[发明专利]实验室中耦合生成非规则海岸带波浪潮汐的装置及方法

说明书

本发明公开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、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入口，水槽入口处布置单摆式造波机，所述控制计算机控制水槽的水流量、单摆式造波机的运动和自动升降式潮汐发生器的升降。本发明还公开了该装置的工作方法。本发明提供的潮汐生成装置能够满足水位跟随性的要求，在与造波机通过高程连杆连接后，给波浪与潮汐之间的耦合建立了合理的物理模拟关系。

技术领域：

本发明涉及一种耦合生成非规则海岸带波浪潮汐的装置及方法，属于水动力学和海洋科学交叉领域。

背景技术：

在水力学实验室中进行海岸带的水力模拟一般包括流场模拟、波浪模拟、潮汐模拟等方面，在现有技术中存在大量的相关模拟方法和装置。如用于波浪模拟的包括：CN201510382133.4用于波浪模拟的多轴控制系统及方法、CN201520366830.6一种实验用推板式波浪模拟水槽；用于流场模拟的包括：CN201520366828.9一种小型流场模拟水槽；用于潮汐模拟的包括：CN201210273081.3潮汐模拟测控系统及其测控方法、CN201120129825.5潮汐模拟造浪仪、CN200810226251.6海工模型潮汐模拟自动控制装置及控制方法、CN200810047283.X双向回流变频调速泵潮汐模拟系统、CN200810014811.1潮汐模拟自动化试验装置。

1、现有的水流模拟方法一般是在水槽中控制水位和流量通过天然水面比降获得流速。

2、现有的潮汐模拟一般考虑的潮汐条件相对简单，主要考虑月球和太阳的引潮力所引起的海平面周期性波动，即：M2和S2分潮。模拟研究中大多采用简单的正弦信号(如半日潮[Li,H.,M.C.Boufadel,and J.W.Weaver(2008),Tide-induced seawater-groundwater circulation inshallow beach aquifers,Journal of Hydrology,352(1-2),211-224,10.1016/j.jhydrol.2008.01.013；Robinson,C.,L.Li,and D.A.Barry(2007b),Effect of tidal forcing on a subterranean estuary,Advancesin WaterResources,30(4),851-865,10.1016/j.advwatres.2006.07.006；Xin,P.,C.Robinson,L.Li,D.A.Barry,and R.Bakhtyar(2010),Effects of wave forcing on asubterraneanestuary,Water Resources Research,46,10.1029/2010wr009632.)，自然条件下潮汐的组成波非常复杂，目前没有适当的模拟方法。

3、现有的潮汐、波浪等模拟一般采用采用线性叠加的方法生成，但是Xin et al.[2010]的研究指出，潮汐波浪因子不能线性叠加，譬如潮汐和波浪信号在滨海含水层会相互影响，产生的海底地下水排泄总量远小于单一因子产生的环流量总和。随后，King[2012]通过研究巴西Patos泻湖海岸带的海底地下水排泄过程，再次强调了复合因子非线性作用的重要性并明确提出广泛采用的线性模型不能很好地量化海底地下水排泄总量，其海侧波浪条件与实际偏差较大。非规则内陆边界、复合潮汐和非规则波浪过程是影响含水层水动力过程及污染物运移的关键因素。目前，这三种水力因子在空间和时间尺度上的耦合机制还没有被很好地认识。

发明内容

发明目的：为了解决以上技术问题，本发明提供一种在实验室中模拟生成波浪潮汐的装置及方法，所生成的波浪潮汐能够满足非规则和相互耦合的要求。