[發明專利]河口海岸工程風暴潮災害全動力實驗室模擬系統及其方法

有效

• 申請號: 201811531574.6
• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN109706881B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 黃海龍;左其華;夏云峰;李褆來;韓玉芳;王紅;滕玲;楊紅;段子冰;王玉丹;繆張華;方辰;錢明霞;楊寧娜;孫鵬;黃東海;陳海英;丁潔
• 申請（專利權）人: 水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院
• 主分類號: E02B1/02
• 分類號: E02B1/02
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務所 32230
• 代理人: 栗仲平

1.一種河口海岸工程風暴潮災害全動力實驗室模擬系統的使用方法，在實驗水槽上還設有風道，該風道上游設有風機；所述實驗水槽的結構是：在實驗水槽的上、下游兩端都自外向內地設有進水池與潮水箱，該進水池與潮水箱之間設有雙向泵；潮水箱與實驗水槽之間設有閥門；其特征在于，步驟如下：

開始實驗前，在水槽兩端的進水池中蓄水，同時在水槽中放入試驗初始需要的水量，選擇好試驗所需要的雙向泵的數量，關閉不使用的通水閥門，選擇好需要使用的風機數量；

開始試驗，首先進行穩水操作，造波機恢復初始狀態，啟動雙向泵，風機及尾板控制，使其達到試驗要求的初始流量、風量及潮位；然后導入試驗數據開始試驗，試驗時造波機、雙向泵、風機及尾板聯動控制，同時采集水槽內的波高、流速、水位數據；

試驗結束，停止造波機運轉，再停止風機、雙向泵和尾板的運轉，讓水槽內的水回水庫；所述各步驟的具體操作中：

1)控制點的水位h_m；設h_ini為初始水深，與動力生成有關的水位主要由水槽風增水位h_w和生潮系統產生的水位h_t(t)以及水流補充系統形成的水位h_c(t)組成，波浪引起的增水忽略不計，則：

h_m(t)＝h_ini+h_w(t)+h_t(t)+h_c(t) (1)

2)控制點的波浪要素波高H和波周期T，由水槽風成波(H_w,T_w)和造波機生成的波浪(H_g,T_g)二部分組成：

T_g＝T_mean≈α₁T₀ (2-2)

其中α₁是經驗系數，取決于風成波與造波機生成的周期波的比值；下標mean是平均值；T₀是波周期期望值；

3)控制點的流速由風生流速度V_w、波浪引起水質點的運動速度V_g、潮流速度V_t和雙向泵產生的水流速度V_c；和水槽沿長度方向的水位梯度引起的水流速度V_h，正比于水位沿水槽長度方向x之比的水頭梯度認為V_w主要在水面附近；V_g是周期性波動，時均為0；則控制點在水面下一定深度處的水流速度為：

尾板處水位為h_t(t)由式(1)得到；

模型3個控制斷面：輸入控制斷面、目標控制斷面、尾板控制斷面；其中：

輸入控制斷面由風速儀、水位計、流速儀、波高儀組成；各物理量與目標控制斷面各物理量值大小相應；各物理量與潮水箱壓力值、雙向泵流量、造波機運動量間關系由傳統的傳遞函數T_rp,T_rgc,T_rHT得到；

目標控制斷面由與輸入控制斷面相同的儀器組成；目標控制斷面是模型試驗斷面，各物理量的設計值V₀,h₀,H₀,T₀由模型試驗相似準則得到，流速、水位、波浪波高及周期測量值是模擬系統需要達到的；

尾板控制斷面由水位計以及流速儀組成，監控該斷面的水位或流量，決定尾板高度或開啟度以保證目標控制斷面得到相應的設計值；

模擬系統通過模型控制模式，形成自動閉環反饋控制，達到風暴潮災害全動力系統實驗室模擬。

2.根據權利要求1所述的河口海岸工程風暴潮災害全動力實驗室模擬系統的使用方法，其特征在于，以上方法的控制模式分別有：

假定風浪是充分成長的，模擬控制采用二步模式；

如風浪是非充分成長，則分為三步模式：第二步模擬潮流；第三步模擬波浪；

風作用模擬控制：控制主要得到風增水沿程分布h_w(t)和風成浪H_w,T_w；

全動力模擬：在風作用模擬控制結果的基礎上，進行水槽全動力模擬。