[實(shí)用新型]水位實(shí)時(shí)變化下的波浪物理模型試驗(yàn)無(wú)間斷造波裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201721144484.2
• 申請(qǐng)日: 2017-09-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN207231750U
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 解鳴曉;楊華;陽(yáng)志文;李懷遠(yuǎn);謝華亮;黃玉新;趙張益;張征;張義豐;崔成
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所
• 主分類號(hào): G01M10/00
• 分類號(hào): G01M10/00
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標(biāo)代理有限公司12101
• 代理人: 李鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及海岸工程物理模型試驗(yàn)技術(shù)，特別涉及一種水位實(shí)時(shí)變化下的波浪物理模型試驗(yàn)無(wú)間斷造波裝置。

背景技術(shù)

在海岸工程建設(shè)中，波浪對(duì)建筑物的作用直接控制了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，對(duì)結(jié)構(gòu)安全具有顯著的影響，同時(shí)在波浪的強(qiáng)烈掀動(dòng)作用下，海床泥沙亦將起懸，造成海床地形的沖淤變化，亦會(huì)對(duì)航道、港池等水域內(nèi)造成泥沙淤積。因此，如何合理地模擬波浪的傳播效應(yīng)，是海岸工程科學(xué)研究中的重點(diǎn)課題，也是海岸工程規(guī)劃和設(shè)計(jì)中的重要依據(jù)。

在天然海洋中，受天體引潮力的作用，會(huì)造成潮汐水位的周期性變動(dòng)，是一個(gè)連續(xù)變化的過(guò)程。此外，在遭遇風(fēng)暴潮(臺(tái)風(fēng)、寒潮等)惡劣氣象環(huán)境時(shí)，在風(fēng)力和氣壓變化的作用下，海平面將產(chǎn)生明顯的增水和減水現(xiàn)象，導(dǎo)致近岸水位大幅壅高或下跌。因此，在天然海岸環(huán)境中，波浪的作用疊加于水位的變化之上。從物理本質(zhì)上來(lái)講，波浪傳播和水位變化(包括潮汐、風(fēng)暴潮增減水)是一個(gè)實(shí)時(shí)耦合的過(guò)程。

在當(dāng)前對(duì)波浪傳播的試驗(yàn)?zāi)M技術(shù)中，數(shù)學(xué)模型試驗(yàn)和物理模型試驗(yàn)為兩個(gè)主要流派，其各自具有優(yōu)勢(shì)和不足。波浪數(shù)學(xué)模型試驗(yàn)通過(guò)求解波浪運(yùn)動(dòng)控制方程，可同時(shí)綜合考慮風(fēng)、水位等多種要素的實(shí)時(shí)耦合及變化過(guò)程，然而受限于理論的不成熟，在近岸水域波浪的非線性效應(yīng)的描述方面存在一定不足；波浪物理模型試驗(yàn)采用實(shí)際水體，模擬環(huán)境更貼近現(xiàn)場(chǎng)，無(wú)需引入理論假設(shè)，可真實(shí)還原波浪淺水變形、折射、繞射和反射等關(guān)鍵物理機(jī)制，從而模擬精度在近岸區(qū)域精度較數(shù)學(xué)模型更高，在海岸工程科學(xué)研究中發(fā)揮了重要作用。

然而，在當(dāng)前波浪物理模型試驗(yàn)技術(shù)中，在試驗(yàn)環(huán)境的設(shè)定上僅能采用“靜態(tài)式”，即設(shè)定一個(gè)固定水位(例如極端高水位、設(shè)計(jì)高水位、平均水位、設(shè)計(jì)低水位、極端低水位等)，并考量在這一水位條件下的波浪傳播，而并不能疊加考慮水位的實(shí)時(shí)變化，從而無(wú)法反映在一個(gè)典型潮汐周期或一場(chǎng)風(fēng)暴潮增減水環(huán)境下的波浪連續(xù)傳播過(guò)程。在評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)物在某種“極端條件下”的瞬時(shí)穩(wěn)定性方面，采用這種方法尚可接受。但是，在評(píng)價(jià)海床沖淤的模擬中，由于泥沙運(yùn)動(dòng)同時(shí)與潮位、潮流和波浪均有關(guān)，特別是在研究航道內(nèi)泥沙淤積、防波堤坡腳沖刷等對(duì)象方面，一場(chǎng)風(fēng)暴潮(臺(tái)風(fēng)或寒潮)過(guò)程下的泥沙運(yùn)動(dòng)往往起到控制作用，而風(fēng)暴潮過(guò)程中的水位是時(shí)刻變動(dòng)的，且一般變幅較大，在某些海區(qū)的增水值甚至可超過(guò)2m以上(例如萊州灣區(qū)域)。在這種條件下，僅對(duì)水位采用“靜態(tài)式”的假設(shè)條件則并不合理，僅能加以概化評(píng)價(jià)，例如將一場(chǎng)風(fēng)暴潮實(shí)際過(guò)程概化為“某一高水位下波浪連續(xù)作用12小時(shí)”。顯然，這種概化方法與實(shí)際條件差異較大，是當(dāng)前波浪物理模擬技術(shù)中的瓶頸問(wèn)題。

基于以上背景，當(dāng)前亟待尋求一種可考慮水位實(shí)時(shí)變化的無(wú)間斷造波裝置與對(duì)應(yīng)造波方法。在常規(guī)的波浪物理模型中，無(wú)法實(shí)現(xiàn)水位變動(dòng)條件下造波的關(guān)鍵問(wèn)題有二：(1)在造波過(guò)程中，由于波浪的振蕩，將造成水面始終出現(xiàn)波紋，無(wú)法精確測(cè)量背景水位；(2)造波信號(hào)控制系統(tǒng)僅能在設(shè)定的參數(shù)環(huán)境下進(jìn)行造波，未能實(shí)現(xiàn)造波信號(hào)隨水深的實(shí)時(shí)變化與修正。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題而提供一種水位實(shí)時(shí)變化下的波浪物理模型試驗(yàn)無(wú)間斷造波裝置，該裝置能夠制造水位實(shí)時(shí)變化下的波浪連續(xù)傳播過(guò)程。

本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是：一種水位實(shí)時(shí)變化下的波浪物理模型試驗(yàn)無(wú)間斷造波裝置，包括試驗(yàn)系統(tǒng)，所述試驗(yàn)系統(tǒng)包括試驗(yàn)水池、造波機(jī)和造波信號(hào)控制器，所述造波機(jī)由所述造波信號(hào)控制器控制并安裝在所述試驗(yàn)水池內(nèi)，該造波裝置還包括水位控制系統(tǒng)、穩(wěn)水系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述水位控制系統(tǒng)包括水庫(kù)、雙向可逆水泵及流量控制器，在所述水庫(kù)和所述試驗(yàn)水池之間設(shè)有所述雙向可逆水泵，所述雙向可逆水泵設(shè)有所述流量控制器，所述流量控制器根據(jù)水位傳感器采集得到的水深數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)節(jié)雙向可逆水泵流量控制參數(shù)，所述穩(wěn)水系統(tǒng)包括穩(wěn)水池，所述穩(wěn)水池的底部與所述試驗(yàn)水池的底部采用連通涵管連接，所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括波浪傳感器和所述水位傳感器，所述波浪傳感器布置在所述造波機(jī)的前方，所述水位傳感器布置在所述穩(wěn)水池中，所述造波信號(hào)控制器根據(jù)所述水位傳感器采集得到的水深數(shù)據(jù)信號(hào)確定輸出信號(hào)。

在所述穩(wěn)水池內(nèi)設(shè)有與所述連通涵管垂直的分隔墻，所述水位傳感器設(shè)置在所述分隔墻的后方。

在所述連通涵管的管壁內(nèi)側(cè)設(shè)有加糙結(jié)構(gòu)。