荆63附近粒子流场

上荆江下段动床试验（蛟子渊边滩）

　　□本报记者 袁玥 王浩宇 车小磊

　　从长江干流的枝城顺流而下到螺山，需要多长时间？在长江科学院沌口科研基地，答案是徒步而行约１０分钟。在这里，３８０千米长的长江河段，按照水平方向１∶４００、垂直方向１∶１００的比尺微缩成近１千米长。但纵使被缩小，这仍是目前世界上最大的防洪模型。

　　近日，记者走进位于湖北省武汉市的长江科学院沌口科研基地，一探长江防洪模型的“庐山真面目”。

　　沌口科研基地占地约４０万平方米，其中从枝城到螺山长江干流河段试验大厅约４．６万平方米，洞庭湖试验大厅约１．７万平方米。一走进干流试验大厅，“空旷”“宏大”“壮观”这样的词语就跳入脑海。时下未能赶上基地做模型实验，放眼望去，４６０米长、９０米宽的试验大厅里，只有几位工作人员在做日常维护工作，彼此稍大声说话甚至能听到回音。大厅顶部为４个拱状结构，在约３０米高的拱顶下密布着钢构网架。据长江科学院河流所渠庚介绍，这里采用了“提篮拱加凹结构”，通过悬索吊下来提着整个网架，拱形设计也分担了很大荷载，不仅减少了用钢量，还实现了大厅中间无一根支柱，使试验观察视野更开阔，毫无阻隔。

　　踏上模型，沿着水泥砌成的“河道”蜿蜒向前，只见“城陵矶”“观音洲”“枝城”等地名被标注在“河道”边，重要“河段”旁还立有标识牌介绍这一“河段”概况，并配有对应的地图。在“下荆江江湖汇流河段”，一层薄薄的天蓝色沙子铺在“河床”上，相比普通沙子触感更细腻，质量更轻盈。渠庚介绍，这是上一次试验时还未清理完的模型沙，不同试验会根据研究河段具体特点，按特定的颗粒大小、比重、级配专门加工生产，以模拟原型长江的泥沙。“做试验时，就能看到水清沙蓝，十分直观好看。这样的模型沙一来可控、可调，二来便于观测，三来也赏心悦目，已经获得了国家发明专利。”渠庚自豪地说。

　　登上１０米多高的廊道，整个长江防洪实体模型尽收眼底。渠庚指着一处带有电子显示屏的水管告诉记者，这是其中一段模型河段的进水口。做试验时，先比照真实河床在模拟河道中铺好模型沙，再计算好进口处的水沙对照参数，将数据输入控制系统的计算机，就能自动完成加水加沙全过程。这一泥沙模型试验加沙工艺还获得了国家发明专利。

　　“别看长江防洪模型规模如此之大，但实际做试验时往往所需人员并不多，试验中可能涉及的水位、地形、流速、含沙量等数据测量，也均实现了自动化。”河流所的许明介绍。采用模型三维地形自动量测系统将探针安装在测桥上，通过扫描架设有轨道的断面，即可在电脑上显示出水下地形图；借鉴医疗器械中的Ｂ超设备，研制出的“水下二维流场成像测量系统”，可应用于含沙量的自动测量；定床试验中释放白色飞碟状的示踪颗粒，安装在大厅顶部网架间的摄像头即可捕捉到粒子踪迹，经图像处理得出全试验段的表面流速和流态……

　　基地里进行的实体模型试验，常常是对长江未来１０年、２０年甚至更长时间段的模拟预测，即便按照时间比尺“快进”，一次试验全过程也需至少１个月左右不间断的放水过程，这时，更为快捷的数学模型就发挥了补充作用。在长江科学院河流所，副所长张细兵向记者展示了长江防洪模型中的数学模型：一维模型用图表形式展现长时段内河床冲淤、洪水演进等数据；二维模型用动态地图还原重要河段的水文情况，不同深浅的蓝色区分河水深度，不同颜色的箭头代表不同的流速矢量；三维模型则更加逼真、直观地模拟原型长江各个变量，运用于更复杂河段的模拟研究。“虽然相比实体模型更为便捷，但数学模型计算量也非常大。”在实验室大型计算机运作的“嗡嗡”声中，张细兵说，“实体模型与数学模型相辅形成，互相验证补充，共同构成整个长江防洪模型。”

　　规模大、研究对象大而复杂、研究方法和所使用的量测控制手段先进……正是这个具备诸多“大”和“特色”的防洪模型，为长江中下游的防洪和治理规划编制、洪水调度与决策、江湖治理开发与保护提供着重要的科学依据。

    来源：中国水利报  2014年4月17日