航道工程水工模型試驗，是指根據相似規律，把航道工程按一定比尺縮成模型來研究航道工程中的水流、泥砂運動等方面的問題，藉以研究工程效果，比較、改進工程方案的模型試驗。可分為兩種：①定床模型試驗。把模型製成固定的，用清水做試驗，它只涉及到水流因素，要求滿足的相似條件較少，所得成果可靠性高。②動床模型試驗。把模型河床製成可以發生沖淤變形，模型水流是挾沙的，要滿足阻力、重力、泥沙運動等相似條件，由於模墊及模型沙材料與技術條件限制，各有關相似條件難以同時滿足，因而動床模型的難度大，所得成果精度也較差。
基本介紹
模型試驗概述,船閘水流試驗,航道水工試驗,
模型試驗概述
把航道工程按一定比尺縮小成模型來研究其水流、泥沙特性的方法。航道工程中的水流、泥沙等方面的問題，在理論上還很不完善，尤其是在泥沙沖淤方面，難以確定其有關數值。模型試驗在滿足相似條件的基礎上，通過復演原型的工作條件，在模型中研究在不同情況下的現象，並將試驗成果按有關比尺轉換成原型。
船閘水流試驗
船閘中的不少水流運動問題，如輸水系統及消能設備的布置和設計；過閘船舶所受的水流作用；輸水閥門的工作條件；閘門啟閉力等均無確切的計算方法，常常需要通過船閘水流模型試驗的研究分析，指導工程實踐。因此，船閘水流模型試驗一直受到工程界的重視。
船閘水流模型要滿足幾何相似、運動相似和動力相似等條件。一般情況下,船閘模型的幾何比尺常採用1:25左右為宜。如有必要，再以局部模型和斷面模型試驗作為整體模型試驗的補充。船閘水流模型試驗主要內容有兩個方面。①輸水系統整體模型試驗：用以尋求合適的輸水系統布置。常在不同設計方案、不同水位組合和不同閥門開啟時間等條件下，測定閘室灌泄水時間，並以閘室及引航道內過閘船舶的停泊條件的優劣來選擇合理的輸水系統形式。②閘、閥門啟閉力試驗和輸水閥門水流試驗：通過測定不同形式的閥門啟閉力、門體上壓力分布、水流脈動數值、支座反力，以及對輸水閥門的空穴、振動問題的研究，選擇合理的閥門形式、過渡段體型、設定高程及其止水和門體結構布置。為了確保閘門的安全運行，也必須確定啟閉力的變化過程和各種阻力的大小。此外,對於重要工程還應進行原體現場觀測,以便驗證試驗成果。
船閘水流模型要滿足幾何相似、運動相似和動力相似等條件。一般情況下,船閘模型的幾何比尺常採用1:25左右為宜。如有必要，再以局部模型和斷面模型試驗作為整體模型試驗的補充。船閘水流模型試驗主要內容有兩個方面。①輸水系統整體模型試驗：用以尋求合適的輸水系統布置。常在不同設計方案、不同水位組合和不同閥門開啟時間等條件下，測定閘室灌泄水時間，並以閘室及引航道內過閘船舶的停泊條件的優劣來選擇合理的輸水系統形式。②閘、閥門啟閉力試驗和輸水閥門水流試驗：通過測定不同形式的閥門啟閉力、門體上壓力分布、水流脈動數值、支座反力，以及對輸水閥門的空穴、振動問題的研究，選擇合理的閥門形式、過渡段體型、設定高程及其止水和門體結構布置。為了確保閘門的安全運行，也必須確定啟閉力的變化過程和各種阻力的大小。此外,對於重要工程還應進行原體現場觀測,以便驗證試驗成果。
航道水工試驗
航道整治及河床變形問題目前尚難完全從分析研究和理論計算的途徑求得解決，現多採用模型試驗或模型試驗與分析計算相結合的方法解決。
航道水流模型分定床和動床兩大類。定床模型的床面多用水泥沙漿製作，模型水流一般為清水。它只涉及到水流因素，要求滿足的相似條件較少，所得成果的可靠性大。動床模型的河床可以發生沖淤變形，河床採用天然沙或人工輕質沙（如木屑、煤粉、塑膠沙、膠木粉等）製作，模型水流挾沙。由於動床模型除了要滿足阻力相似和重力相似外，還要滿足泥沙（底沙和懸沙）運動條件相似、輸沙量連續條件相似、輸沙量沿程變化以及異重流運動等條件相似，再加上模型及模型沙材料與技術條件的限制，各有關相似條件難以同時滿足，因而動床模型的難度大，所得成果的精度也較差。在實際工作中，當原型河床變形不顯著，或雖有變形但對所研究的問題影響不大（如研究流態、主流線的變化、汊道分流比、裁彎取直後水面變化等問題）的時候，可以採用定床模型。若主要是研究懸沙淤積問題，可以採用定床渾水（懸沙）的辦法。如果主要是了解河床沖淤變形時，則要採用動床模型。
!! 航道水流泥沙模型按幾何形態與原型相似的程度，又可分為正態模型和變態模型（見圖）。正態模型,平面比尺和垂直比尺相同,因幾何相似能較好地滿足水流（流速分布、流態等）相似的要求，一般採用較多，但經常受場地、供水設備、模型平面尺度等條件的限制，模型不可能製作得太大。一般河道平面尺度大而水深尺度小，以致無法滿足水流和泥沙運動等條件的相似，因而常常採用平面比尺小而垂直比尺大的模型，即變態模型。動床模型為了滿足泥沙運動等相似條件,一般都採用變態模型。模型變態後,流速分布等水流條件與原型有偏離,變率（垂直比尺/水平比尺）越大,偏離越顯著,因而對變率應有一定限制。一般樞紐模型應儘量採用正態模型。在流速較高的河段上（急彎或斷面急劇變化者除外）及河道間有分流現象的模型,可以略有變態，其變率最好不大於6；對於僅研究水流平均流速及復演水面線和流量的模型，變率可較大。
模型試驗中的量測儀器是控制和取得試驗成果的手段。常採用的有流量儀、流速流向儀、水位儀、地形儀和加沙儀、測沙儀等。量測儀器採集試驗數據的精度直接影響著試驗成果的質量。模型量測和數據處理自動化是提高試驗質量、加速試驗進度和節省人力的重要措施。
物理模型可以清晰地探明水流的內在機理，確定運動參數和求解一些局部而又比較複雜的水流泥沙問題等，但需要試驗場地，所需人力、物力較多，投資較大，所需時間也較長。數學模型在水流運動機理已明確，控制運動方程已經建立，有關計算數據已取得的情況下有其優點。它不需試驗場地，耗資和所需時間一般較少。物理模型與數學模型相結合來模擬實際問題，稱複合模型，常可揚長避短，相輔相成。
航道水流模型分定床和動床兩大類。定床模型的床面多用水泥沙漿製作，模型水流一般為清水。它只涉及到水流因素，要求滿足的相似條件較少，所得成果的可靠性大。動床模型的河床可以發生沖淤變形，河床採用天然沙或人工輕質沙（如木屑、煤粉、塑膠沙、膠木粉等）製作，模型水流挾沙。由於動床模型除了要滿足阻力相似和重力相似外，還要滿足泥沙（底沙和懸沙）運動條件相似、輸沙量連續條件相似、輸沙量沿程變化以及異重流運動等條件相似，再加上模型及模型沙材料與技術條件的限制，各有關相似條件難以同時滿足，因而動床模型的難度大，所得成果的精度也較差。在實際工作中，當原型河床變形不顯著，或雖有變形但對所研究的問題影響不大（如研究流態、主流線的變化、汊道分流比、裁彎取直後水面變化等問題）的時候，可以採用定床模型。若主要是研究懸沙淤積問題，可以採用定床渾水（懸沙）的辦法。如果主要是了解河床沖淤變形時，則要採用動床模型。
!! 航道水流泥沙模型按幾何形態與原型相似的程度，又可分為正態模型和變態模型（見圖）。正態模型,平面比尺和垂直比尺相同,因幾何相似能較好地滿足水流（流速分布、流態等）相似的要求，一般採用較多，但經常受場地、供水設備、模型平面尺度等條件的限制，模型不可能製作得太大。一般河道平面尺度大而水深尺度小，以致無法滿足水流和泥沙運動等條件的相似，因而常常採用平面比尺小而垂直比尺大的模型，即變態模型。動床模型為了滿足泥沙運動等相似條件,一般都採用變態模型。模型變態後,流速分布等水流條件與原型有偏離,變率（垂直比尺/水平比尺）越大,偏離越顯著,因而對變率應有一定限制。一般樞紐模型應儘量採用正態模型。在流速較高的河段上（急彎或斷面急劇變化者除外）及河道間有分流現象的模型,可以略有變態，其變率最好不大於6；對於僅研究水流平均流速及復演水面線和流量的模型，變率可較大。
模型試驗中的量測儀器是控制和取得試驗成果的手段。常採用的有流量儀、流速流向儀、水位儀、地形儀和加沙儀、測沙儀等。量測儀器採集試驗數據的精度直接影響著試驗成果的質量。模型量測和數據處理自動化是提高試驗質量、加速試驗進度和節省人力的重要措施。
物理模型可以清晰地探明水流的內在機理，確定運動參數和求解一些局部而又比較複雜的水流泥沙問題等，但需要試驗場地，所需人力、物力較多，投資較大，所需時間也較長。數學模型在水流運動機理已明確，控制運動方程已經建立，有關計算數據已取得的情況下有其優點。它不需試驗場地，耗資和所需時間一般較少。物理模型與數學模型相結合來模擬實際問題，稱複合模型，常可揚長避短，相輔相成。
