水电比拟法在渗流流场测量中的应用

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1、中国农村水利水电·２０１５年第５期９１文章编号：１００７－２２８４（２０１５）０５－００９１－０２水电比拟法在渗流流场测量中的应用夏勇（长江工程职业技术学院，武汉４３０２１２）摘要：介绍了一种渗流等势线测量仪，该仪器依据水电比拟原理，通过等压线测量获得渗流等势线，进而对水工建筑物地下渗流流场进行了测量。为了与实测值进行对比，我们采用ＭＡＴＬＡＢ求解拉普拉斯方程，获得渗流的流函数和势函数，计算与实验所得流网吻合较好，表明水电比拟法是一种有效的渗流流场测量方法，具有十分广泛的应用前景。关键词：水电比拟法；渗流；等势线；ＭＡＴＬＡＢ中图分类号：ＴＶ１３文献标识码：

2、ＡＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ－ｈｙｄｒａｕｌｉｃＡｎａｌｏｇＭｅｔｈｏｄｉｎＭｅａｓｕｒｉｎｇｏｆＳｅｅｐａｇｅＦｌｏｗＦｉｅｌｄＸＩＡＹｏｎｇ（ＣｈａｎｇｊｉａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ１３０２１２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄｅｖｉｃｅｆｏｒｓｅｅｐａｇｅｅｑｕｉｐｏｔｅｎｔｉａｌｌｉｎｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｓｉｍｉｌａｒｉｔｙｂｅｔｗｅｅｎｆｌｏｗａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔ

3、ｈｅｓｅｅｐａｇｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄｉｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｍｅａｓｕｒｉｎｇｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄ．ＴｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｓｅｅｐａｇｅｆｌｏｗｎｅｔｕｎｄｅｒａｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｂｙｓｏｌｖｉｎｇｔｈｅＬａｐｌａｃｅｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｓｔｒｅａｍｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｐｏ－ｔｅｎｔｉａｌｆｕｎｃｔｉｏｎｗｉｔｈＭＡＴＬＡＢ．Ｔｈｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｉｓｔｈａｔｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ－ｈｙｄｒａｕｌｉｃａｎａｌｏｇｙｍｅｔｈｏｄｉｓａｕｓｅｆｕｌｔｈ

4、ｅｏｒｙｆｏｒｓｅｅｐａｇｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄｍｅａｓｕｒｉｎｇａｎｄｈａｖｅｂｒｏａｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ－ｈｙｄｒａｕｌｉｃａｎａｌｏｇｍｅｔｈｏｄ；ｓｅｅｐａｇｅ；ｅｑｕｉｐｏｔｅｎｔｉａｌｌｉｎｅ；ＭＡＴＬＡＢ渗流是指水在土壤或岩石中的流动，渗流理论在水利、土１水电比拟法建、给水排水、环境保护、地质、石油、化工等许多领域都有非常［１］。具体到水利工程，如水工建筑物的透水地基中水电比拟是地下水动力学实验中非常重要的内容，其依据广泛的应用以及与建筑物连接的岩、土层中的绕渗流、挡水土坝中的渗流、为

5、水电相似原理，即不可压缩地下流体通过多孔介质流动的微［７］。由欧姆灌溉抽水或施工排水时地层中的渗流等，渗流需要解答的问题分方程与电荷通过导体材料流动的微分方程相似一般包括：渗流区域内的水头或地下水位的分布、渗流量的确定律知，当电流在厚度为ｈ，电阻率为σ的导电层中流动时，电定、渗流作用于建筑物基底上的力、渗流速度分布及其引起的流密度分量ｉｘ和ｉｙ与电位势函数Ｕ和电流函数Ｗ之间的关土体结构变形等。渗流机理十分复杂，目前常用的研究方法有系为：解析法、数值模拟法等等，水电模拟实验是根据水电相似原理ｉｘ＝（１）（Ｕ）＝１Ｗ（１）σｘ（ｈ）（ｘ）而设计的一种物理

6、模拟实验，可以直观反映流体的渗流规律，１Ｕ１Ｗ并对解析解和数值解的准确性进行检验。正因为有这些优点，ｉｙ＝（σ）（ｙ）＝（ｈ）（ｙ）水电模拟法（水电比拟法）在渗流教学实验以及河湖流场演示而理想流体平面无旋流动流速分量ｕｘ和ｕｙ与势函数和［２－６］。根据这一理论，本文介绍了一等方面有十分广泛的应用流函数ψ间存在类似关系：种流场模拟仪，体积小，使用方便，适应于实验室教学演示的ｕｘ＝＝ψ（２）需求。ｘｙψｕｙ＝＝－收稿日期：２０１４－１０－２８ｙｘ作者简介：夏勇（１９６４－），女，副教授，研究方向为电力系统及其此外，表示电流连续性和电

7、流流动无旋性的关系式与平面自动化。Ｅ－ｍａｉｌ：８２１８０７５９＠ｑｑ．ｃｏｍ。势流的连续性方程和流动无旋的关系式形式完全相同，即：９２水电比拟法在渗流流场测量中的应用夏勇ｉｘｉｙｉｙｉｘ＋＝０，－＝０（３）ｘｙｘｙ对应有：ｕｘｕｙｕｙｕｘ＋＝０，－＝０（４）ｘｙｘｙ由上式（１）～式（４）可得：２２Ｕ＝０，Ｗ＝０（５）２，２（６）ψ＝０φ＝０显然，电场电位势函数Ｕ和电流函数Ｗ及势函数和流函数ψ均满足拉普拉斯方程，即地下水在多孔介质中做层流运动和电流在导电介质中流动，两者之间存在物理和数学上的相似性。在保证几何相似、边

8、界条件相似和电导系数与渗流系数相似的前提下，可用电场