專利名稱：高含沙洪水揭河底膠泥塊底部水流紊動(dòng)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種河工模型，其IPC國(guó)際專利分類號(hào)為E02B1/02，特別涉及一種高含沙洪水“揭河底”沖刷期膠泥塊底部水流紊動(dòng)結(jié)構(gòu)的模擬監(jiān)測(cè)方法。
背景技術(shù)：
在含沙量高的河流，例如在黃河小北干流及渭河等河段，在高含沙洪水作用下，河床往往會(huì)發(fā)生劇烈的集中沖刷，在前期經(jīng)過一定時(shí)期淤積、沉淀，密度較大、強(qiáng)度較高的“膠泥層”，有時(shí)會(huì)從床面上被揭掀而起，像卷“地毯” 一樣被卷起，成塊、成片地露出水面，面積可達(dá)幾平方米甚至十幾平方米，然后在短時(shí)間內(nèi)破碎、坍落，被水流沖散帶走，這種現(xiàn)象也被稱為“揭河底”。“揭河底”現(xiàn)象往往發(fā)生造成河床強(qiáng)烈下切，甚至，河床一次沖深幾米乃至近十米。“揭河底”沖刷往往引起河道主槽的遷徙，使工程著溜部位不斷地變化，容易造成河道工程沉蟄、坍塌，增加汛期防汛搶險(xiǎn)的復(fù)雜性；特別是由于河槽大幅度沖刷，河道水位下降，致使沿河機(jī)電灌站脫流，嚴(yán)重影響到沿岸工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。由于“揭河底”現(xiàn)象發(fā)生的隨機(jī)性較強(qiáng)，很難在實(shí)際中測(cè)得到跟隨性較好的資料，這一問題的研究也只能從試驗(yàn)?zāi)M中突破。江恩慧等提出了“高含沙洪水揭河底模擬試驗(yàn)裝置”，該一技術(shù)在2010年10月獲得了國(guó)家實(shí)用新型專利授權(quán)(ZL 200920217654. 4)，為開展“揭河底”模擬試驗(yàn)提供了基礎(chǔ)。此外，還利用不同級(jí)配的粉煤灰來模擬河床分層淤積結(jié)構(gòu)，特別是利用極細(xì)粉煤灰模擬“揭河底”發(fā)生時(shí)的膠泥塊，基于“揭河底”模擬試驗(yàn)裝置，在水槽試驗(yàn)中成功模擬了真正意義上的“揭河底”現(xiàn)象，申請(qǐng)的“高含沙洪水揭河底模擬試驗(yàn)方法”2011年也獲得了國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)(ZL200910177288. 9)。大量的試驗(yàn)表明，當(dāng)遇高含沙水流時(shí)，水流在造床過程中，一旦遇到抗沖性很強(qiáng)的膠泥塊，必將在膠泥塊前端發(fā)生流態(tài)的極大改變，在水流頂沖到膠泥塊以后，形成下潛水流，水流在能量轉(zhuǎn)換的過程中，形成強(qiáng)大的載能渦漩，淘刷膠泥層前端可動(dòng)性較強(qiáng)的粗沙，待膠泥層前緣部分暴露之后，下潛水流必將繼續(xù)淘刷下層粗沙層，而且強(qiáng)大的紊動(dòng)作用會(huì)使水流下伸到膠泥層下繼續(xù)挖掘壓在膠泥層下面的粗沙層，并逐步使膠泥層前端懸空部分增加，由水流紊動(dòng)能產(chǎn)生的掀動(dòng)力矩也會(huì)逐漸增加,這一過程如圖I所示。膠泥塊底部水流紊動(dòng)能產(chǎn)生的上舉力是“揭河底”發(fā)生的主要?jiǎng)恿?，但由于天然河流中我們根本無法監(jiān)測(cè)到膠泥塊底部水流紊動(dòng)結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，只能借助與水槽實(shí)驗(yàn)或模型試驗(yàn)開展基礎(chǔ)理論研究。而在水槽實(shí)驗(yàn)或模型試驗(yàn)的過程中，膠泥塊往往采用天然的極細(xì)沙或極細(xì)粉煤灰固結(jié)而成，如何在膠泥塊底部固定測(cè)壓傳感器，如何設(shè)計(jì)一套切實(shí)可行的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)膠泥塊底部的水流紊動(dòng)結(jié)構(gòu)，是后續(xù)進(jìn)一步深入研究的關(guān)鍵技術(shù)難題之一。本發(fā)明為高含沙洪水“揭河底”沖刷期膠泥塊底部水流紊動(dòng)結(jié)構(gòu)研究提供了一套可行的監(jiān)測(cè)與試驗(yàn)研究方法。

發(fā)明內(nèi)容
在國(guó)家實(shí)用新型專利“高含沙洪水揭河底模擬試驗(yàn)裝置”(ZL 200920217654. 4)及國(guó)家發(fā)明專利“高含沙洪水揭河底模擬試驗(yàn)方法”(ZL 200910177288. 9)基礎(chǔ)上，針對(duì)進(jìn)一步要深入開展的理論研究一膠泥塊底部水流紊動(dòng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展、載能渦漩動(dòng)能的傳遞過程等基礎(chǔ)研究，本發(fā)明提供一種高含沙洪水揭河底沖刷期膠泥塊底部水流紊動(dòng)結(jié)構(gòu)的模擬監(jiān)測(cè)方法。本發(fā)明的方法包括以下步驟(I)膠泥塊預(yù)制 根據(jù)膠泥塊設(shè)計(jì)尺寸的大小，制作一系列不同規(guī)格的有機(jī)玻璃模具盒；采用中值粒徑小于0. Olmm的極細(xì)粉煤灰或天然極細(xì)沙，放入一個(gè)較大的容器內(nèi)，加水，用攪拌器將其充分?jǐn)嚢杈鶆颍瞥珊沉繛?00 1000kg/m3的漿體；(2)壓力傳感器連接在所述有機(jī)玻璃模具盒底部，排布片狀薄膜式壓力傳感器，涂刷親水性底基處理膠，然后將攪拌均勻的所述漿體倒入所述有機(jī)玻璃模具盒內(nèi)，將連接所述片狀薄膜式壓力傳感器的數(shù)據(jù)線從膠泥塊中后部引出；放置12小時(shí)，使?jié){體固結(jié)成膠泥塊；(3)試驗(yàn)系統(tǒng)布設(shè)在試驗(yàn)水槽的底部鋪設(shè)中值粒徑為0. 05mm的粗顆粒粉煤灰模擬河床上的粗沙層，在所述模擬的粗沙層上預(yù)留膠泥塊設(shè)計(jì)尺寸大小的空間；將底部布設(shè)有所述片狀薄膜式壓力傳感器的所述膠泥塊放入預(yù)留空間，從膠泥塊尾部引出來的所述片狀薄膜式壓力傳感器的數(shù)據(jù)線直接與數(shù)據(jù)采集儀相連接；放水進(jìn)行試驗(yàn)，所述片狀薄膜式壓力傳感器即可實(shí)現(xiàn)對(duì)水流壓力信號(hào)的實(shí)時(shí)采集，通過數(shù)據(jù)采集儀生成膠泥塊底部水流紊動(dòng)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。本發(fā)明的高含沙洪水“揭河底”沖刷期膠泥塊底部水流紊動(dòng)結(jié)構(gòu)的模擬監(jiān)測(cè)方法，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)膠泥塊底部的水流紊動(dòng)情況，為進(jìn)一步深入研究黃河“揭河底”現(xiàn)象這一難題提供了可行的試驗(yàn)方法和裝置，為認(rèn)清“揭河底”現(xiàn)象發(fā)生機(jī)理、建立“揭河底”沖刷指標(biāo)奠定了基礎(chǔ)，為制定黃河防洪預(yù)案和防汛工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)，提供了重要的依據(jù)和參考。


圖I為水流對(duì)I父泥塊周圍及底部淘刷不意2為本發(fā)明的試驗(yàn)裝置示意中，I為水流淘刷，2為膠泥塊，3為粗砂層，4為片狀薄膜式壓力傳感器，5為數(shù)據(jù)采集儀，V為水流方向。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的高含沙洪水揭河底沖刷期膠泥塊底部水流紊動(dòng)結(jié)構(gòu)的模擬監(jiān)測(cè)方法，具體實(shí)施時(shí)，包括以下步驟(I)膠泥塊預(yù)制根據(jù)膠泥塊2尺寸的大小，設(shè)計(jì)制作一系列不同規(guī)格的有機(jī)玻璃模具盒；采用極細(xì)粉煤灰或天然極細(xì)沙(中值粒徑小于0. Olmm)，放入一個(gè)較大的容器內(nèi)，加水，用攪拌器并將其充分?jǐn)嚢杈鶆?，制成含沙量?00 1000kg/m3的漿體。
(2)壓力傳感器連接根據(jù)需要，設(shè)計(jì)傳感器布設(shè)網(wǎng)絡(luò)圖。本具體實(shí)施方式
采用片狀薄膜式壓力傳感器，設(shè)計(jì)布設(shè)區(qū)域即可。在所述模具盒底部網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部位，排布片狀薄膜式壓力傳感器4，涂刷親水性底基處理膠，然后將攪拌均勻的漿體逐漸倒入模具盒里，連接片狀薄膜式壓力傳感器4的數(shù)據(jù)線從膠泥塊2中后部引出；停放12小時(shí)，使所述漿體固結(jié)成膠泥塊2。(3)試驗(yàn)系統(tǒng)布設(shè)在根據(jù)實(shí)用新型專利“高含沙洪水揭河底模擬試驗(yàn)裝置”(ZL 200920217654. 4)及發(fā)明專利“高含沙洪水揭河底模擬試驗(yàn)方法”(ZL 200910177288. 9)，在試驗(yàn)水槽底部鋪設(shè)厚度為15cm以上的粗顆粒粉煤灰(中值粒徑約為0. 05mm)以模擬河床上的粗沙層3，在粗沙層3上預(yù)留膠泥塊2設(shè)計(jì)尺寸大小的空間；將底部布設(shè)有片狀薄膜式壓力傳感器4的預(yù)制膠泥塊2放入預(yù)留空間，從膠泥塊2尾部引出來的數(shù)據(jù)線直接與數(shù)據(jù)采集儀5相連接。
放水進(jìn)行試驗(yàn)，片狀薄膜式壓力傳感器即可實(shí)現(xiàn)對(duì)水流壓力信號(hào)的實(shí)時(shí)采集，通過數(shù)據(jù)采集儀生成膠泥塊2底部水流紊動(dòng)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種高含沙洪水揭河底沖刷期膠泥塊底部水流紊動(dòng)結(jié)構(gòu)的模擬監(jiān)測(cè)方法和監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，包括以下步驟 (1)膠泥塊預(yù)制 根據(jù)膠泥塊設(shè)計(jì)尺寸的大小，制作一系列不同規(guī)格的有機(jī)玻璃模具盒；采用中值粒徑小于0. Olmm的極細(xì)粉煤灰或天然極細(xì)沙，放入一個(gè)較大的容器內(nèi)，加水，用攪拌器將其充分?jǐn)嚢杈鶆?，制成含沙量?00 1000kg/m3的漿體； (2)壓力傳感器連接 在所述有機(jī)玻璃模具盒底部，排布片狀薄膜式壓力傳感器，涂刷親水性底基處理膠，然后將攪拌均勻的所述漿體倒入所述有機(jī)玻璃模具盒內(nèi)，將連接所述片狀薄膜式壓力傳感器的數(shù)據(jù)線從膠泥塊中后部引出；放置12小時(shí)，使?jié){體固結(jié)成膠泥塊； (3)試驗(yàn)系統(tǒng)布設(shè) 在試驗(yàn)水槽的底部鋪設(shè)中值粒徑為0. 05mm的粗顆粒粉煤灰模擬河床上的粗沙層，在所述模擬的粗沙層上預(yù)留膠泥塊設(shè)計(jì)尺寸大小的空間；將底部布設(shè)有所述片狀薄膜式壓力傳感器的所述膠泥塊放入預(yù)留空間，從膠泥塊尾部引出來的所述片狀薄膜式壓力傳感器的數(shù)據(jù)線直接與數(shù)據(jù)采集儀相連接； 放水進(jìn)行試驗(yàn)，所述片狀薄膜式壓力傳感器即可實(shí)現(xiàn)對(duì)水流壓力信號(hào)的實(shí)時(shí)采集，通過數(shù)據(jù)采集儀生成膠泥塊底部水流紊動(dòng)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種河工模型，特別涉及一種高含沙洪水“揭河底”沖刷期膠泥塊底部水流紊動(dòng)結(jié)構(gòu)的模擬監(jiān)測(cè)方法。該模擬監(jiān)測(cè)方法利用有機(jī)玻璃模具盒預(yù)制膠泥塊，在膠泥塊底部排布片狀薄膜式壓力傳感器，通過數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集儀連接，可實(shí)現(xiàn)對(duì)水流壓力信號(hào)的實(shí)時(shí)采集。本發(fā)明的模擬監(jiān)測(cè)方法，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)膠泥塊底部的水流紊動(dòng)情況，為進(jìn)一步深入研究黃河“揭河底”現(xiàn)象這一難題提供了可行的試驗(yàn)方法和裝置，為認(rèn)清“揭河底”現(xiàn)象發(fā)生機(jī)理、建立“揭河底”沖刷指標(biāo)奠定了基礎(chǔ)，為制定黃河防洪預(yù)案和防汛工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)，提供了重要的依據(jù)和參考。
文檔編號(hào)E02B1/02GK102619187SQ20121006309
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者萬(wàn)強(qiáng), 何鮮峰, 劉燕, 夏修杰, 寧兵, 張楊, 張清, 曹永濤, 李軍華, 江恩慧, 潘麗, 董其華, 董文勝, 趙新建, 趙連軍, 郭西方, 顧霜妹, 顏小飛 申請(qǐng)人:黃河水利委員會(huì)黃河水利科學(xué)研究院