤差會增大，因此在使

流速儀±0.5%

用時應注意儀器正常維

護以及試驗用水水質要

求等，以減少測量誤差

粒子圖像測速儀

精度為±0.1%

（PIV）

探頭以下5cm范圍

內為儀器測量盲區(qū)，ADV

三維多普勒流速無法測量該區(qū)域水流流