[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

说明书

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，实验水槽上设有造波机，还设有风道，风道上游设有风机。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，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。本发明能够克服传统技术不能真实的模拟天然潮流中风、潮和波浪共同作用效果的不足，本实验室模拟系统可真实模拟河口海岸区域港口航道泥沙骤淤岸滩演变、海洋、水利、港口、渔业、军事工程结构，在台风暴潮和强浪联合作用下灾害范围和安全状况。可进行以下实验：试验动力：风、天文潮、风暴增（减）水和台风浪。产生特定区域的风以及模拟出风、模拟风暴潮、模拟出风浪。集成“风+潮+浪”生成系统。

技术领域

本发明涉及一种实验室模拟系统，具体涉及一种河口海岸工程的风暴潮灾害全动力实验室模拟系统。本发明还涉及这种实验室模拟系统的实验方法。

技术背景

由于潮汐(含风暴潮)与波浪作用时间长度差异较大，同时在实验室进行河口海岸工程结构安全，往往采用正态或小比尺模型，在实验室往往采用对应于潮汐作用时不同水位，不同流速分别进行风、波浪对建筑物作用的实验。近年来，也有采用变化水位或采用相应潮流过程来改进潮流的实验方法。例如：第2017100391776号中国专利申请，公布了一种实验室中耦合生成非规则海岸带波浪潮汐的装置：包括水槽(池)、单摆式造波机、自动升降式潮汐发生器、控制计算机；装置的最上游布置自动升降式潮汐发生器,自动升降式潮汐发生器下游端连接水槽(池)入口,水槽(池)入口处布置单摆式造波机,所述控制计算杋控制水槽(池)的水流量、单摆式造波机的运动和自动升降式潮汐发生器的升降。所述水槽(池)包括回水槽(池)、变频泵、连接管道、水槽(池)试验段和流量控制系统；所述水槽(池)试验段通过连接管道连接回水槽(池),回水槽(池)通过变频泵与自动升降式潮汐发生器的进水口相连。

然而，天然条件下，风、潮和波浪是共同作用的，现有技术中的设备与方法却不能真实的模拟这种天然潮流。

发明内容

本发明的目的是提供一种河口海岸工程的风暴潮灾害全动力实验室模拟系统，解决传统技术不能真实的模拟天然潮流中风、潮汐、增水和波浪共同作用的问题，可以真实模拟河口海岸区域港口航道泥沙骤淤岸滩演变，研究海洋、水利、港口、渔业、军事工程结在台风暴潮和强浪联合作用下灾害范围和安全。

完成上述发明任务的技术方案是：该河口海岸工程的风暴潮灾害全动力实验室模拟系统的动力系统由风系统、生潮系统、造波系统、生流补充系统四部分组成。在试验水槽(池)，由风系统产生台风引起的风浪和风暴引起的增水；由生潮系统主要产生天文潮；由造波系统产生主要需要的涌浪；用生流补充系统补充产生必要的水流。运用流体动力学基本理论和机械控制理论，对产生以上四种动力系统设备进行综合控制和补偿，达到符合工程设计和模型理论的目的。

控制系统设备构造平面图如图1；横剖面图如图2；

各系统组成如下：

生风系统：由风道、风机和风速仪组成；风机可是吸入式或吹出式。由计算机控制可产生恒定风或具有特定风谱的随机风；

生潮系统：由潮水箱、压力施加设施、消波器、尾板、流速仪、水位仪等组成。潮水箱容积与水槽尺寸和所需产生的潮汐有关；压力施加设施可以是由风加压或由减压方法形成负压)组成；消波器长度需要除的波浪尺寸有关；压力施加设施和尾板由计算机控制。

生波系统：由造波机、波高仪、消波器等组成；造波机由计算机控制可产生规则波和不规则波造波机组成，也可有主动式再反射吸收装置。

生流补充系统：由蓄水池、回水管道和多台双向泵组成。双向泵装备流量计且由计算机控制流量。

以上是模拟系统的构成。各系统组成部件及其功能见附录(1)。

其中，所述造波机：能够在实验水槽(池)中形成规则波或不规则波(采用现有技术中的造波机)。