[发明专利]淤泥质潮滩波流斜交模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在海岸模型试验中模拟淤泥质潮滩波流斜交的模拟方法，尤其是一种在淤泥质潮滩环境下能有效的同时模拟风浪掀沙和潮流输沙机制的波流斜交模拟方法，属于海岸工程模型试验领域。

背景技术

淤泥质潮滩主要是指分布在河口海岸潮间带由细颗粒泥沙组成的滩地。利用丰富的滩涂资源进行围垦造地一直是缓解当前我国人多地少矛盾的主要措施。然而由于河口的水动力及地质条件非常复杂，目前对波流作用下淤泥质潮滩演变规律还没有充分地认识与理解，使得近岸滩涂的合理开发与利用受到诸多限制。风浪掀沙和潮流输沙是淤泥质潮滩演变的重要机制。相关的理论研究与数值模型的建立需要大量可靠而详尽的实验数据来加以验证和优化。相对于现场原位试验而言，模型试验方法具有费用低廉，易于操作、外界干扰因素少等优点，在科学研究中具有不可替代的作用。现有的模型试验一般采用波流水槽进行。但是现有波流水槽存在以下问题：

1、现有的潮滩波流斜交模拟方法一般通过电机驱动式伺服造波机在水槽内造波；潮流模拟系统采用将变频水泵并联在造流管路中，再连接至水槽首尾下端的均流箱里，与整个水槽构成一个闭合的水流回路。因此现有波流水槽其潮流传播方向一般与波浪传播方向平行。而在天然状态下，潮流一般以平行于岸线的沿岸往复流为主，风浪掀沙的行波传播方向一般与岸线成一定的夹角。因此现有的方法很难模拟由于风浪掀沙和潮流输沙共同作用对造床泥沙的影响。

2、在现有的潮滩波流斜交模拟方法中，由于波浪周期和潮流周期的时间系列组合作用，将造波机简单地与潮流方向布置成非平行或非垂直的夹角，并不能获得风浪掀沙和潮流输沙的共同作用效果。

3、大型的港池造波系统通过将造波面离散化，采用矩阵式控制，可以模拟波流斜交的作用效果，但是其造价昂贵，单次试验投入和占有空间大，不利于推广。

为了解决以上技术问题，本发明为淤泥质滩涂演变试验研究提供一种潮滩波流斜交模拟方法，该方法能有效的模拟风浪掀沙和潮流输沙的机制。

发明内容

本发明要解决的技术问题就是提供一种淤泥质潮滩波流斜交模拟方法，该方法专门用于模拟在淤泥质滩涂上的风浪掀沙和潮流输沙的联合造床运动。

所述的方法包括：一种在海岸模型试验中的淤泥质潮滩波流斜交模拟水槽装置和该装置的运行方式。

一种在海岸模型试验中的淤泥质潮滩波流斜交模拟水槽装置，包括主流泵、水槽、地下水库、造波机；所述的主流泵出口设置在水槽进水端，进口设置在地下水库中；水槽出水端连接地下水库，主流泵驱动水流在水槽和地下水库之间循环，所述的造波机布置在水槽的左侧或右侧。

所述的造波机包括：推波板、推臂、推波电机、旋转平台和整体升降支架；所述的推波板通过推臂与推波电机相连；所述的旋转平台固定在整体升降支架顶部，升降支架由4个千斤顶组成；所述的推波电机固定在旋转平台上。

所述的推波板包括：推臂牛腿、固定板和活动板，自活动板底缘至固定板顶部整个推波板的总高度为模型波高2A；

所述的推臂牛腿焊接在固定板上；

所述的活动板长度为2A/3并通过连接销钉固定在固定板上，连接销钉固定的位置为固定板自下而上2A/3位置，固定板总长度范围为自下而上A/3到2A，活动板总长度范围为自下而上0到2A/3，其中自下而上A/3到2A/3范围为活动板固定板重复部分；

所述的通过销钉固定的活动板曲线型式与固定板此长度范围的曲线一致。

经过以上方式连接的活动板和固定板在推波时2A长度的推波板共同向前运动，在后退时底部的活动板在水流作用下挑起，其中自下而上0到A/3范围推波板不起作用。

所述的固定板纵剖线包括如下三种型式：

以下各剖线通过方程表示，坐标系为右手坐标系，即x轴为水平向，y轴为纵向；

在潮流方向与波浪方向相同时采用直线型式，直线方程为x=0，（-A≤y≤A），2A为模型波高，推臂牛腿的中心线与x轴重合，且取为y轴的左侧；

在潮流方向与波浪方向相互垂直时采用抛物线型式，抛物线方程为x=y²/50（-A≤y≤A），2A为模型波高，推臂牛腿的中心线与x轴重合，且取为y轴的左侧；