将河流按相似原理缩成模型, 在模型内研究各有关因素(水流, 地形)在不同情况下变化的一种手段。 由于在天然情况下和兴建工程后河道变形的过程是异常复杂的, 许多河床变形和河道整治问题,往往很难直接用分析研究和计算的方法求解,而利用模型试验则可能直接方便的解出。河工模型试验是研究河道水流和河床变形的重要手段之一。

模型分类

河工模型试验可分为定床和动床两大类。模型水流为清水,在水流作用下河床不发生变形的称为定床模型;模型水流挟带泥沙,在水流作用下河床发生冲淤变形的称为动床模型。定床模型的河床常用水泥沙浆制作,动床模型的河床常用天然沙或轻质沙(如煤粉、木屑、塑料沙、胶木粉等)制作。原型河床变形不显著,或虽有变形但对所研究问题影响不大,如研究流态,主流线的变化和汊道分流比变化等问题,往往可以采用定床模型。河床变形显著或要了解河道冲淤情况时,则要采用动床模型。定床模型只涉及水流因素,要求的相似条件较少,容易满足。动床模型除水流因素外还要满足泥沙运动相似条件,由于目前对泥沙运动的规律认识还不够,模拟技术和材料等方面也都还存在着问题,因而很难完全满足各种相似条件。

按照模型几何形状, 可以将河工模型分为正态和变态两种。正态模型其几何形态与原型完全相似。但常常由于场地、供水能力以及模型流态等条件限制,不得不采用水平方向是一个比尺,水深方向是另一比尺的变态模型。

河工模型必须根据相似原理来设计。只有与原型相似,才能将模型试验的成果引伸到原型中去。河工模型研究的是水流结构,泥沙运动和河床变形。模型和原型相似属力学相似的范畴。它要求模型和原型在几何、运动和动力三方面相似。即模型和原型对应部位的线性尺度成同一比例;相应点的速度和加速度方向相同,大小成同一比例;相应点上同性质的力方向相同,大小成同一比例。在模型和原型中符合上述三方面要求的水流称为相似水流 。2100433B