水工建筑物物(水力学监测)详解.ppt

水工建筑物水力学监测 第一章 水力学监测的作用和意义 一、监测水工建筑物的过流运行情况以保证工程安全 泄水建筑物都是按一定泄流量设计的，但实际泄流量变化很大，水力学监测可以掌握建筑物在各种泄流量下的工况，以便及时发现问题、分析原因、防止事故发生或改善运行方式，提高运行效率，保证工程安全。 二、验证设计条件及物理模型实验成果和数学模型的正确性和相关性 泄水建筑物的设计须依据一定的条件进行水力学计算，对大中型工程还要进行水力学模型试验，但是有些水力学现象在模型试验中是模拟不了的，因此设计的合理性还需通过水力学监测验证、模型试验成果与原型的相关性也需根据水力学监测成果的进行进一步研究。 三、与室内模型试验配合进行特殊水力学问题的专题研究 到目前为止，有些水力学现象或边界条件无法在模型上得到模拟，如振动、紊动、掺气、空蚀、粗糙系数、冲蚀、磨损、通气量等，只有通过水力学监测对它们进行研究。 第二章 水力学监测的由来和发展 一、美国 在二十世纪30年就开始水力学监测。当时美国大兴水利工程，水工模型试验普遍开展，模型试验成果需通过原型观测验证，所以进行了原型观测，同时开展水力学观测。前后进行水力学观测的工程有：大古力、诺里斯、邦内维耳等、胡佛坝等，内容主要为平均脉动压力、泄流能力和泄流流态等。 上世纪30年代后期随着坝高增加，出现高速水流问题，水力学开始对空蚀进行观测。到50年代，开始对流量系数、掺气、水头局部损失和沿程摩察系数、闸门启门力、闸门上托力和下拽力以及闸门振动、还有消力池的空蚀等进行观测。 在观测仪器设备方面除了常规的外采用了较先进的立体经纬摄影仪、磁电流速仪、可专用于水下检查和维修的浮运设施等。 二、中国 我国水力学观测从上世纪50年代开始。对数百个工程进行水力学监测。特色： 比较注重综合性监测，挤在一个水利枢纽上对所有水力学课题进行观测，内容涉及效能、冲刷、脉动、空蚀、通气、雾化等，在使用常规仪器的基础上进行该进，如采用小型压力传感器、多孔流速仪、同步摄影测量水舌轨迹、告诉摄影测量表面流速、改进和完善掺气仪和空穴仪等等。形成了水力学监测的专业队伍。 第三章 基本水力要素和现象观测 一、水位及水面线 水位：是工程管理运用和分析建筑物工况的重要资料。 水位分为时均水位和瞬时水位。水位监测包括过水建筑物上、下游及沿程水位。 大坝上、下游水位通常关注的是时均水位； 船闸闸室、调压室（井）、电站尾水、引航道等则关注水面波动和涌浪； 输水明渠、明流隧洞和泄槽等，关注沿程水面线变化。 1、水位观测 （1）测点位置选择 一般原则：测点设在满足工程运用、管理和分析研究专门问题有代表性的地点：设在水流平稳、受风浪影响小、河床和岸坡较稳固、便于观测的地点。 水库或闸坝上游水位：设在坝前跌水线以上水位平稳处，与闸坝的距离不小于设计水头的3~6倍。 下游水位：设在较顺直的河段内，观测点面水位稳定且无回水影响。 （ 2）水位观测设备和方法 设备：水尺；自记水位计。 第三章 基本水力要素和现象观测 2、水面线观测 （1）闸坝及泄槽水面线观测 一般测取沿边墩的水面线。 ① 直接坐标网格法 在边墙上用耐冲的白色瓷漆或油漆绘制直角坐标网格，网格线宽10cm。纵坐标为高程，横坐标为工程桩号。 水面线读取采用拍照和录像方法。经过放大回放读取水位高程，并取各次水位平均值绘制水面线。 ② 水尺法 在边墙上按一定的距离选择适当的位置用油漆绘制水尺，一般水尺间距为5~15m，水尺宽度为10~15cm，每水尺为一测点，各点水面连成光滑曲线即为水面线。 目测简易，但得到的不是同步水位；拍照和摄像可得到同步水位。 第三章 基本水力要素和现象观测 （2）明流泄水洞水面线观测 观测者无法直接测读泄水洞水面线，多借助远传仪表显示和宏观调查。 ① 水尺法 在洞内两侧一定位置绘制水尺，水尺面涂以胶着彩色水粉浆。泄水时水流将粉浆冲蚀，停水后测读冲痕高程即得包括水面波动的最高水面线。 ② 电测法 常用电容液位计观测。由传感器、转换器、指示仪表组成。 传感器用1根聚四氟乙烯绝缘导线为一极以水为另一极构成。电容值随水位升降而变化，其变化用过转换器转化为0~10mA的直流标准信号，再通过电子电位差计计等进行显示或记录。 传感器安装：传感器装在直径50mm的镀锌管内，管长大于