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海岸与河口潮流泥沙模拟技术规程71

发布时间:2020-10-25 21:07 作者:易发游戏网站

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  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[1998]761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JTJ/T233—98,自1999年5月1日起施行。 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 制定说明(条文说明)   本规程根据交通部交基发[1994]873号文制定。主编单位为交通部天津水运工程科学研究所,参加单位为南京水利科学研究院、天津港湾工程研究所、河海大学。 本规程编写过程中吸取了国内外有关研究经验,广泛地征求了国内有关单位和专家的意见,于1996年10月完成了送审稿。 本规程人员分工如下: 1.总则 蔡嘉熙 曹祖德 2.术语、符号 吴以喜 卢汉才 3.一般规定 吴以喜 杨 华 4.潮流定床模型试验 吴以喜 吴明阳 5.潮流泥沙模型试验 罗肇森 杨树森 6.波浪泥沙模型试验 刘子琪 刘顺宽 7.河口入海船闸模型试验 周华兴 8.平面二维潮流泥沙数值模拟 徐宏明 李 蓓 9.三维潮流泥沙数值模拟 张 征 李孟国 10.波浪泥沙数值模拟 张东生 本规程于1998年3月31日通过部审,1998年12月11日颁布,1999年5月1日实施。   前 言   随着社会广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民展。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10章64节304条,6个附录,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民展和新技术的应用,将会得到不断民展,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。 1 总 则 1.0.1 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。 1.0.2 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。 1.0.3 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。 1.0.4 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。 条文说明 1.0.1 海岸与河口地区受到海洋潮汐、波浪、河口径流及泥沙运移等多种自然因素的作用和影响,且水流、泥沙的运动及其内在规律复杂,直到目前还不能全面、充分的认识,直接影响到港口、航道、船闸等水运工程的安全使用与维护。而依靠现场的观测则需费大量人力、物力、财力和时间,且工作条件恶劣,难以达到预期目的,物理模型和数值模拟是研究水流、泥沙运动以及水运工程对水流和海床影响的重要手段。通过模拟技术的应用,则能较好地得以解决。为能更好地运用模拟技术,规范和统一试验技术,提高模拟精度,制定本规程是十分必要的。 1.0.2 海岸与河口其它工程是指海岸与河口的围垦工程、闸坝工程、取排水工程等一切与海岸、河口岸滩演变、地形冲淤变化有关的工程。 2.1 术 语 2.1.1 海岸 以海洋动力作用为主的海岸地带。 2.1.2 河口 海洋动力与河流动力相互作用的河口区。 2.1.3 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。 2.1.4 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。 2.1.5 正态模型 长、宽、高都按同一几何比尺缩小的物理模型。 2.1.6 变态模型 水平比尺大于垂直比尺的物理模型。 2.1.7 模型变率 模型水平比尺与垂直比尺之比值。 2.1.8 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。 2.1.9 入海船闸 船舶进出港口和入海河口的过船建筑物。 2.1.10 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。 2.1.11 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: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。 2.1.12 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。 2.1.13 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。 2.1.14 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。 2.1.15 n线模型 在海岸横剖面上,某一点水深与该点至岸线的距离n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。 2.1.16 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。 2.1.17 水工模型 观察研究水工建筑物有关水力学和工程设计问题的物理模型。 2.1.18 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。 2.1.19 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。 2.1.20 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。 2.1.21 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。 2.1.22 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。 2.1.23 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。 2.1.24 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。 2.1.25 边界条件 边界上水流、波浪和泥沙控制的条件。 2.1.26 起始条件 模型试验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。 2.1.27 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。 2.1.28 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。 2.1.29 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。 2.1.30 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。 2.1.31 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。 2.1.32 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。 2.1.33 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。 2.1.34 生潮系统 物理模型中,用来复演原型潮汐运动的控制系统。 2.1.35 验证试验和验证计算 物理模型和数值模拟中,为检验和校正模型与原型相似程度的试验和计算。 2.1.36 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。 2.1.37 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。 2.1.38 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。 2.1.40 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,以减少淡水损失的方法。 2.1.41 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。 2.1.42 垂向坐标变换 一种坐标变换技术,通过变换,将直角坐标系(x,y,z)中三维方程转换成新坐标系(x,y,σ)中的方程,其中x,y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1。这种变换可增加浅水地区在垂向上的分辨率。 2.2 符 号 l——平面长度 L——波长 h——垂直方向高度,水深,小时 H——波高 T——波浪周期 u——平面坐标中x向流速分量 v——平面坐标中y向流速分量 ——流速矢量 V——垂线——泥沙起动流速 Vf——泥沙扬动流速 ub——浅水波底部轨迹速度 Vl——沿岸流流速 ——底部切应力矢量 τ——底部切应力 τd——泥沙不淤临界切应力,临界淤积切应力 τc——泥沙起动临界切应力,临界冲刷切应力 C——波速 c——谢才系数 α——流向角,波向角,波向线与等深线夹角 δ——波坦, f——波浪阻力系数,摩擦系数,柯氏参量 fb——底摩擦系数 Kθ——波浪绕射系数 g——重力加速度 d——泥沙粒径 γ——水的重度 γs——泥沙颗粒的重度 γo——泥沙的干重度 ρ——水体密度 ρs——泥沙颗粒密度 ω——泥沙静水沉降速度 ωf——泥沙有效沉降速度 ν——流体的运动粘滞系数 S——单位水体含沙重量,含盐度 S*——水流挟沙力 n——糙率 QT——沿岸输沙量 Q——流量,输沙率 W——潮量,重量 G——底沙输沙率 G*——底沙输沙能力 Re——雷诺数, F——力 M——力矩,冲刷系数 t——时间 to——波浪动力持续作用造成床面冲淤变形的时间 t1——潮流、水流持续作用的时间 t2——由悬沙造成床面冲淤变形的持续时间 t3——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“p”表示原型的值,带下角标“m”表示模型的值 λ——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 Pi——i量级波要素出现的频率 3.1 模拟技术及其应用   3.1.1 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。 3.1.2 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。 3.1.3 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。 3.1.4 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。 3.1.5 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。 3.1.6 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。 3.1.7 潮流泥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: (1)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; (2)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; (3)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。 3.1.8 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。 3.1.9 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。 3.1.10 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。 3.1.11 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算。 3.1.12 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。 3.1.13 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n线 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、外研究水平的内容。   3.3 仪器设备及记录 3.3.1 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A选择使用。 3.3.2 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。 3.3.3 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。 条文说明 3.3.1~3.3.2 针对不同的试验研究应有相应的基本设备和仪器,在我国这些仪器和设备批量小,一般为某一单位生产或自制,并随研究的深入,要求它不断地改进,为不限制其发展,提出了试验仪器、仪表应经率定要求,其技术指标应满足试验精度和稳定性的要求,但又能确保试验成果的质量。 3.4 报告编写   3.4.1 试验报告的格式应符合下列规定: (1)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; (2)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; (3)报告目次; (4)摘要; (5)正文; (6)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。 3.4.2 报告正文应包括下列基本内容: (1)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; (2)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; (3)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; (4)模型制作,包括图纸资料、边界和安装精度等; (5)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; (6)方案试验或计算及其成果分析; (7)结语。 3.4.3 报告编写应符合下列规定: (1)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; (2)使用法定计量单位; (3)术语应符合有关规定,尚无统一规定的应给出定义; (4)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; (5)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)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。   3.5 技术资料归档   3.5.1 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。 3.5.2 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。 3.5.3 归档资料应符合国家科技档案归档的有关规定。   4.1 基本资料 4.1.1 水深地形图资料应满足下列要求: (1)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; (2)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; (3)测图比尺宜采用1/5000~1/25000,其中试验区测图图比视具体情况宜采用1/5000~1/10000,测图应换算成统一的基准面和坐标系; (4)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。 4.1.2 水文泥沙资料按下列要求确定。 4.1.2.1 全潮同步水文、泥沙测验资料应满足下列要求: (1)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)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;

  (3)模型试验范围内,设置潮位站不应少于2个,在洪(或风)、枯季全潮水文泥沙测验期间进行半个月以上的潮位连续观测; (4)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。 4.1.2.2 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。 4.1.2.3 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。 4.1.3 应有工程设计有关资料及供分析研究用的泥沙资料。 条文说明 4.1.1~4.1.3 为潮流定床模型试验所应具备的基本资料及其应具有的基本要求。其中水文测点垂线数量、测点垂线布置对于地形复杂的海岸与河口或重要的工程而言为下限要求,一般在河道(或海域)的上、下游断面和工程区域内应布置有测点垂线,以能反映河道(或海域)潮流场的变化。 4.2 模型设计 4.2.1 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 (4.2.1-1) 垂直比尺 (4.2.1-2) 流速比尺 (4.2.1-3) 糙率比尺 (4.2.1-4) 水流时间比尺 (4.2.1-5) 流量比尺 (4.2.1-6) 潮量比尺 (4.2.1-7) 4.2.2 模型设计应符合下列限制条件: (1)模型水流雷诺数(Re)m应大于1000,水流应处于阻力平方区; (2)模型水流应避免表面张力的影响,试验浅滩段最小水深应大于2.0cm; (3)模型糙率不宜大于0.030。 4.2.3 模型范围应按下列原则确定: (1)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; (2)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3倍建筑物凸出部分长度。 4.2.4 模型比尺的确定应满足下列要求: (1)海岸与河口潮流模型宜为变态模型,模型变率可取3~10; (2)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1000以内; (3)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。 4.2.5 模型糙率及加糙方法按下列条件确定: (1)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; (2)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。 4.2.6 模型潮汐控制的方式及使用范围按下列要求确定: (1)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; (2)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; (3)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; (4)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; (5)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。 4.2.7 模型平面布置应满足下列要求: (1)模型边界条件应与天然潮流情况相吻合,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。 (2)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。 (3)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。 (4)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15°。 (5)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径流量。 (6)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。 条文说明 4.2.2 本条为模型设计限制的条件。 (1)天然潮流流动形态为紊流,其判别流态的标准是雷诺数(Re)m应大于1000,而要求模型与原型流态基本保持一致,则应保证模型水流处于阻力平方区内; (2)正态模型糙率总是小于原型糙率,为原型糙率np的 分之一,变态模型的糙率 ,它随模型平面比尺λ1和变率η变化而变化,实践经验证明,当0.014<nm<0.03时,模型加糙容易实现,因此模型平面比尺λ1和变率η的选取受到一定的限制。 4.2.3 本条为确定模型范围的原则。 (1)在模型水流进(出)口与试验段中间应加有过渡段,使模型水流经过渡段调整到试验段时,能与天然相似,以保证模型试验段水流运动相似。过渡段的长度应根据模型选择的生潮方式、模型潮流进(出)口段宽度及扩展程度、模型生潮方向与潮流间夹角大小等多种因素综合确定。在开敞式海域模型,边界人为处理的较多,为便于模型边界情况的调整过渡段应较长。若过渡段过短,将会导致试验成果的不可信或错误的结论。 (2)模型试验段的范围与模型试验方案的范围,设计工程对水流影响的程度、模型流速大小、工程附近的自然条件等因素有关,本条提出的要求是按试验影响范围最小的原则确定的,使用时应按具体情况确定。 4.2.4 本条为确定模型几何比尺的原则。 (1)海岸与河口潮流模型要求试验范围都很大,而水深都较小,由于试验场地、供水、供电能力限制,一般要求水平比尺都很大,如采用正态模型,则模型水深就很小,难以保证模型水流流态的相似,因此模型一般做成变态。模型变率应随研究问题的性质、研究范围大小、模型加糙的可能性等因素而变化。根据国内外经验,定床模型一般取3~10,其中局部模型可取较小值,整体模型可取较大值。范围较大的河口、海域模型变率可超过10。在条件容许的情况下,模型变率应尽可能小一些。 (2)模型平面比尺应根据试验要求和场地的可能性,并兼顾试验的基本设备如供水、供电能力及人力、物力、财力的消耗来确定。实践表明,局部模型、动床泥沙模型宜取小于600,整体模型宜在1000以内,范围较大的河口、海域模型可超出1000。 (3)为保证模型处于阻力平方区内,必须使模型水深不致过小。根据国内外经验,模型垂直比尺宜在100左右,此时模型潮位、制模地形、流速测量精度均能与原型精度基本吻合。若水深很浅,则垂直比尺相应可取小值。 4.2.5 本条款为模型糙率和加糙的方法。模型水泥浆粉面压光、拉毛或模型床面铺上模型沙,此时模型糙率约在0.014左右;当采用密排或有间距加糙时,模型糙率最大只能达0.03;若模型糙率需再增大则应采用其它方法加糙,这除有一定的难度外并对局部水流有较大的破坏作用,模型设计时应予慎重考虑。 4.2.6 在模型设计中,应根据模型边界条件、模型场地、纳潮池(水库)水量、生潮固定设备及其布置等条件选用合适的潮汐控制方式。 4.3 模型制作的准备工作   4.3.1 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。 4.3.2 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。 4.3.3 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。 4.3.4 平面控制导线的布设宜采用下列方法: (1)弯曲、分汊河道模型宜采用三角形导线网或平行导线)顺直河口和海岸宜采用直导线)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。 4.3.5 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,或者几种方法混合使用。选择时可按下列规定进行: (1)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m;地形复杂地方可适当加密; (2)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1.0m; (3)在断面(或桩点)间特殊地形可采用等高线 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。 4.3.7 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。 4.3.8 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、水深点及距离、主辅导线位置,断面裁剪应与断面线 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。   4.4 模型制作   4.4.1 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。 4.4.2 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。 4.4.3 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2~3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5~10cm富裕量确定。 4.4.4 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10~15cm。 4.4.5 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。 4.4.6 模型内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。 4.4.7 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。 4.4.8 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。 4.4.9 制模断面和桩点高程允许偏差为±1.0mm,平面位置允许偏差为±1.0cm。 4.4.10 应按模型糙率设计的要求加糙。   4.5 模型试验设备 4.5.1 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: Qm>(Vmax)m×(hmax)m×Bm+Q0 (4.5.1-1) 潮水箱或水库的贮水量可按下式估算: W>Bm×lm×[(hmax)m-(hmin)m]+W0 (4.5.1-2) 式中 W——潮水箱或水库的贮水量(m3); Qm——模型中流量或鼓风机风量(m3/s); Q0——尾门的泄水量或潮水箱阀门出风量的富裕量(m3/s); W0——潮水箱或水库与供水、回水系统容积的富裕量(m3); (Vmax)m——模型中最大流速(m/s); Bm——模型过水断面宽度(m); lm——模型长度(m); (hmax)m、(hmin)m——模型中最大水深、最小水深。 4.5.2 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。 4.5.3 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。 4.5.4 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。 4.5.5 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。 4.5.6 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。 4.6 模型验证试验及精度控制 4.6.1 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。 4.6.2 模型潮汐过程应按水流时间比尺控制。 4.6.3 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。 4.6.4 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。 4.6.5 验证试验必须重复进行2~3次,取其平均值作为成果。该成果均以图表表示。 4.6.6 模型验证偏差换算成原型数值应满足下列精度要求: (1)潮位,高低潮时间的相位允许偏差为±0.5h,最高最低潮位值允许偏差为±10cm; (2)流速,憩流时间和最大流速出现的时间允许偏差为±0.5h,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±10%; (3)流向,往复流时测点主流流向允许偏差为±10°,平均流向允许偏差为±10°;旋转流时测点流向允许偏差为±15°; (4)流路,应趋向一致; (5)潮量,断面潮量允许偏差为±10%。 4.6.7 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。 条文说明 现场全潮水文同步测验是多条测量垂线站位同时作业,人员多,操作精度不一,而自然条件复杂(涨、落潮变化及风、浪影响),使某些资料不尽如人意,在潮位观测上,站位间距较大,岸边情况复杂,水准测量难度较大,且水位观测接尺也很困难,精度上不免受到影响。因此,在验证试验前应首先对各站位垂线流速、流向和各站潮位进行整理,然后比较它们之间存在的关系和差别,分析资料的合理性,对于明显不合理的资料应予剔除。基于上述实际情况,模型相似精度控制指标订得相对比较宽松,其中流速项仅指出“憩流时间和最大流速出现的时间允许偏差为±0.5h,流速过程线形态基本一致,涨、落潮潮段平均流速允许偏差为±10%的要求,在实际控制中,各项指标可能做得吻合更好。 在验证试验中,试验结果除上述的原因会产生一定偏差外,还会因水流与局部地形不对应产生偏差,此时应对局部地形进行检查校正,以求模型与原型的相似程度更好。 4.7 模型水流特性试验 4.7.1 水流特性试验的测点布置应满足下列基本要求: (1)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; (2)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; (3)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。 4.7.2 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。 4.7.3 水流特性试验必须重复进行2~3次,取其平均值作为试验结果,每二次观测高、低潮位偏差小于原型0.10m,潮段平均流速允许误差为±5%。 条文说明 4.7.1 在模型验证试验达到与原型相似的基础上,为取得工程区域及其影响范围内流场、潮位情况,并为工程方案实施后流场、潮位变化提供对比的依据,应进行模型水流特性的观测试验。要求潮位、垂线流速站位布局合理,能反映工程前后流场变化和影响范围。 4.7.2 大潮潮型潮差大,相对水流动力强,工程前后水流变化大,规律性较为明显,因此观测试验宜选用实测大潮潮型作为代表潮型。对于潮差大的地区或重要工程可增加实测中潮潮型的观测试验;在河口段的重要工程可采用洪、枯季实测大、中潮潮型作试验的代表潮型,以反映不同季节不同潮型的潮流场变化。 4.7.3 为避免水流脉动的影响和观测的误差,提高试验结果的可靠程度,每组试验应重复观测2次,当2次测验结果误差大于10%或超出观测误差范围时,应进行第三次重复测验,并分析产生的原因,取其接近的2次结果平均值作为测验结果。 4.8 方案试验   4.8.1 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。 4.8.2 方案试验观测内容和方法应与本规程第4.7节规定相同。流速站的数量可随方案的位置不同适当增减。 4.8.3 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: (1)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; (2)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; (3)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; (4)有断面潮量(流量)时,应增加各方案潮量(或流量)的变化。   4.9 试验成果分析 4.9.1 根据本规程第4.7节和第4.8节试验得到的结果,并结合现场潮流泥沙水力特性和地形变化的分析,论证各方案的优劣。通过综合分析,推荐优化方案。 条文说明 4.9.1 潮流定床模型试验,只能得到各工程方案情况下潮流场、潮量及流态的变化情况,而我们需要通过该模型试验了解与确定工程后泥沙运动、淤积和冲刷、以及对工程的影响情况,此时,只能根据其结果和当地泥沙有关资料,地形演变与水文特征,结合工程实践经验做综合的分析判断,确定优化方案和工程影响。因此,对于潮流定床模型试验研究而言,成果分析是非常重要的一步,且可得到事半功倍的效果。 5.1 基本资料 5.1.1 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4.1节的规定。 5.1.2 泥沙资料应包括下列内容: (1)陆域一年以上的各月径流量及输沙量资料; (2)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; (3)研究区域内应有与水文测验同步的3~5条垂线)有条件时,应搜集工程区不同风况下水体含沙量分布资料; (5)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1∶2000~1∶5000;当研究对象范围较大时,地形图图比可放宽至1∶10000;当地形变化较明显时,可采用固定断面测量资料。 5.1.4 河口地区不同季节、不同潮型的盐度资料。 5.1.5 推算的风暴潮资料。 条文说明 5.1.1 海岸与河口天然泥沙运动复杂,有悬沙运动、底沙运动或两者兼有,底沙又包括推移质与悬移质中的床沙质,底沙运动是海岸与河口在潮流、波浪作用下的通常运动形式。研究的问题如港口布置、航道淤积、河口及拦门沙整治等都会遇到不同的泥沙问题,故应根据泥沙运动的性质与需解决问题的实际情况,搜集与测量不同的资料。 5.2 模型设计 5.2.1 模型设计前,应按下列要求做好准备工作: (1)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; (2)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。 5.2.2 潮流泥沙模型设计除按本规程第4.2节的规定执行外,尚应满足下列泥沙运动的相似条件: (1)泥沙起动相似: (5.2.2-1) (2)泥沙扬动相似: (5.2.2-2) (3)泥沙沉降相似: (5.2.2-3) (4)悬沙挟沙能力相似: (5.2.2-4) (5)底沙单宽输沙率相似: (5.2.2-5) (6)悬沙床面变形相似

  : (5.2.2-6) (7)底沙床面变形相似: (5.2.2-7) 5.2.3 悬沙冲淤动床模型泥沙运动相似应满足本节第5.2.2条(1)~(4)及(6)项相似要求,各项比尺应按式(5.2.2-1)~(5.2.2-4)及式(5.2.2-6)计算确定。 5.2.4 悬沙淤积定床模型泥沙运动相似应满足本节第5.2.2条(3)、(4)、(6)项相似要求,各项比尺应按式(5.2.2-3)、(5.2.2-4)及式(5.2.2-6)计算确定。 5.2.5 底沙动床模型泥沙运动相似应满足本节第5.2.2条(1)、(5)、(7)项相似要求,各项比尺应按式(5.2.2-1)、(5.2.2-5)及式(5.2.2-7)计算确定。 5.2.6 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。 5.2.7 模型沙材料的力学性能和几何特性应保持稳定。 条文说明 5.2.1~5.2.7 (1)潮流泥沙模型设计与试验是运用泥沙运动理论,合理分析原型床面演变规律与泥沙运动状态,正确选择模型沙以及良好的运行操作的综合过程,模型可先按已掌握的资料、知识和必要的辅助试验进行初步设计,在验证过程中允许有修改,完成了验证即完成最后的设计。 (2)模型设计宜尽可能使(5.2.2-1)~(5.2.2-7)条件都能满足。例如:定床悬沙淤积模型要满足5.2.2条(3)、(4)、(6)款相似要求,但当试验段较长时,模型沙亦应满足5.2.2(1)、(2)两款的相似条件,以使模型中沉降的泥沙为潮流掀扬带动进入淤积区;又如:底沙动床模型应满足5.2.2(1)、(5)、(7)款的相似要求,但底沙亦有临底悬扬跳跃运动的悬沙,为使这部分泥沙运动相似,则需满足5.2.2(3)款泥沙的沉降相似。国内外有些学者提出悬沙模型尚需满足悬浮相似的条件,即λw=λu*(u*—水流摩阻流速),要满足沉降相似及悬浮条件相似,模型需做正态方可,这是不可能的。国内所进行的河口潮流泥沙模型,未按悬浮条件设计,都取得验证成功,故此处以沉降相似考虑。 有异重流发生的盲肠河段的港口、航道的泥沙淤积问题,满足水流运动及悬沙运动的相似条件,即能满足异重流相似的要求。 5.3 模型制作   5.3.1 模型制作除按本规程第4.3节和第4.4节的规定执行外,尚应满足本节的要求。 5.3.2 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5~10cm。 5.3.3 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。 5.3.4 模型动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。 5.3.5 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。 5.3.6 模型加糙宜按本规程第4.2.5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。 5.3.7 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。   5.4 模型试验设备   5.4.1 模型试验设备除应按本规程第4.5节的规定执行外,尚应满足本节的要求。 5.4.2 模型试验段的两侧宜安置水平导轨。 5.4.3 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。   5.5 模型验证试验及精度控制 5.5.1 模型试验前,应先做成定床,按本规程第4.6节至第4.9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。 5.5.2 模型应验证试验段的泥沙运动与床面冲淤变化的相似性。 5.5.3 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。 5.5.4 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。 5.5.5 模型加沙可采用下列方式: (1)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; (2)底沙用播沙机或人工加沙。 5.5.6 模型加沙量的控制应满足下列要求: (1)悬沙淤积、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; (2)根据地形验证,调整含沙量或输沙量比尺和冲淤时间比尺; (3)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。 5.5.7 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。 5.5.8 模型的潮汐控制应符合下列规定: (1)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; (2)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、小潮的混合潮型; (3)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。 5.5.9 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。 5.5.10 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±20%,单纯淤积的模型允许偏差为±15%。 5.5.11 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10%。 条文说明 5.5.1 本条说明潮流泥沙模型复杂,操作运行较难,试验周期较长,根据国内外经验,一般都先在定床模型上优选方案。定床模型上优选方案是以测量流速变化为依据的,泥沙运动与流速、流态关系密切,流速、流态较好的方案即是较优的方案。 5.5.6~5.5.8 分别说明模型的加沙量和潮汐控制,这两者互为因果。如果模型潮型采用大、中、小潮的组合,则按模型沙特性,先按冲淤时间比尺 或 确定模型冲淤时间,以调整加沙量使模型冲淤变化的地形与天然相似。此种方式模型试验时间较长。根据若干潮汐河口泥沙模型试验的经验,小潮造床的作用微弱,可以忽略。选用大潮或者大潮与中潮的组合也可达到冲淤地形变化的相似,又可节省时间,故模型可选用大、中潮的混合潮型做试验。当模型冲刷过多时,可增加小潮或选用大、小潮的组合,但此时要估算一个大潮、小潮相当于多少个平均潮的作用,以便决定模型冲淤变形的试验时间。决定冲淤时间后,计算试验的加沙量。每次试验结束后,测量模型地形,并与原型实测数值比较,如果符合第5.5.10条要求,则模型动床验证完成;如果不符合,重新调整模型的加沙量,直至使模型冲淤地形变化与原型的冲淤地形变化相似为止。 挖入式港池及引排水口的淤积试验,可只考虑工程布置口门附近含沙量过程线及泥沙级配分布的相似。 5.5.10 目前国内悬沙淤积模型,总淤积量的误差一般都已达到15%范围内;有冲有淤的泥沙冲淤模型较难,总冲淤量的允许偏差可放宽至±20%,但应掌握工程近区相似精度较高的要求。 5.6 方案试验及精度控制   5.6.1 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。 5.6.2 潮汐河口的不同水沙条件应包括中水年、枯水年及丰水年三种,重要的工程还应包括特大洪水年和风暴潮的影响。 5.6.3 需要时可在定床上进行铺沙试验,定性比较各方案的优劣。 5.6.4 方案试验时,模型加沙量控制应符合下列规定: (1)一个潮流期断面的底沙输沙量允许偏差为±20%,全试验期总输沙量允许偏差为±5%; (2)测点在一个涨落潮周期内悬沙含沙量的允许偏差为±30%,总输沙量的允许偏差为±5%。 5.6.5 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。 5.6.6 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。   5.6 方案试验及精度控制   5.6.1 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。 5.6.2 潮汐河口的不同水沙条件应包括中水年、枯水年及丰水年三种,重要的工程还应包括特大洪水年和风暴潮的影响。 5.6.3 需要时可在定床上进行铺沙试验,定性比较各方案的优劣。 5.6.4 方案试验时,模型加沙量控制应符合下列规定: (1)一个潮流期断面的底沙输沙量允许偏差为±20%,全试验期总输沙量允许偏差为±5%; (2)测点在一个涨落潮周期内悬沙含沙量的允许偏差为±30%,总输沙量的允许偏差为±5%。 5.6.5 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。 5.6.6 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。   5.7 试验成果分析 5.7.1 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。 5.7.2 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。 5.7.3 优化的工程方案应指明工程布置特点,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。 5.7.4 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。 条文说明 5.7.4 对潮流泥沙模型试验结果进行综合分析,是试验负责人运用泥沙运动理论,已有经验对试验成果进行科学分析,既有理论性,又有实践性,应认真考虑,反复修改,力求准确并简明扼要,在此基础上提出推荐方案与有关建议。 6.1 基本资料   6.1.1 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1∶2000~1∶10000;宜具有海岸演变的历史资料。 6.1.2 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。 6.1.3 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3个月实测波浪资料及相应时期一年以上的风资料。 6.1.4 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。 6.1.5 有条件时,宜具有沿岸流流速、流向资料和破波带范围的资料。 6.1.6 应有工程设计图纸资料。   6.2 模型设计 6.2.1 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: (1)几何相似: (6.2.1-1) (6.2.1-2) (2)波浪运动相似: 波浪折射、波浪陡度、波浪传播速度相似: λL=λh=λH (6.2.1-3) (6.2.1-4) 波浪绕射、波浪反射相似: λL=λl=λh (6.2.1-5) (3)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: (6.2.1-6) (4)泥沙运动相似: 泥沙沉降速度相似: (6.2.1-7) 泥沙颗粒加速度相似: (6.2.1-8) 泥沙起动相似: (6.2.1-9) 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: (6.2.1-10) (5)床面冲淤变形相似: 冲淤时间比尺: (6.2.1-11) 6.2.2 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。 6.2.3 试验波要素及试验水位按下列方法确定。 6.2.3.1 代表波向可采用下式计算: (6.2.3-1) 式中Hi、Ti、Pi、αi——第i量级波浪所对应的有效波高、周期及出现频率与波向。 6.2.3.2 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: (6.2.3-2) 6.2.3.3 代表波周期可选用与代表波高相对应的周期。 6.2.3.4 试验水位可按下列条件选取: (1)潮差不大的海岸,取平均潮位; (2)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。 6.2.3.5 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。 6.2.4 模型几何比尺应按下列条件确定: (1)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,平面比尺不宜大于300; (2)模型垂直比尺应满足模型波高大于2.0cm和模型波周期大于0.5s要求; (3)模型变率根据不同的泥沙冲淤情况,宜取1.5~5.0; (4)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。 6.2.5 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。 6.2.6 模型平面布置及边界条件应满足下列要求: (1)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5倍波长; (2)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; (3)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6倍波长; (4)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2倍波长,有条件时模型四周宜设置回流槽; (5)集沙槽(盒)应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; (6)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 模型沙选择时应注意下列条件的区别。 (1)在研究破波带以内沙质海岸的岸滩演变时,可在保证岸滩平衡剖面相似、冲淤部位相似、沉降速度相似、起动水深相似及沿岸输沙量相似等主要相似条件和限制条件下,对模型沙进行选取; (2)研究近岸区以外的港区、深水航道冲淤,尤其当波浪较小、泥沙颗粒较细、水流作用因素较强地区的泥沙运动,宜选用轻质沙作模型沙; (3)在研究实际工程问题中,应抓住主要矛盾,宜选用一种模型沙。 6.3 模型制作   6.3.1 波浪泥沙模型制作应满足本规程第4.3节、第4.4节和第5.3节有关规定的要求。 6.3.2 在变态模型中,对反射影响较大的建筑物,如防波堤、码头等,宜按正态模型制作;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±1.0mm。   6.4 模型试验设备   6.4.1 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、安装和调试。 6.4.2 用于量测的各种仪器传感器不宜破坏波形及流场。   6.5 模型验证及冲淤时间比尺的确定 6.5.1 海域波况的验证应符合下列规定: (1)原始波控制点应设在深水区(h/L≥0.5),或设置在海底坡度不影响波向变化的地点; (2)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; (3)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±5%; (4)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±5%。 6.5.2 应进行破波带位置的验证,破波带位置应与原型基本一致。 6.5.3 当进行沿岸流流速的验证时,模型与原型允许偏差为±10%。 6.5.4 各测点波碎波波高和破波角的验证值与原型允许偏差为±10%。 6.5.5 应在模型中进行岸滩剖面验证试验,进一步调整确定模型波浪要素比尺或模型沙,使之满足岸滩形态相似。 6.5.6 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。 6.5.7 应根据输沙量比尺,计算确定冲淤时间比尺。 条文说明 6.5.1~6.5.6 模型验证应注意下列问题: (1)当试验波型为规则波时,采集的波数不能小于10个。不规则波时,采集的波数应多于100个,并给出实测波要素的特征值,一般以H1/3大波作为考核统计波高。数据采集的时间间隔Δt一般取(1/10~1/20) ( 为平均周期)。 (2)破碎波高和破波角的模拟,是岸滩剖面形状和沿岸输沙量、输沙分布模拟的技术关键。在模型验证试验中除了注意模拟破碎波高、破波角外,还应注意破碎水深及破碎点位置的相似。 (3)在动床模型中,用初选的代表波要素进行验证试验,目的是在岸滩相似的前提下,进一步调整、确定波要素比尺及模型沙。试验中应注意模型沙加沙量和加沙分布调整同步进行。 6.6 方案试验 6.6.1 方案试验应分别测取下列各项资料: (1)各方案在代表波作用下,不同年限的冲淤地形; (2)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; (3)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。 6.6.2 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。 6.6.3 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±20%。 条文说明 6.6.1~6.6.4 方案试验中应注意下列各点: (1)完全复演验证试验中的原始控制波浪要素,以及输沙率率定的加沙量和加沙分布; (2)在试验开始,先用较小的波浪作用,使模型沙密实后,再逐渐加大到所要求的波浪。经加沙且状态稳定后,再计算冲淤时间,测取试验大纲所规定的各项资料。为再现试验过程,主要组次应摄影、录像; (3)为消除偶然性和随机性进行的重复试验,地形应恢复到原始状态,在起始条件相一致的条件下进行比较。 6.7 试验成果分析   6.7.1 应通过对所有试验资料的系统分析,得出各方案相应成果。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。 6.7.2 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。   7.1 基本资料   7.1.1 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。 7.1.2 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。 7.1.3 含盐度资料应包括海侧和河侧水质中的含盐度及其变化。 7.1.4 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。 7.1.5 船闸输水系统设计的水力计算及分析资料。   7.2 模型设计 7.2.1 模型为正态模型,比尺不宜大于25。 7.2.2 模型应满足几何相似、水流运动相似、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 (7.2.2-1) 垂直比尺 (7.2.2-2) 流速比尺 (7.2.2-3) 流量比尺 (7.2.2-4) 时间比尺 (7.2.2-5) 力的比尺 (7.2.2-6) 力矩比尺 (7.2.2-7) 重量比尺 (7.2.2-8) 糙率比尺 (7.2.2-9) 盐度比尺 λs=1 (7.2.2-10) 7.2.3 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。 7.2.4 模型设计应符合下列规定: (1)模型水流处于阻力平方区; (2)水流异重流雷诺数应大于1×103; (3)廊道出水孔段水流雷诺数应大于5×104。 7.2.5 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3倍。 7.2.6 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。 7.2.7 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。 条文说明 7.2.4 为模型设计的限制条件,其一,因原型水流为充分紊流,雷诺数的绝对值很大,而模型的雷诺数较小,为了达到模型水流运动与原型相似,即要求模型与原型两者的能线比降与水面比降的比值相等,应控制模型水流在阻力平方区内;其二,廊道出水孔段支孔出流,因受模型缩尺的影响,要求雷诺数应大于5×104,这样可忽略水体粘滞性对出水孔口阻力系数的影响。 7.2.5 为入海船闸上下游引航道的长度,主要考虑需观测异重流盐水楔入侵闸室时的运动形态,即当盐水楔从上闸首运动到下闸首,再从下闸首返回到上闸首时,它的运动距离相当于盐水楔运动到端部后,尚未返回到闸首时的长度。 7.3 模型制作与安装   7.3.1 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。 7.3.2 模型可用塑料、玻璃、有机玻璃、混凝土、木材等材料制作。 7.3.3 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。 7.3.4 船闸结构部件加工尺度允许偏差为±0.5mm;船闸模型高程允许偏差为±0.5mm;船闸轴线°;引航道地形高程允许偏差为±1.0mm。 7.3.5 船闸模型应避免漏水。 7.3.6 船模外形轮廓制作应符合型线 模型设备和量测仪器 7.4.1 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。 7.4.2 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 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。 7.4.4 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。 7.4.5 船闸模型试验采用的常规量测仪器,可按本规程附录A选用。 7.4.6 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。 条文说明 7.4.2 平水槽是船闸水工模型试验的专用设备,功能是保持船闸灌(泄)水时,上、下游水位不会有大的升降。平水槽应为四个支点,实践运用经验说明,采用单点或二点式,不能保持水槽水平,用四点式能保持最大的溢流长度和最佳的平水效果。 7.5 模型试验内容与方法 7.5.1 当船闸为单一水质时的模型试验内容与要求,应按现行行业标准《船闸设计规范》(JTJ262)的有关规定执行,试验方法按现行行业标准《内河航道与港口模拟技术规程》(JTJ/T232)的有关规定执行。 7.5.2 当船闸为两种水质时,应观测船舶过闸时咸水入侵运动形态、掺混情况、沿闸室水深方向的盐度分布和变化。 7.5.3 船舶(队)进出闸室时,应观察船舶水平运动和螺旋桨搅拌水流引起咸淡水交界面的不稳定和水质掺混。 7.5.4 应选择船舶(队)在闸室最不利的停泊位置,观测不同船舶吨位、过闸时间、水质盐度、缆绳的拉力。对置换法防咸船闸还应观测非对称停泊时的缆绳拉力。每测次要重复三次。 7.5.5 船闸与防咸船闸的基本参数,如输水系统阻力系数、廊道转弯处的压力、廊道出口处消能段的流速分布、置换法双层底板上的剩余压力等,应由船闸单一水质的恒定流试验确定。 7.5.6 船闸模型试验前准备工作应包括调节海侧与河侧中的含盐浓度,校核海侧、河侧水位高程,校核船舶(队)的吃水深度和排水量,校核阀门启闭速度和率定缆绳拉力仪等。 7.5.7 观测防咸船闸船舶(队)的缆绳拉力时,仪器应平置,测杆应垂直,船舶不得水平移动。 7.5.8 置换法防咸船闸试验应观测各种水质盐度、船舶大小和不同置换时间时的闸室盐度变化。 7.5.9 潜没咸水厢法防咸船闸试验应观测咸水厢不同的升降速度、船舶进出咸水厢和闸室的盐度等变化。 7.5.10 气幕法防咸船闸试验应观测不同供气量、开闸时间、船舶吨位和闸室盐度等变化。 条文说明 7.5.7 原型中船舶(队)在闸室停泊是没有位移的,因此在船闸模型试验时也不应有位移,故不宜用弹簧拉力仪测力,它若有水平移动,则影响船侧咸淡水交界的高差,使船只受力值偏小。 7.6 方案试验 7.6.1 根据设计要求和基本资料进行原设计方案试验。对模型试验成果进行分析和论证,并应符合现行行业标准《船闸设计规范》(JTJ262)有关规定。当试验成果不满足设计规范有关规定时,应进行模型修改和方案优化试验。 7.6.2 当船舶(队)在防咸船闸中不能安全停泊时,应分析受力性质,提出改善措施。 7.6.3 防咸船闸应在优化输水系统设计和方案试验的基础上,进行防咸效果的方案试验。 条文说明 7.6.1~7.6.2 本条在进行原设计方案试验时,若一项不满足设计规范要求,这里指的是输水时间、廊道转弯内侧曲面的压力、引航道流速与涌浪高度、船舶停泊条件等,应进行方案修改试验。 7.6.3 防咸船闸的方案试验,是指船闸输水系统设计中对加剧水质掺混,影响防咸节淡效果的细部结构及运转方式,应进行方案修改和优化。 7.7 试验成果分析 7.7.1 试验成果应包括下列内容: (1)船闸闸室灌(泄)水时的水力特性曲线,包括闸室水位、闸室流量、闸室能量、闸室比能、阀门过水面积、输水系统的流量系数及流量增率与灌(泄)水历时的关系曲线)船闸闸室灌(泄)水过程中,相应阀门各开度时的门槽与转弯半径内侧曲面压力分布,及置换法防咸船闸剩余压力值; (3)船闸闸室灌(泄)水过程中,船舶(队)相应于不同水质盐度和不同停泊位置时的缆绳拉力过程线)气幕法防咸船闸的不同水质盐度、供气量、船舶(队)排水量与咸水入侵量的关系曲线)置换法防咸船闸的不同水质盐度、置换时间及船舶(队)排水量与咸水入侵量和淡水损失量的关系曲线)潜没咸水厢法防咸船闸的不同水质盐度、咸水厢升降速度及船舶(队)排水量与咸水入侵量和淡水损失量的关系曲线 成果分析应符合下列规定: (1)用船闸运转安全技术指标衡量输水系统布置、灌(泄)水过程中的各项水力特性; (2)在防咸船闸中,船舶(队)在闸室的停泊标准应按现行行业标准《船闸设计规范》(JTJ262)的规定执行; (3)论述船舶(队)过闸时,两种水质交替变化的物理现象,影响掺混的因素; (4)提出防咸船闸的防咸率与淡水损失率; (5)经综合分析,提出推荐方案。 条文说明 7.7.2 防咸船闸试验成果分析应注意下列的问题: (1)防咸船闸在运转过程中,两种水质交替出现,要注意发生掺混的物理现象,一是交界面掺混的控制因素,密度佛氏数Fr=1;二是掺混层厚度与交界面升降速度有关,宜控制在0.5~1.0cm/s;三是异重流孔界面上吸,它与孔口单宽流量有关;四是船舶底部包水现象,它与交界面升降速度有关。 (2)防咸船闸除应满足运转安全技术指标和船舶停泊标准外,还应满足防咸率和淡水损失率的指标要求。由于防咸方法不同,指标是有差异的。根据国内外有关防咸船闸的试验研究,防咸船闸的防咸率和淡水损失率分别是:置换法为95%和15%~30%;潜没咸水厢法为93%~95%和5%~7%;气幕法各为50%;集咸坑法为95%和140%~150%。 8.1 基本资料   8.1.1 基本资料除满足本规程第5.1节的规定外,尚应补充工程海区以外计算域的水深图或海图、底质粒径分布图和其它水文泥沙资料。   8.2 基本方程 8.2.1 潮流运动可按下列方程控制: (1)连续方程: (8.2.1-1) (2)x向动量方程: (8.2.1-2) (3)y向动量方程: (8.2.1-3) 式中 ζ——相对某一基面的水位(m); h——相对某一基面的水深(m); Nx——x向水流紊动粘性系数(m2/s); Ny——y向水流紊动粘性系数(m2/s); f——科氏参量; fb——底部摩阻系数。 8.2.2 悬沙输移扩散可按下列方程控制: (8.2.2) 式中Dx——x向悬沙紊动扩散系数(m2/s); Dy——y向悬沙紊动扩散系数(m2/s); Fs——源汇函数(kg/(m2·s))。 8.2.3 床面冲淤变化可按下列方程控制: (8.2.3) 式中△h——冲淤厚度(m); qx——x向底沙单宽输沙率(kg/(m·s)); qy——y向底沙单宽输沙率(kg/(m·s)); γ0——底沙干容重(kg/m3)。 8.2.4 根据计算方法的不同,亦可选用等价的基本方程。 条文说明 8.2.1~8.2.4 包括潮流运动方程组,悬沙输移扩散方程和床面变化方程。 (1)在式(8.2.1-2)、(8.2.1-3)和(8.2.2)中,水流紊动粘性系数Nx、Ny和悬沙紊动扩散系数Dx、Dy的值时空变化不大,均可取为常数,因此扩散项中的Nx、Ny、Dx、Dy可移到偏微分号外。 (2)在式(8.2.3)中,同时考虑了底沙和悬沙的影响,但潮流作用下底沙输沙目前研究得很不够,至今尚无有效的计算公式,一般都借用单向水流的研究成果,如Meyer-Peter公式、Englund公式、窦国仁公式和武汉水利电力大学公式进行计算。由于泥质海岸与河口的潮流底沙输沙量所占比重很小,可忽略不计,因此,在式(8.2.3)中,令qx=0,qy=0,可满足工程要求。 8.3 计算模式 8.3.1 依据计算区地形特征、工程方案等具体情况,可采用ADI法、三角元法、破开算子法、贴体坐标变换法和体积元法等任意一种计算模式进行计算。 8.3.2 ADI法的计算模式可按附录B执行。 8.3.3 三角元法的计算模式可按附录C执行。 条文说明 8.3.1 计算模式种类很多,按差分网格形状分有三角形、正方形、矩形、四边形、曲线坐标网格及各种形状网格组合等;按计算方法分,有显式、全隐式、半隐半显式;按模拟格式分有ADI法、三角元法、破开算子法、贴体坐标变换法和体积元法等。各种模式均有其实用条件和优缺点,在采用其中任一模式时,应对其稳定性、收敛性、精度和实用效果进行论证和分析。 8.3.2 ADI法兼有显、隐式优点,是目前我国工程界中最先开展并应用较广泛的一种模式,据不完全统计,我国采用该法进行过海岸与河口工程潮流数值模拟的单位和人员占半数以上,有较广泛的应用基础。 8.3.3 三角元法原理简单、解法直观、编程容易、节省内存、布设随意,易拟合固边界,有较好的稳定性、收敛性和精度,在海岸与河口二维潮流数值模拟中已得到了广泛应用。 8.4 计算域的确定及网格剖分   8.4.1 计算域的确定应符合下列规定: (1)计算域应足够大,能反映工程海区整体流场特性,并使计算域开边界处的水文要素不受域内工程方案的影响; (2)开边界宜选在流场比较均匀的断面。 8.4.2 根据计算模式的要求进行计算域网格剖分,网格剖分应符合下列规定: (1)网格剖分后,网格结点水深应能反映水下地形特征和工程前后水深变化; (2)应能概化岸线边界和各工程方案的固边界; (3)网格的疏密应根据计算域内不同部位的工程要求和计算要求确定。   8.5 初始条件和边界条件 8.5.1 初始条件按下列公式确定: ζ(x,y,t)t=0=ζ0(x,y) (8.5.1-1) u(x,y,t)t=0=u0(x,y) (8.5.1-2) v(x,y,t)t=0=v0(x,y) (8.5.1-3) s(x,y,t)t=0=s0(x,y) (8.5.1-4) 式中ζ0、u0、v0、s0——分别为ζ、u、v、s初始条件下的已知值。 8.5.2 固边界应按下列方法确定: (1)法向流速为零: (8.5.2-1) (2)法向泥沙通量为零: (8.5.2-2) 8.5.3 水边界应按下列方法确定: (1)潮流用已知潮位或流速控制: ζ(x,y,t)Γ=ζ*(x,y,t) (8.5.3-1) 或 (8.5.3-2) (2)悬沙按入流和出流情况分别控制: ①入流时: s(x,y,t)Γ=s*(x,y,t) (8.5.3-3) ②出流时: (8.5.3-4) 式中Γ——水边界; ζ*——已知潮位(m); ——已知流速(m/s); s*——已知含沙量(kg/m3); un——法向流速(m/s)。 8.5.4 当计算域内存在大面积潮间浅滩时,宜采用动边界技术处理露滩问题。 条文说明 8.5.1 初始场的确定与计算潮段的起始时间有关,为提高收敛速度,计算潮段的起始时间宜选在憩流时刻,这时,潮位初始场取起始时间的潮位,流速初始场取零。含沙量初始场依现场含沙量分布情况确定。 8.5.2~8.5.4 边界条件是数值模拟成败的关键因素之一,因此在确定边界条件时,应对计算域水沙情况和边界特性有充分了解,从而正确确定边界条件。 边界条件分固边界和水边界两类。 水边界通常应根据已知资料来确定,当水边界处缺乏实测资料时,可依据周围海区已知资料初步选定边界条件,并与计算域内验证点上实测资料进行对比,反复调整初选边界,直至域内验证点上计算结果与实测结果相吻合为止。 当计算域内存在大面积潮间浅滩时,处理好边滩处的边界条件是提高模拟质量的重要因素。处理方法可分为两类,一类是变动计算域,另一类是固定计算域。 变动计算域法是通过不断地判别,使边界随水边线变动而变动,如水深判别法等。 固定计算域法是使边界位置固定而通过边界一定水量的进出以达到相似,如窄缝法等。 8.6 基本参数的确定 8.6.1 水流紊动粘性系数Nx和Ny宜由试验确定,也可通过验证计算确定,其值可取50~500m2/s。 8.6.2 悬沙紊动扩散系数Dx和Dy可取与相应的水流紊动粘性系数Nx、Ny相同数值。 8.6.3 源汇函数Fs可按下列方法确定: (1)采用挟沙力法按下式计算: Fs=αω(s*-s) (8.6.3-1) 式中Fs——源汇函数; α——泥沙沉降机率; s*——挟沙力(kg/m3),可采用经验公式或试验确定。 (2)采用切应力法可通过切应力大小比较确定: 底部切应力按下式计算: (8.6.3-2) 当τ≤τd时,水中泥沙处于落淤状态,则: (8.6.3-3) 当τd<τ<τe时,床面处于不冲不淤状态,则: Fs=0 (8.6.3-4) 当τ≥τe时,床面泥沙起动,则: (8.6.3-5) 式中τd——临界淤积切应力(N/m2),宜由试验确定,也可通过验证计算确定; τe——临界冲刷切应力(N/m2),宜由试验确定,也可通过验证计算确定; M——冲刷系数(kg/(m2·s)),宜由试验确定,也可通过验证计算确定。 (3)源汇函数也可采用其它等价形式表。


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