港工模型試驗和現(xiàn)場測驗基本介紹

在海岸及河流上設(shè)置港口，開挖人工航道，建造防波堤、碼頭等工程設(shè)施時，經(jīng)常受到波浪、潮汐、水流、泥沙等動力因素的作用。由于這些動力因素極其復(fù)雜，致使很多工程問題還不能得到滿意的理論解答，經(jīng)常需借助模型試驗和現(xiàn)場測驗等手段來解決。

港工模型試驗　根據(jù)水力學(xué)相似原理，將港口工程建筑物按比例縮小成模型進(jìn)行試驗研究。模型和原型必須在幾何形態(tài)上相似；模型與原型能用同一數(shù)學(xué)物理方程式來描述其運動狀態(tài)；模型與原型各相應(yīng)質(zhì)點之運動速率比及相應(yīng)部位各作用力之比相等；模型與原型具有相同的邊界條件和初始條件。

港工模型按其所取的工程范圍大小，可分為整體模型和斷面模型。按試驗中所模擬的動力因素不同，則可分為波浪模型、潮汐水流模型、波浪水流綜合模型。按其底部床面組成不同，可分為定床模型和動床模型。模型的水平比尺和垂直比尺采用同一比例者稱為正態(tài)模型；水平比尺和垂直比尺不同者稱為變態(tài)模型。

常見的港工模型試驗類型有三種。其一為港內(nèi)泊穩(wěn)條件及適航性能的整體模型試驗。主要研究港口防波堤長度、平面布置、結(jié)構(gòu)形式、口門位置及方向、口門寬度、港內(nèi)外航道走向、航道寬度、碼頭平面布置和結(jié)構(gòu)形式等因素對港內(nèi)泊穩(wěn)條件和進(jìn)出港船舶航行安全的影響。其二為港口淤積及岸灘演變的整體模型試驗。主要研究建港地區(qū)在波浪、 水流、 潮汐等動力因素作用下，港口布置對附近岸灘沖淤變化的影響，以及對港內(nèi)水域可能引起的淤積量和回淤強(qiáng)度，研究減輕回淤的措施。其三為波浪與建筑物相互作用的模型試驗。其中包括：①波浪對斜坡式建筑物的作用。主要研究波浪在各種斜坡上的波態(tài)、波動幅度、反射程度、對斜坡坡面的作用力以及對護(hù)面塊體穩(wěn)定重量的影響。②波浪對直墻式建筑物的作用。主要研究波浪對各種直墻式建筑物的作用力及其在墻前的波動形態(tài)特征。③波浪對透空式建筑物的作用。主要研究波浪對離岸式高樁深水碼頭、墩式碼頭、透空式防波堤等上部結(jié)構(gòu)的上托力，樁群或孤立墩柱上的總水平波浪力和動力特征，透空式防波堤的消波效果等。④波浪對浮式建筑物的作用。主要研究浮式防波堤的消波效果，浮體前后波態(tài)及波浪作用力，浮式防波堤的錨鏈力。對開敞水域的離岸式深水碼頭還需研究船舶在風(fēng)、浪、流作用下對碼頭的撞擊力、擠靠力和系纜力。大型油輪采用單點系泊時，需進(jìn)行在風(fēng)、浪、流綜合作用下船舶的運動特征(升沉、縱搖、橫搖)值、系泊浮筒錨鏈拉力的研究等。

港工模型試驗設(shè)備主要包括進(jìn)行整體模型試驗的港池和進(jìn)行斷面模型試驗的波浪槽。按其所能產(chǎn)生的海岸動力因素能力的不同，可分為單波浪港池、風(fēng)浪流綜合港池、單波浪水槽、風(fēng)浪流綜合水槽。生波機(jī)是一項主要試驗裝置，按其產(chǎn)生波浪性能的不同，可分為規(guī)則波生波機(jī)和不規(guī)則波生波機(jī)。潮汐發(fā)生器是另一項重要裝置。隨著小型電子計算機(jī)的廣泛應(yīng)用，生波機(jī)和潮汐發(fā)生器均可直接用計算機(jī)控制，不僅可提高模型試驗的質(zhì)量和精度，而且能加快模型試驗的數(shù)據(jù)處理速度、提高試驗效率。

由于模型試驗中改變模型邊界條件是一項耗資較大、費時較多的工作，因此限制了模型試驗的研究廣度和深度，影響了對具有復(fù)雜變化的水動力因素與工程措施相互作用的規(guī)律性的認(rèn)識。隨著電子計算機(jī)的廣泛應(yīng)用，使高速度、高精度地解析復(fù)雜的數(shù)學(xué)物理方程的能力大大提高。港工模型試驗也發(fā)展了同應(yīng)用計算機(jī)的數(shù)字模擬方法密切聯(lián)系的復(fù)合模型試驗。用模型試驗給數(shù)字模擬方法提供各變化因素之間的關(guān)系和計算模式，而用數(shù)字模擬方法為模型試驗控制與改變邊界條件，展示與擴(kuò)大模型試驗研究成果。

港口工程現(xiàn)場測驗一般分為兩種。①建港前期現(xiàn)場測驗：在擬建港口地區(qū)根據(jù)動力因素的種類，結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦翁卣?，設(shè)置觀測控制邊界線，在邊界上配設(shè)一定數(shù)量的固定長期測驗站及移動短期測驗站，各站定時定量同步連續(xù)觀測風(fēng)、浪、水流、含沙量分布及潮位變化等，并統(tǒng)計分析各動力因素單獨作用時及相互綜合作用時的特征及變化規(guī)律。如單一風(fēng)作用時的風(fēng)浪譜特性及其傳播變化；風(fēng)、浪、流綜合作用時的風(fēng)浪譜特征及其傳播變化；觀測控制區(qū)內(nèi)單一全潮期間的泥沙輸入量和輸出量，及輸沙量與潮流流速和流向的關(guān)系；風(fēng)浪對觀測區(qū)單一全潮期間輸沙量的影響等。②在已建港口進(jìn)行現(xiàn)場測驗：為驗證河流動力學(xué)及海岸動力學(xué)理論分析的正確性，以及弄清模型試驗結(jié)果和現(xiàn)場實際的差別，經(jīng)常在新建港口設(shè)置現(xiàn)場測驗站，進(jìn)行直墻式防波堤波浪荷載作用下的現(xiàn)場測驗，深水離岸式碼頭系泊船舶受波浪作用時對碼頭建筑物的撞擊力和系纜力的現(xiàn)場測驗，為檢驗防波堤的平面布置和口門寬度對港內(nèi)泊穩(wěn)條件影響的現(xiàn)場測驗，防波堤或突堤式碼頭對沿岸輸沙量影響的現(xiàn)場測驗，新型防波堤消波特性及新型護(hù)面塊體的耐波穩(wěn)定性現(xiàn)場測驗等。

現(xiàn)場測驗儀器主要有波高波向儀、流速流向儀、含沙量測定儀、波壓力儀、潮位儀等。對儀器的技術(shù)要求是定時定量自動記錄，并根據(jù)觀測地區(qū)的動力因素選擇儀器種類。如在開敞式海岸潮流較弱地區(qū)可選用浮球式測波儀，但在有徑流作用的河口地區(qū)則須選用底壓式自記波高波向儀。研制各種新儀器是現(xiàn)場測驗工作的一個重要組成部分。隨著儀器的革新和現(xiàn)代化可使現(xiàn)場測驗研究工作開拓更寬廣的領(lǐng)域。

由于港口建設(shè)、海上采油業(yè)及現(xiàn)代量測技術(shù)的迅速發(fā)展，港口工程的現(xiàn)場測驗研究工作也廣泛開展。目前在歐洲北海沿岸、美國東西海岸、蘇聯(lián)黑海、日本沿海等地均建有單項性或綜合性的港口工程現(xiàn)場測驗站。對近海淺水區(qū)風(fēng)浪譜、沿岸破波帶水流與泥沙運動規(guī)律、波浪對直墻式防波堤和透空式建筑物作用力等方面進(jìn)行了大量的測驗研究。中國在天津塘沽新港、青島沙井子、山東膠南港等地先后建立了波浪對建筑物作用的現(xiàn)場測驗站，在浙江慈溪海王山建立了風(fēng)浪、水流、含沙量及岸灘沖淤等因素的綜合性現(xiàn)場測驗站。2100433B

介紹

在海岸工程建設(shè)中，對現(xiàn)場和建筑物進(jìn)行的測驗。用以探索海岸工程設(shè)施的可能性和合理性，探索有關(guān)海洋動力因素運動特征和岸灘演變規(guī)律，以及它們同海岸工程建筑物或其他設(shè)施之間相互作用的規(guī)律，為海岸工程的實施提供科學(xué)依據(jù)。這是研究海岸工程的一種重要方法。

在海岸帶建造各種工程設(shè)施時，常需進(jìn)行工程前期的環(huán)境調(diào)查、理論分析研究和模型試驗研究，確定各種動力因素對工程設(shè)施的作用，搞清工程設(shè)施對岸灘演變和環(huán)境、生態(tài)的影響。此外，對重要的或有代表性的海岸工程還需進(jìn)行單項或局部工程設(shè)施的現(xiàn)場試驗，以提供必要的科學(xué)論證。有些海岸工程建成后，仍要進(jìn)行長期的現(xiàn)場測驗。為此在工程施工階段，需將有關(guān)量測傳感器預(yù)裝在建筑物的測試部位，工程竣工后就能開始測試。理論分析和模型試驗的成果，常需通過現(xiàn)場原型的測驗進(jìn)行驗證，而海岸工程現(xiàn)場測驗又常為海岸工程的理論研究和模型試驗提出新的課題和提供論證資料。現(xiàn)場測驗的主要內(nèi)容有以下幾個方面：

① 海岸動力因素同岸灘相互作用的現(xiàn)場測驗。在現(xiàn)場量測波浪、潮汐、水流、泥沙在近岸帶運動的基本特征資料,以及這些動力因素同各種類型的岸段(平直海岸、海灣、河口、瀉湖通道、島嶼等)、各種岸灘（沙質(zhì)、礫質(zhì)、淤泥質(zhì)等）相互作用的基本資料。根據(jù)上述資料，進(jìn)一步分析研究淺海區(qū)的波浪譜、波浪變形，破波帶的波浪、水流與泥沙運動規(guī)律，以及岸灘的演變規(guī)律等。

② 海岸動力因素與海岸工程建筑物相互作用的現(xiàn)場測驗。在現(xiàn)場量測波浪、水流等因素同直墻式、斜坡式、透空式和浮式等海岸工程建筑物相互作用的基本資料，根據(jù)這些資料分析各種動力因素對建筑物的作用荷載,建筑物附近的水位變化、流速場,建筑物的平面布置及其結(jié)構(gòu)型式對波浪、水流、泥沙運動的影響等。如關(guān)于海港淤積、波浪對斜坡堤的作用、直墻堤和采油(氣)平臺樁柱上的波壓力、丁壩和順壩的平面布置及其尺度對于保灘促淤效果的現(xiàn)場測驗。

③ 海岸工程建筑結(jié)構(gòu)型式、工程材料、地基基礎(chǔ)問題的現(xiàn)場試驗。通常需要在現(xiàn)場測定新型海岸工程建筑物和新型材料的使用特性，天然地基和人工地基的承載能力，材料防腐耐久性能和防止生物附著的技術(shù)措施等。還包括在現(xiàn)場進(jìn)行新技術(shù)和新材料的中間試驗，如鋼柱防腐技術(shù)的現(xiàn)場測驗、聚烯烴材料在海水中老化的試驗等。

④ 海岸工程施工方法、施工技術(shù)及施工機(jī)械的現(xiàn)場試驗。如圍海工程中堵口合龍的程序、筑堤、堵口技術(shù)以及機(jī)具的試驗，新型打樁、挖泥機(jī)具的試驗等。

⑤ 海岸工程觀測儀器及裝置的現(xiàn)場試驗?，F(xiàn)場測驗用的儀器、裝置的性能和精度直接影響研究成果。新儀器研制成后，為了確保其精度和穩(wěn)定度，往往需要經(jīng)過一定時期的現(xiàn)場測試考驗。

⑥ 為了某些特定的目標(biāo)，如水產(chǎn)養(yǎng)殖、能源開發(fā)、環(huán)境保護(hù)等需要，進(jìn)行專門的工程設(shè)施現(xiàn)場測驗，作為大面積推廣前的中間試驗。

海岸工程現(xiàn)場測驗常需設(shè)置專門的臺站進(jìn)行工作，按其測驗內(nèi)容和范圍的不同，可分為單項試驗站和綜合試驗站；按其觀測期限又可分為臨時試驗站和長期試驗站。目前，歐洲北海沿岸、美國東西兩岸、蘇聯(lián)黑海、日本沿海建立的試驗站，對淺水區(qū)風(fēng)浪譜、破波帶水流和泥沙運動規(guī)律、波浪對直墻式防波堤和透空式建筑物作用力等方面進(jìn)行了大量的測驗和研究。中國在20世紀(jì)50年代以來，先后在塘沽新港、長江口、福建莆田、浙江慈溪和海鹽、渤海及山東沿海，建立了海港淤積研究站、海堤試驗站、丁壩保灘促淤觀測站、網(wǎng)壩促淤現(xiàn)場試驗點、直墻上和孤立柱上波壓力現(xiàn)場觀測點、鋼樁防腐現(xiàn)場觀測點等現(xiàn)場測驗臺站。2100433B

測驗通常分為智力測驗、能力測驗、人格測驗、成就測驗、態(tài)度測驗、價值測驗，等等。各種不同的測驗有著各自不同的特性、不同的適用范圍、不同的測驗規(guī)則與程序。測驗的實施方式有個別測驗和集體測驗兩種。個別測驗一次只能對一個受測對象進(jìn)行，集體測驗則可以有多個受測者同時參加。集體測驗的優(yōu)點是節(jié)省時間和人力，但容易相互干擾，需要精心地組織，測驗的程序也要相應(yīng)簡化。個別測驗的優(yōu)點是測驗程序可以相對復(fù)雜，對刺激以外的因素所產(chǎn)生的影響容易觀察到，不易同刺激本身的影響發(fā)生混淆。測驗的實施要嚴(yán)格按照統(tǒng)一的程序和要求進(jìn)行，記錄要準(zhǔn)確，地點要考慮周到，時間的長短事先要加以估計。測驗的時間不宜太長，否則，容易引起被測者的疲勞和厭煩。要合理安排測驗與休息的間隔。

測驗與量表有著密切的聯(lián)系，但二者不是一回事。量表是測驗最常用的一種工具，測驗則是利用量表等工具進(jìn)行測量的過程和程序。一項測驗可以使用一個或多個量表,也可以不使用量表,而用其他圖片、實物、器械等。量表除了用于測驗外，還可用于其他研究方法，如用于問卷調(diào)查。2100433B

水工結(jié)構(gòu)動力模型試驗(Hydraulic structure dynamic model test)是指通過以相似原理制作的模型和所施加的動力荷載來研究水工結(jié)構(gòu)物的動力特性及其在各種動力荷載作用下的動力響應(yīng)的試驗。