2013-2014第1学期—弯道水流实验指导书

实验一 弯道水流实验

1. 实验目的要求

弯道是平原河流中最常见的局部河段。弯曲性河流就是由一个个反向河湾与直段连接而成，分汊河流的个别汊道也常常发展为弯道，甚至顺直型河流在枯水季节的河槽也具有弯曲的形状，弯道水流的特征与相应的泥沙运动、河床演变等密切相关。 （1）观察弯道上的水流情况，增加对弯道环流的认识； （2）了解弯道水流的纵、横向流速分布规律

（3）弯道水面纵、横向比降及凹岸水面超高值的沿程变化规律 2. 实验仪器设备 （1）弯道水槽

图1弯道水槽及测量断面平面布置

（2）流速仪，带刻度可测流向的活动测针架，水位测针，钢卷尺。 （3）模型沙、高锰酸钾，木屑等示综剂。 3.实验准备

（1）启动供水系统，调节进水流量及弯道水槽尾门水位，使实验段水流平稳，水深控制在15—20cm之间；

（2）布置测量断面及测点位置：在弯道内布设0°、30°、60°、90°、120°、150°、180°等七个测量断面(按实际情况确定具体测量断面)，在弯道槽上、下游直段上分别布设一个测量断面。

（3）放好测架，安装好流速仪及水位测针。

4. 实验步骤

（1）在各个测量断面上两侧（测点距槽壁各5cm）和中轴线上用活动测针测量水面高程。 （2）使用流速仪以三点法测量弯道0°、30°、60°、90°、120°、150°、180°等七个测量断面的流速与流向（按实际情况布置测量断面）。测量垂线的布置与测量水面高程时相同。

（3）在水面施放木屑及高锰酸钾等示踪剂、床面施放模型沙，观察弯道水流水面、水流内部水质点运动轨迹以及弯道床面推移质泥沙的运动情况。 5. 实验注意事项

（1）弯道水流是典型的三维水流，实验室应注意观察水流及示踪剂、模型沙的运动情况。 （2）测弯道不同断面流速时要及时调整，保持流速仪测桨轴向与测点水流流向一致。 （3）若采用沿流程安装的固定水位测针测量水面高程时，应先按统一的基准面确定各测针零点高程。 6. 实验成果及要求

（1）水面高程测量结果记录于下表（示表）： 表1 水面高程测量记录表

水面高程（m） 垂线位置 进口0° 直段 凹岸 中轴线 凸岸

（2）流速、流向测量结果列入下表（流速单位：m/ S，流向偏角单位：°）： 表2 流速、流向测量记录计算表 测量 断面 垂线 位置 凹岸 0° 中轴线 凸岸 30° 凹岸 流速 水面 流向 流速 0.6h 流向 流速 床面 流向 垂线平均流速 30° 60° 90° 120° 150° 180° 直段 出口中轴线 凸岸 凹岸 60° 中轴线 凸岸 凹岸 90° 中轴线 凸岸 凹岸 120° 中轴线 凸岸 凹岸 150° 中轴线 凸岸 凹岸 180° 中轴线 凸岸

（3）比降计算：

沿流程水面高程差

流程长度沿横断面水面高程差 横比降Jh?

断面宽度 纵比降Jz? 注：断面宽度在这里应取凹、凸两边测量垂线之间的距离。

（4）分析纵、横比降的沿程变化与水流弯曲程度的关系；比较以中轴线为划分的靠凹、凸两岸的两部分横比降。

（5）画出弯道各断面流速分布图，配合示踪剂及模型沙观察结果，分析测点流速的变化，说明水流进入弯道前后变化情况。 7. 实验分析与讨论

（1）比较弯道断面流速分布与顺直段断面流速分布，水明弯道水流的流速分布特点。 （2）弯道不同位置（0、30、60、90、120、150、180）流速分布有何不同？

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（3）弯道水面纵比降的沿程变化与水流的关系以及弯道凸、凹岸的水面纵比降各有什么特点？

（4）弯道环流强度的沿程变化规律及对输沙的影响如何？

（5）设计实验方案，说明弯道水面形态及超高值的沿程变化与水流（如：流量、水深、流速、弯曲程度）的关系。

（6）设计实验方案，说明弯道水流动力轴线的变化规律

注意事项：

（1）每个同学参考本实验指导书并查阅相关文献写好实验预习报告（可用信纸写），实验当天由组长收集上交，实验前抽查实验预习效果。

实验预习报告的组成：1）谈谈你所认识的弯道水流？2）查阅文献回答问题1和问题2。

问题1：查阅相关资料解释弯道中“顶冲点”的形成及特点？如何做好工程措施保护堤岸？ 问题2：查阅相关资料解释弯道水流中三维“螺旋水流”的形成机理？

（2）每个实验小组成员商议实验方案，于实验当天提交一份实验设计方案（根据实验设备的情况，我校实验室现有3套弯道水流实验水槽，分别为：1）180，R=5m，2）90，R=3m；3）180，R=2m；要求第1小组和第2小组选择弯道1作为设计实验方案用水槽；第3小组和第4小组弯道2作为设计实验方案用水槽）；

（3）实验结束后，打扫实验室卫生；

（4）实验报告于实验结束后一周内提交；

（5）实验成绩=预习报告（含抽查实验预习效果）+实验操作（含考勤、抽查实验操作）+实验报告（抄袭者总成绩零分处理）。

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