觀測范圍從建筑物起向上、下游各至水流正常處。觀測內容：泄水建筑物上、下游的水流流向、平面回流流態，局部旋渦、折沖水流、水花翻涌，沖擊波（由于邊界變化而產生的一種波，常常發生在流速較高的泄水道或明渠彎道上）及水流分布等。觀測方法有目測法、攝影法、工程測量法。在目測時，要預先繪制觀測范圍內的建筑物和上、下游的河道平面圖，將所觀測到的平面形態隨時描繪在平面圖上，并加必要的文字說明。在攝影或錄像時，要選擇水流表面有代表性的部位，并應將設置在建筑物上的標志一起攝入。對于一些大型工程，目測及攝影都不能滿足要求時，可采用工程測量方法觀測 。

流態觀測包括水流平面形態觀測、水面線觀測、水躍觀測、挑射水流觀測、水流對下游河道影響觀測等。

流態觀測是指對泄水建筑物過水時水流形態的觀測。流態觀測的目的是掌握泄水建筑物上下游水流情況及消能設施的工作狀態，以便正確地運用泄水建筑物，避免發生不利的水流情況，保證建筑物的安全運行;同時也為工程的改建加固、設計和科研提供資料 。

觀測范圍與水流平面形態觀測相同。水面線觀測的目的是及時分析研究建筑物上、下游邊墻的高度是否恰當，水面波動的大小是否影響發電或通航等。觀測的方法有水尺法、活動測錘法及波高儀電測法。

①水尺法是在觀測范圍內，沿水流方向設一系列水尺，經觀測繪制成完整的水面線。

②活動測錘法用于水面較寬或側墻上無法繪制水尺的建筑物。在要測取的水面線范圍內設置橫跨水面的鋼梁或繩索，使用測錘進行觀測。

③波高儀（又稱液面儀）電測法是在要觀測的水面處設立金屬桿，在桿上固定電容式或電阻式感應器，用儀器自動記錄水面變化，這種方法最為準確。

多采用方格坐標法觀測，即在發生水躍范圍的兩岸側墻上，繪制方格坐標。繪制網格時，應由消能工的起點開始，向下游每隔1m繪1條縱線，由消力池底板開始，向上按高程每隔1m繪1條橫線。在水面波動大的部位，縱線刻劃至0.1m，橫線刻劃至0.5m。水躍觀測要在閘門開啟穩定以后再進行，以免發生誤差。

對挑流鼻坎消能工后發生的水流的觀測。觀測的內容包括挑射水流形態、挑流的最高點、水舌的內緣和外緣的落水點、尾水波動及下游的霧化區等。挑射水流觀測通常是拍攝照片;或在兩岸建筑物上的適當地點，用經緯儀交會挑射水流表面的測點，定出挑射水流的水面線形態，然后用目測定出水舌內、外緣的落水點位置，調查測量下游霧化范圍。

觀測內容包括下泄水流對下游河床、岸邊的沖刷程度，沖刷坑的位置、深度等。一般在工程竣工以后就先對下游河床及岸邊進行一次測量，每次泄水以后進行復測。將測量結果對照，以了解沖刷坑的發展情況。待基本穩定后，可以3年~5年測量1次。特大洪水后要加測。測量一般采用測錘或花桿，在船上進行，也可采用超聲波水下地形儀量測，20世紀末期引進的水下地形儀具有較高的準確度 。

①現場整理，即在觀測時隨時注意影響水流的邊界條件、發生各種水流現象的原因、可能產生不利因素的預測，根據現場現象提出改善意見，避免不利水流的惡化和導致不良后果。

②定期整理，將歷次泄水觀測資料按規定的格式記錄好，每季度或每年將數次泄水觀測資料統一整理，繪出圖表，寫出說明。

中國自20世紀50年代開始到60年代中期，先后在許多大中型工程上進行過水流形態觀測，如梅山水庫、陡河水庫、修文水電站、豐滿水電站、新豐江水電站等都進行過多次的觀測，取得了極其寶貴的資料。20世紀末，一些大型樞紐如烏江渡水電站、劉家峽水電站、鳳灘水電站、葛洲壩水利樞紐、巖灘水電站、白山水電站、二灘水電站及小浪底水利樞紐等工程的流態觀測，在觀測手段或內容方面都達到了世界先進水平。

根據這些資料提出了改善工程管理運用的措施，保證了工程的安全運行，同時也驗證了室內試驗的成果。隨著觀測項目不斷增加，中國在觀測儀器方面也不斷改進，自動記錄的電測儀器越來越多。世界其他國家對大型工程的水流形態觀測也比較重視，如20世紀50年代蘇聯的古比雪夫水電站、伏爾加格勒水電站以及后來的布拉茨克水電站，70年代到90年代日本的新城羽水電站、西班牙的阿爾門德拉溢洪道、美國的莫西洛克拱壩、巴西的伊泰普水電站等工程，都進行過較為完善的水流形態觀測 。2100433B

精礦流態化水分遷移的細觀規律

由鐵精礦流態化的宏觀規律分析可知，水分的遷移對鐵精礦的流態化發生至關重要．利用高速細觀攝像機采集的鐵精礦流態化演化過程中的細觀變化．細觀觀測位置為距離模型箱底部30cm、短邊側壁33cm 處，觀測范圍為6mm×8mm．通過對不同振次時鐵精礦細觀照片的直觀分析，研究散裝鐵精礦流態化演化過程中水分在鐵精礦顆粒間遷移運動的細觀規律。

試驗開始前，不同粒徑鐵精礦顆粒均勻分布，礦體相對比較松散，粒間孔隙體積較大，水分均勻分布在鐵精礦顆粒間孔隙中；振動開始后，礦體體積被壓縮，孔隙體積減小，孔隙中均勻分布的水分逐漸聚集，形成水膜裹附在鐵精礦顆粒表面；孔隙體積進一步減小，顆粒表面的包裹水膜厚度增加，水分匯集連接成片，形成連續水體，觀測到鐵精礦孔隙體積明顯減小；隨著孔隙水分的進一步析出，細觀觀測區域內的鐵精礦水分含量增多，礦體飽和度增大，顆粒間作用力降低，觀測區域內的連續水體與鐵精礦顆粒共同做水平往復運動。

振動至40振次時，細觀觀測區域內的細顆粒含量明顯減少，顆粒間接觸緊密，觀測區域內水分含量減少，這是因為水分在遷移過程中帶動細顆粒一起運動，細顆粒流失后礦體粒徑粗化；振動至60振次時，孔隙間析出水繼續遷移，析出水量逐漸減小，此時由宏觀觀測到的水液面已上升至細觀觀測區域的位置；振動至100振次時，析出水量逐漸減?。徽駝又?00振次時，鐵精礦細顆粒嵌合在粗顆粒孔隙間，顆粒間咬合緊密，礦體孔隙體積很小，顆粒間剩余水分含量很少。

在縮尺條件下，散裝鐵精礦流態化形成的水分遷移細觀規律大致相同．在振動過程中，鐵精礦體積被壓縮；顆?？紫堕g水分被擠出并匯集成片，形成連續水體；水分在重力作用下向下遷移，其宏觀表現為形成水液面上升．同時孔隙水遷移帶動礦體中細顆粒運動，細顆粒填充了粗顆粒骨架之間的孔隙，進一步促使孔隙體積減小，導致孔隙水分析出。

精礦流態化鐵精礦細觀組構

研究鐵精礦細觀組構的目的是通過對顆粒間相互作用的定量描述，在某種假設或力學原理的基礎上做出統計平均，建立鐵精礦細觀組構指標與鐵精礦宏觀特性響應間的關系．本文通過模型試驗對鐵精礦流態化形成過程中的宏觀現象和組構參量之間的關系進行了定性探討，嘗試從鐵精礦細觀組構的演化解釋鐵精礦流態化現象的細觀機制。

利用課題組自主開發的Geodip數字圖像處理軟件，對試驗過程中記錄的高清照片進行處理，分析鐵精礦在循環荷載作用下顆粒細觀組構變化，包括鐵精礦顆粒長軸方向，平均接觸數和平面孔隙率的變化等．通過對比在流態化形成過程中不同振次下鐵精礦顆粒的細觀組構規律，探討鐵精礦發生流態化的內在機理。

（1）顆粒長軸方向

顆粒定向性的發展是流態化形成過程中鐵精礦顆粒重新排列的反映。不同振次時鐵精礦顆粒長軸方向演化的玫瑰圖，扇形大小反映顆粒長軸方向的角度頻數分布。

從長軸方向的演化來看，由于采用分層濕搗法進行制樣，因此試樣的鐵精礦顆粒長軸方向分布相對比較均勻。振動初始，由于不規則形狀的鐵精。鐵精礦顆?？紫堕g水分不斷匯集形成連續水體，由于同時受到水平往復荷載和水流的作用，鐵精礦顆粒長軸主要分布在水平0°方向和豎直90°方向。隨著水平荷載的繼續施加，孔隙間水分攜帶部分細顆粒趨于向礦體上層遷移，顆粒長軸明顯偏向于豎直方向發展。約至50振次時，鐵精礦顆粒間孔隙充分壓縮，粒間孔隙中的水分已充分析出，顆粒間殘存少量水分，水流作用減弱，原來受水流影響偏向豎向的顆粒長軸稍微向水平方向偏轉。至60振次時，細觀拍攝處的鐵精礦顆粒主要受到水平往復荷載的作用，顆粒的長軸繼續向水平方向發展，宏觀上的表現為水液面遷移至礦粉表面、流態化基本完成；待振動結束時，鐵精礦骨架相對穩定，顆粒只是在原位附近輕微錯動和旋轉，并沒有明顯的顆粒滾動，長軸方向變化不大。

綜上所述，在鐵精礦流態化形成演化過程中，由于受到水平往復荷載和水流的綜合作用，顆粒長軸方向由初始的均勻分布變化到定向分布，并且偏向于豎直方向和水平方向．顆粒長軸方向的演化過程，反映了在流態化形成過程中鐵精礦顆粒的重新排列過程。

（2）平均接觸數

平均接觸數是指顆粒與周圍顆粒接觸的平均數目，用以分析顆粒運動和重新排列規律，其變化是顆粒受力變化的間接反映。

振動初期，鐵精礦體積輕微壓縮，鐵精礦顆粒平均接觸數略微增多；至10～20振次，顆粒間的運動使得鐵精礦平均接觸數略有下降，這表明顆粒間孔隙中水形成的水膜包裹了鐵精礦顆粒；至20～40振次，顆粒在水流和振動荷載的作用下，平均接觸數目上下波動；至40振次以后，鐵精礦顆粒的平均接觸數逐漸增大，這說明顆粒間孔隙壓縮充分，鐵精礦越來越密實。

總體而言，鐵精礦平均接觸數的總體趨勢是增大的，其反映的規律與鐵精礦孔隙率變化規律基本一致，即流態化演化過程中鐵精礦顆粒的運動使得鐵精礦總體發生壓縮，粒間孔隙中的水分得以擠出并向上遷移，這與宏觀流態化現象得到的結論一致。需指出，平均接觸數是通過統計顆粒與其周邊顆粒的平均接觸數來反映土體的緊密程度，其值并不是衡量顆粒間作用力的指標．

（3）平面孔隙率

利用Geodip程序計算得到的顆粒孔隙率隨時間的變化曲線．需要說明的是，這里采用的平均孔隙率為平面孔隙率，而并非鐵精礦真實孔隙率。

水平荷載的施加，使得鐵精礦顆粒間孔隙發生壓縮，孔隙體積縮小；從振次10開始，平面孔隙率經歷有升有降的波動，總的趨勢是減小的，這是由于鐵精礦顆粒受水平荷載和水流沖力的共同作用，顆粒發生旋轉、錯動和移動，但顆?？紫度员粔嚎s；至振次60以后，孔隙率基本不發生波動，且遠遠小于初始值．總體而言，鐵精礦流態化形成過程中，孔隙率呈減小趨勢，在最初20振次內尤為明顯，這與試樣總體發生壓縮的宏觀現象一致 。

試驗在施加循環荷載時，試樣流態化前后的現象?？煽闯觯鲬B化現象的出現與水分遷移密切相關，其宏觀表現為礦粉孔隙減少，表層礦粉滑動，水分遷移和水液面上升以及自由液面形成．水分遷移始終貫穿整個流態化演化過程 。

對已建水利工程泄水建筑物的泄水流態、水流對建筑物的作用力及由水流引起的其他現象的原型觀測。其目的是：對已建成工程進行檢驗掌握泄水建筑物及消能設施的工作狀態，監測在運行中可能發生的問題，以便采取合理措施，正確地管理運用，避免發生事故，保證工程安全；測取室內試驗和設計計算中無法得到的數據，為工程改建加固提供資料。泄流觀測是一門新的科學技術,它與室內試驗研究、理論分析有同等重要的地位,并可以互相驗證對照。泄流觀測的主要內容有：水流形態、高速水流以及對下游河道影響的觀測。

內容介紹

水流形態觀測是對泄水建筑物過水時上下游水流平面形態、水面線、水躍和挑射水流狀況的觀測。觀測方法有目測法、常規儀器法和電測儀器法。常用的儀器有浮標、流速儀、皮托管、水尺及經緯儀等。 　高速水流觀測是對溢流面、陡坡段、挑流鼻坎等流速較高部位水流形態的觀測。高速水流常伴有摻氣、空化、壓力脈動等現象，對建筑物有不利影響，其中摻氣也有有利的方面。觀測內容主要有：摻氣量、空化強度、空蝕、壓力脈動、建筑物振動及霧化影響。觀測方法主要是采用電測儀器，有時也輔以目測、錄像、攝影等手段。 　水流對下游河道影響的觀測內容，包括泄流對下游河床、岸邊的沖刷程度，沖刷坑的位置、深度等。一般是在工程竣工后即先對下游河床及岸邊進行測量，以后每次泄水后都進行復測，將逐次測量結果進行對照，即可了解沖刷坑的發展情況。水下地形測量一般用測深錘或測深桿或回聲測深儀進行。 　中國泄流觀測于20世紀50年代初期即已開展，如官廳水庫泄洪洞、流溪河拱壩溢流以及上猶江溢流壩泄洪，都進行過泄流觀測。此后，許多大、中型工程在施工導流期及投入運行后，都進行過泄流觀測。一些大型工程的泄流觀測，曾組織全國有關科研和管理機構的人員共同進行。例如新安江水電站、烏江渡水電站和葛洲壩水利樞紐工程的泄流觀測內容都比較齊全,提出的成果,為工程管理運用和安全加固提供了重要保證。世界有些國家的一些觀測項目，如水位、壓力等多已開始采用自動記錄。2100433B