[发明专利]一种波流强耦合模拟试验水池及其试验方法

说明书

本发明公开了一种波流强耦合模拟试验水池及其试验方法，包括：水池主体结构、地下环形水库、造波机、生潮系统；所述水池主体结构包括水池边墙、波流耦合试验地形、进出水口；所述水池边墙位于水池四周，所述波流耦合试验地形包括依次相连的波流前池段、波流过渡段、波流试验段；所述波流前池段和波流试验段上均开有进出水口；所述地下环形水库位于波流耦合试验地形下方，地下环形水库与所述进出水口相连通，所述地下环形水库内进出水口处均设置有生潮系统；所述造波机位于波流前池段且位于进出水口的外端。本发明能够实现强浪强流的快速耦合试验，提升水池适用范围，操作简便，控制精度高，能满足河口海岸极端复杂水动力条件下的物理模型试验需求。

技术领域

本发明涉及水利及海洋工程水动力模拟试验技术领域，具体是一种波流强耦合模拟试验水池及其试验方法。

背景技术

在河口、海岸及近海地区，波浪是引起海岸变化的主要因素，波浪对沿岸设施的破坏是毁灭性的，在台风浪期间海浪携带的大量泥沙会使港口、航道淤塞严重；潮流则直接影响海岸带波浪强度及作用范围，影响海岸地貌类型的发育，造成近岸地区海床冲淤变化，在淤泥质海岸尤其明显。

波浪、潮流的相互作用效应显著、机理复杂，近岸区的许多自然现象，如波浪减水及增水、裂流及近岸水流系统等都受波流相互作用影响。我国海岸线曲折绵长，沿海地区在台风影响期间将正面遭遇大浪的侵袭，在大潮差区域相应的潮流流速往往也较大。在波流耦合试验水池中模拟波浪、潮流对海工建筑物的共同作用，开展跨海桥梁、海中塔基等建筑物的局部冲刷及波流冲击力研究，向来都是海岸工程的重、难点课题，具有重要的科学意义和工程应用价值。

多年来，海岸工程研究常用的传统试验水池只能单一模拟波浪或潮流水动力条件，水池控制既麻烦，控制精度也不高。如传统意义上的波浪港池，主要用于开展纯波浪动力下海工建筑物的波浪力、块体稳定性、波浪爬高及越浪量等方面的研究；再如传统意义上的潮流水池，主要用于开展往复潮流作用下的水动力、河/海床冲淤等方面的研究，其模拟潮汐流的同时难以叠加波浪动力。考虑到实际海况中波浪、潮汐流是同时存在的，两者的耦合作用机制较为复杂，尤其是波向、流向较为接近时，模拟试验的水动力条件必须考虑两者的相互耦合作用。虽然国内部分高校及科研院所相继建成波流水池，但与波浪相互作用的水流大多以恒定流为主，且波流耦合只能进行弱浪强流或强浪弱流等弱非线性水动力条件模拟，很难进行风暴潮等极端气象条件下强浪强流的强非线性耦合水动力条件试验模拟。

发明内容

本发明的目的正是针对上述背景中现有的波浪、潮流耦合试验技术中所存在的缺陷和不足，提供一种波流强耦合模拟试验水池及试验方法。该试验水池系统结构简单，操作方便；可同步模拟波浪和潮汐流两种海洋现象，较好地实现波浪和潮流耦合水动力条件；通过该水池系统弥补了传统试验中波流耦合模拟的单一性和不确定性，成功地实现了强浪强流强非线性耦合试验模拟，提高了对海工结构物分析与研究的可靠性和准确性。

本发明提供的技术方案是：一种波流强耦合模拟试验水池，包括：水池主体结构、地下环形水库、造波机、生潮系统、消浪材料；所述水池主体结构包括水池边墙、波流耦合试验地形、进出水口；所述水池边墙位于水池四周，所述波流耦合试验地形包括依次相连的波流前池段、波流过渡段、波流试验段，所述波流前池段高程低于所述波流试验段；所述波流前池段和波流试验段上均开有进出水口，所述进出水口上布置多孔消能板；所述地下环形水库位于波流耦合试验地形下方，地下环形水库与所述进出水口相连通，所述地下环形水库内进出水口处均设置有生潮系统，所述生潮系统包括若干双向泵、流量计，所述双向泵的一端和进出水口相连通，双向泵的另一端安装流量计；所述造波机位于波流前池段且位于进出水口的外端；所述造波机的外端和波流试验段的进出水口外端均设置消浪材料；所述波流试验段上还设置有流速仪和波高仪。

进一步的，所述地下环形水库顶部布置有通气管。