1、實(shí)驗(yàn)一順直河道垂線流速分布實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊饬x河道的流速分布是極其復(fù)雜的，沒有一個(gè)大家公認(rèn)的理論，目前的研究大多 假定水流是恒定的、均勻的、二元的時(shí)均流速沿河道縱向分布，即其基本理論及 其公式都是建立在順直河道垂線流速分布的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。因此，順直河道的垂 線流速分布就成為河流動(dòng)力學(xué)、泥沙運(yùn)動(dòng)學(xué)、河床演變學(xué)以及水力學(xué)等學(xué)科研究 中的最基本的、最主要的也是最簡單的一個(gè)課題。通過實(shí)驗(yàn)增加同學(xué)們對順直河道水流結(jié)構(gòu)的感性認(rèn)識，掌握順直河道水流運(yùn) 動(dòng)規(guī)律、分布規(guī)律，為將來深入研究流體力學(xué)和實(shí)際工程中的應(yīng)用打下基礎(chǔ)；了解關(guān)于水流運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)方程式以及各種水流運(yùn)動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)的理論公式 的來源和依據(jù)，掌握垂線流速的測

2、量方法。實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、要求2.1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容橫斷面流速、垂線流速、沿程水位以及水面坡降。2.2實(shí)驗(yàn)要求掌握水位、流速的測量方法。根據(jù)工程水文學(xué)關(guān)于河道測量的浮標(biāo)數(shù)不少于5條的要求：橫斷面上的 測點(diǎn)不得少于五個(gè)(以后的實(shí)驗(yàn)要求相同)。垂線上的測點(diǎn)用五點(diǎn)法或六點(diǎn)法；其中，水槽中間垂線上的測點(diǎn)建議用 10點(diǎn)法，目的是為了更好的驗(yàn)證垂線流速分布理論。.至少驗(yàn)證或了解指數(shù)分布理論、對數(shù)分布理論、拋物線分布理論或其它 理論中的一種理論的依據(jù)。儀器設(shè)備主要的儀器設(shè)備：6m長玻璃水槽、流速儀，流量及水位測量控制系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)方法、步驟第一步：打開進(jìn)水閥門向水槽中放水；第二步：在流量控制系統(tǒng)中輸入設(shè)計(jì)的流量，使水槽中水位

3、逐漸抬升；第三步：控制尾門附近的水位讀數(shù)；第四步：當(dāng)流量計(jì)和尾門的水位穩(wěn)定后即開始測量水槽水深(最小水深 h3cm，水槽同一橫斷面的水深可視為相同)和沿程水位；第五步：將水槽水深等分，在橫斷面上間隔35cm測量0h，0.2h，0.4h，0.6h， 0.8h，h等各點(diǎn)的流速；第六步：改變流量、水深，繼續(xù)按35cm的間隔施測橫斷面上0h，0.2h，0.4h，0.6h，0.8h，h等各點(diǎn)的流速和沿程水位；資料整理和實(shí)驗(yàn)報(bào)告點(diǎn)繪橫斷面流速分布曲線、垂線流速分布曲線；用數(shù)學(xué)公式(指數(shù)式或?qū)?shù)式或其它數(shù)學(xué)式)描述所點(diǎn)繪的曲線；用物理理論描述數(shù)學(xué)公式；編寫并提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。表1-1順直水槽水流試驗(yàn)垂線流速紀(jì)錄

4、實(shí)驗(yàn)名稱斷面號測量者記錄者實(shí)驗(yàn)二起動(dòng)流速實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙饬x起動(dòng)流速是泥沙運(yùn)動(dòng)的一個(gè)重要的物理指標(biāo)，實(shí)際工程中經(jīng)常應(yīng)用，它是 判定河道沖淤變化的一個(gè)重要的判據(jù)。但是，由于泥沙運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，目前已有 的公式都采取了一系列的假定。因此，泥沙起動(dòng)的理論是泥沙運(yùn)動(dòng)學(xué)、河流動(dòng)力 學(xué)、河道演變學(xué)等學(xué)科重點(diǎn)研究的課題之一，也是港口航道、水利水電、資源環(huán) 境、給排水、管道輸送等專業(yè)重點(diǎn)研究的課題之一。實(shí)驗(yàn)主要的目的意義在于使 同學(xué)們認(rèn)識泥沙起動(dòng)流速公式的幾何意義和物理意義，掌握泥沙起動(dòng)的判定、實(shí) 驗(yàn)方法以及起動(dòng)流速在生產(chǎn)中的應(yīng)用并初步認(rèn)識泥沙運(yùn)動(dòng)的基本概念，建立泥沙 運(yùn)動(dòng)與水力參數(shù)的基本關(guān)系。2、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容觀

5、察并判定泥沙起動(dòng)的臨界狀態(tài)；測量橫斷面流速分布、垂線流速分布； 測量沿程水位變化（水面坡降）。3、儀器設(shè)備在長直水槽中進(jìn)行，主要的儀器設(shè)備：流速儀，自動(dòng)水位測量系統(tǒng)、已知 重率的泥沙、鋼尺等。4、實(shí)驗(yàn)方法、步驟第一步：在水槽底部鋪35cm厚的均勻砂樣，刮平整；第二步：關(guān)好尾門，打開尾部進(jìn)水閥門，緩慢地向水槽中放水至3cm以上；第三步：根據(jù)設(shè)計(jì)的流量緩慢地向水槽中加水至510cm以上；第四步：打開尾部閥門緩慢地放水，同時(shí)密切觀察泥沙顆粒是否起動(dòng)，直 到觀察到底部泥沙處于要?jiǎng)硬粍?dòng)的臨界狀態(tài)或者有幾顆已經(jīng)動(dòng)的微動(dòng)狀態(tài)；第五步：當(dāng)觀察到有顆粒微動(dòng)時(shí)，記下各水位測點(diǎn)讀數(shù)（最小水深h3cm）；第六步：沿橫

6、斷面測量水深并等分水深（最好選擇水槽的中間點(diǎn)），分別測 量垂線上各點(diǎn)的流速。5、資料整理和實(shí)驗(yàn)報(bào)告畫出實(shí)驗(yàn)布置圖：計(jì)算垂線平均流速。距水底U1U2U3平均流速1cm2cm3cm4cm5cm分析泥沙起動(dòng)的水力要素，建立起動(dòng)流速與水深、粒徑的關(guān)系，用數(shù)學(xué)公式(指數(shù)式或?qū)?shù)式或其它數(shù)學(xué)式)描述所點(diǎn)繪的曲線；根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比起動(dòng)流速經(jīng)驗(yàn)公式。沙莫夫公式1/6或?qū)?shù)型：2g( -y)d , 8.8HVc lg1.75yd(5)95比較實(shí)驗(yàn)值與已知公式計(jì)算出的起動(dòng)流速的差異，在本實(shí)驗(yàn)中哪組公式更接近本實(shí)驗(yàn)，為什么。6、思考題通過觀察泥沙的起動(dòng)，您發(fā)現(xiàn)了有哪些因素將會(huì)影響起動(dòng)流速的結(jié) 果？在觀察泥沙起動(dòng)的過

7、程中，您會(huì)發(fā)現(xiàn)水槽邊壁的泥沙可能會(huì)先動(dòng)，這 是為什么？工程實(shí)際中，常用表面流速來判斷泥沙的起動(dòng)與河道沖淤的可能性， 這種計(jì)算結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算結(jié)果有何差異，應(yīng)如何調(diào)整、更正?實(shí)驗(yàn)三推移質(zhì)輸沙實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙饬x無論是航道整治還是水利水電工程，推移質(zhì)對于河道變形起著主導(dǎo)作用。是河流動(dòng)力學(xué)研究的主要對象之一，而研究河流動(dòng)力學(xué)的最終目的就是要解決河 道的泥沙輸移問題，這是河流動(dòng)力學(xué)研究的關(guān)鍵。通過實(shí)驗(yàn)使同學(xué)們認(rèn)識并建立 推移質(zhì)輸沙率與水流運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，加強(qiáng)對泥沙輸移與河道沖、淤變化的理解。2、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容總輸沙量、單位時(shí)間的輸沙量（輸沙率）、橫斷面流速分布、沿程水位變化。3、儀器設(shè)備實(shí)驗(yàn)在長直水槽中進(jìn)

8、行，主要的儀器設(shè)備：流速儀，水位測量系統(tǒng)、推移 質(zhì)取樣設(shè)備、烘干、稱重等設(shè)備；已知粒徑、級配、重率的砂樣。4、實(shí)驗(yàn)方法、步驟第一步：在水槽中鋪好砂樣并刮平整；第二步：關(guān)閉尾門，打開尾部進(jìn)水閥門向水槽中放水（水深3cm以上）；第三步：打開進(jìn)水閥門向水槽中放水，打開尾門，使泥沙處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；第四步：當(dāng)觀察到運(yùn)動(dòng)的泥沙進(jìn)入集砂器時(shí)即記錄起始時(shí)間，同時(shí)測量橫斷面流速分布和沿程水位；第五步：經(jīng)過某一時(shí)段以后，將集砂器中的砂樣取出并稱重；5、資料整理和實(shí)驗(yàn)報(bào)告（1）計(jì)算單位時(shí)間的輸沙量（即輸沙率）；（2）比較由沙漠夫公式、崗恰洛夫公式、愛因斯坦公式計(jì)算出的輸沙率與 本次實(shí)驗(yàn)所計(jì)算出的輸沙率進(jìn)行比較；（3）

9、編寫并提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。6、思考題（1）粒徑對于輸沙率的影響主要表現(xiàn)在哪些方面;（2）均勻沙與非均勻沙的輸沙率的差異有哪些；實(shí)驗(yàn)四彎道水流特性試驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c意義（1）了解彎曲河道水流特性、水流結(jié)構(gòu)特征、流速的縱向和橫向分布特征、 水位的縱向和橫向變化特征；（2）了解并認(rèn)識彎道環(huán)流的形成機(jī)理、特征及其作用；（3）了解彎曲河道與順直河道水流結(jié)構(gòu)、水位變化的差異；（4）了解彎道泥沙的輸移機(jī)理；（5）了解彎曲河道演變規(guī)律。2、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）進(jìn)口直段的橫斷面流速分布和垂線流速分布；（2）出口直段的橫斷面流速分布和垂線流速分布；（3）彎道段的橫斷面流速分布和垂線流速分布；（4）兩側(cè)岸邊的沿程水位和縱比降；

10、（5）河心的沿程水位和縱比降；（6）沿程橫比降；（7）河床底部流速流向及底沙跡線；（8）凸岸、凹岸的演變發(fā)展過程。3、實(shí)驗(yàn)儀器及布置（1）180回頭彎彎道水槽彎道寬B=40cm,彎道的縱比降J=1%，彎道的半徑R=2m （半徑是以彎道 中軸線算起2m）。（2）測量儀器流速儀、鋼板尺。（3）測試斷面流速測試斷面（5 個(gè)）：0, 45, 90, 135, 180；輸沙帶測試斷面（13 個(gè)）：0, 15, 30, 15, 45, 60, 75, 90, 105, 120, 135, 150, 165, 180。V3V1V54、實(shí)驗(yàn)方法及步驟彎道水流特性試驗(yàn)測試斷面布置示意圖（1）使彎道后段形成均勻流，記錄流量Q和水深H。流量在10 L以內(nèi)，測量彎道后段幾個(gè)斷面的水深是否一樣，水深控制在 6-7cm，將彎道分成5個(gè)斷面，分別是0，45，90，135，180。（2）分別測量5個(gè)斷面表面流速測量 9 條垂線：從左岸起 1cm、5cm、10cm、15cm、20cm、25cm、30cm、 35cm、39cm。（3）測量左岸、右岸水深（左岸水深大于右岸）。（4）測量輸沙路線：從彎道入口大約1m2m的地方均勻加沙，待輸沙帶基本穩(wěn)定后，觀察彎道 內(nèi)沙的路線走向，測量13個(gè)測量斷面輸沙帶離