[发明专利]冲流带海岸段波模拟实验装置和实验方法

权利要求书

1.冲流带海岸段波模拟实验装置的实验方法，其特征在于，基于冲流带海岸段波模拟实验装置，该装置包括实验池（1）、活动挡板（5）和渗水板（9），所述实验池（1）无上盖，活动挡板（5）和渗水板（9）设置在实验池（1）内，将实验池（1）分割为三部分，依次包括储放水池（2）、海岸段波制造池（6）和滤水池（11）；

所述活动挡板（5）可以在实验池（1）内上下移动，将储放水池（2）和海岸段波制造池（2）连通或阻隔，储放水池（2）内沿竖直方向设有刻度条（4），储放水池（2）通过第一输水管（3）与外部水源接通；

所述渗水板（9）水可以通过，泥沙不能通过，滤水池（11）上沿竖直方向设有刻度线（10）；

所述海岸段波制造池（6）靠近渗水板（9）的一端设有泥沙斜坡（8），泥沙斜坡（8）由泥沙堆积而成，泥沙斜坡（8）的坡面由渗水板（9）一侧向活动挡板（5）一侧由高向低倾斜设置，海岸段波制造池（6）中设有流速测量仪（7），海岸段波制造池（6）上沿竖直方向设有测量角度的刻度线；

泥沙斜坡（8）坡面和实验池（1）池底的交汇处设有一个1cm高的障碍物，所述障碍物的两侧和实验池（1）的内壁连接；

所述滤水池（11）的池底设有排水管，排水管上设有截止阀；

还包括水泵（19）、第二输水管（18）和送水管（17），所述第二输水管（18）由柔性材料制成，一端连接水泵（19）的入水口，另一端伸入海岸段波制造池（6）内，送水管（17）一端和水泵（19）的出水口连接，另一端伸入储放水池（2）中

实验方法包括如下步骤：

步骤1、首先将海岸段波制造池（6）内的泥沙沿渗水板（9）、实验池（1）侧壁和实验池（1）池底堆积形成泥沙斜坡（8），泥沙斜坡（8）的坡面由渗水板（9）一端向活动挡板（5）一端由高向低倾斜设置，并和实验池（1）的池底呈一定角度，泥沙斜坡（8）坡面的最底端和障碍物接触；

步骤2、拉动操作杆（13）将活动挡板（5）向上移动，使储放水池（2）和海岸段波制造池（6）连通；通过第一输水管（3）向实验池（1）内注水，当实验池（1）内注入一定水位的水后，放下活动挡板（5），使活动挡板（5）将储放水池（2）和海岸段波制造池（6）相阻隔；

步骤3、继续向储放水池内注水，当储放水池（2）和海岸段波制造池（6）之间形成一定的液位差时，停止注水；

步骤4、然后拉动操作杆（13）迅速向上移动活动挡板（5），将储放水池（2）内的水释放到海岸段波制造池（6）内，并冲击泥沙斜坡（8），位于海岸段波制造池（6）中的流速测量仪（7）测出此处的水流流速；

步骤5、利用声学多普勒流速剖面仪测量溃坝波冲击泥沙斜坡（8）过程中底床附近的流速剖面时间序列数据，对冲流运动底床附近的水动力特性展开研究和分析，包括紊动强度、床面切应力和摩擦系数；同时，利用高速相机，拍摄溃坝波冲击泥沙斜坡（8）过程中泥沙运动图像，并用粒子图像测速法处理该运动图像，得到冲流运动底床附近的泥沙运动速度剖面的时间序列，根据泥沙运动速度剖面的时间序列，对泥沙运动特性进行分析；

通过考虑边界层厚度变化的对数模型描述流速剖面，并基于摩阻流速估计床面切应力；然后根据二次拖拽应力公式估计经验摩擦系数，并对不同试验组次下这些水动力参数变化规律进行讨论分析，研究冲流运动底床附近的水动力特性；

利用二次拖拽应力公式估计经验摩擦系数，公式如下：

；

式中，为床面切应力，ρ为水密度，f为摩擦系数， U₀为自由流速，|U₀|为自由流速的绝对值；

步骤6、提升配重，放下活动挡板（5），将第二输水管（18）伸入海岸段波制造池（6）中，通过水泵（19）、第二输水管（18）和送水管（17）将海岸段波制造池（6）内的水抽入储放水池（2）中，输水完成后收起第二输水管（18）；然后或改变泥沙斜坡（8）的坡度，或改变泥沙的粒径，重复步骤4-5进行多组实验，将重复实验所得的数据汇成图表，并进行分析；

步骤7、完成实验后，打开排水管的截止阀，将滤水池（11）中的水排出，并把活动挡板（5）放到池底，留待下一次使用。