1．物理模型實驗在重大水利工程及科研方面具有不可替代的作用，其不僅可以論證工程設計的安全性和合理性，而且還可以預見原型可能發展的趨向。因此，在當前的教學和科研中均急需有一本內容稍全面，可適於水利水電工程、港口及河道治理工程、農業水利工程等多專業模型試驗設計的參考書。
2．立足於水利工程模型實驗的基本理論和方法，列舉大量實際工程模型的設計，提出不同驗證目的下的理論知識測試練習、設計重點訓練，理論聯繫實際，拓寬學生知識面、提高學生綜合試驗能力和研究問題能力。
3．隨著科學技術的進步，水利工程模型實驗出現了許多新技術、新設備、新方法、新材料，也取得了許多新的經驗，有關模型試驗規程也相繼制定或修編。本書力求將最新成果編入，為培養新世紀的專業人纔服務。

模型試驗是水利工程建設中不可缺少的重要科研內容,也是水利水電工程專業非常重要的實踐教學環節之一。本書主要介紹了水利工程模型試驗相關理論、水工模型試驗、河工模型試驗、水工結構模型試驗、地質力學模型試驗等,還介紹了水利工程模型設計制作與驗證、模型試驗測量、試驗數據整理與分析等。結合水利水電工程專業課程《水工建築物》課程試驗內容,給出了相應的模型試驗示例,供學生參考。
本書可作為高等院校水利水電工程專業、農業水利工程專業、港口航道與海岸工程專業教材,也可供水利相關科研人員參考使用。

黃靈芝 ，西安理工大學水利水電工程繫教學，主講水利工程實驗。專長學科水利工程實驗，水利工程安全驗證。

目錄
前言
1 模型試驗概述 1
1.1 模型試驗的意義 1
1.2 模型試驗的發展歷程 1
1.3 模型的分類 4
1.4 模型試驗存在的問題及發展趨勢 5
2 模型試驗基礎理論 7
2.1 量綱分析 7
2.2 相似現像及相似概念 16
2.3 模型試驗常用的相似準則 23
2.4 相似準則的應用及限制條件 30
3 水工模型試驗 34
3.1 水利樞紐整體模型試驗 34
3.2 洩水建築物及消能工模型試驗 38
3.3 水電站有壓引水繫統非恆定流模型試驗 49
3.4 地下水滲流模型試驗 55
4 河工模型試驗 66
4.1 定床河工模型 66
4.2 動床河工模型 69
4.3 懸移質動床模型設計 78
4.4 推移質動床模型設計 80
5 水工結構模型試驗 82
5.1 結構模型試驗的相似判據 82
5.2 結構模型的設計 87
5.3 結構模型試驗的材料 89
5.4 模型的制作 91
5.5 荷載的模擬 93
5.6 結構模型試驗示例 94
6 地質力學模型試驗 98
6.1 地質力學模型概述 98
6.2 地質力學模型的設計原則及相似判據 99
6.3 地質力學模型相似材料 100
6.4 地質力學模型的試驗方法 103
6.5 地質力學模型試驗荷載施加 104
6.6 地下洞室模型示例 106
7 模型設計制作與驗證 110
7.1 模型的規劃設計 110
7.2 模型制作與安裝 114
7.3 模型的驗證 120
8 模型試驗測量 123
8.1 流速測量儀器 123
8.2 流量測量 125
8.3 水位及波高測量 128
8.4 摻氣水流測量 132
8.5 空化水流測量 136
8.6 泥沙含量測量 145
8.7 壓力壓強測量 148
8.8 應力應變測量 150
8.9 位移測量 155
9 試驗數據整理及分析 157
9.1 測量誤差 157
9.2 試驗數據的表示與檢驗 164
9.3 試驗數據測量的精度及審定 167
9.4 模型試驗報告編寫 172
參考文獻 173

前言
水利工程模型試驗是按照相似準則將原型縮制成模型進行試驗研究,在設計工況下對模型進行不同特征參數的觀測與分析,然後按照一定的相似準則引申至原型,從而對原型設計的合理性作出判斷。運用水工模型試驗的方法,不僅可以論證工程設計的安全性和合理性,而且還可以預見原型可能發生的現像,同時,可對設計所依據的理論和技術進行驗證。因此,模型試驗是水利工程建設中非常重要的科研內容,是進行基礎設計的前提,其成果為水利工程設計方案的選取提供強有力的技術支撐。
對於水利行業後備軍的水利水電工程專業的學生而言,學習水利工程模型試驗的基礎理論以及模型試驗數據采集、分析方法,使其具備開展水利工程模型試驗的基本素養,也是專業培養的目標之一。本書即是為學生學習水利工程模型試驗基礎理論和方法而編寫。
本書主要內容安排如下:第1章介紹了水利工程模型試驗的意義、發展歷程,模型試驗的分類以及存在的問題和發展趨勢;第2章闡述了水工模型試驗的基礎理論,包括量綱分析、相似定理、相似準則以及相似試驗的限制條件等;第3章詳細介紹了水利工程洩水建築物及消能模型試驗、水電站有壓引水繫統非恆定流模型試驗以及地下水滲流模型的內容與方法,同時給出了水利工程洩水建築物、水電站有壓引水管道非恆定流和土石壩滲流沙槽模型試驗示例;第4章主要介紹了定床河工模型試驗、動床河工試驗、懸移質動床模型試驗和推移質動床模型試驗的內容和方法;第5章主要介紹了水工結構模型試驗的相似條件、設計內容、試驗材料、模型制作,以及試驗時荷載的施加方法等,並詳細介紹了拱壩模型試驗的步驟、測點布置、數據采集;第6章闡述了地質力學模型的相似準則與設計原則、試驗材料、荷載施加方法等,並以地下洞室模型試驗為示例,詳細給出了模型設計制作過程、試驗步驟、試驗儀器、測點布置、數據采集;第7章主要介紹了水利工程模型試驗的規劃設計、模型的制作與安裝等;第8章主要介紹了水利工程模型試驗中流速、流量、水位波高、摻氣水流、空化水流、泥沙含量、壓力壓強、應力應變以及位移的測量儀器與測量方法;第9章為模型試驗測量誤差分析、試驗數據的統計,以及試驗報告編寫等。
本書第1、2、3、8章由黃靈芝編寫,第4章由王飛虎編寫,第5、6章由司政編寫,第7、9章由李炎隆編寫。全書由黃靈芝統稿。
本書編寫過程中,得到西安理工大學水利水電學院水利水電工程繫教師李守義、張曉宏、柴軍瑞、楊傑、宋志強、許增光、覃源、李曉娜、王琳等的支持,書稿完成過程中還得到皇甫秉輝、霍曉宇、雲甲等研究生的大力支持,在此表示衷心的感謝。
限於編者的經驗與水平,書中難免存在錯誤和疏漏之處,真誠歡迎讀者批評指正。
編 者
2020年4月