CN107075863A - 具有耗散型水岸的造波机系统 - Google Patents

Abstract

用于在水体(2)中产生波浪以供休闲或运动用途的造波机系统(1)，该系统包括能够避免形成回弹波浪的波浪耗散水岸(6)。水岸(6)具有水岸地面(7)、可渗透的水岸顶棚(8)和多个内部隔间(17)，该水岸地面(7)具有朝水体(2)下方的地面(3)降低的高度，每个隔间(17)包括一个或多个屏障(22)，所述一个或多个屏障(22)为水在朝水体(2)的方向上的流通提供阻力，并且保留有允许水朝水体(2)的方向通过的水流通空间(24)。由水岸(6)吸收的波浪由于运动通过隔间而损失能量，并且由于重力而返回水体(2)。

Description

具有耗散型水岸的造波机系统

技术领域

本发明涉及一种造波机系统，更具体地，涉及一种在水环境中产生波浪的系统，该系统设置有能够吸收波浪能量和使波浪回弹最小化的耗散型水岸。

背景技术

现有技术中已知用于在水环境中产生波浪的装置和系统的多种设计，这些装置和系统的目的是在水环境中人工地产生波浪以供人类娱乐和进行诸如冲浪那样的运动。造波机系统的一个示例基于在水中(例如在水下、在水面上和像划桨一样接触水，或在水面方向上)牵引运动元件，推动水和引起波浪的形成；通过使运动元件绕圆形、前后运动和/或通过包括多个运动元件可产生连续的波浪。造波机系统的另一示例基于将水发射至或允许水落在固定轮廓上，从而水以预先确定的方式改变方向和形成波浪。根据装置的类型，可以相对静态地(即，不朝水环境行进)或动态地(即，以与海浪例如朝海岸行进相同的方式朝水环境运动)产生波浪。

与其它造波装置相比，特别地设计成用于冲浪的造波机系统具有进一步的复杂性。特别地，这些系统寻求形成具有非常精确的特性和形态的波浪。一方面，波浪应当较高且优选地是动态的以更加真实。另外，波浪应当相当快速地运动，并且如果可能的话，分裂并呈现出空心浪，冲浪者能够在该空心浪中进行其常规活动和技巧。实现适合用于冲浪的波浪是极其复杂的任务；并非徒劳，多年来甚至认为作为天然波浪的精确复制的完美人工波浪不存在或不可能产生。

用于冲浪的动态造波机系统存在的一个难点源于以下事实：即，这些系统通常在与大海(大海相对来讲是“无限”的)相比具有有限尺寸的水环境中工作。例如，这些系统的水环境可能是由具有可变倾角的壁部或水岸包围的湖、池塘或游泳池。在另一示例中，水环境可以是环形，该环形在外部和内部具有壁部或水岸。通常，当波浪到达水环境的边界并且到达壁部或水岸时，波浪完全或部分地朝水环境回弹，形成可以被称为波浪回弹的现象。该波浪回弹可以与下一波浪碰撞并且与其合并，从而破坏波浪的形态。替代地，波浪回弹可穿过位于由系统产生的波浪后面的水，阻止水在下一波浪经过之前平静(这通常是保证产生具有完美形态的波浪所必需的)。换句话说，简而言之，波浪回弹是主要干扰，该干扰对波浪的最终形状具有负面影响，使得该波浪更不适合于冲浪，并且导致通过系统连续地产生波浪之间的时间增加，以使得需要更多的时间来使水平静，由此负面地影响系统的经济效益。

本发明旨在设计一种造波系统，该系统使从水环境的边缘回弹的波浪对由该系统产生的波浪的负面影响减小或最小。

发明内容

为了满足上述目的，提出一种用于休闲或运动用途的造波机系统，该系统包括地面，该地面上存在水体。与本发明不相关的某一机构产生连续的波浪，在各波浪和下一波浪之间存在延时。例如，波浪可具有适于冲浪的形态、尺寸和速度。其内产生波浪的水体具有边缘，波浪朝该边缘行进。在该边缘的方向上存在水岸。根据本发明，所述水岸包括可渗透的水岸顶棚、水岸地面和介于地面和顶棚之间的其内界定有一些隔间的空间，该水岸地面具有朝水体下方的地面降低的高度。隔间使通过顶棚进入的水减速，并且将水引导到水体中。每个隔间包括至少一个障碍物或屏障，水冲击在该屏障上。屏障保留有空间，以允许水流向水体。另外，隔间优选地由从水岸地面延伸到水岸顶棚的横向壁部隔开。

上述解决方案具有多个明显的优点。首先，由于水岸顶棚是可渗透的，因此使水能够大体沿着水岸顶棚的整个表面聚集，从而允许快速地聚集大量的水。其次，由于在适配有阻碍所聚集的水朝水体运动的屏障的隔间中聚集水，使得水能够通过这些屏障在落向水体时逐渐减速，并且最终以较少的能量到达水体，而不在水体中产生湍流。同时，从水岸地面延伸到水岸顶棚的横向壁部对水造成限制，从而主要将水引导到水体中，因此减少水返回水体所花费的时间。全部这些优点意味着波浪可以在非常短的时间内被吸收、耗散和返回水体中，使得造波机系统能够以更小的间隔产生波浪，而不需要水岸具有过大的尺寸。

本发明的附加优点在于，它不需要使用泵或其它有源装置来使水从波浪返回水体，而是水通过重力返回。因此，避免了与泵相关联的能量消耗；在现有技术水系统中，实际上是泵送需要能量消耗，该能量消耗可以是形成波浪本身所需的能量消耗的两倍之多。

另外，根据本发明的水岸的波浪吸收能力允许水岸被建造成具有降低的高度(估计是传统的非耗散型水岸的高度的约三分之一)，而波浪不溢出水环境。因此，降低了构造水环境所需的最大挖掘高度，由此精简和降低了装置的构造成本。另外，由于水岸具有较低的高度以及由此较低的坡度，因此水岸更加开放，与真实海滩的海岸相似。因此，使用者会感觉这种水岸是在美学上舒适的自然环境，使用者能够容易地与该自然环境相互作用(例如沿着水岸行走或坐在水岸上)。

根据本发明的系统的附加优点在于，由于波浪的泡沫能通过可渗透的水岸快速地消失，该系统降低了使用者由于波浪的泡沫而沿着水岸拖着脚走的风险。

因此可以意识到，根据本发明的水岸在造波机系统的工作中提供了显著的经济节约。它们还有助于减小所述系统的环境影响，为使用者提供增加的安全性，并且在美学上舒适和易于使用。

附图说明

在附图中可看到本发明的细节，该附图不旨在限制本发明的范围：

-图1示出根据本发明的造波机系统的透视图。

-图2示出与上图类似的视图，其中水岸的顶棚已经被部分地省略以示出水岸内部的空间，该空间被分成各隔间，所述各隔间被化分成子隔间。

-图3示出一部分隔间的横向截面图。

-图4示出图1的系统的横向截面图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的一个实施例的一个示例的造波机系统(1)的透视图。造波机系统(1)通常用于休闲或进行诸如冲浪那样的运动，该造波机系统(1)包括水体(2)，该水体(2)在平静时由地面(3)、静水面(4)和边缘(5)定界，所述边缘(5)是静水面(4)的边缘。造波机系统(1)还包括沿着水体(2)的边缘(5)延伸的水岸(6)。水岸(6)可以完全围绕水体、在水体的外围的有限区域、在水体的任一端、在水体的内部岛屿处或沿着任何其它构型延伸，这与本发明不相关。

根据本发明，水岸(6)包括水岸地面(7)和水岸顶棚(8)，该水岸地面(7)和水岸顶棚(8)从水岸(6)的外侧(9)延伸到内侧(10)。水岸地面(7)和水岸顶棚(8)布置成在它们之间界定出内部空间(11)。该内部空间(11)通过端壁(12)在外侧(9)封闭，在该实施例中，该端壁(12)在水岸地面(7)的外边缘(13)和水岸顶棚(8)的外边缘(14)之间延伸。端壁(12)可以由支承重量并且优选地抗腐蚀的材料(例如预制混凝土)制成。水岸地面(7)具有朝位于水体(2)下方的地面(3)降低的高度，从而水岸地面(7)上的水通过重力朝水体(2)移位。在该实施例中，水岸地面(7)具有倾斜的平坦的上表面(71)。然而，可设想替代实施例，在该替代实施例中，水岸地面(7)具有交错的、波动的或任何其它构型，在该构型中，上表面(71)的高度朝水体(2)的地面(3)降低。水岸顶棚(8)又具有渗透性，使得水能够从水岸顶棚(8)流向内部空间(11)和水岸地面(7)。

水岸地面(7)由一种或多种材料制成，所述一种或多种材料具有足够的机械抵抗力以经受水岸(6)的重量和水岸(6)上支承的可能的负载(使用者、水、诸如冲浪板那样的运动器材等)。例如，水岸地面(7)可以由泥土、水泥、混凝土、陶瓷、钢、铝、木材或其任何组合制成。在本实施例中，如图4的横截面所示，水岸地面(7)包括由诸如水泥那样的具有低抵抗力的材料制成的主要部分(7a)和由诸如混凝土那样的具有更大的抵抗力的材料制成的纵向带(7b)。下文解释将水岸地面(7)分成所述部分的原因。

水岸顶棚(8)由一种材料或多种材料的组合制成，所述材料使水能够通过，同时提供足够的机械抵抗力以经受冲击水岸(6)的波浪的力，并经受例如等于每个表面单元上的使用者的最大数量的附加负载。水岸顶棚(8)可以具有槽、孔或其它间隔以允许水经过，或可由高渗透性材料制成。例如，在所示的实施例中，使用适配有孔(15)的平板(8a)制造水岸顶棚(8)以允许水通过。平板(8a)可由含聚酯的玻璃纤维制成，并且可具有介于1和10cm之间的厚度。孔(15)可以是具有2cm的直径的圆形。通常，优选地具有至少50％的开孔比(孔的总表面和不包括孔的表面之比)，以保证到达水岸的全部水在到达水岸顶棚(8)的外边缘(14)之前落向隔间。例如，可以设置具有2.5厘米的边长的正方形孔和孔之间的2.5厘米的间距。通常可设想，孔、槽或间隔的形状、尺寸和/或间距可以改变。还可设想，各孔可具有均一/相同的形状、尺寸和/或间距。还可设想，各孔之间的形状、尺寸和/或间距可以不均一，并且以可变的方式分布在水岸顶棚(8)上。例如，一些孔可以比其它孔更大，从而构成一些图案例如交替的行。

另外，所示实施例的平板(8a)朝水体(2)倾斜，从而水岸(6)具有大体上三角形的横截面。水岸顶棚(8)具有朝水体(2)倾斜的外表面(16)，由此减小了吸收到达水岸顶棚(8)的波浪所需的水岸(6)的宽度。

如图1所示，本实施例的水岸顶棚(8)与水岸地面(6)在水岸(6)的内边缘(10)处相交，并且当水体(2)平静时，该相交线位于水下。换句话说，内边缘(10)和毗邻的水岸顶棚(7)的伸展部位于水下。然而，可设想替代实施例，在该替代实施例中，该相交线可以在水面的水位处或在水体(2)的表面上方。

图2示出系统(1)的与图1的视图类似的透视图，但是在图2的透视图中，一些组成水岸顶棚(8)的板已经被省略，以显示水岸(6)的内部空间(11)。水岸顶棚(8)和水岸地面(7)之间的内部空间(11)被分成由横向壁部(18)隔开的多个隔间(17)。横向壁部(18)可以由支承重量并且优选地抗腐蚀的材料(例如预制混凝土)制成。隔间(17)由水岸地面(7)、水岸顶棚(8)和两个横向壁部(18)界定，各隔间(17)构成从水岸的外侧(9)延伸到水岸(6)的内侧(10)的空间。在本实施例中，横向壁部(18)是三角形的，具有毗邻水岸地面(7)就位的第一侧(19)、毗邻水岸顶棚(8)的第二侧(20)和毗邻端壁(12)的第三侧(21)，使得各隔间(17)的高度朝水体(2)降低。根据本发明，各隔间(17)包括一个或多个障碍物或屏障(22)——在图中所示的实施例中是4个——，从而将隔间(17)分成子隔间(17a、17b、17c、17d、17e)。屏障(22)可以由不必适合于支承重量但能对水流通提供阻力的材料(例如塑料板)制成。

图3以示例的方式示出本实施例的隔间(17)的横向截面图，更具体地是子隔间(17b)的放大横向截面图。该放大图更加详细地示出了水岸地面(7)如何倾斜以与水平方向形成角度(23)，这使得落在地面上的水被引导向水体(2)(根据图中的位置是向右)。该图还提供了对如何在水岸地面(7)、水岸顶棚(8)和两个横向壁部(18)之间界定隔间(17)以及隔间(7)如何包括一组屏障(22)的理解，所述一组屏障(22)间隔一定距离并将隔间(17)分成诸如所描述的子隔间(17b)那样的子隔间。另外，该图示出本发明的附加方面，其中，屏障(22)布置成使其为隔间(17)内的水在朝水体(2)的方向上的流通提供阻力。在各屏障(22)下方存在用于使水流向水体(2)的水流通空间(24)。

系统(1)——更具体地说是水岸(6)——按照下文工作。造波机系统(1)通常构造成以特定的频率产生连续的波浪，即，使得一个波浪和下一波浪之间经历预先确定的时间。因此，由系统产生的波浪一个接一个地到达水岸(6)。图3示出到达水岸(6)的波浪(25)的示意图，波浪(25)以虚线绘出。如图所示，波浪(25)到达可渗透的水岸顶棚(8)并且渗透水岸顶棚(8)——在该情况下，穿过孔(15)——到达隔间(17)中，各隔间(17)由此接纳一部分波浪(25)。由于水岸地面(7)相对于水平面倾斜，因此进入各隔间(17)的水倾向于以一定的湍流流向水体(2)，在图中是流向右侧。当穿过隔间(17)移位时，水与屏障(22)和横向壁部(18)碰撞，由此损失能量，并最后经过水流通空间(24)和由于重力继续朝水体(2)下降。连续的子隔间中的水的高度偏差、临时限制允许水在任何方向(竖直、纵向和横向)上损失速度；这在以下情况下是尤其方便的：例如，系统(1)构造成使得波浪(25)以倾斜——即，不垂直于边缘(5)——的方式到达水岸(在系统的平面图中)，并且由此具有沿着边缘(5)的纵向方向的速度分量和垂直于边缘(5)的另一速度分量。在所示的实施例中，水岸(6)的作用是使波浪在运动到下一子隔间之前，在各子隔间中由于与横向壁部(18)和屏障(22)碰撞等而损失能量，直到该波浪以非常少的能量到达水体(2)而不具有在水中引起湍流和破坏到达水体(2)的下一波浪的形态的能力。图3通过图示的箭头(26)示出该作用，该箭头(26)表示水从其通过孔(15)进入隔间(17)的时刻开始，经过子隔间(17b)，与屏障(22)碰撞并由此损失能量，最终通过水流通空间(24)进入下一隔间(17c)的行程。当水到达最后一个子隔间(17d)时，其沿着上升的方向经过可渗透的水岸顶棚(8)并到达水体(2)。

具有子隔间的该系统成功地使波浪(25)几乎彻底或完全消散/耗散，使造波机系统(1)在一个波浪和下一波浪之间必须等待的时间最少。另外，如图所示，在没有泵或任何其它需要消耗电能的有源元件的情况下使波浪耗散。另外，测试表明，可以在可渗透的水岸顶棚(8)不需要具有较大的延伸的情况下充分吸收整个波浪(25)；这意味着尺寸合理的水岸(6)可正常地工作。因此，本文公开的水岸系统非常有效，并且可以以合理的成本构造和工作。

在如图1所示的实施例中，当水体(2)平静时，一部分水岸(6)——更具体而言是内侧(10)上的延伸部——位于该水体的内部。这有助于完成波浪(25)的消散，因为它保证了完整的波浪(25)到达水岸顶棚(8)。

另外，在所示的实施例中，横向壁部(18)从水岸地面(7)延伸至水岸顶棚(8)。换句话说，水不能在相邻的隔间(17)之间穿过将所述相邻的隔间(17)隔开的横向壁部(18)。这使得能够更加有效和快速地将波浪引导向水体(2)。然而，在横向壁部(18)和水岸地面(7)之间不必存在完全不透水的隔间。

另一方面，如上所述，隔间(17)的高度沿着朝水体(2)的方向降低。因此，当水到达水体(2)时，水由于其撞击在水岸顶棚(8)上而继续损失能量。

另外，在该实施例中，屏障(22)作为从水岸顶棚(8)延伸(换句话说，延伸到水岸顶棚(8))的连续不间断的壁部构成。水流通空间(24)在所述壁部和水岸地面(7)之间延伸。换句话说，在所述实施例中，屏障(22)是上壁，水不越过该壁。因此，当隔间(17)中仅剩余一点水时，水仍然可以朝水体(2)移位，因为不论剩余多少水，这部分水也始终能够穿过水流通空间(24)进入下一子隔间。换句话说，该特征允许水岸(6)使完整的波浪(25)返回水体(2)。

在本实施例中，如图2所示，构成屏障(22)的壁部从一个横向壁部(18)延伸到界定隔间(17)的另一横向壁部(18)。此外，水流通空间(24)也使所述一个横向壁部(18)延伸到界定隔间(17)的另一横向壁部(18)。这使得波浪能量的耗散和将水从隔间(17)移除的能力最大化。

图4示出允许观察到整个隔间(7)的水岸(6)的完整的横向截面图。在该实施例中，如图所示，水岸地面(7)包括不可渗透层(27)，该不可渗透层(27)界定了隔间(17)，在水下提供水密性，从而防止了波浪(25)的一定量的水不必要地损失或通过水岸地面(7)过滤，避免了造波机系统(1)中更加频繁的水替换的需要和系统(1)的耗水量的增加。另外，本实施例的不可渗透层(27)在端壁(12)下方连续不间断地延伸，并且与该端壁(12)的背面相邻，在水岸地面(7)和端壁(12)之间的结合部处实现最佳的水密性，由此使水损失最少。不可渗透层(27)由此具有L形的布局，该布局有助于仅将水从水岸(6)的内侧(10)移除到水体(2)中。另外，在本实施例中，不可渗透层(27)在端壁(13)的整个高度上延伸，即，从端壁(12)和水岸地面(7)之间的结合部延伸到水岸顶棚(8)的外边缘(13)。因此，端壁(12)完全水密，这一点在端壁(12)由连续的板或面板制成——如本实施例的情况一样(见图2，在该图2中，存在端壁(12)的两个板(12a、12b))——的情况下尤其有利。

图4还示出在本实施例中，横向壁部(18)非均一地支承水岸地面(7)；而是横向壁部(18)具有至少一个突出的下部支承突起(28)。水岸地面(7)由此不需完全由诸如混凝土那样的高抵抗力材料制成；而是仅水岸地面(7)的某些区域必须呈现出较大的抵抗力，更具体地，下部支承突起(28)下方的纵向混凝土带(7b)呈现出较大的抵抗力就足够了。定位在端壁(12)下方的水岸地面区域(7)中可以包括支承区域或纵向带(7b)。通过仅使某些区域具有较大抵抗力而不是将整个水岸地面(7)建造成具有高抵抗力，可以显著地降低系统(1)的构造成本，同时保证适当的结构和机械性能。据估计，相对于水岸地面(7)全部由高抵抗力材料制成所需的量而言，建造水岸地面(7)所需的高抵抗力材料的量可以减少70-90％。

在一些实施例中，可设想水岸顶棚(8)包括由织物材料制成的网格，该网格为系统的使用者提供了具有舒适的纹理的阶梯式表面。网格的一个示例是涂有PVC的聚酯网格。

在所示的实施例中，子隔间构成通过彼此成90°布置的横向壁部(18)和屏障(22)隔开的二维栅格或网格，以更好地耗散能量和使水更快地移除到水体(2)中。至于子隔间的尺寸，它们可以根据其它变量——例如水岸地面(7)的倾斜度和水岸顶棚(8)的倾斜度——改变；例如，对于仅具有轻微的倾斜的水岸，子隔间可以具有介于0.5和1.5m之间的宽度和长度。水流通空间(24)大体上具有介于2和20cm之间、优选介于2和10cm之间的降低的高度。在这些范围内，波浪的减速被优化(为此较高的壁部是优选的)，波浪从隔间移除到水体中所花费的时间也被优化(为此较大的水流通空间是优选的)。

在所示的实施例中，各横向壁部(18)和端壁(12)之间存在空间(29)，以允许水管(未示出)通过。通常，相邻的隔间(17)之间的水流通将不可能通过这些空间(29)。

Claims (12)

1.用于人类休闲或运动用途的造波机系统(1)，该造波机系统(1)包括地面(3)，该地面(3)上就位有带边缘(5)的水体(2)，该造波机系统(1)还包括沿着水体(2)的所述边缘(5)延伸的水岸(6)，其特征在于，所述水岸(6)包括：

-水岸地面(7)，该水岸地面(7)具有朝水体(2)下方的所述地面(3)降低的高度，从而所述水岸地面(7)上的水通过重力朝水体(2)移位；

-可渗透的水岸顶棚(8)，该水岸顶棚(8)允许水从该水岸顶棚(8)上方流向所述水岸地面(7)；

-布置在所述水岸地面(7)和所述水岸顶棚(8)之间的多个隔间(17)，其中，每个隔间(17)包括至少一个屏障(22)，所述至少一个屏障(22)为水沿着朝水体(2)的方向的流通提供阻力，并且保留有允许水流向水体(2)的水流通空间(24)。

2.根据权利要求1所述的造波机系统(1)，其特征在于，所述隔间(17)由横向壁部(18)界定。

3.根据权利要求2所述的造波机系统(1)，其特征在于，所述横向壁部(18)从所述水岸地面(7)延伸到所述水岸顶棚(8)。

4.根据权利要求1所述的造波机系统(1)，其特征在于，所述屏障(22)包括从所述水岸顶棚(8)延伸的壁部，并且所述水流通空间(24)在所述壁部和水岸地面(7)之间延伸。

5.根据权利要求4所述的造波机系统(1)，其特征在于，所述隔间(17)由横向壁部(18)界定，并且所述壁部和所述水流通空间(24)从界定所述隔间(17)的两个横向壁部(18)中的一个延伸到另一个。

6.根据权利要求1所述的造波机系统(1)，其特征在于，所述水岸顶棚(8)具有朝水体(2)倾斜的外表面(16)。

7.根据权利要求1所述的造波机系统(1)，其特征在于，所述水岸(8)包括在所述水岸地面(7)的外边缘(13)和所述水岸顶棚(8)的外边缘(14)之间延伸的端壁(12)。

8.根据权利要求7所述的造波机系统(1)，其特征在于，所述隔间(17)由横向壁部(18)界定，并且该系统包括就位在所述横向壁部(18)下方并由所述隔间(17)界定的不可渗透层(27)，并且该不可渗透层(27)在所述端壁(12)下方延伸并附接在该端壁(12)的后端上。

9.根据权利要求8所述的造波机系统(1)，其特征在于，所述不可渗透层(27)延伸到所述水岸顶棚(8)的外边缘(13)。

10.根据权利要求7所述的造波机系统(1)，其特征在于，所述横向壁部(18)是具有毗邻所述水岸地面(7)的第一侧(19)、毗邻所述水岸顶棚(8)的第二侧(20)以及毗邻所述端壁(12)的第三侧(21)的三角形。

11.根据权利要求1所述的造波机系统(1)，其特征在于，所述横向壁部(18)具有至少一个下部支承突起(28)。

12.根据权利要求1所述的造波机系统(1)，其特征在于，所述水岸顶棚(8)包括由织物材料制成的上部网格，其中，该网格为系统的使用者提供了上表面。