[发明专利]四面生潮U形造波的多形态潮滩多流态潮、浪、径流模拟试验装置及其方法

说明书

本发明公开了一种四面生潮U形造波的多形态潮滩多流态潮、浪、径流模拟试验装置，包括试验水池系统、生潮系统、造波系统、径流系统、潮滩模拟系统、信息采集系统、控制系统；生潮系统调节试验水池内潮流的流态，按照给定潮汐过程参数模拟四面生潮；造波系统根据给定参数调整波浪类型和要素；径流系统使得径流出流流量恒定，按照给定参数模拟径流情况；潮滩模拟系统运用三维打印技术设计潮滩三维地形地貌，控制潮滩地形、底床泥沙级配、粗糙度。本发明能模拟多形态潮滩参数进行生潮、造波、径流等潮滩相关试验，达到精确模拟多形态潮滩区域潮、浪、径流动力特性及时空变化规律的目的，从而研究多形态潮滩在潮、浪、径流作用下的演变规律。

技术领域

本发明属于一种多形态潮滩多流态模拟试验装置，特别涉及一种四面生潮U形造波的多形态潮滩多流态潮、浪、径流模拟试验装置。

背景技术

强潮海域潮滩大面积发育，为高强度人类活动提供了广阔的土地资源。潮滩区域的各类近海工程，如港口、航道整治、围垦、浮式平台等，受到潮流、波浪、径流的多角度综合作用，影响着工程结构物的安全及稳定。物理模型试验是解决各类工程实际问题的一个重要研究手段。目前对于海洋环境下的工程结构物模拟试验，对潮滩区域动力特性考虑还有进一步发展的空间。需发明一种能考虑多形态潮滩、多驱动要素的，能自由控制并能模拟多种流态的实验装置，以提高试验的可靠性及可操作性。

强潮河口潮滩形态受高强度人类活动影响，地形复杂。淤泥质潮滩往往发育在沿海河口、三角洲、海湾等半封闭海岸，受到多种环境动力因子共同作用，潮滩区域动力与演变过程复杂，风浪掀沙和潮流输沙是淤泥质潮滩演变的重要机制。目前对强人类活动影响下，潮、浪、径流共同作用下淤泥质潮滩区域动力特性与演变规律还有进一步深入认识与理解的空间。因此一套适用于多种河口及海洋环境下，研究多形态潮滩在潮、浪、径流耦合作用下的潮滩动力特性与演变试验装置具有重要的科研价值。

发明内容

针对物理实验中潮滩模拟试验装置中需要考虑细化的多形态潮滩与多动力特性的现状，本发明提供一种四面生潮U形造波的多形态潮滩多流态潮、浪、径流模拟试验装置。基于潮滩原位样本特性与级配泥沙，设计潮滩三维地形地貌，控制潮滩地形、底床泥沙级配、粗糙度；利用分布式泵群控制技术，通过变频器直接控制生潮双向潜水泵电机，改变生潮双向潜水泵电机运行速度及运转方向，从而调节生潮双向潜水泵的进出水流量，按照给定的潮位过程曲线实时控制模型潮位，实现精确模拟涨落潮的目的；并通过改变导流板的方向，结合生潮双向潜水泵电机运行速度及运转方向，实现试验场内潮流的控制，模拟出旋转流、往复流、沿岸流、多向流等复杂流态；通过定水位稳流箱、径流控制泵和控制电机共同作用，使得径流出流流量恒定；通过控制配电柜直接控制造波机，使造波机根据给定参数调整波浪类型和要素；并能针对不同潮滩类型及涉水工程进行生潮、造波、波流试验，自由选择生潮边界的数量、造波边界数量，可以根据试验需求，设置不同的波浪和水流工况，达到精确模拟实际工况的目的；能模拟多形态潮滩并进行生潮、造波、径流试验；根据工况选择潮滩类型与驱动要素；选取生潮与径流边界数量、生潮与径流方向及类型、生潮与径流过程时间曲线，设置好生潮与径流装置参数；根据工况选择波浪类型、造波边界数量以及造波时空过程曲线参数，设定好造波装置参数，达到精确模拟多形态潮滩演变的目的。

本发明具体通过如下技术方案实现：

本发明首先提供了一种四面生潮U形造波的多形态潮滩多流态潮、浪、径流模拟试验装置，其包括试验水池系统、生潮系统、造波系统、径流系统、潮滩模拟系统、信息采集系统、控制系统；

所述的试验水池系统包括试验水池和蓄水池；蓄水池有多个，均匀布置在试验水池下方；蓄水池上方设有排水孔，用于将试验水池中的水体排入蓄水池；所述的蓄水池下方布置沉沙池；

所述的生潮系统包括通过第一输水管道与蓄水池相连的分布式泵群、安装于所述第一输水管道末端的第一过滤器、设置于所述分布式泵群出水端的第一止水消能罩；安装于第一止水消能罩上方的第一导流板，该第一导流板位于试验水池底部位置；