[发明专利]一种潮滩‑潮沟系统地貌演变物理模型试验系统及方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种潮滩-潮沟系统地貌演变物理模型试验系统及方法，属于潮滩-潮沟系统地貌演变试验的技术领域。

背景技术

潮滩在中国沿海分布广泛，以江苏沿海的粉砂淤泥质潮滩为例，其潮间带宽度达6-8公里，坡度极缓，仅约为0.1％，滩面沉积物以粉砂、淤泥为主。潮滩上多发育有潮沟系统，潮沟具有变化速度快、摆动幅度大等特点。随着沿海围垦、港口等海岸工程的建设，潮沟系统对于海岸工程建筑物安全的影响引起了越来越广泛的关注，同时，潮滩-潮沟系统是鸟类和海洋生物的重要栖息地，潮滩-潮沟的地貌演变对生态环境保护也尤为重要。

国内外众多学者对于潮滩-潮沟系统地貌演变开展了大量的研究工作，其方法主要包括现场观测、卫星遥感图像分析、数值模拟等，只在近年来出现了一些物理模型试验的成果。由于潮滩-潮沟系统在动力特性和泥沙特性方面的复杂性，其地貌演变机理目前还不很清楚，因此，有必要以物理模型为主要技术手段，从微观层面模拟其动力学结构，揭示其地貌演变机理。由于潮滩-潮沟系统具有“水极浅、流极弱、沙极细、潮网发育”等特征，目前，常规的水沙物理模型试验尚无法真实模拟海岸带潮滩-潮沟地貌演变过程，对精细的潮沟系统地形也缺乏高精度的测量技术，尚缺乏一套适用于潮滩-潮沟系统地貌演变的物理模型试验方法及装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了一种潮滩-潮沟系统地貌演变物理模型试验系统及方法，能够真实模拟海岸带潮滩-潮沟地貌演变过程，解决了常规水沙物理模型试验尚无法真实模拟海岸带潮滩-潮沟地貌演变过程的技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

一种潮滩-潮沟系统地貌演变物理模型试验系统，包括：潮滩-潮沟模拟区、水循环系统、水位测控系统、微地貌激光扫描仪、表面流速测量系统，其中，

所述潮滩-潮沟模拟区包括：试验挡墙、不透水底层、进水管凹槽、模型沙，砌筑在不透水底层外侧边的试验挡墙使得不透水底层不完全封闭，进水管凹槽设置在不透水底层的未封闭侧，模型沙铺设在潮滩-潮沟模拟区内的不透水底层上，

所述水循环系统包括：蓄水池、水泵、阀门、进水管，蓄水池与进水管凹槽固定连接，进水管布设在进水管凹槽中，进水管的进水端淹没在蓄水池所储蓄的水里，阀门、水泵均安装在进水管上，蓄水池的底部高程低于不透水底层的高程，

所述水位测控系统包括：水位计、定轴尾门、调速电动机、水位测控装置，水位计固定在潮滩-潮沟模拟区域内的试验挡墙上，定轴尾门的两侧固定在位于进水管凹槽和蓄水池之间的试验挡墙上，调速电动机与定轴尾门连接，水位测控装置根据水位计测量的试验区域水位高度输出调速电动机的控制信号，调速电动机控制定轴尾门的转速和转动方向，

所述微地貌激光扫描仪包括：固定在试验挡墙上的平面定位机构、在平面定位机构上滑动的激光传感器、数据采集装置，数据采集装置根据激光传感器测量的位置信息调整激光传感器在平面定位机构上的位置，

所述表面流速测量系统包括：在平面定位机构上滑动的摄像机以及用于测量表面流速的示踪粒子。

做为所述一种潮滩-潮沟系统地貌演变物理模型试验系统的进一步优化方案，模型沙铺设在潮滩-潮沟模拟区内不透水底层上形成的沙滩模型与进水管凹槽之间铺设有过渡区。

做为所述一种潮滩-潮沟系统地貌演变物理模型试验系统的进一步优化方案，进水管凹槽外围包裹有细密金属网。

作为所述一种潮滩-潮沟系统地貌演变物理模型试验系统的进一步优化方案，定轴尾门绕着定轴旋转的角度在30°到45°之间。

一种潮滩-潮沟系统地貌演变物理模型试验方法，包括如下步骤：

S1、建立所述潮滩-潮沟系统地貌演变物理模型试验系统，根据实际潮滩尺度和潮汐特性确定潮滩-潮沟模拟区的滩面尺度及坡度、平均水位、水位变动幅度和周期；

S2、构建潮滩-潮沟模拟区的初始地形并扫描初始地形：按照步骤S1确定的滩面尺度及坡度在潮滩-潮沟模拟区内的不透水底层上均匀铺设模型沙，采用微地貌激光扫描仪获取初始地形的三维数据；

S3、模拟潮滩-潮沟系统的地貌演变过程：