[发明专利]河口海岸工程风暴潮灾害全动力实验室模拟系统及其方法

权利要求书

1.一种河口海岸工程风暴潮灾害全动力实验室模拟系统的使用方法，在实验水槽上还设有风道，该风道上游设有风机；所述实验水槽的结构是：在实验水槽的上、下游两端都自外向内地设有进水池与潮水箱，该进水池与潮水箱之间设有双向泵；潮水箱与实验水槽之间设有阀门；其特征在于，步骤如下：

开始实验前，在水槽两端的进水池中蓄水，同时在水槽中放入试验初始需要的水量，选择好试验所需要的双向泵的数量，关闭不使用的通水阀门，选择好需要使用的风机数量；

开始试验，首先进行稳水操作，造波机恢复初始状态，启动双向泵，风机及尾板控制，使其达到试验要求的初始流量、风量及潮位；然后导入试验数据开始试验，试验时造波机、双向泵、风机及尾板联动控制，同时采集水槽内的波高、流速、水位数据；

试验结束，停止造波机运转，再停止风机、双向泵和尾板的运转，让水槽内的水回水库；所述各步骤的具体操作中：

1)控制点的水位h_m；设h_ini为初始水深，与动力生成有关的水位主要由水槽风增水位h_w和生潮系统产生的水位h_t(t)以及水流补充系统形成的水位h_c(t)组成，波浪引起的增水忽略不计，则：

h_m(t)＝h_ini+h_w(t)+h_t(t)+h_c(t) (1)

2)控制点的波浪要素波高H和波周期T，由水槽风成波(H_w,T_w)和造波机生成的波浪(H_g,T_g)二部分组成：

T_g＝T_mean≈α₁T₀ (2-2)

其中α₁是经验系数，取决于风成波与造波机生成的周期波的比值；下标mean是平均值；T₀是波周期期望值；

3)控制点的流速由风生流速度V_w、波浪引起水质点的运动速度V_g、潮流速度V_t和双向泵产生的水流速度V_c；和水槽沿长度方向的水位梯度引起的水流速度V_h，正比于水位沿水槽长度方向x之比的水头梯度认为V_w主要在水面附近；V_g是周期性波动，时均为0；则控制点在水面下一定深度处的水流速度为：

尾板处水位为h_t(t)由式(1)得到；

模型3个控制断面：输入控制断面、目标控制断面、尾板控制断面；其中：

输入控制断面由风速仪、水位计、流速仪、波高仪组成；各物理量与目标控制断面各物理量值大小相应；各物理量与潮水箱压力值、双向泵流量、造波机运动量间关系由传统的传递函数T_rp,T_rgc,T_rHT得到；

目标控制断面由与输入控制断面相同的仪器组成；目标控制断面是模型试验断面，各物理量的设计值V₀,h₀,H₀,T₀由模型试验相似准则得到，流速、水位、波浪波高及周期测量值是模拟系统需要达到的；

尾板控制断面由水位计以及流速仪组成，监控该断面的水位或流量，决定尾板高度或开启度以保证目标控制断面得到相应的设计值；

模拟系统通过模型控制模式，形成自动闭环反馈控制，达到风暴潮灾害全动力系统实验室模拟。

2.根据权利要求1所述的河口海岸工程风暴潮灾害全动力实验室模拟系统的使用方法，其特征在于，以上方法的控制模式分别有：

假定风浪是充分成长的，模拟控制采用二步模式；

如风浪是非充分成长，则分为三步模式：第二步模拟潮流；第三步模拟波浪；

风作用模拟控制：控制主要得到风增水沿程分布h_w(t)和风成浪H_w,T_w；

全动力模拟：在风作用模拟控制结果的基础上，进行水槽全动力模拟。