CN105908672B - 用于潮汐河口泥沙物理模型的自动加沙方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水利试验的技术领域，提供了用于潮汐河口泥沙物理模型的自动加沙方法，所述潮汐河口泥沙物理模型包括模型河道，所述模型河道下游具有模型河口，所述模型河道内插设有用于加沙的加沙管，其特征在于，包括以下步骤：(1)实时检测所述模型河道内所述加沙管处的含沙量并记为含沙量数据；(2)根据所述含沙量数据和下一时刻模型理论加沙量计算出实际加沙量数据；(3)控制所述加沙管流量，使其向所述模型河道加入符合根据所述实际加沙量数据的泥沙。本发明中的用于潮汐河口泥沙物理模型的自动加沙方法，其在加沙时对模型河道中的含沙量实时监测，从率定曲线加沙量中扣除来流水中的含沙量，使加沙量满足实验要求，提高了实验精度。

Description

用于潮汐河口泥沙物理模型的自动加沙方法

技术领域

本发明涉及水利试验的技术领域，尤其涉及用于潮汐河口泥沙物理模型的自动加沙方法。

背景技术

在研究水流和泥沙运动的领域中，河流模拟是一种常见的实验手段，其中河工模拟实验运用了河流动力学知识，在实验室中对天然河流或在有水工建筑物的情况下进行模拟，以研究实际河流结构、河床演变、工程方案效果等。

在河工模型试验中，经常会涉及悬沙加沙问题。现有技术中根据率定好的加沙曲线对河道进行加沙，但因模型试验一般采用循环用水，模型试验达到一定周期后，来流方向的水流也具有一定含沙量，如仍按照率定曲线加沙，必将造成加沙量的增加，影响模型试验精度。而且，潮汐河口模型加沙时，一般对试验区的上游河道，落潮时加沙，涨潮时不加沙；对试验区的下游河道，涨潮时加沙，落潮时不加沙，加沙管加沙具有间歇性，其在不加沙时段中，加沙孔极易堵塞。

发明内容

本发明的目的在于提供用于潮汐河口泥沙物理模型的自动加沙方法，旨在解决现有的河工模型试验过程中，随着实验的进行，含沙量会超过预定值导致实验精度下降的问题。

本发明是这样实现的，用于潮汐河口泥沙物理模型的自动加沙方法，所述潮汐河口泥沙物理模型包括模型河道，所述模型河道下游具有模型河口，所述模型河道内插设有用于加沙的加沙管，包括以下步骤：

(1)实时检测所述模型河道内所述加沙管处的含沙量并记为含沙量数据；

(2)根据所述含沙量数据和下一时刻模型理论加沙量计算出实际加沙量数据；

(3)控制所述加沙管流量，使其向所述模型河道加入符合根据所述实际加沙量数据的泥沙。

进一步地，所述加沙管包括设置于所述模型河道上游处的上游加沙管和设置于所述模型河口处的下游加沙管，所述步骤(1)中还包括以下步骤：

检测所述模型河道内所述上游加沙管处的含沙量并记为来流含沙量数据；

检测所述模型河口内所述下游加沙管处的含沙量并记为河口含沙量数据

进一步地，所述潮汐河口泥沙物理模型还包括供水管和供沙管，所述供水管和所述供沙管延伸汇集后形成的管路末端设有所述加沙管，所述自动加沙方法还包括以下步骤：

在无需供沙或供沙量较少时，控制所述供水管持续向所述加沙管供水。

进一步地，所述潮汐河口泥沙物理模型还包括泡沙池、拌沙池、加沙池以及具有恒定水位的分沙池，所述自动加沙方法还包括以下步骤：

(a)将模型沙置入所述泡沙池浸泡，满足要求后将泥沙抽送至所述拌沙池；

(b)在所述拌沙池中进行搅拌，泥沙浓度满足要求后抽送至所述加沙池；

(c)泥沙流入所述加沙池中后被抽送至所述分沙池；

(d)需要向所述模型河道加沙时，从所述分沙池抽取泥沙。

进一步地，在所述步骤(b)中，还包括以下步骤：

利用搅拌器对所述加沙池搅拌。

进一步地，在所述步骤(c)中，还包括以下步骤：

利用搅拌器对所述加沙池和所述分沙池搅拌。。

与现有技术相比，采用本发明中的用于潮汐河口泥沙物理模型的自动加沙方法，可在潮汐河口泥沙物理模型实验过程中，实时监测模型河道的含沙量，并且根据含沙量计算实时修正加沙量，以满足实验的加沙要求，保证实验具有较高的精度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的用于潮汐河口泥沙物理模型的自动加沙装置的整体结构示意图；

图2为图1中A处的局部放大示意图；

图3为本发明实施例提供的用于潮汐河口泥沙物理模型的自动加沙装置的终端装置控制示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合具体附图对本实施例的实现进行详细的描述。

如图1至图3所示，潮汐河口泥沙物理模型包括模型河道2、模拟海区22和模拟水池23，模型河道2的下游通过模型河口21输出水流和泥沙进入模拟海区22，模拟海区22通过双向水泵和模拟水池23实现交流，模拟水池23通过管路向模型河道2的上游提供回流水，使水在整个潮汐河口泥沙物理模型中循环。本实施例中提供用于潮汐河口泥沙物理模型的自动加沙装置和用于潮汐河口泥沙物理模型的自动加沙方法，自动加沙装置主要包括清水池12、供沙池11以及终端装置15几个部分。

清水池12和供沙池11均设有输出管路13，分别连接至清水池12和供沙池11的两输出管路13汇集成为一条管路，在末端设有用于为模型河道2加沙的加沙管14。清水和泥沙分别从两条输出管路13中流出并汇集，最后进入加沙管14。加沙管14深入模型河道2中，其设有多个加沙孔，通过加沙孔将泥沙和水加入模型河道2中，完成加沙。

清水池12和供沙池11连接至输出管路13处均设有流量控制结构152，在加沙管14出口处设有用于检测含沙量的在线浊度计151，在线浊度计151和流量控制结构152均由终端装置15控制。终端装置15通过在线浊度计151采集的含沙数据，与预设的实验数据对比，从而通过流量控制结构152控制清水和泥沙的供给量，调节含沙数据使其满足实验要求。

在采用潮汐河口泥沙物理模型进行实验时，如果未采用本实施例中的自动加沙装置，由于水流循环，从模拟水池23回流至模型河道2上游的清水中携带了一定量的泥沙，这部分水进入模型河道2后，如果加沙管14按照率定曲线加沙，水中的含沙量会大于加沙管14加入的沙量，与试验要求出现偏差。而采用了自动加沙装置后，在线浊度计151可实时采集含沙数据传送至终端装置15，终端装置15根据采集的含沙量数据和下一时刻实验模型的理论加沙量，计算出模型实际需要的加沙量，该加沙量扣除了来流水中的含沙量，其小于加沙管14原预定加沙量，终端装置15控制流量控制结构152，使供沙池11按照计算值输出的泥沙量，从而排除了回流清水所携带的泥沙带来的干扰，避免出现偏差，保证悬沙模型试验对泥沙浓度场模拟相似。

本实施例中提供的用于潮汐河口泥沙物理模型的自动加沙方法，借助上述的自动加沙装置对潮汐河口泥沙物理模型自动加沙，包括以下步骤：

(1)实时检测模型河道2内加沙管14处的含沙量并记为含沙量数据；

(2)根据所述含沙量数据和下一时刻模型理论加沙量计算出实际加沙量数据；

(3)控制所述加沙管14流量，使其向模型河道2加入符合根据所述实际加沙量数据的泥沙。

根据上述的工作原理可知，本实施例中用于潮汐河口泥沙物理模型的自动加沙方法，其采用终端装置15计算修正加沙量的方式，排除了来流水中携带泥沙对实验模型的干扰，并且可实时根据采集的数据计算并自动控制加沙，保证悬沙模型试验对泥沙浓度场模拟相似，而且还能避免加沙孔阻塞。

用于潮汐河口泥沙物理模型的自动加沙方法还包括以下步骤：在不需要加沙或者加沙量较少的阶段，控制对加沙管14持续供水，使得在加沙管14内有持续的水流经加沙孔，避免加沙孔阻塞。

如图1至图3所示，输出管路13包括连接于清水池12上游供水管131和连接于供沙池11的上游供沙管132，加沙管14包括设置于模型河道2上游的上游加沙管14，上游加沙管14设置在上游供水管131和上游供沙管132汇集后形成的管路的末端，在上游供水管131和上游供沙管132上还分别设有用于检测流量的电磁流量计153，清水池12连接上游供水管131处以及供沙池11连接上游供沙管132处均设有流量控制结构152。上游加沙管14用于为模型河道2的上游加沙，分设在上游供水管131和上游供沙管132上的两电磁流量计153可分别采集水流和泥沙的流量，并将采集的数据传输到终端装置15内，作为终端装置15计算供沙量的参考数据。

在上游加沙管141所处河道上游处，设有在线浊度计151。在上述的步骤(1)中，还包括以下步骤：采集上游加沙管14所处河道上游处的含沙量，记做来流加沙数据，作为上游加沙管141的加沙数据计算参考，当对模拟河道2的上游进行加沙时，可采用来流加沙数据作为实际加沙数据的参考。

输出管路13还包括分别连接于清水池12和供沙池11的下游供水管133和下游供沙管134，加沙管14包括设置于模型河口处的下游加沙管14，下游加沙管14设置在下游供水管133和下游供沙管134汇集形成的管路的末端，下游供水管133和下游供沙管134上分别设有电磁流量计153，清水池12连接下游供水管133处以及供沙池11连接下游供沙管134处也各设有流量控制结构152。下游供水管133和下游供沙管134可为下游加沙管142提供泥沙和水，其与上游供水管131和上游供沙管132相对独立，使上游加沙管141和下游加沙管142可以分别独立控制加沙量，满足实验的加沙需求。

在下游加沙管142所处河道下游处，即模型河口21处设有在线浊度计151。在上述的步骤(1)中，还包括以下步骤：采集来下游加沙管14所处河道下游处的含沙量，记做河口含沙量数据，作为下游加沙管142的加沙数据计算参考，当对模拟河道2的下游进行加沙时，可采用河口含沙量数据作为实际加沙数据的参考。

本实施例中的流量控制结构152包括单向水泵1521和变频控制器1522，变频控制器1522可在终端装置15的控制下改变频率从而控制单向水泵1521的功率，从而改变相关流量。

如图1所示，本实施例中的供沙池11包括泡沙池111、拌沙池112、加沙池113以及分沙池114。泡沙池111、拌沙池112、加沙池113和分沙池114依次通过单向污水泵转运泥沙，即泥沙从泡沙池111流出，依次并单向流经拌沙池112和加沙池113，最终流入分沙池114，在分沙池114上设有输出管路13，作为最终输出泥沙的场所。

用于潮汐河口泥沙物理模型的自动加沙方法还包括以下步骤：

(a)模型沙放入泡沙池111中浸泡，满足要求后通过单向污水泵抽送至拌沙池112；

(b)在拌沙池112安装有搅拌器，可将泥沙和水搅拌成为泥沙，泥沙浓度达到要求后，再通过单向污水泵抽送至加沙池113；

(c)加沙池113通过单向污水泵抽送泥沙至分沙池114，分沙池114和加沙池113之间设有泥水溢流口1141，当水位超过泥水溢流口1141后，含沙水从泥水溢流口1141回流至加沙池113，以保证分沙池114具有恒定的水位；

(d)需要向模型河道2加沙时，从分沙池114抽取泥沙。

本实施例中的供沙池11，具有多个池体相互配合，最后的分沙池114中水位恒定，分沙池114无论是输入泥沙或者向外输出泥沙，均不会改变自身水位，提供的稳定的供沙环境。为了避免泥沙在转运的过程中沉积，在加沙池113和分沙池114中也设有搅拌器，在步骤(b)中，还包括以下步骤：利用搅拌器对所述加沙池113搅拌；在步骤(c)中，还包括以下步骤：利用搅拌器对分沙池114搅拌。

如图1所示，本实施例中的清水池12包括蓄水池121和加水池122，蓄水池121和加水池122之间设有用于水回流的清水溢流口1221，加水池122上设有输出管路13。加水池122原理与分沙池114相似，其通过清水溢流口1221将水位控制，提供稳定的供水环境。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.用于潮汐河口泥沙物理模型的自动加沙方法，所述潮汐河口泥沙物理模型包括模型河道，所述模型河道下游具有模型河口，所述模型河道内插设有用于加沙的加沙管，所述潮汐河口泥沙物理模型外设有清水池以及供沙池，所述清水池和所述供沙池均设有输出管路，分别连接至所述清水池和所述供沙池的两条所述输出管路汇集成为一条管路，在末端设有所述加沙管，所述加沙管上设有多个加沙孔，通过加沙孔将泥沙和水加入模型河道中；所述清水池和所述供沙池连接至所述输出管路处均设有流量控制结构，在所述加沙管出口处设有用于检测含沙量的在线浊度计，所述在线浊度计和所述流量控制结构均由终端装置控制；所述加沙管包括设置于所述模型河道上游处的上游加沙管和设置于所述模型河口处的下游加沙管，其特征在于，包括以下步骤：

(1)实时检测所述模型河道内所述加沙管处的含沙量并记为含沙量数据:检测所述模型河道内所述上游加沙管处的含沙量并记为来流含沙量数据，检测所述模型河口内所述下游加沙管处的含沙量并记为河口含沙量数据；

(2)根据所述含沙量数据和下一时刻模型理论加沙量计算出实际加沙量数据；

(3)控制所述加沙管流量，使其向所述模型河道加入符合所述实际加沙量数据的泥沙；

(4)在无需供沙或供沙量较少时，控制持续向所述加沙管供水。

2.如权利要求1所述的用于潮汐河口泥沙物理模型的自动加沙方法，其特征在于，所述潮汐河口泥沙物理模型还包括泡沙池、拌沙池、加沙池以及具有恒定水位的分沙池，所述自动加沙方法还包括以下步骤：

(a)将模型沙置入所述泡沙池浸泡，形成泥沙，满足要求后将泥沙抽送至所述拌沙池；

(b)在所述拌沙池中进行搅拌，泥沙浓度满足要求后抽送至所述加沙池；

(c)泥沙流入所述加沙池中后被抽送至所述分沙池；

(d)需要向所述模型河道加沙时，从所述分沙池抽取泥沙。

3.如权利要求2所述的用于潮汐河口泥沙物理模型的自动加沙方法，其特征在于，在所述步骤(b)中，还包括以下步骤：

利用搅拌器对所述加沙池搅拌。

4.如权利要求2所述的用于潮汐河口泥沙物理模型的自动加沙方法，其特征在于，在所述步骤(c)中，还包括以下步骤：

利用搅拌器对所述分沙池搅拌。