河道港口工程模型試驗
正文
發展簡況 1875年法國學者J.法格第一個用平面比尺為百分之一的模型，研究法國加龍河的整治問題。模型的流量和深度、寬度比尺是任意的。1885年英國學者O.雷諾製成一個比較正規的潮汐河口模型，研究梅西河口的航道治理問題。1898年德國學者H.恩格斯創建第一個河道水力學試驗室，他被公認為河道水力學和河道模型試驗的奠基人。20世紀30年代，H.恩格斯曾受中國委託進行了黃河的懸沙模型試驗（但無較完善的模型相似律）。隨著測試技術的改進和河道、港口工程建築的發展，世界各國愈來愈多地用模型試驗來研究河道和港口治理問題。河道工程和港口工程模型試驗已由定床模型發展到動床模型；由一種泥沙的分別模擬發展到全沙的統一模擬；由人工操作發展到半機械化操作的階段。正態模型和變態模型 模型分為正態模型和變態模型。常用的正態模型的長度、寬度和深度都按同一幾何比尺縮小，它的幾何形狀與原體是相同的。有時限於場地、設備、材料等條件，模型比尺較小，正態模型水深過小，使水流成為層流，這與一般原體中水流是紊流就有本質上的不相似，而且泥沙顆粒的縮尺過小，不僅模型沙難於配製，還會產生物理化學性質的不相似。這時就要採用變態模型，以滿足主要方面的相似。變態模型的平面比尺和垂直比尺的數值不同。平面比尺和垂直比尺之比，稱為變率。變率一般不能過大。
動床模型和定床模型 天然河道和港口水域的水流和泥沙是隨時變化的，這就要求模型水流是夾沙的，模型邊界是可沖刷的。如滿足這些要求的模型叫作動床模型。如水流夾沙很少，河床、港池沖淤變化緩慢，則可把模型製成固定的，用清水做試驗，這種模型就是定床模型。它可用於研究河道和港口的水流流態和水流結構的變化。動床模型的試驗技術比定床模型複雜。
定床模型要求的相似條件是重力相似和阻力相似。重力相似要求原體和模型的慣性力與重力的比值相等；阻力相似要求原體和模型內的阻力與重力的比值相等。二者都是滿足水流運動相似的條件。
動床模型要求的主要相似條件是:水流運動相似,這與定床模型所要求的相同；輸沙量相似，即要求原體和模型的相對輸沙量(輸沙量與輸沙能力的比值)相等；輸沙量沿程變化相似，即要求原體和模型的相對流速（水流流速與泥沙起動流速的比值）相等，以及原體和模型的泥沙沉降、懸浮的指標相等。
動床模型，特別是變態動床模型，由於在相似條件和理論計算方面不夠嚴格、精確，在進行課題試驗前須先作驗證試驗，即在模型中復演原體中一段時間的水文、泥沙過程資料，按照所要求的比尺換算成模型中的相應過程，將模型中發生沖淤變化與原體中的變化進行比較，以與原體符合為準，並據以調整模型試驗的條件或參數，例如改變輸沙量比尺及河床變形的時間比尺，直至試驗結果和原體符合為止。
近年來，中國學者從相似理論出發，導出全沙模型相似條件，已能將懸沙和底沙同時在一個模型中進行試驗，其結果已為原體所驗證。
