1、中华人民共和国行业标准海岸与河口潮流泥沙模拟技术规程主编单位交通部天津水运工程科学研究所批准单位中华人民共和国交通部施行日期年月日人民交通出版社北京中华人民共和国行业标准海岸与河口潮流泥沙模拟技术规程版式设计刘晓方责任校对杨杰责任印制孙树田人民交通出版社出版发行北京和平里东街号各地新华书店经销北京交通印务实业公司印刷开本印张字数千年月第版年月第版第次印刷印数册定价元统一书号关于发布海岸与河口潮流泥沙模拟技术规程的通知交水发号各省自治区直辖市交通厅局委办部属及双重领导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海岸与河口潮流泥沙模拟技术规程业经审查现批准为推荐性标准编号为自年月日
2、起施行本规程的管理和出版组织工作由部水运司负责具体解释工作由交通部天津水运工程科学研究所负责中华人民共和国交通部一九九八年十二月十一日前言随着社会主义市场经济建设的发展海岸与河口水运工程建设及其模拟研究工作也得到了蓬勃的发展统一规范海岸与河口潮流泥沙模拟研究工作确保水运工程建设质量已成为当前迫切需要解决的问题为此交通部组织了本规程的编制本规程包括物理模型和数值模拟两部分主要内容有海岸与河口潮流定床模型试验潮流泥沙模型试验波浪泥沙模型试验河口入海船闸模型试验平面二维潮流泥沙数值模拟三维潮流泥沙数值模拟及波浪泥沙数值模拟等物理模型和数值模拟各有特点在使用中应该发挥所长有机结合本规程共分章节条个附录
3、并附有条文说明本规程由交通部天津水运工程科学研究所负责解释海岸与河口潮流泥沙模拟技术随着科技发展和新技术的应用将会得到不断发展请各单位在使用中注意总结经验将意见告诉解释单位本规程如进行局部修订其修订的内容将在水运工程标准与造价管理信息上刊登目次总则术语符号术语符号一般规定模拟技术及其应用试验研究大纲仪器设备及记录报告编写技术资料归档潮流定床模型试验基本资料模型设计模型制作的准备工作模型制作模型试验设备模型验证试验及精度控制模型水流特性试验方案试验试验成果分析潮流泥沙模型试验基本资料模型设计模型制作模型试验设备模型验证试验及精度控制方案试验及精度控制试验成果分析波浪泥沙模型试验基本资料模型设计模
4、型制作模型试验设备模型验证及冲淤时间比尺的确定方案试验试验成果分析河口入海船闸模型试验基本资料模型设计模型制作与安装模型设备和量测仪器模型试验内容与方法方案试验试验成果分析平面二维潮流泥沙数值模拟基本资料基本方程计算模式计算域的确定及网格剖分初始条件和边界条件基本参数的确定验证计算及精度控制方案计算成果分析三维潮流泥沙数值模拟基本资料基本方程计算模式计算域的确定及网格剖分初始条件和边界条件基本参数的确定验证计算及精度控制方案计算成果分析波浪泥沙数值模拟基本资料基本方程计算模式网格剖分边界条件计算波要素及水位的确定验证计算方案计算成果分析附录模型试验设备和量测仪器附录法计算模式附录三角元法计算模
5、式附录三维潮流泥沙垂向坐标变换法的计算模式附录波浪泥沙数值模拟离散格式附录本规程用词用语说明附加说明本规程主编单位参加单位和主要起草人名单附条文说明总则为指导与规范海岸与河口潮流泥沙试验方法和模拟技术提高研究成果的可靠性更好地为水运工程建设提供科学依据制定本规程本规程适用于海岸与河口水运工程建设项目的潮流泥沙模拟也可适用于海岸与河口其它工程的潮流泥沙模拟研究海岸与河口潮流泥沙模拟研究是集理论与工程实践经验为一体的专业技术性很强的工作应由专业研究单位承担海岸与河口潮流泥沙模拟研究工作除应符合本规程外尚应符合国家现行有关标准的规定术语符号术语海岸以海洋动力作用为主的海岸地带河口海洋动力与河流动力相
6、互作用的河口区模拟技术模仿自然界物质运动和变化规律的技术包括物理模型和数值模拟两种方法物理模型将研究对象按满足一定相似条件或相似准则缩制而成的模型又称实体模型正态模型长宽高都按同一几何比尺缩小的物理模型变态模型水平比尺大于垂直比尺的物理模型模型变率模型水平比尺与垂直比尺之比值数值模拟针对研究对象和需要研究问题的数学方程式按给定的定解条件进行数值求解的方法又称数学模型入海船闸船舶进出港口和入海河口的过船建筑物潮流定床模型水流为清水模型床面在潮汐水流作用下不发生变形的物理模型潮流泥沙模型潮流中挟带悬沙和底沙颗粒床面铺有适当厚度的模型沙在潮流作用下可冲可淤的物理模型按模型沙运动型态的不同可分以下两种
7、以底沙运动为主的底沙动床模型以悬沙运动为主的悬沙动床冲淤模型悬沙淤积定床模型悬沙动床冲淤模型的一种特例模型床面做成定床模型水流挟带悬沙用以研究潮汐水流挟带悬沙对床面淤积的影响沿岸输沙海岸地区在破波带内由破碎波的作用而形成沿海岸方向的泥沙运动一线模型在海岸横剖面上某一点水深与该点至岸线的距离成线性关系并采用一维方法计算沿岸输沙作用下岸滩变化的模型线模型在海岸横剖面上某一点水深与该点至岸线的距离次方成正比并采用二维方法计算沿岸输沙和横向输沙作用下岸滩变化的模型波浪泥沙模型模拟海岸泥沙运动床面由模型沙组成按一定相似比尺复演波浪泥沙运动和地形冲淤变化的模型水工模型观察研究水工建筑物有关水力学和工程设计
8、问题的物理模型几何相似模型与原型的线性度量之间保持固定的比例关系重力相似模型与原型内惯性力与重力在相应方向上的分量比值相等阻力相似模型与原型内阻力与重力在相应方向上的分量比值相等动力相似两个几何相似体系的液流中相应质点所受性质相同的作用力保持着固定的比例关系即力场的几何相似运动相似两个几何相似体系的液流中相应质点迹线几何相似而且质点流过相应线段所需的时间保持固定的比例关系即速度场的几何相似床面冲淤变形相似模型床面在一定相应时段内与原型床面冲淤变化相似模型沙物理模型中按相似条件模拟原型悬沙底沙和模型床面可动的固体颗粒材料它有天然沙和轻质沙两种边界条件边界上水流波浪和泥沙控制的条件起始条件模型试验
9、或数值模拟开始时所采取的水流波浪和泥沙运动的起始状态加糙调整物理模型床面糙率以满足模型水流阻力相似条件的措施密排加糙将加糙的物质沙砾或卵石彼此紧密排列平铺在模型床面上有间距加糙将加糙的砾或卵石按有间距排列均匀粘牢在模型床面上水中加糙选择模型沙做泥沙试验时模型沙的糙率不足在模型水面或水中增加拉线并挂阻力体以增加水流阻力的办法桩点法制造物理模型时根据规则的网格节点高程来塑造模型地形的制模方法断面法制造物理模型时根据断面地形变化塑造地形的制模方法等高线法制造物理模型时根据地形图等高线位置和高程来塑造模型地形的制模方法生潮系统物理模型中用来复演原型潮汐运动的控制系统验证试验和验证计算物理模型和数值模拟
10、中为检验和校正模型与原型相似程度的试验和计算方案试验和方案计算物理模型和数值模拟通过验证试验和计算后根据试验要求研究工程区域流场变化含沙量分布地形冲淤变化及其影响等的试验和计算用以优选工程方案输水系统流量系数船闸中与输水系统进出口廊道的几何参数阀门型式和开启度影响有关的综合系数它反映水流的畅通程度船闸水力特性曲线船闸输水过程中的各水力因素变化与时间关系的曲线气幕法河口海船闸闸门外侧的底部设置管道利用压缩空气从小孔排出形成一道向上流动的水气混合屏幕以破坏盐水楔异重流侵入闸室的方法置换法利用咸淡水密度不同和自然分层的原理船闸分别设置两套咸淡水输水系统海水由闸室底板上支孔进出淡水从闸墙上部孔口出入以
11、减少淡水损失的方法潜没咸水厢法利用海水密度大与淡水分层的原理将盛满海水的咸水厢潜没在闸室淡水中根据船舶进出闸室的状况升降咸水厢从而减少闸室咸淡水体的交换达到防咸的方法垂向坐标变换一种坐标变换技术通过变换将直角坐标系中三维方程转换成新坐标系中的方程其中坐标不变仅在垂向坐标中将自由面和不规则海底转换成新坐标系中平面表面和底层水体深度变成了单位这种变换可增加浅水地区在垂向上的分辨率符号平面长度波长垂直方向高度水深小时波高波浪周期平面坐标中向流速分量平面坐标中向流速分量流速矢量垂线或断面平均流速泥沙起动流速泥沙扬动流速浅水波底部轨迹速度沿岸流流速底部切应力矢量底部切应力泥沙不淤临界切应力临界淤积切应力
12、泥沙起动临界切应力临界冲刷切应力波速谢才系数流向角波向角波向线与等深线夹角波坦波浪阻力系数摩擦系数柯氏参量底摩擦系数波浪绕射系数重力加速度泥沙粒径水的重度泥沙颗粒的重度泥沙的干重度水体密度泥沙颗粒密度泥沙静水沉降速度泥沙有效沉降速度流体的运动粘滞系数单位水体含沙重量含盐度水流挟沙力糙率沿岸输沙量流量输沙率潮量重量底沙输沙率底沙输沙能力雷诺数力力矩冲刷系数时间波浪动力持续作用造成床面冲淤变形的时间潮流水流持续作用的时间由悬沙造成床面冲淤变形的持续时间由底沙造成床面冲淤变形的持续时间各物理量凡带下角标表示原型的值带下角标表示模型的值比例常数或相似比尺当有脚标时则表示为该下角标物理量的原型与模型比值
13、量级波要素出现的频率一般规定模拟技术及其应用模拟技术应根据海岸与河口不同工程的性质研究阶段及当地的水文泥沙地形等自然条件确定在海岸与河口水运工程规划可行性研究阶段宜采用数值模拟根据需要情况也可采用物理模型初步设计及施工图设计阶段宜采用物理模型对于重要工程宜同时采用两种模拟方法以潮流作用为主的物理模型可分为潮流定床模型和潮流泥沙模型两大类研究海岸与河口各种工程措施对工程区域及其附近水域的潮位流场流态的影响优化工程方案时宜采用潮流定床模型当研究要求对工程区域及其附近水域的泥沙淤积和冲刷数量分布规律进行预报时宜采用潮流泥沙模型潮流泥沙模型动床部分根据工程影响范围的不同可采用局部动床潮流泥沙模型潮流泥
14、沙模型根据泥沙运动形态和床面冲淤特点可分为下列三种情况当工程区域以悬沙淤积为主时如天然港湾港池岸边挖入式港池航道开挖等的试验研究宜采用悬沙淤积定床模型当工程区域泥沙以悬沙形式为主而造成冲淤变化时宜做悬沙冲淤动床模型当工程区域泥沙以底沙形式为主而造成冲淤变化时宜采用底沙动床模型研究以波浪作用为主的沙质海岸的岸滩演变及工程泥沙问题宜采用波浪泥沙模型当采用潮流和波浪共同作用的泥沙模型时可参照本规程潮流泥沙模型和波浪泥沙模型的相关规定执行入海河口修建闸坝需开展船闸水力学和防咸措施等的研究时宜采用船闸模型海岸与河口潮流泥沙数值模拟根据具体情况可采用平面二维和三维不同数值模拟计算有时也可采用一维数值模拟计
15、算较大范围的潮流泥沙冲淤计算和为物理模型及局部范围工程的三维数值模拟提供边界条件宜用平面二维数值模拟局部范围工程区域内的潮流泥沙空间场及床面冲淤计算宜用三维数值模拟沙质海岸由波浪作用引起的岸滩演变和工程泥沙冲淤计算宜用波浪泥沙数值模拟当需要确定因突堤丁坝引起岸线变化时可采用一线模型当需要确定岸滩的变化时可采用线模型试验研究大纲模型试验前应根据试验任务的要求编制试验研究大纲其内容应包括项目概况试验研究目的和要求技术路线主要研究人员必备资料试验研究方法试验设备及量测仪器试验研究进度计划预期目标和研究成果等内容试验研究过程中应根据具体情况对试验研究大纲予以不断完善重要工程的试验研究大纲应增加国内外研
16、究水平的内容仪器设备及记录模型试验设备及量测仪器可根据试验内容和要求参照附录选择使用试验使用的量测仪器仪表应通过率定其技术指标应满足试验精度和稳定性的要求试验记录应根据不同试验的要求和内容制定不同的表格并按归档要求认真填写记录值发生错误应划掉重写不应涂改原始记录不应重抄记录应及时整理计算校核和装订成册重要工程的试验应有照相或录像记录报告编写试验报告的格式应符合下列规定封面应有报告的全称排在上方居中单位名称和日期排在下方居中扉页内容应包括单位主管院所长单位技术负责人项目负责人主要参加人报告编写人等报告目次摘要正文参考文献和资料如在正文中引用文献资料应将文献资料名称作者单位日期按序列于正文后报告正
17、文应包括下列基本内容前言说明研究工作的目的依据起止时间工作内容主要工作方法所采用的基本资料及其它需要说明的问题概述研究地区的自然条件包括水文气象泥沙地质地貌及工程概况等模型设计或模拟方法当采用物理模型时模型设计应包括设计原则相似条件比尺糙率和模型沙的选择平面布置及试验仪器设备等当采用数值模拟时模拟方法应包括依据的基本方程数值方法离散格式边界条件参数模拟依据资料等模型制作包括图纸资料边界和安装精度等验证资料及验证试验论证模型设计或数值模拟的合理性及相似性方案试验或计算及其成果分析结语报告编写应符合下列规定报告层次分明文理清晰语句精炼通顺用字规范标点符号正确使用法定计量单位术语应符合有关规定尚无统
18、一规定的应给出定义插图应有图名且列于图下方居中插图中应少用文字说明宜用阿拉伯数字标以图注号图注的文字应列于图名的正下方表格应有表名且列于表上方居中表格编号应列于右起空一格表格上部和下部应用实线闭合结语或结论观点应明确对存在问题应予明确指出并提出进一步解决问题的方法或建议技术资料归档模拟技术资料是研究工作的重要组成部分是查询工程试验研究状况及总结提高的重要依据工作完成后应将技术资料及时归档归档资料应按项目合同或任务书依据资料模型设计验证试验或验证计算方案试验或方案计算终结试验或终结计算报告成果审批表项目技术评审意见书等层次进行整理归档资料应符合国家科技档案归档的有关规定潮流定床模型试验基本资料水
19、深地形图资料应满足下列要求制模用图范围应比研究区域大以能满足模型试验要求为准测图的时间宜尽量与水文测验时间同步如两者间隔时间较长应分析论证该间隔时段内水深地形的变化及对水流的影响测图比尺宜采用其中试验区测图图比视具体情况宜采用测图应换算成统一的基准面和坐标系分析研究用图包括试验研究工程区域在内的历次测图和海图水文泥沙资料按下列要求确定全潮同步水文泥沙测验资料应满足下列要求模型试验范围内水文测点垂线数量垂线布置应根据试验区范围大小和验证试验要求确定测点垂线不宜少于条在设置水文测点垂线处进行枯洪或风季大中小潮全潮同步水文泥沙测验模型试验范围内设置潮位站不应少于个在洪或风枯季全潮水文泥沙测验期间进行
20、半个月以上的潮位连续观测水文测点垂线和潮位观测内容方法和要求可按试验研究要求确定有径流汇入的模型应包括河道洪水期和枯水期在内的水文泥沙资料以及相应于全潮同步水文测验期的径流量输沙量资料在河口或海域有水流分汊时模型试验范围内应有断面流量及流量分配资料并应有大潮或中潮期的涨落潮流路和相应的潮位观测资料应有工程设计有关资料及供分析研究用的泥沙资料模型设计潮流定床模型应满足几何相似重力相似和阻力相似条件相应比尺应分别按下列公式计算平面比尺垂直比尺流速比尺糙率比尺水流时间比尺流量比尺潮量比尺模型设计应符合下列限制条件模型水流雷诺数应大于水流应处于阻力平方区模型水流应避免表面张力的影响试验浅滩段最小水深应
21、大于模型糙率不宜大于模型范围应按下列原则确定在单边界生潮模型中模型应有过渡段和试验段在双边界生潮模型中试验段两侧均应有过渡段过渡段长度应保证试验段水流相似模型试验段范围应根据试验目的要求和现场潮流具体情况确定当试验段有工程建筑物时海岸范围的宽度和长度宜大于倍建筑物凸出部分长度模型比尺的确定应满足下列要求海岸与河口潮流模型宜为变态模型模型变率可取根据模型范围试验目的和要求试验厅场地大小和布置确定模型平面比尺模型平面比尺宜在以内根据模型相似准则和限制条件仪器测验精度等结合电网供电能力生潮设备生潮能力径流设备供水能力水库蓄水池蓄水量及模型运转费用等因素进行综合比较确定垂直比尺模型糙率及加糙方法按下列
22、条件确定根据现场水文测验资料及水深图计算原型床面糙率由糙率比尺确定模型糙率模型加糙采用一定粒径的沙砾卵石或其它材料粘于模型上加糙方法宜采用密排加糙和有间距加糙等方式模型潮汐控制的方式及使用范围按下列要求确定在整体潮汐模型中下边界用水位控制上边界宜用扭曲水道模拟潮区界段的长度和容积在试验段距离较长时上下边界可采用水位控制这种形式有潮波反射影响模型需谨慎调节与操作在试验段较短局部工程需放大时宜采用下边界水位控制上边界流量控制在河口外试验工程区域有旋转流时宜采用下边界流量控制上边界用流量或水位控制多口门河道开敞海域及多边界的控制可参照上述四种方法进行模型平面布置应满足下列要求模型边界条件应与天然潮流
23、情况相吻合应根据工程要求现场潮流方向边界情况和模型试验场地试验设备等具体情况采用合适的生潮控制方式进行单边双边或多边生潮当模型范围仅为河口一段或靠岸一侧涨落潮为往复流时应采用双边界生潮控制当模型试验范围处于海岸或河口一部分且流态复杂时应扩大模型范围或模型进行三面边界流量调节模拟在模型生潮进出口处和河口边界处应满足模型进出口段水流平顺潮位变化连续的要求模型生潮方向应与天然涨落潮潮流方向基本一致若不一致可采用人工方法进行调整需要调整的角度不宜大于在有径流汇入的河口和海岸在模型中应制有汇入河口一段距离的水深地形余下河段可采用扭曲河段模拟纳潮量并在扭曲河段末端施放径流也可采用流量控制方法控制其纳潮量和
24、径流量当模型中有径流下泄或余流较强时在模型边界外应配置水量平衡调配管路和控制系统及时将多余水量调出到模型外水库蓄水池保证模型试验用水量的正常循环模型制作的准备工作应按模型设计将模型范围生潮设备供水循环系统管路阀门位置等绘制模型平面布置图应根据模型设计及模型平面布置编制模型制作施工组织计划应整理与拼接水深图布设平面控制导线和水深控制断面摘取模型断面的数据平面控制导线的布设宜采用下列方法弯曲分汊河道模型宜采用三角形导线网或平行导线控制顺直河口和海岸宜采用直导线控制在主导线两侧应各布置一条辅导线三根导线应能够覆盖控制模型内全部位置模型地形控制视地形变化复杂程度可分别采用断面法桩点法和等高线法或者几种
25、方法混合使用选择时可按下列规定进行当地形变化剧烈滩槽交错坡度较大时应采用断面法断面布设宜垂直于主辅导线断面间距宜采用地形复杂地方可适当加密当地形比较规则起伏变化不大岸线比较平顺时可采用桩点法间距宜采用在断面或桩点间特殊地形可采用等高线法控制量取导线长度及导线点至各断面距离其长度应与坐标网格计算值一致若不一致应对量取距离按坐标计算值进行修正从导线起始点开始依次对断面桩点编号分清主导线左右按图摘取断面距主导线点和辅导线点距离断面上各点在主导线左右的距离和相应的水深并作好相应的记录当断面或桩点处无实测水深时可用相邻等深线或实测点水深内插求得模型断面板可采用三层板或镀锌板等材料制作断面上应标明断面号水
26、深点及距离主辅导线位置断面裁剪应与断面线平齐允许偏差为当断面处于方案挖深或局部动床处时断面应做成双层其厚度由工程方案或冲刷深度要求确定模型制作模型场地应进行地基处理不均匀沉陷不应超过制模精度模型场地的设置应考虑风雨等自然条件对试验的影响应在场地上进行导线放样固定主辅导线点并进行测量误差计算使之闭合在主辅导线间进行断面或桩点放样根据模型长度和范围在模型范围外便于观测不易碰撞且不沉陷的地点设置个固定水准点试验场地地坪的起始基面应根据模型最大水深或开挖水深加上富裕量确定按模型规划断面宽度砌筑模型边墙边墙应高于模型最高潮位断面或桩点应按放样断面线桩点位置架设固定用精密水准仪测量和控制断面桩点高程模型内
27、间隙宜采用易密实的砂煤灰等填料充填并充分压实按断面桩点高程预留水泥沙浆粉面及加糙厚度模型水泥沙浆粉面宜分二次进行第一次为刮制粗模第二次为粉面施工时应使水泥沙浆面压紧注意施工缝搭接和与边墙的连接避免漏水渗水在模型刮制粗模后应对断面或桩点位置和高程进行复核并做好微地形制模完成后应对模型断面或桩点平面位置和高程进行校核并有完整的记录制模断面和桩点高程允许偏差为平面位置允许偏差为应按模型糙率设计的要求加糙模型试验设备根据试验场地和试验要求应选择合适的生潮系统配置相应的生潮设备潮水箱或水库生潮设备的生潮能力可按下式估算潮水箱或水库的贮水量可按下式估算式中潮水箱或水库的贮水量模型中流量或鼓风机风量尾门的泄
28、水量或潮水箱阀门出风量的富裕量潮水箱或水库与供水回水系统容积的富裕量模型中最大流速模型过水断面宽度模型长度模型中最大水深最小水深在靠近模型潮水箱或尾门处应设置生潮控制站模型生潮系统应采用计算机自动控制应根据原型潮位潮流站观测位置在模型中相应设置潮位仪流速仪或流速流向仪应根据模型径流量大小和场地具体布置情况选择不同的供水系统管道和流量控制方式管道供水流量应大于模型生潮流量并按供水流量选择供水系统通过模型进入潮水箱生潮池的径流水量应用水泵或排水控制阀门返回管道渠道和水库仪器设备安装完毕应先单独检查调试和运转正常后联合运转模型验证试验及精度控制模型生潮控制站应有给定的边界潮汐水位过程或流量过程当缺乏
29、此资料时可用邻近站位资料推算或用数值模拟计算验证时允许稍微修改边界的控制水位或控制流量过程模型潮汐过程应按水流时间比尺控制应根据原体观测资料进行模型验证试验内容有潮位流速流向流路和局部流态验证试验应按下列顺序进行大中小潮型的潮位和主流向验证流速流向验证必要的流路验证以及局部流态合理性分析验证试验必须重复进行次取其平均值作为成果该成果均以图表表示模型验证偏差换算成原型数值应满足下列精度要求潮位高低潮时间的相位允许偏差为最高最低潮位值允许偏差为流速憩流时间和最大流速出现的时间允许偏差为流速过程线的形态基本一致涨落潮段平均流速允许偏差为流向往复流时测点主流流向允许偏差为平均流向允许偏差为旋转流时测点
30、流向允许偏差为流路应趋向一致潮量断面潮量允许偏差为当模型验证试验个别测站流速潮位结果超出允许偏差时应对比现场实测资料分析产生偏差的原因并应采取相应的措施模型水流特性试验水流特性试验的测点布置应满足下列基本要求根据不同工程目的和要求在不同地点布设潮位测点垂线流速站观测该处在自然条件下代表潮型时的潮位流速流向及流态变化过程应在拟建港池航道导堤等工程区域及上下游断面布设测点垂线流速站其数量应能反映工程前后流场变化和工程影响范围在工程区上下游不同地点设置潮位站该站可与验证试验潮位站吻合水流特性试验宜选用实测大中潮潮型作为代表潮型观测内容可包括潮位流速流向流路流态等水流特性试验必须重复进行次取其平均值作
31、为试验结果每二次观测高低潮位偏差小于原型潮段平均流速允许误差为方案试验应按工程设计方案依次进行方案试验并应根据试验结果进行修改方案试验方案试验观测内容和方法应与本规程第节规定相同流速站的数量可随方案的位置不同适当增减通过方案试验应给出工程前后各方案下列结果并分别用图和表表示各潮位站潮位变化包括最高最低潮位的变化量潮汐相位的变化各测点垂线流速站流速流向的变化包括各方案涨落潮潮段平均流速值和变化量流向变化量涨落潮最大流速及变化量流路流态的变化包括主要方案工程附近流路或流态的变化有断面潮量流量时应增加各方案潮量或流量的变化试验成果分析根据本规程第节和第节试验得到的结果并结合现场潮流泥沙水力特性和地形
32、变化的分析论证各方案的优劣通过综合分析推荐优化方案潮流泥沙模型试验基本资料潮流泥沙模型所需要的制模地形水流等资料应符合本规程第节的规定泥沙资料应包括下列内容陆域一年以上的各月径流量及输沙量资料研究区域每个水边界至少有一条测点垂线与试验区同步的洪枯季大中潮潮流含沙量变化过程研究区域内应有与水文测验同步的条垂线测点分层含沙量有条件时应搜集工程区不同风况下水体含沙量分布资料研究区域内洪枯季底沙及悬沙粒径及级配曲线研究区域内针对研究的对象如港池航道应有两次水下地形图资料其中一次是初始的另一次是经过一个水文年或一段较明显变化的水文期如洪季的地形图图比为当研究对象范围较大时地形图图比可放宽至当地形变化较明
33、显时可采用固定断面测量资料河口地区不同季节不同潮型的盐度资料推算的风暴潮资料模型设计模型设计前应按下列要求做好准备工作收集与分析研究区域已有资料掌握研究区域动力条件和地形冲淤变化规律分析研究区域泥沙是以悬沙底沙运动为主或两者兼有的运动形态类型根据工程任务的要求确定进行潮流泥沙模型的类别潮流泥沙模型设计除按本规程第节的规定执行外尚应满足下列泥沙运动的相似条件泥沙起动相似泥沙扬动相似泥沙沉降相似悬沙挟沙能力相似底沙单宽输沙率相似悬沙床面变形相似底沙床面变形相似悬沙冲淤动床模型泥沙运动相似应满足本节第条及项相似要求各项比尺应按式及式计算确定悬沙淤积定床模型泥沙运动相似应满足本节第条项相似要求各项比尺
34、应按式及式计算确定底沙动床模型泥沙运动相似应满足本节第条项相似要求各项比尺应按式及式计算确定应根据模型比尺和试验要求选择模型沙模型沙的密度重度粒径大小和沉降速度起动流速等性能指标应通过预备试验测定模型沙材料的力学性能和几何特性应保持稳定模型制作模型制作除按本规程第节和第节的规定执行外尚应满足本节的要求模型在考虑的动床范围内宜做成两层第一层为固定底层第二层为可动的面层固定底层断面一般为矩形槽梯形槽或根据节省模型沙需要做成的其它槽形固定底层应充分考虑模型可能出现的最大冲刷深度其高程宜低于最大冲刷深度模型采用镀锌板或铁丝与角钢制成的断面板搁置在预制的底槽上然后充填模型沙浸水密实后刮制成活动床面模型动
35、床的范围应比工程需要的范围有所扩大定床与动床之间有过渡地带该处可铺模型沙用小石子盖面由密到疏造成定床到动床的过渡段模型的深槽部分应预留充排水孔与模型外的进水管和集水槽连接充排水孔应按泥沙的级配设置过滤层模型加糙宜按本规程第条规定执行动床部分的床面糙率不足时可在水面或水中加铅丝等物加大糙率其值由预备试验确定和模型中调整底沙动床模型在模型尾端应设置集沙槽悬沙冲淤动床模型在模型回水槽的首端应设置沉沙池模型试验设备模型试验设备除应按本规程第节的规定执行外尚应满足本节的要求模型试验段的两侧宜安置水平导轨根据模型沙的粒径大小运动形态等因素选用测沙仪地形仪以及合适的加沙方式和加沙设备等模型验证试验及精度控制
36、模型试验前应先做成定床按本规程第节至第节规定进行模型验证方案试验和成果分析根据定床优化的方案进行潮流泥沙模型试验模型应验证试验段的泥沙运动与床面冲淤变化的相似性模型试验时进水与退水应不破坏地形当使用尾门控制潮汐时活动的尾门应缓慢升高或降低当使用潮水箱控制时应在管路上安装防止模型内涌波产生的排气阀门模型应根据原型泥沙运动情况涨潮流时在试验段的下游断面加沙落潮流时在试验段的上游断面加沙如以单向输沙为主可在上游或下游断面加沙如滩地产沙可在该区增设加沙断面模型加沙可采用下列方式悬沙可采用潮水箱混合与水库混合方式或采用加沙泵加沙水箱连接喷淋头方式底沙用播沙机或人工加沙模型加沙量的控制应满足下列要求悬沙淤
37、积悬沙冲淤动床模型应根据天然的含沙量过程线按含沙量及时间比尺估算模型进口加入的沙量实际加沙量要经过床面冲淤验证后确定根据地形验证调整含沙量或输沙量比尺和冲淤时间比尺底沙动床模型应根据实测资料或经验公式计算预估底沙输沙量其数量过程和相应比尺由地形验证后确定模型验证试验应随时测定模型中含沙量及相应的有关参数模型的潮汐控制应符合下列规定潮流泥沙模型应按水流时间比尺控制潮汐水流过程冲淤时间应根据泥沙模型类型确定其中悬沙淤积和悬沙冲淤动床模型按悬沙床面冲淤变形时间比尺控制潮汐作用时间底沙模型按底沙床面冲淤变形时间比尺控制潮汐作用时间模型潮型应按试验期确定大中小潮潮型与个数并根据潮位记录资料选择大中小潮的
38、混合潮型依据冲淤验证的经验可使用大潮大中潮或大小潮的组合以缩短模型冲淤的试验时间挖入式港池的试验宜选中潮定床悬沙淤积模型应在试验区域内分区段测量泥沙淤积厚度或分区段将淤积物取出测量其体积或烘干称重确定淤积量模型的冲淤部位应与原型基本符合总冲淤量的允许偏差为单纯淤积的模型允许偏差为当一次试验获得模型的冲淤地形和冲淤量与原型基本相似之后模型应进行重复试验两次试验的偏差不得大于方案试验及精度控制方案试验应按验证试验确定的水沙条件进行通过方案比选选取较优方案径流影响较大的河口确定较优方案后再按不同的水沙组合条件进行试验以确定该方案在不同水沙条件下的变化潮汐河口的不同水沙条件应包括中水年枯水年及丰水年三
39、种重要的工程还应包括特大洪水年和风暴潮的影响需要时可在定床上进行铺沙试验定性比较各方案的优劣方案试验时模型加沙量控制应符合下列规定一个潮流期断面的底沙输沙量允许偏差为全试验期总输沙量允许偏差为测点在一个涨落潮周期内悬沙含沙量的允许偏差为总输沙量的允许偏差为在模型试验过程中应随时记录潮位流量沙量控制的状态观察水流与泥沙运动受工程建筑物影响的情况方案试验的测量方法和精度控制应与验证试验相同选择的优化方案应做重复试验试验成果分析在整理分析潮流泥沙模型试验成果时若有不合理数据应进行重复试验潮流泥沙模型应分析泥沙的冲淤变化各部位冲淤量平均冲淤厚度和最大冲淤厚度比较各工程方案的优劣优化的工程方案应指明工程
40、布置特点比较工程前工程初期及工程后期引起地形变化和流速流向及流态的变化应从水流泥沙运动及地形冲淤变化等方面进行综合分析提出推荐方案波浪泥沙模型试验基本资料应具有不同季节如夏季与冬季大浪期与小浪期研究海域水深图和典型岸滩剖面图测图图比宜采用宜具有海岸演变的历史资料应具有年平均高潮位年平均潮位年平均低潮位或全年潮位观测资料有测波站时应具有当地海域一年以上波浪观测资料包括波高波周期波向及观测点的水深当缺乏测波站常年实测波浪资料时应具有当地海域连续个月实测波浪资料及相应时期一年以上的风资料应具有海岸泥沙颗粒分布及级配资料有条件时应具有现场实测沿岸输沙率资料有条件时宜具有沿岸流流速流向资料和破波带范围的
41、资料应有工程设计图纸资料模型设计波浪泥沙模型相似律包括几何相似波浪运动相似波浪对岸滩作用相似泥沙运动相似和地形冲淤变化相似模型各项相似比尺分别由下列各式确定几何相似波浪运动相似波浪折射波浪陡度波浪传播速度相似波浪绕射波浪反射相似波浪对岸滩作用相似浅水波底部轨迹速度沿岸流速度相似泥沙运动相似泥沙沉降速度相似泥沙颗粒加速度相似泥沙起动相似泥沙起动波高和起动水深宜通过波浪槽试验确定也可通过一些半理论半经验公式初步确定沿岸输沙量相似沿岸输沙量比尺可通过试验或通过由下式确定床面冲淤变形相似冲淤时间比尺波浪作用下的海岸泥沙运动是复杂的动力过程波浪及泥沙运动的各自相似条件很难同时满足应根据现场资料进行全面认
42、真的分析针对需要解决的问题抓住主要相似条件合理地选取模型沙和模型比尺试验波要素及试验水位按下列方法确定代表波向可采用下式计算式中第量级波浪所对应的有效波高周期及出现频率与波向代表波高可采用对海岸冲淤演变中起作用的大于某量级的有效波高进行统计按下式计算代表波周期可选用与代表波高相对应的周期试验水位可按下列条件选取潮差不大的海岸取平均潮位潮差较大的海岸取平均高潮位平均潮位和平均低潮位三种潮位以其所占的历时比例依次进行试验在有明显的两个方向输沙时应分别确定该两个方向的代表波向波高及其它相应的波要素模型几何比尺应按下列条件确定模型平面比尺应根据模拟的范围试验目的和要求以及试验场地的大小确定平面比尺不宜
43、大于模型垂直比尺应满足模型波高大于和模型波周期大于要求模型变率根据不同的泥沙冲淤情况宜取宜在波浪槽中进行岸滩平衡剖面验证试验调整确定模型垂直比尺可选用天然沙或轻质沙做模型沙但应满足泥沙淤积或岸滩冲淤变形相似要求模型平面布置及边界条件应满足下列要求依据现场实测资料及所需研究的工程问题确定模型试验的范围在模型输沙方向首端尾端应有过渡段过渡段长度应大于倍波长根据波浪作用下泥沙起动水深确定模型动床范围动床模型沙厚度应大于最大冲刷坑深度按试验采用的代表波向布置造波机造波机与工程建筑物的距离不宜小于倍波长波浪水池尾部及两侧应设消波装置消波装置与建筑物的距离应大于倍波长有条件时模型四周宜设置回流槽集沙槽盒应
44、设置在正式试验段的尾部走向基本垂直于岸线并与波向线基本平行集沙槽盒在满足拦截全部沿岸输沙的前提下形状应尽量窄浅应绘制模型总平面布置图图中包括模型的范围工程布置有关仪器设备的位置及模型导线等模型制作波浪泥沙模型制作应满足本规程第节第节和第节有关规定的要求在变态模型中对反射影响较大的建筑物如防波堤码头等宜按正态模型制做也可在变态的模型建筑物表面增加糙度或增加孔隙率的消能措施建筑物模型可用金属木材塑料有机玻璃水泥等材料制作建筑物模型应做防水处理浸水后不变形尺寸允许偏差为模型试验设备进行波浪泥沙模型试验所用的主要设备为生波机加沙机水泵测量仪器主要有波高仪流速流向仪水位仪等应按模型设计要求进行布置安装和
45、调试用于量测的各种仪器传感器不宜破坏波形及流场模型验证及冲淤时间比尺的确定海域波况的验证应符合下列规定原始波控制点应设在深水区或设置在海底坡度不影响波向变化的地点破波带处沿岸线方向应布置三个及以上测波点测量破碎波波高在工程建筑物附近如口门航道堤后波影区或港内应布置测波点控制点处原始波要素应取试验水位条件下未放置工程建筑物模型时三次测量的平均值三次测量的允许偏差为各控制点的波高平均值与模型试验要求的波高值间的允许偏差为应进行破波带位置的验证破波带位置应与原型基本一致当进行沿岸流流速的验证时模型与原型允许偏差为各测点波碎波波高和破波角的验证值与原型允许偏差为应在模型中进行岸滩剖面验证试验进一步调整
46、确定模型波浪要素比尺或模型沙使之满足岸滩形态相似在岸滩形态基本相似的前提下通过调整加沙量和加沙分布在上游加沙点和下游集沙点之间达到岸滩形态基本稳定且加沙量接近于集沙量的情况下测定模型中的沿岸输沙量应根据输沙量比尺计算确定冲淤时间比尺方案试验方案试验应分别测取下列各项资料各方案在代表波作用下不同年限的冲淤地形港池航道堤坝等关键工程部位不同冲淤年限对应的冲淤量冲淤强度各方案风暴冲淤变化地形以及各关键部位的骤淤冲量和骤淤冲强度应通过资料分析检验各方案的合理性和技术上的可行性确定试验方案并进行试验各方案试验应重复两次或两次以上每次试验结果的允许偏差为试验成果分析应通过对所有试验资料的系统分析得出各方案
47、相应成果包括不同年限冲淤地形图港池航道堤坝等关键工程部位不同年限对应的冲淤量冲淤强度以及冲淤变化趋势曲线图风暴骤淤冲量和骤淤冲强度应指明各工程方案的特点从地形冲淤变化和波浪场分布等方面对各方案进行综合比较提出优化方案河口入海船闸模型试验基本资料船闸模型制作资料应包括船闸平面布置图纵剖面图横断面图细部大样图上下游引航道地形图水位资料应包括潮位和内河水位变化双向水位差组合河侧与海侧最高正常最低的通航水位含盐度资料应包括海侧和河侧水质中的含盐度及其变化船舶资料应包括船舶吨位船舶型线图船舶排列组合及型式船闸输水系统设计的水力计算及分析资料模型设计模型为正态模型比尺不宜大于模型应满足几何相似水流运动相似
48、动力相似和盐度相似各项比尺应由下列各式确定平面比尺垂直比尺流速比尺流量比尺时间比尺力的比尺力矩比尺重量比尺糙率比尺盐度比尺模型比尺除应满足相似条件外应根据试验要求试验场地供水能力试验时间等条件确定模型设计应符合下列规定模型水流处于阻力平方区水流异重流雷诺数应大于廊道出水孔段水流雷诺数应大于船闸模型应包括上下游引航道其长度应大于最大设计船舶队长度的倍船闸模型上下游平水槽折线型长度应由平水槽溢流厚度和船闸灌泄水过程中最大瞬时流量按薄壁堰流公式计算确定船闸模型总体布置图应包括船闸量水系统和仪器操纵系统模型制作与安装应绘制船闸输水系统结构物模型详图测点布置图并应提出模型加工及安装要求模型可用塑料玻璃有
49、机玻璃混凝土木材等材料制做船闸输水廊道关键部位宜采用便于观察的有机玻璃或玻璃等透明材料制作船闸结构部件加工尺度允许偏差为船闸模型高程允许偏差为船闸轴线平面位置允许偏差为引航道地形高程允许偏差为船闸模型应避免漏水船模外形轮廓制作应符合型线要求模型设备和量测仪器船闸模型试验用水由循环供水系统供给当试验水质为咸水时泵房抽水设备应有耐腐蚀性能平水塔的平水槽应用钢筋混凝土结构管路系统应选择聚氯乙烯管等上下游引航道端部应安装能升降的四个支点结构组成的折线型平水槽船闸咸淡水输水系统的阀门溢流堰闸门横拉闸门的启闭设备可采用蜗轮蜗杆式伞齿轮式链条式传动由步进电机带动驱动电源控制防咸船闸的咸淡水交界面宜采用盐度跟踪系统与微机数据采集处理系统控制船闸模型试验采用的常规量测仪器可按本规程附录选用船闸模型试验可采用弹簧拉力仪或全环电阻式拉力仪等设备测量缆绳拉力模型试验内容与方法当船闸为单一水质时
