CN104792494B - 一种河口海岸动力多因子耦合模拟试验水槽及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种河口海岸动力多因子耦合模拟试验水槽及其试验方法，其进行模拟试验时，在同一槽体内，可通过与前水池和后水池通连的双向造流装置在槽体内形成径流或者潮流模拟闭合循环；通过咸水库、淡水库和咸淡水分离装置的配合在槽体内形成闭合的咸潮上溯模拟循环；通过造波机模拟出目标波普；通过风机模拟目标风速，从而可在同一个槽体内进行风、波浪、径流和咸潮的耦合作用模拟试验，或者风、波浪、潮流和咸潮的耦合作用模拟试验，以满足河口海岸多因子耦合作用的模拟试验要求，当然，也可以在槽体内进行风、波浪、咸潮和径流或者潮流中的一种因子或其中两种以上的因子的耦合作用摸拟试验。

Description

一种河口海岸动力多因子耦合模拟试验水槽及其试验方法

技术领域

本发明涉及河口海岸动力因子模拟试验领域，特别是一种河口海岸动力多因子耦合模拟试验水槽及其试验方法。

背景技术

河口海岸动力主要因子有风、波浪、潮流、径流、咸潮等，模拟多因子耦合对河口咸、淡水流的作用，对于研究河口演变规律、河口水体的运行规律、以及对河口海岸生态与环境的影响等有重大的指导意义。

目前的试验水槽一般只能针对单个因子开展试验，例如常见的水工模型试验水槽，只能开展径流作用于水工建筑物的试验；再例如波浪试验水槽，只能开展波浪试验，因此这些试验水槽只能够模拟单因子动力作用机制；但河口海岸多因子耦合作用机制复杂，并不是各单因子作用的简单叠加，共同作用时各因子互相影响、互相制约，所以单因子模拟研究的成果与实际情况偏差较大，不能满足河口海岸多因子耦合作用的模拟试验要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种河口海岸动力多因子耦合模拟试验水槽，其可同时对河口海岸的多种动力因子进行模拟试验。本发明的另一个目的在于提供一种河口海岸动力多因子耦合模拟试验方法。

本发明所述的一种河口海岸动力多因子耦合模拟试验水槽，包括槽体，槽体沿其长度方向布置有多个可检测槽体内的水的盐度和水位的盐度计和水位计，所述的槽体前、后部的底壁分别设有下凹槽的前水池和后水池，位于槽体外侧的双向造流装置的两个水口分别通过管道与前水池和后水池相通连形成水循环，槽体内侧位于前水池的前方位置设有造波机；后水池连通位于槽体外侧的咸淡水分离装置，咸淡水分离装置的高浓度咸水出口和淡水出口分别与咸水库和淡水库通连，咸水库的出口和淡水库的出口则分别与前水池和后水池连通，咸淡水分离装置可通过其抽水泵将掺混后的低浓度咸水从后水池中抽取并分离成淡水和高浓度咸水后分别输送到淡水库和咸水库，淡水库和咸水库可通过其内的水泵将淡水和高浓度咸水输送到后水池和前水池；槽体的顶部设置风罩，槽体和风罩之间形成风道，槽体后端有可在风道内形成目标风速的风机,槽体内还设有风速仪、浪高仪和流速仪；抽水泵、双向造流装置、淡水库和咸水库内的水泵、水位计、盐度计，造波机、风机、风速仪、浪高仪和流速仪均与控制系统电连接，不同位置的盐度计可将其检测到的盐度情况反映给控制系统并在显示器显示出来，控制系统可根据水位计和流速仪探测到的水位和流速调节抽水泵、双向造流装置以及水泵的运行功率，根据风速仪检测到的风速调节风机转速，根据浪高仪检测到的浪高值调节造波机的推水速度。

本发明所述的一种河口海岸动力多因子耦合模拟试验方法，包括如下步骤：

A、控制系统控制淡水库的水泵将淡水充入后水池，直到槽体内的水位计探测到的水位达到目标水位时停止充水；

B、启动双向造流装置，使槽体内的水从前水池进入双向造流装置，进入双向造流装置的水从后水池进入槽体，形成径流模拟闭合循环；

C、咸水库通过其水泵将其内的高浓度咸水输入前水池并进入槽体，进入槽体的高浓度咸水由前向后流动，模拟咸潮上溯；

D、高浓度咸水在上溯的过程中会与槽体内的淡水逐渐混合并形成低浓度咸水，此时通过咸淡水分离装置从后水池抽取低浓度咸水，分离成高浓度咸水和淡水后分别输送到咸水库和淡水库，而进入咸水库和淡水库的高浓度咸水和淡水则分别通过相应的水泵输入前水池和后水池并进入槽体，形成闭合的咸潮上溯模拟循环；

E、开启造波机造波，推动槽体内的水，模拟目标波普；

F、开启风机，在风道内模拟出目标风速；

G、同步运行一段时间后，达到稳定的咸潮、风、波浪和径流耦合模拟试验状态，此时，盐度计将检测到的槽体内的不同位置的水的盐度信息反映到控制系统，并显示在控制系统的显示器上，从而得到槽体内的水的盐度情况。

本发明所述的一种河口海岸动力多因子耦合模拟试验方法，包括如下步骤：

A、控制系统控制淡水库的水泵将淡水充入后水池，直到槽体内的水位计探测到的水位达到目标水位时停止充水；

B、启动双向造流装置，使槽体内的水从后水池进入双向造流装置，进入双向造流装置的水从前水池进入槽体，形成潮流模拟闭合循环；

C、咸水库通过其水泵将其内的高浓度咸水输入前水池并进入槽体，进入槽体的高浓度咸水由前向后流动，模拟咸潮上溯；

D、高浓度咸水在上溯的过程中会与槽体内的淡水逐渐混合并形成低浓度咸水，此时通过咸淡水分离装置从后水池抽取低浓度咸水，分离成高浓度咸水和淡水后分别输送到咸水库和淡水库，而进入咸水库和淡水库的高浓度咸水和淡水则分别通过相应的水泵输入前水池和后水池并进入槽体，形成闭合的咸潮上溯模拟循环；

E、开启造波机造波，推动槽体内的水，模拟目标波普；

F、开启风机，在风道内模拟出目标风速；

G、同步运行一段时间后，达到稳定的咸潮、风、波浪和潮流耦合模拟试验状态，此时，盐度计将检测到的槽体内的不同位置的水的盐度信息反映到控制系统，并显示在控制系统的显示器上，从而得到槽体内的水的盐度情况。

本发明进行模拟试验时，在同一槽体内，可通过与前水池和后水池通连的双向造流装置在槽体内形成径流或者潮流模拟闭合循环；通过咸水库、淡水库和咸淡水分离装置的配合在槽体内形成闭合的咸潮上溯模拟循环；通过造波机模拟出目标波普；通过风机模拟目标风速，从而可在同一个槽体内进行风、波浪、径流和咸潮的耦合作用模拟试验，或者风、波浪、潮流和咸潮的耦合作用模拟试验，以满足河口海岸多因子耦合作用的模拟试验要求。当然，也可以在槽体内进行风、波浪、咸潮和径流或者潮流中的一种因子或其中两种以上的因子的耦合作用摸拟试验。

附图说明

图1是本发明的俯视图。

图2是图1沿A－A方向的剖视图。

图3槽体的横剖面示意图。

具体实施方式

如图1至3所示，所述的一种河口海岸动力多因子耦合模拟试验水槽，包括槽体1，槽体1沿其长度方向布置有多个可检测槽体1内的水的盐度和水位的盐度计（图中未表示）和水位计（图中未表示），槽体1前、后部的底壁分别设有下凹槽的前水池2和后水池3，位于槽体1外侧的双向造流装置5的两个水口分别通过管道与前水池2和后水池3相通连形成水循环，槽体1内侧位于前水池2的前方位置设有造波机4，造波机4为现有技术，主要通过控制其推板往返移动并推动槽体1内的水，从而形成波浪，这里不对其结构及工作原理进行赘述，槽体1位于后水池后方的位置和造波机前方的位置分别设置有消能装置（图中未表示，消能装置为现有技术，这里不再对其结构进行赘述），通过消能板对造波机4产生的波浪进行消能，防止波浪撞击槽体的端壁；后水池3连通位于槽体1外侧的咸淡水分离装置6，咸淡水分离装置6同样为现有技术，咸淡水分离装置6的高浓度咸水出口和淡水出口分别与咸水库7和淡水库8通连，咸水库7的出口和淡水库8的出口则分别与前水池2和后水池3连通，咸淡水分离装置6可通过其抽水泵（图中未表示）将掺混后的低浓度咸水从后水池中抽取并分离成淡水和目标浓度的高浓度咸水后分别输送到淡水库8和咸水库7，（具体而言，咸淡水分离装置6是先把低浓度水分离成淡水和盐，然后将盐在调配容器内加入适量的淡水，调配成目标浓度的高浓度咸水后，再输送到咸水库7，而分离出来的淡水则输送到淡水库8），淡水库8和咸水库7可通过其内的水泵（图中未表示）将淡水和高浓度咸水输送到后水池2和前水池3；槽体1的顶部设置风罩11，槽体1和风罩11之间形成风道12，槽体1后端有可在风道内形成目标风速的风机9,槽体1内还设置有用于检测槽体内风速的风速仪（图中未表示）、用于检测槽体1内的浪高的浪高仪（图中未表示）和用于检测槽体内的水流速的流速仪（图中未表示）；抽水泵、双向造流装置5、淡水库8和咸水库7内的水泵、水位计、盐度计、造波机4、风机9、风速仪、浪高仪和流速仪均与控制系统电连接，不同位置的盐度计可将其检测到的盐度情况反映给控制系统并在显示器显示出来，控制系统可根据水位计和流速仪探测到的水位和流速调节抽水泵、双向造流装置5以及水泵的运行功率，根据风速仪检测到的风速调节风机9的转速，以至风机9在风道12内形成目标风速，根据浪高仪检测到的浪高值调节造波机4的推水速度，以至造波机4在槽体1内模拟出目标波普。

本发明进行模拟试验时，在同一槽体1内，可通过与前水池2和后水池3通连的双向造流装置5在槽体1内形成径流或者潮流模拟闭合循环；通过咸水库7、淡水库8和咸淡水分离装置6的配合在槽体1内形成闭合的咸潮上溯模拟循环；通过造波机4模拟出目标波普；以及通过风机9模拟目标风速，从而可在同一个槽体1内进行风、波浪、径流和咸潮的耦合作用模拟试验，或者风、波浪、潮流和咸潮的耦合作用模拟试验，以满足河口海岸多因子耦合作用的模拟试验要求，当然，也可以在槽体内进行风、波浪、咸潮和径流或者潮流中的一种因子或其中两种以上的因子的耦合作用摸拟试验。

为避免前水池2和后水池3与槽体1之间的水的流速过大而产生较为剧烈的紊流，并影响模拟试验效果，可在前水池2和后水池3与槽体1的过渡位置设置格栅21、31。

为了保证咸水库7内的咸水的浓度均匀，可在咸水库7里设置搅拌水泵（图中未表示），通过搅拦水泵驱动咸水库里的高浓度咸水上下流动，从而保持咸水库里的咸水浓度均匀。

所述的一种河口海岸动力多因子耦合模拟试验方法，主要进行咸潮、风、波浪和径流的耦合模拟试验，包括如下步骤：

A、控制系统控制淡水库8的水泵将淡水充入后水池3，直到槽体1内的水位计探测到的水位达到目标水位时停止充水；

B、启动双向造流装置5，使槽体1内的水从前水池2进入双向造流装置5，进入双向造流装置5的水从后水池3进入槽体，形成径流模拟闭合循环；

C、咸水库7通过其水泵将其内的高浓度咸水输入前水池2并进入槽体1，进入槽体1的高浓度咸水由前向后流动，模拟咸潮上溯；

D、高浓度咸水在上溯的过程中会与槽体1内的淡水逐渐混合并形成低浓度咸水，此时通过咸淡水分离装置6从后水池抽取低浓度咸水，分离成高浓度咸水和淡水后分别输送到咸水库7和淡水库8，而进入咸水库7和淡水库的高浓度咸水和淡水则分别通过相应的水泵输入前水池2和后水池3并进入槽体1，形成闭合的咸潮上溯模拟循环；

E、开启造波机4造波，推动槽体内的水，模拟目标波普；

F、开启风机9，在风道12内模拟出目标风速；

G、同步运行一段时间后，达到稳定的咸潮、风、波浪和径流耦合模拟试验状态，此时，盐度计将检测到的槽体1内的不同位置的水的盐度信息反映到控制系统，并显示在控制系统的显示器上，从而得到槽体内的水的盐度情况。

所述的步骤D中，可在咸水库7里设置搅拌水泵（图中未表示），通过搅拌水泵驱动咸水库7里的高浓度咸水上下流动，以保持咸水库里的咸水浓度均匀。

所述的另一种河口海岸动力多因子耦合模拟试验方法，主要进行咸潮、风、波浪和潮流的耦合模拟试验，包括如下步骤：

A、控制系统控制淡水库8的水泵将淡水充入后水池，直到槽体1内的水位计探测到的水位达到目标水位时停止充水；

B、启动双向造流装置5，使槽体1内的水从后水池3进入双向造流装置5，进入双向造流装置5的水从前水池2进入槽体1，形成潮流模拟闭合循环；

C、咸水库7通过其水泵将其内的高浓度咸水输入前水池2并进入槽体1，进入槽体1的高浓度咸水由前向后流动，模拟咸潮上溯；

D、高浓度咸水在上溯的过程中会与槽体1内的淡水逐渐混合并形成低浓度咸水，此时通过咸淡水分离装置6从后水池抽取低浓度咸水，分离成高浓度咸水和淡水后分别输送到咸水库和淡水库，而进入咸水库7和淡水库8的高浓度咸水和淡水则分别通过相应的水泵输入前水池2和后水池3并进入槽体1，形成闭合的咸潮上溯模拟循环；

E、开启造波机4造波，推动槽体内的水，模拟目标波普；

F、开启风机9，在风道12内模拟出目标风速；

G、同步运行一段时间后，达到稳定的咸潮、风、波浪和潮流耦合模拟试验状态，此时，盐度计将检测到的槽体内的不同位置的水的盐度信息反映到控制系统，并显示在控制系统的显示器上，从而得到槽体1内的水的盐度情况。

所述的步骤D中，可在咸水库7里设置搅拌水泵，通过搅拌水泵驱动咸水库7里的高浓度咸水上下流动，以保持咸水库里的咸水浓度均匀。

Claims (6)

1.一种河口海岸动力多因子耦合模拟试验水槽，包括槽体，槽体沿其长度方向布置有多个可检测槽体内的水的盐度和水位的盐度计和水位计，其特征在于：槽体前、后部的底壁分别设有下凹槽的前水池和后水池，位于槽体外侧的双向造流装置的两个水口分别通过管道与前水池和后水池相通连形成水循环，槽体内侧位于前水池的前方位置设有造波机；后水池连通位于槽体外侧的咸淡水分离装置，咸淡水分离装置的高浓度咸水出口和淡水出口分别与咸水库和淡水库通连，咸水库的出口和淡水库的出口则分别与前水池和后水池连通，咸淡水分离装置可通过其抽水泵将掺混后的低浓度咸水从后水池中抽取并分离成淡水和高浓度咸水后分别输送到淡水库和咸水库，淡水库和咸水库可通过其内的水泵将淡水和高浓度咸水输送到后水池和前水池；槽体的顶部设置风罩，槽体和风罩之间形成风道，槽体后端设有可在风道内形成目标风速的风机,槽体内还设有风速仪、浪高仪和流速仪；抽水泵、双向造流装置、淡水库和咸水库内的水泵、水位计、盐度计、造波机、风机、风速仪、浪高仪和流速仪均与控制系统电连接，不同位置的盐度计可将其检测到的盐度情况反映给控制系统并在显示器显示出来，控制系统可根据水位计和流速仪探测到的水位和流速调节抽水泵、双向造流装置以及水泵的运行功率，根据风速仪检测到的风速调节风机转速，根据浪高仪检测到的浪高值调节造波机的推水速度。

2.根据权利要求1所述的河口海岸动力多因子耦合模拟试验水槽，其特征在于：前水池和后水池与槽体的过渡位置设置格栅。

3.一种河口海岸动力多因子耦合模拟试验方法，其特征在于：包括如下步骤：

A、控制系统控制淡水库的水泵将淡水充入后水池，直到槽体内的水位计探测到的水位达到目标水位时停止充水；

B、启动双向造流装置，使槽体内的水从前水池进入双向造流装置，进入双向造流装置的水从后水池进入槽体，形成径流模拟闭合循环；

C、咸水库通过其水泵将其内的高浓度咸水输入前水池并进入槽体，进入槽体的高浓度咸水由前向后流动，模拟咸潮上溯；

D、高浓度咸水在上溯的过程中会与槽体内的淡水逐渐混合并形成低浓度咸水，此时通过咸淡水分离装置从后水池抽取低浓度咸水，分离成高浓度咸水和淡水后分别输送到咸水库和淡水库，而进入咸水库和淡水库的高浓度咸水和淡水则分别通过相应的水泵输入前水池和后水池并进入槽体，形成闭合的咸潮上溯模拟循环；

E、开启造波机造波，推动槽体内的水，模拟目标波普；

F、开启风机，在风道内模拟出目标风速；

G、同步运行一段时间后，达到稳定的咸潮、风、波浪和径流耦合模拟试验状态，此时，盐度计将检测到的槽体内的不同位置的水的盐度信息反映到控制系统，并显示在控制系统的显示器上，从而得到槽体内的水的盐度情况。

4.根据权利要求3所述的河口海岸动力多因子耦合模拟试验方法，其特征在于：所述的步骤D中，可在咸水库里设置搅拌水泵，通过搅拌水泵驱动咸水库里的高浓度咸水上下流动，以保持咸水库里的咸水浓度均匀。

5.一种河口海岸动力多因子耦合模拟试验方法，其特征在于：包括如下步骤：

A、控制系统控制淡水库的水泵将淡水充入后水池，直到槽体内的水位计探测到的水位达到目标水位时停止充水；

B、启动双向造流装置，使槽体内的水从后水池进入双向造流装置，进入双向造流装置的水从前水池进入槽体，形成潮流模拟闭合循环；

C、咸水库通过其水泵将其内的高浓度咸水输入前水池并进入槽体，进入槽体的高浓度咸水由前向后流动，模拟咸潮上溯；

D、高浓度咸水在上溯的过程中会与槽体内的淡水逐渐混合并形成低浓度咸水，此时通过咸淡水分离装置从后水池抽取低浓度咸水，分离成高浓度咸水和淡水后分别输送到咸水库和淡水库，而进入咸水库和淡水库的高浓度咸水和淡水则分别通过相应的水泵输入前水池和后水池并进入槽体，形成闭合的咸潮上溯模拟循环；

E、开启造波机造波，推动槽体内的水，模拟目标波普；

F、开启风机，在风道内模拟出目标风速；

G、同步运行一段时间后，达到稳定的咸潮、风、波浪和潮流耦合模拟试验状态，此时，盐度计将检测到的槽体内的不同位置的水的盐度信息反映到控制系统，并显示在控制系统的显示器上，从而得到槽体内的水的盐度情况。

6.根据权利要求5所述的河口海岸动力多因子耦合模拟试验方法，其特征在于：所述的步骤D中，可在咸水库里设置搅拌水泵，通过搅拌水泵驱动咸水库里的高浓度咸水上下流动，以保持咸水库里的咸水浓度均匀。