什么是河道港口工程模型试验?

[拼音]：hedao gangkou gongcheng moxing shiyan

[外文]：waterway and harbor engineering model test

依据相似规律，将河道、港口的形态按一定比例缩制成模型，在其上模拟水流、波浪、潮汐、泥沙运动等现象，借以研究工程效果，比较、改进工程方案的科学试验。航道治理和港口工程中有一些问题至今尚难用理论计算方法解决，对这些问题，常通过模型试验，找出较优方案，指导工程的规划和设计。

1875年法国学者J.法格第一个用平面比尺为百分之一的模型，研究法国加龙河的整治问题。模型的流量和深度、宽度比尺是任意的。1885年英国学者O.雷诺制成一个比较正规的潮汐河口模型，研究梅西河口的航道治理问题。1898年德国学者H.恩格斯创建第一个河道水力学试验室，他被公认为河道水力学和河道模型试验的奠基人。20世纪30年代，H.恩格斯曾受中国委托进行了黄河的悬沙模型试验（但无较完善的模型相似律）。随着测试技术的改进和河道、港口工程建筑的发展，世界各国愈来愈多地用模型试验来研究河道和港口治理问题。河道工程和港口工程模型试验已由定床模型发展到动床模型；由一种泥沙的分别模拟发展到全沙的统一模拟；由人工 *** 作发展到半机械化 *** 作的阶段。

模型分为正态模型和变态模型。常用的正态模型的长度、宽度和深度都按同一几何比尺缩小，它的几何形状与原体是相同的。有时限于场地、设备、材料等条件，模型比尺较小，正态模型水深过小，使水流成为层流，这与一般原体中水流是紊流就有本质上的不相似，而且泥沙颗粒的缩尺过小，不仅模型沙难于配制，还会产生物理化学性质的不相似。这时就要采用变态模型，以满足主要方面的相似。变态模型的平面比尺和垂直比尺的数值不同。平面比尺和垂直比尺之比，称为变率。变率一般不能过大。

天然河道和港口水域的水流和泥沙是随时变化的，这就要求模型水流是夹沙的，模型边界是可冲刷的。如满足这些要求的模型叫作动床模型。如水流夹沙很少，河床、港池冲淤变化缓慢，则可把模型制成固定的，用清水做试验，这种模型就是定床模型。它可用于研究河道和港口的水流流态和水流结构的变化。动床模型的试验技术比定床模型复杂。

定床模型要求的相似条件是重力相似和阻力相似。重力相似要求原体和模型的惯性力与重力的比值相等；阻力相似要求原体和模型内的阻力与重力的比值相等。二者都是满足水流运动相似的条件。

动床模型要求的主要相似条件是:水流运动相似，这与定床模型所要求的相同；输沙量相似，即要求原体和模型的相对输沙量(输沙量与输沙能力的比值)相等；输沙量沿程变化相似，即要求原体和模型的相对流速（水流流速与泥沙起动流速的比值）相等，以及原体和模型的泥沙沉降、悬浮的指标相等。

动床模型，特别是变态动床模型，由于在相似条件和理论计算方面不够严格、精确，在进行课题试验前须先作验证试验，即在模型中复演原体中一段时间的水文、泥沙过程资料，按照所要求的比尺换算成模型中的相应过程，将模型中发生冲淤变化与原体中的变化进行比较，以与原体符合为准，并据以调整模型试验的条件或参数，例如改变输沙量比尺及河床变形的时间比尺，直至试验结果和原体符合为止。

近年来，中国学者从相似理论出发，导出全沙模型相似条件，已能将悬沙和底沙同时在一个模型中进行试验，其结果已为原体所验证。