[發(fā)明專利]一種波流強耦合模擬試驗水池及其試驗方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811583237.1
• 申請日: 2018-12-24
• 公開（公告）號: CN109580168A
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邵杰;黃世昌;曾劍;趙鑫;王永舉;董偉良;梁斌;許政;胡子俊
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江省水利河口研究院
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發(fā)明公開了一種波流強耦合模擬試驗水池及其試驗方法，包括：水池主體結(jié)構(gòu)、地下環(huán)形水庫、造波機、生潮系統(tǒng)；所述水池主體結(jié)構(gòu)包括水池邊墻、波流耦合試驗地形、進出水口；所述水池邊墻位于水池四周，所述波流耦合試驗地形包括依次相連的波流前池段、波流過渡段、波流試驗段；所述波流前池段和波流試驗段上均開有進出水口；所述地下環(huán)形水庫位于波流耦合試驗地形下方，地下環(huán)形水庫與所述進出水口相連通，所述地下環(huán)形水庫內(nèi)進出水口處均設(shè)置有生潮系統(tǒng)；所述造波機位于波流前池段且位于進出水口的外端。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)強浪強流的快速耦合試驗，提升水池適用范圍，操作簡便，控制精度高，能滿足河口海岸極端復(fù)雜水動力條件下的物理模型試驗需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水利及海洋工程水動力模擬試驗技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種波流強耦合模擬試驗水池及其試驗方法。

背景技術(shù)

在河口、海岸及近海地區(qū)，波浪是引起海岸變化的主要因素，波浪對沿岸設(shè)施的破壞是毀滅性的，在臺風(fēng)浪期間海浪攜帶的大量泥沙會使港口、航道淤塞嚴重；潮流則直接影響海岸帶波浪強度及作用范圍，影響海岸地貌類型的發(fā)育，造成近岸地區(qū)海床沖淤變化，在淤泥質(zhì)海岸尤其明顯。

波浪、潮流的相互作用效應(yīng)顯著、機理復(fù)雜，近岸區(qū)的許多自然現(xiàn)象，如波浪減水及增水、裂流及近岸水流系統(tǒng)等都受波流相互作用影響。我國海岸線曲折綿長，沿海地區(qū)在臺風(fēng)影響期間將正面遭遇大浪的侵襲，在大潮差區(qū)域相應(yīng)的潮流流速往往也較大。在波流耦合試驗水池中模擬波浪、潮流對海工建筑物的共同作用，開展跨海橋梁、海中塔基等建筑物的局部沖刷及波流沖擊力研究，向來都是海岸工程的重、難點課題，具有重要的科學(xué)意義和工程應(yīng)用價值。

多年來，海岸工程研究常用的傳統(tǒng)試驗水池只能單一模擬波浪或潮流水動力條件，水池控制既麻煩，控制精度也不高。如傳統(tǒng)意義上的波浪港池，主要用于開展純波浪動力下海工建筑物的波浪力、塊體穩(wěn)定性、波浪爬高及越浪量等方面的研究；再如傳統(tǒng)意義上的潮流水池，主要用于開展往復(fù)潮流作用下的水動力、河/海床沖淤等方面的研究，其模擬潮汐流的同時難以疊加波浪動力?？紤]到實際海況中波浪、潮汐流是同時存在的，兩者的耦合作用機制較為復(fù)雜，尤其是波向、流向較為接近時，模擬試驗的水動力條件必須考慮兩者的相互耦合作用。雖然國內(nèi)部分高校及科研院所相繼建成波流水池，但與波浪相互作用的水流大多以恒定流為主，且波流耦合只能進行弱浪強流或強浪弱流等弱非線性水動力條件模擬，很難進行風(fēng)暴潮等極端氣象條件下強浪強流的強非線性耦合水動力條件試驗?zāi)M。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的正是針對上述背景中現(xiàn)有的波浪、潮流耦合試驗技術(shù)中所存在的缺陷和不足，提供一種波流強耦合模擬試驗水池及試驗方法。該試驗水池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便；可同步模擬波浪和潮汐流兩種海洋現(xiàn)象，較好地實現(xiàn)波浪和潮流耦合水動力條件；通過該水池系統(tǒng)彌補了傳統(tǒng)試驗中波流耦合模擬的單一性和不確定性，成功地實現(xiàn)了強浪強流強非線性耦合試驗?zāi)M，提高了對海工結(jié)構(gòu)物分析與研究的可靠性和準確性。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：一種波流強耦合模擬試驗水池，包括：水池主體結(jié)構(gòu)、地下環(huán)形水庫、造波機、生潮系統(tǒng)、消浪材料；所述水池主體結(jié)構(gòu)包括水池邊墻、波流耦合試驗地形、進出水口；所述水池邊墻位于水池四周，所述波流耦合試驗地形包括依次相連的波流前池段、波流過渡段、波流試驗段，所述波流前池段高程低于所述波流試驗段；所述波流前池段和波流試驗段上均開有進出水口，所述進出水口上布置多孔消能板；所述地下環(huán)形水庫位于波流耦合試驗地形下方，地下環(huán)形水庫與所述進出水口相連通，所述地下環(huán)形水庫內(nèi)進出水口處均設(shè)置有生潮系統(tǒng)，所述生潮系統(tǒng)包括若干雙向泵、流量計，所述雙向泵的一端和進出水口相連通，雙向泵的另一端安裝流量計；所述造波機位于波流前池段且位于進出水口的外端；所述造波機的外端和波流試驗段的進出水口外端均設(shè)置消浪材料；所述波流試驗段上還設(shè)置有流速儀和波高儀。

進一步的，所述地下環(huán)形水庫頂部布置有通氣管。