[发明专利]一种基于多台水泵变频调速的涌潮过程模拟装置

说明书

技术领域

本发明属于河口海岸物理模型实验领域，具体涉及一种基于多台水泵变频调速的涌潮过程模拟装置。

背景技术

涌潮是水位骤然上升的涨潮波前峰，是一定条件下潮波非线性畸变的结果。它是一些强潮河口的主要动力因素，对河口的河床演变、盐水上溯、污染物扩散等，甚至对整个河口环境有着举足轻重的影响。在河口海岸学的研究中，物理模型实验是研究涌潮现象的重要手段之一。由于涌潮的变化与整个潮汐的涨落过程密切联系，因此，在物理模型试验中，需要涉及一种能够产生高蓄能的涌潮以及包括涌潮在内的整个潮汐涨落过程的模拟方法与装置。

目前，文献见有采用高位水箱蓄水，通过提升闸门使水流从闸门底部涌出形成涌潮，或者控制轴流泵瞬间出水在水槽中形成涌潮，前者由于水箱内水位下降导致涌潮难以持续的问题，后者由于轴流泵设计流量大难以准确控制出水流量导致涌潮试验的重复性难以把握。此外，或因无法提供后续的水量支持，或因涌潮到达水槽另一端池壁时涌潮反射问题无法解决，上述两种方法均不能模拟涌潮过后的后续涨潮以及落潮的过程。

发明内容

本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种基于多台水泵变频调速的涌潮过程模拟装置，该装置能够产生高蓄能的涌潮潮头，并能方便地控制涌潮在传输过程中的行进速度和高度，进而能够模拟整个潮汐的涨落潮过程；具有操作方便，控制精度高，实验重复性好的特点。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于多台水泵变频调速的涌潮过程模拟装置，包括上游供水池、位于上游供水池外侧的上游储水池、下游供水池、位于下游供水池下边的下游储水池以及两端分别连通上游供水池和下游供水池的实验水槽；其特征在于所述涌潮过程模拟装置还包括设置在上游储水池上部的弧形阀门、分别设置在上游储水池和下游储水池中的若干个水泵、布置在上游供水池与上游储水池之间的水流过道中的至少两层消能板以及布置在下游供水池与下游储水池之间的水流过道中的至少两层消能板。

下游供水池连接实验水槽的前侧底板从左至右由竖直面再通过逐渐抬升的斜面过渡为水平面，下游供水池平面宽度从斜面部位开始收缩，至斜面结束时逐渐收缩至实验水槽的宽度，从而再造了喇叭型的河口口门和逐渐抬高的地形，为形成涌潮创造了条件。

所述的下游储水池通过地下回水渠或地下水库连通上游储水池，以实现试验水源的连续供应和循环使用。

所述的消能板上均匀排列有透水用的小孔，小孔密度设置为小孔总面积占消能板面积的3/6—5/6；为达到较好的消能效果，所述至少两层消能板上下间隔一定距离布置且覆盖水流过道截面。

所述的供水水泵由变频调速器控制，供水水泵的出水分别通过上游供水池和下游供水池预留的供水水泵出水孔送入相应的供水池。

所述的上游供水池的后壁与实验水槽的底面等高。

所述的上游储水池位于上游供水池的外侧。

所述的弧形闸门由钢支架和弧形钢板构成，可绕水平布置的圆心轴转动，圆心轴固定在上游储水池两侧的池壁上，弧形闸门由拉杆控制转动角度；弧形闸门的外缘与上游供水池的后壁相切。

所述的闸门启闭控制装置由交流伺服电机及其控制器组成，安装在上游储水池边壁的顶部，通过连接在弧形钢板两侧的拉杆，控制弧形闸门的开启和关闭。

所述的拉杆是连接在弧形闸门和闸门启闭控制装置之间的金属杆，在弧形闸门两侧对称设置。

所述的实验水槽采用密封玻璃和钢框架构成。

所述的水槽基础为混凝土结构，水槽基础与上下游储水池的混凝土结构相连。

本发明的原理是：利用变频调速的供水水泵向上下游供水池中供水，调节弧形闸门高度使水槽内达到预定的潮前水深；生潮开始时，下游储水池内的供水水泵瞬间启动达到预定的较大出水流量，在下游供水池内形成涌潮进入水槽，而后逐步调节供水水泵的出水流量满足后续的涨潮过程的需水水量；当涌潮到达上游供水池时，弧形闸门关闭，涌潮水流将越过上游供水池的后壁进入上游储水池，而后逐步抬升弧形闸门的开启高度，配合下游的涨潮来水，实现实验水槽内的涌潮及后续的涨潮过程的模拟；当实验水槽内的水位达到最高潮位，潮汐过程将由涨潮转为落潮，此时，上游储水池内的供水水泵将逐步加大出水流量，相反，下游储水池内的供水水泵将逐步减少出水流量，并通过弧形闸门开启高度的配合，实现实验水槽内的落潮过程的模拟。上述的供水水泵的供水、弧形闸门启闭及开启高度均由计算机软件发出指令来控制。