《抽水蓄能电站进-出水口水工模型试验规程》

抽水蓄能电站进/出水口

水工模型试验规程

Codeforhydraulicmodeltestofinlet/outletwaterofPumpedStorage

PowerStation

（征求意见稿）

20XX-XX–XX发布XXXX-XX-XX实施

中国电力企业联合会发布

I

抽水蓄能电站进/出水口水工模型试验规程

1范围

本文件规定了抽水蓄能电站进/出水口水工模型试验的基本要求。包括基本规定、相似准

则、试验设备和量测仪器、模型设计、模型制作与安装、实验方法、试验资料整理与成果分

析等要求。

本文件适用于抽水蓄能电站进/出水口以重力为主要作用力的工程水力学问题水工模型

试验。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期

的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括

所有的修改单）适用于本文件。

DL/T5244水电水利工程常规水工模型试验规程。

DL/T5247水电站有压输水系统水工模型试验规程；

SL155水工（常规）模型试验规程；

SL162水电站有压输水系统模型试验规程；

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

水工模型hydraulicmodel

以重力为主要动力元素，研究水工建筑物、河道与水流等相互作用的实体模型。

3.2

模型比尺modelscale

模型与原型各对应物理量间的比值。

3.3

正态模型normalmodel

水平长度比尺与垂直长度比尺相等的模型。

3.4

整体模型integratedmodel

研究工程总体布置及各建筑物之间相互关系的水工模型。

3.5

单体模型monomermodel

研究单一进/出水口水力特性的水工模型。

3.6

时均压力timeaveragedpressure

由于水流紊动所产生的流速场作用于固壁的附加动力压力的时均值。

3.7

脉动压力pulsatingpressure

由于水流紊动所产生的脉动流速场作用于固壁的附加动力压力，在空间和时间上具有随

机性的脉动值。

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3.8

进/出水口intake/outlet

建于上、下水库内用于控制水流的工程设施。由于抽水蓄能电站具有抽水和发电两种运

行工况，水流是双向流动的，对上水库在发电时为进流，抽水时为出流，反之亦然，故简称

进/出水口。

4基本规定

4.1试验大纲

4.1.1模型试验前，应根据试验任务和要求，编制试验大纲。

4.1.2试验大纲宜包括下列内容：

a)工程概况；

b)试验研究目的和内容；

c)进/出水口设计方案和基本资料；

d)进/出水口模型设计和试验研究方法；

e)主要试验设备和量测仪器；

f)主要实施方案；

g)预期成果目标；

h)试验研究进度计划；

i)试验研究员；

j)其他。

4.2基本资料

4.2.1模型试验前应收集模拟范围内的地形、地貌资料，地形图比例不宜小于1：1000。

4.2.2模型试验前应收集进/出水口前池底板及岸坡的地质资料。

4.2.3模型试验前应收集工程规模、总体布置/试验范围内细部结构、各过水断面糙率等资料。

4.2.4模型试验前应明确抽水蓄能电站运行方式、相应流量及特征水位。

4.2.5收集资料应整理、分析和核对，发现问题应及时与资料提供部门沟通、核实和纠正，

资料更改和更新应记录。

4.3试验工况

4.3.1进/出水口水力特性模型试验应包括各种特征水位和特征水位之间选取水位、运行机组

台数和机组运行方式的组合。

4.3.2整体模型试验研究宜包括进/出水口附近流态、流速分布、进流漩涡试验、拦污栅孔口

流速分布、孔口分流流量、沿程时均压力、拦污栅断面脉动压力、分段阻力特性等内容。当

受到比尺限制，整体模型不能准确研究进/出水口分流比、拦污栅孔口流速分布、流速不均匀

系数、局部阻力系数等内容时，应采用单体模型进行研究。

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4.3.3试验工况应根据试验内容和目的选择，并应符合表1要求：

表1试验工况表

研究内容必须工况工况数量

原设计方案水力特性研究正常蓄水位和死水位下，抽水和发电工况4

进/出水口体型优化研究死水位下，抽水和发电工况2

旋涡和消涡梁优化研究死水位下，进/出水口进流工况1

各种特征水位和特征水位之间选取水位，

推荐设计方案水力特性研究视需要

运行机组数和机组运行方式的组合工况

a)设计方案水力特性研究，应包括正常蓄水位和死水位下，抽水和发电4种工况；

b)进/出水口体型优化研究，应包括死水位下，抽水和发电2种工况；

c)进/出水口前旋涡和消涡梁优化研究，应包括死水位下进/出水口进流工况；

d)推荐设计方案水力特性研究，应包括各种特征水位和特征水位之间选取水位、运行

机组数和机组运行方式的组合工况。

4.3.4进/出水口模型试验工况宜结合工程特点和研究内容确定，针对有特殊运行要求的电站

和进/出水口形式，应根据具体工程特点和研究内容确定工况。

5相似准则

5.1模型与原型应满足几何相似、水流运动相似和动力相似。

5.2模型试验应遵循重力相似准则，并应满足以下要求：

a)模型应采用正态模型。

b)模型水深宜大于30mm。

c)模型水流应进入阻力平方区；有困难时，应至少保证在紊流区；必要时宜开展单体模

型试验。

d)模型糙率达不到相似要求并对试验成果影响较大时，可采用合理校正方法。

5.3研究进/出水口进流时，应分析阻力、表面张力和黏滞力等因素对缩尺的影响，并应修正。

6试验设备与量测仪器

6.1试验设备

6.1.1模型试验宜采用循环式供水系统，宜包括蓄水池、动力泵、平水装置、平水箱、配水

管和回水渠等设施。

6.1.2蓄水池应符合供水、回水便利的要求，蓄水量应符合试验要求。

6.1.3试验模拟水库宜设溢水和补水设施，并应符合库水位平水要求。

6.2水位量测仪器

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6.2.1水位测量可采用水位测针、自动跟踪水位计、压力传感器、波高仪等仪器，仪器安装

应符合试验要求，量程和精度应符合测试要求。

6.2.2测量恒定流水位宜采用水位测针。

6.2.3测量非恒定流水位可采用自动跟踪水位计或压力传感器。

6.2.4测量水面波动宜采用波高仪。

6.2.5水位测量仪器零点高程应采用水准仪校正。

6.3压强量测仪器

6.3.1压强测量宜采用测压管、晶体压力传感器等仪器。

6.3.2测压管宜用于测量恒定流时均压强，并应符合下列规定：

a)测压管测点孔口内径应小于2mm，孔口应与过流面齐平、垂直；

b)测压的量测段可采用玻璃管或有机玻璃管，内径宜大于10mm，零点高程应用水准仪

校正；

c)测压管应排出气泡。

6.3.3测量动水压强和脉动压强宜采用晶体压力传感器。并应符合下列规定：

a)感应膜直径应小于5mm；

b)自振频率应大于被测量频率5倍；

c)输出信号应与二次仪表匹配；

d)综合精度应符合试验要求；

e)测点孔口应与过流面齐平。

6.4流量量测仪器

6.4.1流量测量宜采用量水堰和电磁流量计。

6.4.2量水堰宜用于测量恒定流流量，并应符合下列规定：

a)模型流量小于30L/s时，宜采用直角三角堰；

b)模型流量不小于30L/s时，宜采用矩形薄壁堰，堰顶水头不应小于30mm。

6.4.3量水堰安装应符合下列规定：

a)直角三角堰堰槽宽度应为最大堰顶水头的3倍～4倍，堰口中心线应为铅垂方向；

b)矩形薄壁堰堰板高度应大于最大堰顶水头的2倍；

c)堰板应与堰槽垂直正交，堰板顶部应保证水平；

d)堰槽应等宽；堰槽长度应符合测量精度要求；

e)矩形堰板与堰下水舌之间应设置通气孔，并保证水舌下无负压，尾水与堰顶高差不应

小于70mm；

f)水位测针孔应设在6倍最大堰顶水头处，孔口位置应低于堰顶30mm。

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6.4.4电磁流量计可用于测量恒定流流量和非恒定流流量，选型应符合量程和精度要求。

6.4.5电磁流量计应符合产品安装使用要求。

6.5流速量测仪器

6.5.1流速测量宜采用小旋浆流速仪和毕托管，也可采用水流表面粒子图像速度场仪（PIV)、

三维多普勒流速仪（ADV)、激光流速仪等仪器。

6.5.2毕托管宜用于测量恒定流时均点流速，应考虑其对流场的干扰。选型标准如下：

a)0.15m/s≤v<2.5m/s时，可采用管径为8mm的毕托管；

b)0.15m/s≤v<10m/s时，宜采用管径为2.5mm的毕托管。

6.5.3旋浆流速仪和旋浆流速流向仪宜用于流速为3m/s以下的测量，流速仪选型应符合试验

精度要求。

6.5.4水流表面粒子图像速度场仪（PIV）宜用于测量大范围水流表面流速。

6.5.5三维多普勒流速仪(ADV)宜用于测量复杂流态下的流速。

6.5.6激光流速仪宜用于测量水质较好的玻璃水槽和隧洞条件下的流速。

6.6量测仪器检定

6.6.1通用量测仪器应送计量检定机构检定或校准，专用量测仪器可自检，但应符合试验精

度要求。

6.6.2自行研制的量测仪器，应经相应技术监督部门鉴定合格。

6.6.3送检量测仪器检定或校准周期应按检定规程执行；自检量测仪器检定周期不宜超过两

年。

6.6.4常用量测仪器及其精度控制应符合附录A的规定。

7模型设计

7.1模型类型、比尺及模拟范围应根据试验任务和要求，在符合5.2的规定下，按试验场地、

设备、供水能力和量测仪器精度等确定。

7.2模型类型与比尺选择宜符合下列规定：

a)整体模型试验，几何比尺不宜小于1:50；

b)对于体型复杂的进/出水口，宜采用单体模型进行研究，研究分流比、流速不均匀系

数、局部阻力系数，几何比尺不宜小于1:30。

7.3模型模拟范围应保证试验工作段流态相似，模型高度应根据模型最高水位和超高、流量

量测设施等因素确定。

7.4模拟旋涡相似的模型设计，应计及表面张力和黏滞力缩尺效应。

7.5模型设计应包括量水装置、稳水装置、阀门控制装置、测点布置等。

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8模型制作与安装

8.1模型制作与安装应绘制模型总体布置图、结构物模型详图、测点布置图，并提出模型加

工与安装要求。

8.2模型结构应满足稳定和强度要求。

8.3模型制作材料应符合观测和相似要求，进/出水口和输水管道宜选用有机玻璃等透明材料

制作，进/出水口附近库区地形可采用水泥或金属材料等制作，模型长久保留的宜选用不易变

形的材料制作。

8.4模型地形制作可采用断面板法、桩点法和等高线法。采用前两种方法时，模型中两控制

断面间距应根据地形变化选取，宜为50～80cm，地形变化复杂的河段，控制断面应适当加密。

8.5模型安装精度控制应符合下列规定：

a)平面导线布置应根据模型形状和范围确定，导线方位允许偏差应为±0.1°。

b)水准基点和测针零点允许偏差应为±0.3mm。

c)水工建筑物模型高程允许偏差应为±0.3mm，地形高程允许偏差应为±3mm，平面距

离允许偏差应为±10mm。

8.6模型安装完毕后，应按8.2和8.5的规定进行质量校核，并应有完整记录；校核完毕后应试

水，发现问题应及时纠正。

9试验方法

9.1试验项目

试验项目应包括进/出水口附近流态观测、水流流速分布、进流漩涡试验、拦污栅孔口流

速分布、孔口分流流量、沿程时均压力、拦污栅断面脉动压力、分段阻力特性等。

9.2试验内容

9.2.1进/出水口附近流态观测试验应定性描述回流区、旋涡、折冲水流、分离水流、水翅、

跌水、壅水等现象及其范围、强度等。

9.2.2进/出水口附近库区水流流速分布试验应测量进出水口前后1~3倍总宽度内水流流速。

9.2.3拦污栅孔口流速分布试验应观测孔口垂向及横向不同位置的水流流速，测定孔口最大

流速及平均流速。

9.2.4进流漩涡试验应观测漩涡强度、尺度，描述漩涡形态、给出漩涡发生位置及运动规律。

9.2.5孔口分流试验应测量扩散段各孔流道多点流速，流道流量测定宜采用积分方法。

9.2.6沿程时均压力试验应在进/出水口沿程布置测压管或压力传感器测量时均水压。

9.2.7拦污栅断面脉动压力试验应监测拦污栅断面孔口边壁及门槽附近的水流脉动压力过

程，确定脉动压力均方根值和主频。

9.2.8分段阻力特性试验应结合沿程时均压力测量结果测算，应确定进/出水口总阻力系数，

宜确定拦污栅段、扩散段分区阻力系数。

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9.3试验观测

9.3.1模型试验宜包括设计方案试验、修改优化方案试验和推荐方案试验等。

9.3.2模型试验前应进行量测仪器率定及模型校验等准备工作，电子流量测量设备应经标准

量水堰率定。

9.3.3进/出水口附近流态观测试验可采用目测法、示踪法、照相或录像等。

9.3.4进/出水口附近库区水流流速分布试验可采用毕托管、旋桨流速仪、超声波多普勒流速

仪等设备测量，横向测量范围宜取1~3倍进出水口总宽度，纵向测量范围不应小于1倍进出水

口总宽度。

9.3.5进流漩涡应采用放大流量法模拟，放大倍数可取2~3倍，应测算进出水口前库区水流雷

诺数和韦伯数，雷诺数大于100000、韦伯数大于120时可认为模型水流粘滞力和表面张力不影

响漩涡形态。试验时可通过示踪法和图像法测定漩涡尺度，漩涡类型宜包括表面凹陷涡、间

歇性吸气漩涡、持续性吸气漩涡、贯通型吸气漩涡。

9.3.6拦污栅孔口流速分布试验宜在拦污栅孔口断面上布置流速测点，孔口横向测线不应小

于3个，垂向测线不应小于5个。应给出各个工况下孔口最大流速和平均流速，二者比值不宜

大于1.5，不应大于2.0。相邻流道孔的流量不均匀程度不宜超过10%。

9.3.7应测量各工况下进/出水口总流量和侧向进水口扩散段各孔口分流量，扩散段各孔口分

流量应测量扩散段各孔流道多点流速，测量断面应选取在水流均匀平顺处，计算孔口流量时

可采用面积加权积分法，各孔口流量计算方法应一致。

9.3.8时均压力测量可采用测压管或压力传感器，测压管和压力传感器不可迎水流安装，且

不应干扰流动。脉动压力测量可采用脉动压力传感器，使用前应进行灵敏度校验。

9.3.9模型试验取得阶段性成果后，应及时对模型试验阶段性成果进行技术论证。

10试验资料整理与成果分析

10.1试验资料整理

10.1.1试验资料应及时整理，试验、整理和校对人员均应在原始记录及计算表格中签名，采

用电脑记录的原始数据，应注明试验、整理和校对人员姓名。

10.1.2原始记录数据出现错误时，应划掉重写，不应涂改。

10.1.3试验数据有效位数应统一，且与试验精度相符。

10.1.4试验资料应及时整理归档。

10.2试验数据分析

10.2.1试验照片及视频应按试验工况整理。

10.2.2侧向进/出水口应计算各孔口分流比。

10.2.3进/出水口前明渠、闸门井、调压井等部位相应水位、水面线图表应按试验工况绘制。

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10.2.4流态分析应绘制进/出水口前库区流态、流向、旋涡平面图，并标明水边线、净水区、

回流范围和主流方向，对试验中出现的特殊水流现象应进行描述。

10.2.5各部位流速分布图表应按试验工况绘制，对侧式进水口应分析各孔口拦污栅断面流速

不均匀系数。对竖井式进/出水口应分析竖井段和竖井后转弯段流速不均匀系数。

10.2.6各部位相应压力分布图表应按试验工况绘制。

10.2.7脉动压力试验数据应以压力脉动均方根值，功率谱、概率密度和相关函数等特征描述，

并绘制相应图表。

10.2.8进/出水口水头损失和水头损失系数，应根据进/出水口流速、压力实测数据计算，并

绘制相应图表。

10.3试验研究成果

10.3.1成果提交形式应包括研究报告、相关电子文档、录像和照片。

10.3.2试验报告宜包括摘要、目录、报告正文、附录等。

10.3.3试验报告正文应包括工程概况、试验目的与内容、模型制作与安装、测量仪器和方法、

试验过程、试验结果与分析、结论与建议等。

10.3.4照片应有说明，视频应配有相应字幕或解说。

10.3.5试验报告应履行审批程序。

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附录A：

（规范性附录）

水工模型试验测试仪器及其精度要求

常规水工模型试验测量精度要求见表A.1。

表A.1水工模型试验测试仪器及其精度表

施测对象测试仪器精度要求注意事项

控制局部模型高程和

宽度误差小于，长

0.3mm模型试验应满足

水准仪、经纬仪、度误差小于5mm，整体模

模型9.0.4条规定的限制条

全站仪、钢尺型地形高程误差小于

件，注意减小缩尺影响

2mm，平面距离误差小于

10mm

测针零点高程的精度测杆应安装牢固并

应控制在±0.2mm，每一测呈铅垂方向，试验前应

水位测针次应重复测读2~3次，取检查测针及连接管，不

其稳定值或平均值，测读得有堵塞，气泡及漏水

精度为±0.3mm现象

水位及水面线

水位计测杆应安装

率定曲线的偏差系数牢固并呈铅垂方向，每

自动跟踪水位计Cv=ρ/μ，不应大于5%，其次测试前应进行自检率

中ρ为均方差，μ为平均值定，试验量测区间应在

率定曲线的直线部分

应按技术要求进行

流量量测应选择合理

量水堰堰板安装，待流

的堰型，量水堰板板面安

量稳定后，方可测读上

量水堰装应呈铅垂方向，堰顶安

游测针读数，应按不同

装应呈水平方向，应保证

堰型的率定曲线或有关

流量测量精度

计算公式推算模型流量

流量

应按技术要求进行

应保证安装要求，减文丘里流量计的安装，

文丘里流量计

少测量误差应定期进行自检率定，

绘制流量率定曲线

安装应满足仪器准

电磁流量计、超声管内平均流速应大于

确测量要求，并定期维

波流量计

0.2m/s护和检定

(1)自检率定，当雷诺数试验前，应检查毕

Re=3300~360000时．流速托管和连接管是否堵塞

系数ϕ=1；误差控制在或漏气；在静水中进行

；冲水排气，使比压计两

流速毕托管1%~2%

(2)每一测次应重复测读端水柱同高；在不进气

2~3状，取其稳定值或平均条件下，将毕托管放人

值；比压计水头差测读精施测位置的水体中，对

度应控制在3mm以内准流向

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表A.1（续）

施测对象测试仪器精度要求注意事项

(1)自检率定，率定测点不

应少于15个，精度应满足

75%以上测点，偏差不应超

过～；

2%3%每个测流断面测读

(2)每一测点记录值不应少

旋桨流速仪不应少于3条垂线}每条

于4～5次，每次采集时间

垂线测点不应少于3点

不应少于5～10s；

(3)断面流速迭加计算，与

堰测流量比较，两者误差

不应超过5%

流速

在实际环境中测量

激光流速仪、热线

精度为误差会增大，因此在使

流速仪±0.5%

用时应注意仪器正常维

护以及试验用水水质要

求等，以减少测量误差

粒子图像测速仪

精度为±0.1%

（PIV）

探头以下5cm范围

内为仪器测量盲区，ADV

三维多普勒流速无法测量该区域水流流