[發明專利]高含沙量涌潮模擬試驗方法

有效

• 申請號: 201410229789.8
• 申請日: 2014-05-27
• 公開（公告）號: CN103981833A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 潘冬子;潘存鴻;曾劍;李最森
• 申請（專利權）人: 浙江省水利河口研究院
• 主分類號: E02B1/02
• 分類號: E02B1/02
• 代理公司: 北京尚德技研知識產權代理事務所(普通合伙) 11378
• 代理人: 陳曉平;嚴勇剛

1.高含沙量涌潮模擬試驗方法包括：高含沙量涌潮模擬試驗裝置和利用該裝置進行模擬試驗的方法，其特征在于：所述的高含沙量涌潮模擬試驗裝置，包括可變水頭高位水箱、試驗水槽、地下水庫，順序相連；

所述的可變水頭高位水箱包括：箱體、平水槽、溢流內管、千斤頂、進水管、溢流外管、出水管；平水槽置于箱體內，由千斤頂支撐并調節溢水高度，溢流內管上端連接在平水槽底部，下段插入溢流外管內部，溢流內管與溢流外管相連接處可滑動并設置止水橡皮；

試驗時調節千斤頂使平水槽達到預定高度，進水管進水量大于出水管的出水量，多余棄水自平水槽進入溢流內管、溢流外管返回地下水庫。

2.根據權利要求1所述的高含沙量涌潮模擬試驗裝置，其特征在于：所述的試驗水槽包括：擴散段、整流段、沙槽、試驗段、快速閘門、閘門電機、尾水段、尾門、支架；

所述的整流段連接在擴散段下游，試驗段連接在整流段下游，沙槽位于試驗段底部，快速閘門通過齒條與閘門電機的齒輪相互咬合，快速閘門門槽位于沙槽的下游端，尾門安裝在尾水段末端；

所述的整流段、試驗段、尾水段長度比為2：5：3；

所述的擴散段為一段圓變方的喇叭口，試驗得到擴散段前后面積比大于1：3小于1：2，長度不小于整流段，若面積比小于1：3則擴散后水流仍然有較明顯的高速區，會在沙槽上留下明顯的沖刷痕跡，若面積比大于1：2則在小流量試驗時會有泥沙停留管道中，造成總沙量不平衡，只有當擴散段滿足以上面積比范圍時，沙槽中的泥沙才不會出現明顯的沖刷痕跡，并且在試驗過程中不停留在管道中，一直隨水流運動；

所述的整流段為一段矩形水槽；

所述的試驗段為一段矩形水槽，水槽底部為深度為10～25cm的沙槽，沙槽鋪沙表面與水槽底部持平；

所述的快速閘門背面設置齒條，齒條與閘門電機的齒輪相互咬合；所述的閘門電機為步進電機，電機腳步距為6’,齒輪與齒條咬合后，提供的關閉速度范圍為2～10倍的水槽水流流速；

所述的尾水段為一段矩形水槽；

所述的尾門為插板式尾水門，所述的尾水門由8～12塊插板和分割板組成；

所述的支架為鋼支架用來支撐水槽。

3.根據權利要求1所述利用該裝置進行模擬試驗的方法，其特征在于：所述的試驗方法包括以下步驟：

沙槽鋪沙、調整水槽水位和流速、關閉閘門生潮、測量閘門上游懸沙分布；

所述的沙槽鋪沙是指依據泥沙起動流速相似準則選擇模擬用泥沙，將泥沙鋪設在沙槽中，原型沙最大起動流速與沙槽深度關系為v<8d，即本試驗裝置使用10cm深沙槽時最大可模擬起動流速為0.8m/s的原型沙運動，在使用25cm沙槽時，最大可模擬起動流速為2.0m/s的原型沙運動。

所述的根據泥沙起動流速相似準則是指：

Vsm＝Vsp/Sv，Vsm是裝置中的中值粒徑模型泥沙的起動流速，Vsp是天然狀態涌潮泥沙起動流速，Sv是速度比尺；

Vam＝Vap/Sv，Sv是速度比尺，Vam是裝置中水流正向平均流速；Vap是天然狀態河流正向平均流速；

所選擇的泥沙滿足上述的裝置中的泥沙起動流速條件。

所述的調整水槽水位和流速是指，當設定需要模擬的潮頭高度后，計算給定流速的公式為：Vrm=2gHw/α+Vam,]]>α為水頭損失系數0.95；

其中Hw為設定的需要模擬的潮頭高度，其值與天然潮頭高度間關系為Hw＝Hwp*Sv²，其中；Hwp為天然潮頭高度，Sv為流速比尺；

所述的關閉閘門生潮是指，在流速和水位達到預定值后穩定15分鐘后，驅動閘門電機關閉閘門，閘門的關閉速度為v＞2αVrm(m/s)，α為水頭損失系數本發明取值為0.95。

4.根據權利要求3所述利用該裝置進行模擬試驗的方法，其特征在于：模擬試驗步驟為：通過尾門和可變水頭高位水箱調整水槽中流速達到預定值，關閉快速閘門，水流被截止后在水槽中產生涌潮，涌潮自閘門向上游上涌，帶動沙槽中的泥沙，測量此時水槽中的垂向泥沙分布，獲得天然狀態的垂向泥沙分布特性。