水工與河工模型試驗

前言

隨著水利工程建設(shè)的迅速發(fā)展，越來越多的工程技術(shù)問題需要人們?nèi)フJ識、研究和解決。從理論分析、原型觀測分析到模型試驗研究是一個巨大的飛躍，人們可主動地將原型縮小和將過程周期縮短，并能將過程中的某些因素孤立起來或抽出來，以便觀察比較和發(fā)現(xiàn)因果關(guān)系。自H·恩格斯（H．Engels）于1898年在德國的德累斯頓（Dresden）工科大學(xué)建立第一個河流水力學(xué)試驗室以來，模型相似律不斷發(fā)展和完善，而且發(fā)展到用不同物質(zhì)進行模擬以求現(xiàn)象的相似。解決工程上的復(fù)雜問題，幾乎都要借助于模型試驗研究。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，雖然模型試驗的某些功能可以被計算技術(shù)或其他方法所代替，但是并不能完全取代這些物理模型。水工及河工模型試驗仍然是解決水利工程規(guī)劃、設(shè)計、施工及運行管理等方面問題的主要手段。因此，模型試驗不僅在目前仍有重要的實用意義，而且具有廣闊的發(fā)展前景。介紹模型試驗理論和方法的論著多散見于期刊雜志上，國內(nèi)在水工及河工模型試驗方面也有一些專門著作和教科書。但隨著科學(xué)技術(shù)的進步，水工及河工模型試驗出現(xiàn)了許多新技術(shù)、新設(shè)備、新方法、新材料，也取得了許多新的經(jīng)驗，有關(guān)模型試驗規(guī)程也相繼制定或修編。這些新成果很有必要編人教材，走進課堂，為培養(yǎng)新世紀的專業(yè)人才服務(wù)。因此，在教學(xué)和科學(xué)試驗上急需有一本內(nèi)容稍全面，能反映一些新成就而又適于水利水電工程、港口航道與海岸工程、農(nóng)業(yè)水利工程等專業(yè)教學(xué)的教材。2008年1月在鄭州召開了“全國高等院校水利水電類精品規(guī)劃教材”編審委員會會議，會議明確了整套規(guī)劃教材的定位，即突出“應(yīng)用型人才培養(yǎng)”及“應(yīng)用型教材”特色，以“水利水電工程”專業(yè)為基礎(chǔ)，兼顧“港口航道與海岸工程”、“農(nóng)業(yè)水利工程”等專業(yè)需求。本教材是根據(jù)該會議確定的編寫大綱組織相關(guān)院校共同編寫完成的。在編寫過程中，編者力求反映水工及河工模型試驗的最新成果，同時注重基本理論和方法、拓寬學(xué)生知識面、提高學(xué)生綜合試驗?zāi)芰脱芯繂栴}能力。本教材由黃倫超教授和許光祥教授擔(dān)任主編，于奎和賀暉擔(dān)任副主編，由黃倫超教授負責(zé)組織協(xié)調(diào)工作和統(tǒng)稿。具體編寫分工如下：前言、第一章及第五章的第一、三、五、八節(jié)由長沙理工大學(xué)的黃倫超教授編寫，同時對第七章進行了補充編寫和對第五章的第九節(jié)進行了重新編寫；第二章由華北水利水電學(xué)院的宋永軍老師編寫；第三章由長沙理工大學(xué)的賀暉老師編寫，同時完成第四章的第二輪編寫；第六章及第五章的第二、六、七節(jié)由重慶交通大學(xué)的許光祥教授編寫，同時編寫第三章第五節(jié)的部分內(nèi)容；第五章的第四、十節(jié)由黑龍江大學(xué)的于奎副教授編寫，同時完成第四章及第五章的第九節(jié)的第一輪編寫；第七章由長春工程學(xué)院的李宗偉老師編寫；第八章由長沙理工大學(xué)的江詩群老師編寫；云南農(nóng)業(yè)大學(xué)的宋天文老師參加了第八章編寫的前期工作。

內(nèi)容概要

　　《水工與河工模型試驗》主要介紹水利工程中各種水流模型試驗，包括模型試驗理論基礎(chǔ)、河工模型試驗、水工模型試驗、模型設(shè)計制作與驗證、試驗設(shè)備與量測技術(shù)、試驗數(shù)據(jù)整理與分析等。書中除闡述一般理淪和試驗方法外，還盡可能結(jié)合實例進行介紹。

書籍目錄

第一章 緒論第一節(jié) 水工與河工模型試驗的意義第二節(jié) 水工與河工模型試驗的發(fā)展狀況第三節(jié) 水工與河工模型分類第四節(jié) 水工與河工模型試驗的研究范圍復(fù)習(xí)思考題第二章 因次分析第一節(jié) 因次與單位第二節(jié) 因次和諧原理第三節(jié) 定理及應(yīng)用復(fù)習(xí)思考題第三章 水工與河工模型試驗理論基礎(chǔ)第一節(jié) 相似現(xiàn)象及相似概念第二節(jié) 模型試驗相似理論第三節(jié) 水動力現(xiàn)象相似準數(shù)的確定方法第四節(jié) 水工與河工模型試驗中常用的相似準則第五節(jié) 水工與河工模型設(shè)計的限制條件復(fù)習(xí)思考題第四章 河工模型試驗第一節(jié) 正態(tài)定床河工模型第二節(jié) 變態(tài)定床河工模型第三節(jié) 動床河工模型第四節(jié) 推移質(zhì)動床模型設(shè)計第五節(jié) 懸移質(zhì)動床模型設(shè)計第六節(jié) 全沙模型簡介復(fù)習(xí)思考題第五章 水工模型試驗第一節(jié) 水利樞紐整體模型試驗第二節(jié) 泄水建筑物及消能工模型試驗第三節(jié) 水流空化及摻氣減蝕模型試驗第四節(jié) 水電站有壓引水系統(tǒng)非恒定流模型試驗第五節(jié) 水工建筑物水流脈動和流激振動模型試驗第六節(jié) 施工截流和導(dǎo)流模型試驗第七節(jié) 潰壩模型試驗第八節(jié) 船閘水力模型試驗第九節(jié) 海工模型試驗第十節(jié) 地下水滲流模型試驗復(fù)習(xí)思考題第六章 模型設(shè)計制作與驗證第一節(jié) 模型的規(guī)劃設(shè)計第二節(jié) 模型制作與安裝第三節(jié) 模型的驗證復(fù)習(xí)思考題第七章 試驗設(shè)備與量測技術(shù)第一節(jié) 供水系統(tǒng)第二節(jié) 固定及控制設(shè)備第三節(jié) 水位與波面測量第四節(jié) 流速和流量測量第五節(jié) 含沙量與地形測量第六節(jié) 壓力測量復(fù)習(xí)思考題第八章 試驗數(shù)據(jù)整理與分析第一節(jié) 概述第二節(jié) 試驗數(shù)據(jù)的整理第三節(jié) 試驗數(shù)據(jù)的誤差分析第四節(jié) 試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計檢驗第五節(jié) 經(jīng)驗公式的擬合第六節(jié) 隨機數(shù)據(jù)處理概論第七節(jié) 試驗研究報告的撰寫概要復(fù)習(xí)思考題參考文獻

章節(jié)摘錄

第一章 緒論水利工程規(guī)劃、設(shè)計、施工及運行管理中涉及到的許多問題，往往均要借助于物理模型試驗來研究解決，因此水工及河工模型試驗已廣泛應(yīng)用于工程實踐。本章主要介紹水工及河工模型試驗的意義、發(fā)展狀況、分類及研究范圍等內(nèi)容。第一節(jié)水工與河工模型試驗的意義隨著水利工程建設(shè)事業(yè)的迅速發(fā)展，越來越多的工程技術(shù)問題需要人們?nèi)フJ識、研究和解決。誠然，通過大量實踐和試驗研究，人們已經(jīng)認識和掌握了許多有關(guān)水工及河工的自然現(xiàn)象和規(guī)律，提出了不少成熟的理論和符合實際的設(shè)計計算方法。然而，由于水工及河工問題的復(fù)雜性，也有許多自然現(xiàn)象及其內(nèi)在機理人們至今尚未充分認識和掌握。因此，我們必須采取一系列技術(shù)手段和研究方法，以確保工程方案的安全可靠和經(jīng)濟合理。為此，人們對水工及河工問題的研究，主要有理論分析、原型觀測和模型試驗等技術(shù)手段。理論分析是根據(jù)成熟的理論和計算方法等對相關(guān)問題進行分析和計算，從而可以解決工程中的問題，其結(jié)果準確、可靠。但許多水工及河工問題至今還沒有成熟的理論和計算方法，因此理論分析方法的應(yīng)用受到一定限制。原型觀測是對現(xiàn)場自然條件、對已建成或在建工程原型進行現(xiàn)場觀測，藉此更好地認識自然和檢驗設(shè)計計算理論、方法和成果的可靠性。近年來，國內(nèi)外對于原型觀測研究越來越重視，有些觀測研究規(guī)模十分龐大。原型觀測避免了試驗室研究中因比尺效應(yīng)而影響精度等問題，因而可以獲取較為可靠的觀測數(shù)據(jù)。但是原型觀測不僅消耗巨大的人力和物力，而且還存在著觀測上的種種限制和困難。例如，某些特殊工況條件下就較難進行原型觀測和取得可靠的數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)可能恰恰是人們最期望取得的。此外，原型觀測中各種因素摻和在一起，十分復(fù)雜，不容易把人們感興趣的因素分離出來。所以，盡管某些原型觀測已經(jīng)取得重大進展，但目前仍有許多原型觀測無論在觀測手段和還是在數(shù)據(jù)處理方面都不夠成熟，根據(jù)觀測資料得出的成果差異也較大。模型試驗就是仿照原體實物，按照相似準則將原型縮制成模型進行試驗研究。如想了解原體的實際現(xiàn)象和性質(zhì)，或檢查其水力安全性，就可以用模型重演與原體相似的自然情況進行觀測和分析研究，然后按照一定的相似準則引伸到原型，從而作出判斷，這就是水工及河工模型試驗的基本任務(wù)。因此，運用水工及河工模型試驗的方法，不僅可以論證工程設(shè)計的安全性和合理性，而且還可以預(yù)見原型可能發(fā)生的現(xiàn)象，同時，對設(shè)計時所依據(jù)的理論和技術(shù)前提進行驗證。因此，在現(xiàn)階段，人們?nèi)圆坏貌粦{借模型試驗手段來解決某些實際工程問題，特別是在重大工程中，模型試驗研究更被認為是不可缺少的環(huán)節(jié)。

編輯推薦

《水工與河工模型試驗》為高等學(xué)校水利類（水利水電工程、港口航道與海岸工程、農(nóng)業(yè)水利工程等）專業(yè)教材，亦可供相關(guān)研究人員參考。

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