[发明专利]一种用于模拟龙口合龙水力过程的试验装置及方法

摘要

本发明公开了一种用于模拟龙口合龙水力过程的试验装置及方法，属水力学物理模型试验领域。一种用于模拟龙口合龙水力过程的试验装置，由试验模块、库容变化模块、数据采集模块、控制模块构成：试验模块由各基础试验构件构成；库容变化模块外接于试验模块；数据采集模块依托于试验模块布置；控制模块对试验过程起控制作用。一种用于模拟龙口合龙水力过程的试验装置的方法，包含有以下步骤：器材准备过程、潮位调节过程、试验及参数记录过程、试验后处理过程、改变工况试验过程、试验结束及器材整理。本发明装置结构简单，构件衔接紧凑，试验过程效率高，装置可适用工况范围广，试验设计显著优于传统龙口合龙水力物理模型试验设计。

主权项

1.一种用于模拟龙口合龙水力过程的试验装置的龙口合龙水力过程模拟方法，所述用于模拟龙口合龙水力过程的试验装置由试验模块、库容变化模块、数据采集模块、控制模块构成：所述的数据采集模块由水位采集部分和流速采集部分组成；水位采集部分包括内水位计、外水位计；所述试验模块包含有蓄水池、水泵、进水管、阀门和水槽；所述蓄水池位于水槽外，通过水泵、进水管连接至水槽的阀门处；所述水槽划分为水槽消能区、水槽感潮区和水槽试验区：所述水槽消能区通过阀门外接至进水管，水槽消能区连接至水槽感潮区；所述水槽感潮区内部近边界区域设置有外水位计，水槽感潮区连接至水槽试验区；所述水槽试验区底部布置有模拟近海围海工程建设区域实际海床形态的底床和海堤模型；水槽试验区上部架设有数据采集模块的流速采集部分；库容变化模块外接于试验模块；数据采集模块、水泵、阀门均连接至控制模块；所述库容变化模块即为水槽库容区，水槽库容区由底板、预设凹槽、纵向插板、横向插板组成；所述水槽库容区一侧连接至水槽试验区, 另一侧完全密闭；底板布置于水槽库容区底部，底板上表面预留有用于安插纵向插板和横向插板的预设凹槽；纵向插板和横向插板为可拆卸设计，插入预设凹槽时保证纵向插板和横向插板与底板接触处气密性良好；所述的流速采集部分由竖向滑轨、上滑轨、下滑轨、声学多普勒流速仪、竖向支架及束紧器组成：下滑轨布置于水槽试验区水槽两侧侧壁上，在下滑轨的滑轨间卡嵌有竖向支架，竖向支架可根据试验需求在下滑轨间滑动至特定位置；竖向支架上部支撑有上滑轨；上滑轨中间安装有竖向滑轨，竖向滑轨与上滑轨间接触部分卡嵌于上滑轨并可根据试验需求滑动至指定位置并锁定位置；竖向滑轨一侧卡嵌于上滑轨中，另一侧通过束紧器将声学多普勒流速仪水平方向上固定，声学多普勒流速仪在竖直方向上沿竖向滑轨运动至预定地点并固定锁死；声学多普勒流速仪通过束紧器与竖向滑轨连接；其特征在于步骤如下：a. 器材准备过程在试验开始前于蓄水池准备好满足试验所需数量的充足水体，将底床制作成为模拟工程建设区域实际海床形态的几何形态，并结合龙口布置情况及龙口大小将海堤模型安置于底床特定位置；选用并布置适宜试验工况型号的声学多普勒流速仪通过束紧器连接于竖向滑轨；结合试验设计及比尺要求确定对应库容区的库容值，根据实际库容区的库容曲线选用合适的纵向插板、横向插板组合安插于预设凹槽中，使水槽库容区中纵向插板、横向插板密闭连接并分割出特定体积水槽库容区，即封闭特定体积水槽库容区使其与水槽试验区连接为整体，作为模拟围海工程近海库容区投入使用；另结合水槽试验区水面升降的平稳程度要求情况，在水槽消能区布置消能构筑物；b.潮位调节过程根据试验工况确定试验所需合龙设计潮型，将设计潮型信息输入控制模块，阀门打开，水泵开始向水槽消能区抽水至设计潮位初始条件下的水位值，外水位计实时反馈水槽感潮区的水位值以便水槽感潮区内水位变化符合预期同时起到校正效果，试验中，水泵即根据输入潮型曲线变化情况在周期内向水槽消能区内抽水、排水，以外水位计测量的水位结果为反馈，水槽感潮区内水位变化情况即符合所输入设计潮型变化情况；c．试验及参数记录过程：通过包含下滑轨、竖向滑轨和上滑轨构成的滑轨系统使声学多普勒流速仪根据试验需求运动至特定位置并锁定该位置，声学多普勒流速仪探头到达龙口合龙区域特定水深、特定横向位置处，此时外潮位已开始变化，通过启动声学多普勒流速仪即可实现一个试验周期内该龙口合龙条件下龙口处特定点位置处点流速的测量，通过外水位计获取的水位信息即可获取潮位变化过程对应时刻中潮位值及其变化信息，通过内水位计反馈的水位值信息即可获取外潮位变化过程中对应时刻库容区水位值及其变化信息；通过声学多普勒流速仪获取龙口合龙处特定点的流速信息；在模拟龙口合龙过程中，即以一个潮位变化周期为单位时间，在龙口处分位置分顺序地安放特制橡皮泥模型并与底床保持密闭连接，模拟龙口合龙过程中的平堵、立堵以及平立堵过程，在每一工况下均通过内水位计获取库容区水位值，通过外水位计获取并验证潮位值，通过声学多普勒流速仪获取龙口合龙处特定点流速信息，即可通过物理模型试验过程获取龙口合龙水力过程中的内港水位值、潮位值；d．试验后处理过程：将试验记录结果实时反馈至外接计算机，即可掌握龙口合龙过程中内港水位、内外港水位差、口门处流速的变化规律，通过比较水力要素的变化情况得到龙口水力要素最大值，根据类似工程经验，以流速为控制龙口合龙的难度指标，试验中即通过得到不同龙口底高程、不同龙口宽度下的龙口最大流速，选择龙口合龙控制流速，进而确定龙口宽度及底高程，进而为确定龙口尺寸，选择龙口合龙程序、进行龙口防护以及截流堤设计提供依据；e.改变工况试验过程根据试验需要设计并可结合实际试验要求重新塑造底床形态，通过横向插板、纵向插板组合根据对应库容曲线改变库容值，根据试验要求改变海堤模型布置位置及布置方式，重复过程a.b.c.d，即可满足不同海底形态、不同库容曲线条件以及不同围海海堤布置方式下的龙口合龙过程水力要素的确定需求，得到平堵、立堵以及平立堵不同施工方式下龙口合龙处所需水力要素值，便于后续详细对比分析及为数值模拟提供验证参考；f.试验结束及器材整理关闭水泵，待水排出试验水槽后关闭阀门，拆除各活动构件，整理试验器材，试验结束。