[发明专利]一种河口海岸模型试验控制边界的方法

说明书

本发明提出了一种河口海岸模型试验控制边界的方法，根据研究需要，需要进行多个水文条件的研究，不同的水文条件有不同的试验控制边界参数。以往每个试验水文条件均需要进行费时费力的控制边界参数调整工作。该方法在首次模型率定的基础上得到一组控制边界参数后，通过相关分析等手段，总结设计出一套行之有效的、快捷的的方法，算出不同水文条件下的模型控制边界，大大提高模型试验的的效率。本发明在多个国家重点项目中得到成功应用，研究成果满足相关规范要求。

技术领域

本发明涉及一种河口海岸模型试验控制边界的方法，属于河口海岸物理模型试验模型控制技术领域。

背景技术

相似理论是物理模型试验研究的重要理论基础。1686年，牛顿提出动力相似的普遍定律，奠定了物理模型试验的理论基础。此后，河工逐渐兴盛，1956年南京水利科学研究院建立了我国第一个潮汐河口模型。通过河工模型等研究河口海岸潮波传播、流速分布、水沙时空分布、河床冲淤等规律；贯穿于工程设计的各个阶段，利用模型分析研究工程方案的效果、影响，为方案优化比选、方案设计及方案实施时机提供技术支撑。在我国，物理模型试验在三峡工程，长江南京以下深水航道整治，苏通长江大桥、沪通长江大桥、高铁大胜关长江大桥、港珠澳大桥等研究中得到了大量的成功应用，为国民经济建设提供了有力支撑。

模型试验是以相似理论为基础的，包括：几何相似、运动相似、动力相似等。相似的现象服从同一运动规律，为同一数学物理表达式所描述。因此，各物理量比尺间的关系，也必须受这些表达式的约束，不能任意选定。模型的准确与否需通过模型验证来检验。

对于河口海岸模型，模型试验可分为模型率定、验证和方案试验三步。第一步，在模型制作、测控系统安装完成后进行的模型率定。率定和验证均选用实测资料来进行，约2～4组，选用一个有代表性的水文条件进行率定，通过调整模型糙率、模型局部地形修正、测控系统调试等技术手段，率定模型有关技术参数，同时得到率定的模型边界控制参数。率定工作量较大，往往花费半个月、1个月甚至更多的时间。第二步，用其他水文条件，验证模型的相似性，验证成功后同样会得到对应的模型控制参数，其工作量相对较小，但往往至少1周的时间。第三步，验证结束后，可以通过该模型进行方案试验研究，根据需要选用有代表性的水文条件进行试验，主要有洪季大潮、枯季大潮、大洪水、风暴潮等，根据航道通航、桥梁建设，还需选用平均流量大潮、20年一遇流量大潮、100年一遇流量大潮、300年一遇大潮。而这些试验条件的边界控制参数，也往往至少1周的时间，有时还只能对控制参数进行概化。

河口海岸模型中开边界通常采用潮位边界条件进行控制，不同模型或者同一模型但径流和潮流有差异，控制边界也会存在不同。因此，上述每组水文条件，都有不同的控制边界参数。

实践表明，边界控制参数的选取是模型试验中一项重要的且费时费力工作，在试验过程中往往经过长时间的多次尝试才能得到理想的控制边界，影响了河工模型试验的效率，这与现阶段高速发展的社会经济不相适应。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足而提供一种河口海岸模型试验控制边界的方法，该方法能够快速模型控制边界选择，并提供一种能够匹配多种以往水情以及今后实测水情的试验控制边界预报模型。

本发明提供了一种河口海岸模型试验控制边界的方法，其中模型控制边界是一组不同时刻的参数组成的曲线，该方法包括以下步骤：

第一步、根据实测水文资料对模型相似性进行率定。通过对模型修正、测控系统调试，修改模型下边界控制曲线，直到模型验证结果满足《海岸与河口潮流泥沙模拟技术规程》(JTST 231-2-2010)规范要求，得到一组与天然实测曲线对应的模型边界控制参数曲线；

第二步、对率定的模型边界控制参数曲线与对应的天然实测曲线进行比较，发现两曲线间参数大小及相位均存在差异，这就表明实测数据不能直接作为模型边界控制参数，因此，其他试验条件的控制边界参数需要重新进行费时费力的控制边界参数调整工作；