河流动力学实验报告模版doc.docx
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河流动力学实验报告模版doc
河流动力学实验
（一）
武汉大学水利水电学院
二〇一二年十月
实验一泥沙颗粒分析试验
一、实验目的及项目
1、掌握实验室中运用筛分法及移液管体分析河床质、悬移质沙样的方法。
2、掌握绘制泥沙颗粒级配曲线的方法，求出泥沙样品的d50
d75
，dpj，
d25
等特征值。
二、筛分析法：
适用于粒径大于0.1毫米（或：
0.074、0.060毫米）的泥沙
颗粒分析。
（一）试验设备
1、粗筛：
园孔，孔径为200、100、60、40、20、10、5、2毫米。
2、细筛：
方孔，孔径为5.0、2.0、1.0、0.5、0.25、0.1、（或0.074、0.06）
毫米。
3、洗筛：
孔径为0.1毫米。
4、其他：
振筛机、烘箱、天平、毛刷、盛沙杯等。
（二）操作步骤
1、检查沙样：
用玻璃棒在沙样中搅拌，如玻璃棒没有粘附沙粒。
则可以为
已风干，否则应作风干处理，如沙样过多，则用四分法取出代表性沙样分析。
2、将分取沙样，（大约100-300克左右）放在天平上称出总重量，准确至
0.01克。
3、根据沙样的最大粒径，准备好粗、细筛数只，并按孔径由大到小依次排
列备用。
4、将沙样倾入粗筛之最上一层，加盖后，放在振筛机上振筛15分钟。
5、从最上一层开始，顺序将各级筛取下，在纸上用手扣打摇晃，直至无沙
漏下为止，漏下之沙放在下一级筛内，卡在孔径中之沙。
应计入本层筛之内。
6、将留在各级筛上之沙，扫入编号杯内，分别称重。
7、测记最大粒径：
在最上一层筛内，找出最大一颗粒沙子，量其粒径为沙
样最大粒径。
（三）实验记录
武汉大学水利水电学院
质筛分析记录计算表
表一
断面号：
取样时间
分析日期
沙样种类：
总沙量
Ws=
（克）
粒径
d
杯
号
杯重
（克）
杯+沙
（克）
沙重
（克）
沙重
小于某粒径
沙重百分数
（mm）
A（克）
P（%）
底盘
分析：
核算：
三、移液管法
（一）试验设备
1、移液管分析仪一套，本仪器只适用于粒径小于0.1mm及浓度为0.3~2%
的泥沙颗粒分析。
2、盛沙杯：
容量为100ml的玻璃杯7个。
3、沉降筒：
容量为600ml的玻璃量筒一个。
4、温度计：
量度50℃，最小刻度0.1℃一支。
5、电动天平：
感量万分之一克。
6、悬移质水样：
（通过0.1mm洗筛冲洗）。
7、搅拌器：
轮径5cm，孔径为3mm。
8、其他：
烘箱、干燥器、氨水、秒表等。
（二）操作步骤
1、在沉降筒内加入反凝剂（如浓度为25%的氨水2cm3），或其他反凝剂后，
再注入分析用水使液面恰到600ml刻度处。
2、准备好分析所用移液管，秒表、分析记录表等，用温度计测读悬液温度，
由沉降操作时间表上查出沉降时间填入表内，为此确定各粒径的取样时间。
3、用搅拌器将量筒内整个悬液上下搅拌约1分钟。
往复各30次，使悬液均
匀分布（注意搅拌时勿使悬液溅出筒外）。
4、取出搅拌器，即将吸管垂直自量筒中央插入至20cm深处，立即吸取水
样至吸管中容积恰好为20ml时为止，取出移液管将水样注入盛沙杯中，将杯号
记入总浓度栏内。
5、再将搅拌器同上（3）步骤进行。
当取出搅拌器离开水面时，即开动秒表
记时，在粒径为0.1mm，0.05mm0.005mm沉降时间到达时，即按预先选定
的沉距深度吸出水样，分别注入玻璃杯内，记下杯号，每次水样吸收均自新的水
面算起。
6、取样结束，检查一次杯号是否记错，即将玻璃杯放入烘箱烘干称重。
（三）实验记录
表2移液管法颗粒分析记录计算表
水温℃
沉
降
粒径
吸收
杯沙重
杯重
小于某粒
d
杯
沙重
时
间
深度
（克）
（克）
径沙重百
（分、秒）
（mm）
号
（克）
（cm）
分数（%）
总浓度
20
0.10
20
0.0520
0.02520
0.01015
0.00715
0.00510
四、试验成果计算
（一）颗粒级配计算
A筛分析法计算
第一种情况，含沙粒径小于0.1毫米的颗粒占总沙重不足10%时，按下列有
关公式计算：
（1）粗筛分析后，2毫米筛下沙样没有分沙情况者：
（2）粗筛分析后，2毫米筛下沙样有分沙情况者：
小于2毫米各粒径级的计算公式为：
大于2毫米各粒径级的计算公式为：
以上三式中：
P——小于某粒径沙重百分数（%）；
A——小于某粒径沙重（克）；
A——大于2毫米，小于某粒径沙重（克）；
WS——2毫米筛下的沙重（克）；
WS2——2毫米筛下的沙重（克）；
WS2——参加细筛分析的总沙重（克），由于分沙，WS2的一部分。
WS2
C
C——百分数校正系数。
WS
（二）第二种情况：
含沙粒径小于0.1毫米的颗粒，占总沙重超过10%时，
按下式计算：
式中
A——大于洗筛孔径小于某粒径沙重（克）；
Ws2——洗筛下的沙重（克）；
Ws——总沙重（克）。
B移液管法计算：
移液管分析成果计算公式为：
上两式中
P——小于某粒径沙重百分数（%）；
A——小于某粒径沙重（克）
Ws——沙样总重（克），包括筛分析部分的沙重；
WA——某粒径相应时间吸取的泥沙重（克）；
VA——吸取的水样容积（厘米3）；
V——所有量筒容积通常为600厘米3。
（二）泥沙颗粒级配曲线的绘制
根据以上计算表的成果，以小于某粒径沙重百分数为纵坐标，以粒径大小为
横坐标，在半对数纸上点绘该沙样的级配曲线。
d75
（三）根据级配曲线可求出
d5e、dpj及
d25
。
实验二起动流速及沙波运动实验
一、实验目的及项目
1、掌握实验室中观测泥沙起动流速的方法，测量泥沙个别起动时的流速。
2、观察泥沙个别起动、大量起动至沙波形成和运动的整个物理过程。
二、实验设备
1、活动玻璃水槽一座，长10米，宽0.5米，其附属设备有60厘米矩形堰，
固定测针1-4个，活动测针桁及测针、尾门、平水栅等。
、实验沙rS
2.65吨/米3，d50
=
（
）毫米。
2
3、数字流速仪及旋桨等。
三、实验步骤
1、在水槽中部平整地铺设实验沙约厚5-7厘米作为实验观测段，在其上、
下段铺设一定长度的卵石，使其与实验段的沙层齐平。
3、逐渐而缓慢地打开进水闸门，同时逐渐而缓慢地打开尾门。
调节到实验
段的水流达到均匀流为止。
为固定测针观测上、下水位，判断均匀流。
4、观察泥沙起动。
通过进水闸和尾门的缓慢开启，使泥沙既达到个别起动
状态，又保持实验段为均匀流。
5、读出流量堰测针读数。
由测针零点换算成堰顶水头，在矩形堰的水头流
量关系曲线，查出相应流量。
用活动测针观测测量段的水深h。
用流量仪按三点
法测垂线平均流速。
6、缓慢调节进水闸，加大流量同时调节尾门。
观察泥沙由个别起动至大量
起动以及沙波的形成和运动的整个物理过程。
四、实验记录
泥沙个别起动时的观测记录
五、实验成果
U
1、计算断面平均流速
Upj
Bh厘米/秒
2、用沙莫夫公式计算起动流速Uc
4.6d1/3h1/6
3、验证沙莫夫起动流速公式的系数
K。
流量、水深观察记录
60厘米矩形堰测针读数
表3起动流速试验记录计算表
流速仪观察
0.2h
0.6h
0.8h
Zcm
时间（秒）
堰顶水头t=Z+测针零点（cm）转速（n）
相应流量Q（公升/秒）n（转/秒）
水深h（厘米）流速u（厘米/秒）
思考题
1、影响泥沙起动的主要因素有哪些？
2、实验求得的系数与沙莫夫公式中的系数有何差异？
为什么？
3、通过实验，你认为起动流速公式中的系数受哪些因素影响？
实验三悬移质含沙量沿垂线分布实验
一、实验目的及项目
1、进一步加深对悬移质含沙量分布的一般规律（上稀下浓）的认识。
2、掌握实验室中观测悬移质含沙量沿垂线分布的方法。
二、实验设备
1、活动玻璃水槽一座长30米，宽0.5米，其附属设备有：
电磁流量计、固
定测针、活动测针、尾门、平水栅等。
2、虹吸管取样器、比重瓶、天平、温度计。
、悬移质沙样rs
2.65吨/米3，d50
=（
）。
3
三、实验步骤
1、打开金属闸门使浑水充分搅拌、水槽进口处含沙量分布均匀。
2、通过进水闸门和尾门的缓慢开启、关闭、调节，使实验段保持均匀流状
态，通过固定测针测量水深判断均匀流。
3、当满足均匀流后，在电磁流量计上读数，查曲线得出相应流量，由活动
测针测得水深h，通过虹吸管取样器取出0，0.2h，0.4h，0.6h，0.8h，h六点的
浑水，分别注入比重瓶。
4、在尾门处取样注入比重瓶。
5、测量槽内水温。
6、通过置换称重的方法，算出相应沙量
四、实验记录
电磁流量计读数。
相应流量（公升/秒）。
表4水位计记录表
测针1#2#3#4#5#6#7#
零点读数Z0
测次1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Z=10次平均
水深H=Z+Z0
五、实验成果
1、计算出实验水槽的含沙量沿垂线分布。
2、用
Rouse公式计算含沙量沿垂线分布
[取
a=4毫米（虹吸管半径）
Sa为河
底含沙量，并与实验结果相比较。
表
5
含沙量沿垂线分布记录及计算表
比重
水深
W1
W2
相对
测针读数
水温
含沙量
（瓶
（厘
浑水+瓶
浑水+瓶
（克）
K比重瓶
水深
（厘米）
℃
（公斤/米3）
号）
米）
（克）
（克）
3、计算垂线平均含沙量，并与尾门取样的含沙量相比较。
六、思考题
1、通过实验，你对泥沙在水流中悬浮的物理实质有何认识？
含沙量沿垂线
分布为什么会上稀下浓？
2、实验成果与Rouse公式计算结果有何差异？
为什么？
河流动力学实验
（二）
武汉大学水利水电学院
二〇一二年十月
实验一弯道环流实验
一、目的：
通过观察弯道上的水流情况，增加对弯道环流的感性认识。
二、试验设备
宽1.2m深0.6m，槽中心线曲率半径3.6m，中心角180°的矩形弯道水槽，系线的铜片280片，沥青球10~20个，纸屑或木屑，铅丝系线的横木架一个。
系线的细钢筋两根，活动测针架及测针各一件。
三、试验内容
试验时水深控制为160mm左右，其观察项目是：
1.底部流向
1）在弯道上下游的直线段各选一横断面和弯道内的70°、90°、110°横
断面的底部各放一排系线的铜片，以观察各断面底部流向的变化，并进行比较。
2）沿弯道纵向中心底部放一排系线的铜片以观察底部流向的沿程变化。
3）放水后临时由凸岸底部沿水流方向依次衔接放一排系线的铜片，使其处
于同一流线上，以观察底部流向的变化。
4）由上游投放沥青球，以观察底部运行轨迹。
2.表面流向
1）在弯道的横断面上，用铅丝系线恰好与水面接触。
以观察各断面表面流
向的变化。
2）把纸屑由弯道进口前撒放水中，观察表面流向的沿程变化。
3.流向沿水深的变化
在细钢筋上系5线，垂直插入水中观察不同水深处的流向变化。
4.用活动测针测度凹岸和凸岸的水位，算出横比降。
四、要求：
1.写出实验报告。
2.对所观察到的弯道水沙运动现象进行描述。
3.作弯道环流运功示意图。
实验二丁坝实验
一、目的：
观察正挑丁坝、上挑丁坝和下挑丁坝附近水流流态及河床冲淤状况，掌握淹
没与非淹没丁坝的水流特性，增加对丁坝的感性认识。
二、试验设备
活动玻璃水槽一座，长10米，宽0.5米，深0.5米，系线的铜片10片，纸
屑或木屑，铅丝系线的横木架一个，系线的细钢筋两根。
三、试验步骤
1、在水槽中部平整地铺设实验沙约厚7-10厘米作为实验观测段，在其上、
下段铺设一定长度的卵石，使其与实验段的沙层齐平。
2、在水槽试验观测段中部放置预制的丁坝，在丁坝上下游及丁坝正前方横
断面的底部各放一排系线的铜片。
3、逐渐而缓慢地打开进水闸门，同时逐渐而缓慢地打开尾门，调节到实验
段的水流观测淹没和非淹没丁坝附近底部水流流态及河床冲淤状况。
4、在丁坝上下游及丁坝正前方横断面上，用铅丝系线恰好与水面接触。
以
观察各断面表面流向的变化。
同时把纸屑由水槽进口前撒放水中，观察表面流向的沿程变化。
5、在细钢筋上系5线，垂直插入丁坝附近水中观察不同水深处的流向变化，
区分不同丁坝螺旋流。
6、根据不同的试验方案，重复试验2-3次。
7、关闭水泵，试验仪器归位，清理试验场地。
四、要求：
1.
写出实验报告。
2.
对所观察到的丁坝水流流态及河床冲淤状况进行描述。
3.
绘制丁坝表层水流和底层水流流向示意图。
坎后产生水平轴回
坎后的旋流沿坎身
旋流，方向沿坎身
指向河心，坎后冲
指向河岸，引起近
岸淤积
河中淤。
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