CN109827746A - 测量越浪水体厚度与最大流速的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了测量越浪水体厚度与最大流速的方法，包括通过挡浪墙上方竖直布置的模块化压力传感器，获取和/或按需输入流体参数，运用动水压强‑流速的关系测出越浪水体的最大流速；根据垂向压强的分布，区分水舌区与非水舌区，输出两者分界点至挡浪墙的垂向距离值，进而获得越浪水体厚度。通过上述步骤，能准确的测量到有关越浪水体的压强数据，且布设方便高效，解决了越浪水体厚度、最大流速的测量难题。因而，本发明具有准确、高效的优点。

Description

测量越浪水体厚度与最大流速的方法

技术领域

本发明涉及流体测量方法，尤其涉及测量越浪水体厚度与最大流速的方法。

背景技术

海堤是沿海地区重要的防潮防浪屏障，可有效地抵御风暴潮等海洋自然灾害，保障沿海地区人民的生命财产安全，是沿海地区经济和社会发展的生命线。然而，在超标准风暴潮作用下，海堤的破坏往往难以幸免，大量的实例与研究表明，海堤越浪过大是造成海堤溃决的主要破坏形式。

风暴潮侵袭下，波浪沿着海堤迎潮面上爬超过堤顶或挡浪墙则会出现越浪现象，水体飞溅于堤顶和内坡面。波浪越过挡浪墙时形成的水体称为越浪水体，又称越浪水舌，越浪水体对海堤结构的作用，表现为：①越浪水体对海堤结构的直接打击及越浪水体坠落后垂向砸击，②越浪水体沿海堤坡面滑行造成的水流冲刷，这两种方式共同作用是造成海堤损毁的主要原因。越浪水体厚度、最大流速是表征越浪水体水流运动特性的两个主要指标。由于波浪的周期性作用越浪水体不连续、作用时间又极短，因此，在海堤波浪爬高的模型试验中，常规的测量方法很难有效地测定越浪水体厚度、最大流速，是当前的研究难点之一。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术提供一种测量越浪水体厚度与最大流速的方法。在海堤波浪爬高的模型试验中，实现了越浪水体不连续、作用时间极短的试验条件下的越浪水体厚度与最大流速的测量。

针对越浪水体最大流速的测量问题，本发明所采用的技术方案为：采用模块化压力传感器获取压强数据，按需输入水密度和冲击系数等流体参数。通过准确测量压强数据，经上述流体参数运算后可以精确的得到流速值，并获得最大流速。

为优化上述技术方案，采取的措施包括：

上述运算的计算式为：

其中，式中：p为压强、u为流速、ρ为水密度、C_w为冲击系数。

上述模块化压力传感器包括刚性或柔性的板材，板材的正面设有压力传感器，布设位置为竖立于挡浪墙的上方，按需获得挡浪墙上方不同位置的测量数据。上述冲击系数的取值范围是1.0至1.25。

此外，将上述模块化压力传感器布置在堤顶或后坡时，同样可获得堤顶或后坡处的越浪水体最大流速。

本发明的另一个目的在于针对现有技术提供一种结果精准、效率高的测量越浪水体厚度的方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：采用布置在挡浪墙上方的模块化压力传感器获取压强数据，截去压强噪音后得到压强的垂向分布，通过运算判断，区分水舌区与非水舌区，进而获得水舌高度，即越浪水体厚度。

为优化上述技术方案，采取的措施还包括：

采用模块化传感器获取挡浪墙上方压强数据。

根据上述压强数据截去噪音后得到垂向压强分布，以压强p约为0，且为依据确定水舌区与非水舌区的分界点，输出分界点至挡浪墙的垂向距离值，即为越浪水体厚度。

上述第一种技术方案和第二种技术方案均采用了模块化压力传感器。上述模块化传感器包括刚性或柔性的板材；板材的正面设有压力传感器，能在波流模拟过程中准确获得靠近传感器侧的压强值。板材的侧面及内部设有能容纳导线的穿孔线槽。传感器为双排矩阵式设置，该设置能够在测得需要数据的同时最大程度的减少传感器数量。板材上传感器的间距可以是等距或不等距方式，按试验需要设定，一般为0.3厘米至10厘米。

由于本发明采用了采用模块化传感器获取挡浪墙上方垂向压强参数，按需输入水密度和冲击系数等流体参数，运用动水压强与流速的转换关系得到了越浪水体的最大流速；根据垂向压强的分布，区分水舌区与非水舌区，输出两者分界点至挡浪墙的垂向距离值，进而获得水舌高度，即越浪水体厚度。通过上述步骤，能准确的测量到有关参数，且布设方便高效，解决了越浪水体厚度、最大流速的测量难题。因而本发明具有准确、高效的优点。

附图说明

图1为本发明模块化压力传感器平面结构示意图；

图2位本发明模块化压力传感器立面结构示意图；

图3为本发明模块化压力传感器布置位置示意图；

图4为本发明实施例测量数据挡浪墙处压强垂线分布；

图5为本发明实施例测量数据挡浪墙处越浪量大小与压强的关系；

图中，1板材、2压力传感器、3穿孔线槽、4传感器线束。

具体实施方式

以下结合附实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1：参照图1至图3，测量越浪水体最大流速的方法，其包括，

采用模块化传感器获取压强数据，按需输入水密度和冲击系数等流体参数，经上述流体参数运算后可以精确的得到流速值，并获得最大流速。

上述运算的计算式为：

其中，式中：p为压强、u为流速、ρ为水密度、C_w为冲击系数。

上述模块化压力传感器位于挡浪墙上方，并且与挡浪墙垂直。上述模块化压力传感器包括刚性或柔性的板材，板材的正面设有压力传感器，按需获得挡浪墙上方不同位置的测量数据。上述板材的侧面与内部设有能容纳导线的穿孔线槽。传感器为双排矩阵式设置。采用双排矩阵式设置能够在测得需要数据的同时最大程度的减少传感器数量。板材上传感器的间距可以是等距或不等距方式，按试验需要设定，一般为0.3厘米至10厘米。

上述冲击系数的取值范围是1.0至1.25，上述数值的取值为非线性。

本发明的另一个目的提供测量越浪水体厚度的方法。其包括，

采用模块化传感器获取挡浪墙上方压强数据。

根据上述压强数据截去噪音后得到垂向压强分布，以压强p约为0，且为依据确定区分水舌区与非水舌区的分界点，输出上述分界点至挡浪墙的垂向距离值，即为越浪水体厚度。

以下以试验数据进行进一步说明，参照图4至图5，：

实施例通过挡浪墙处垂向布置的模块化压力传感器，运用动水压强与流速的转换关系测出越浪水体的流速，沿不同高度密排布置的压强传感器可测得压强沿垂线的分布，可清晰反应水舌区与非水舌区的位置，进而获取越浪水体的水舌厚度。

从附图4挡浪墙处最大压强垂向分布可知，本案例的最大压强为30.8kpa，通过压强与流速的转化关系，得到了越浪水体最大流速为6.9～7.7m/s。由于挡浪墙处上方压强相对集中在0～4m高度范围内，通过水舌区与非水舌区的判断，计算得到越浪水体厚度为4.3m。附图5还反映了越浪量大小与挡浪墙处越浪水体压强的关系，由图可见，随着越浪量增大，越浪水体压强急速增大，尤其是越浪量从0.263m³/(m.s)增大至0.338m³/(m.s)时，越浪量增大了27％，而对应的最大压强增加了近一倍多。从挡浪墙顶流速来看，越浪量0.263～0.305m³/(m.s)时，最大流速可达到7.5～13.9m/s。因此，随着越浪量的增大，个别极大单波引起的越浪水体对海堤结构的破坏力也随之加强，且增幅要远大于越浪量量值的增幅。

冲击系数取值范围包括但不限于：1.0、1.05、1.1、1.12、1.13、1.15、1.2、1.21、1.22、1.23、1.24、1.25。当上述模块化压力传感器布置在堤顶或后坡时，同样可获得堤顶或后坡处的越浪水体最大流速。对于堤顶及后坡的越浪水体流速，运用图像处理方法，逐帧测定越浪水体的运移距离，得出越浪流沿堤顶及后坡的平均流速。越浪量0.263～0.305m³/(m.s)时，测得越浪流沿堤顶及后坡的平均流速最大值介于11.2～13.4m/s，与本发明压强-流速转换得到的最大流速值基本接近，显示出本发明方法的简单快捷及可靠性。

尽管已结合优选的实施例描述了本发明，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，能够对在这里列出的主题实施各种改变、同等物的置换和修改，因此本发明的保护范围当视所提出的权利要求限定的范围为准。

Claims (6)

1.测量越浪水体最大流速的方法，其特征是：包括，

采用模块化传感器获取和/或按需输入流体参数，

所述的流体参数含有压强、水密度和冲击系数；

将所述的流体参数经运算后输出流速值。

2.根据权利要求1所述的测量越浪水体最大流速的方法，其特征是：所述的运算的计算式为：

其中，式中：p为压强、u为流速、ρ为水密度、C_w为冲击系数。

3.根据权利要求2所述的测量越浪水体最大流速的方法，其特征是：所述的冲击系数的取值范围是1.0至1.25。

4.测量越浪水体厚度的方法，其特征是：包括，

采用模块化传感器获取挡浪墙上方压强数据数，

根据所述的压强数据除噪后获得压强沿垂线分布，

经水舌区与非水舌区的判断计算，输出越浪水体厚度。

5.根据权利要求4所述的测量越浪水体厚度的方法，其特征是：所述的水舌区与非水舌区的判断以p≈0，且的位置处为两者的分界点，式中，p为压强，h为垂向距离。

6.根据权利要求1所述的测量越浪水体最大流速的方法、权利要求4所述的测量越浪水体厚度的方法，其特征是：所述的模块化传感器包括刚性或柔性的板材；上述板材的正面设有压力传感器，侧面与内部设有能容纳导线的穿孔线槽；板材上传感器为双排矩阵式设置，传感器的间距可以是等距或不等距方式，按试验需要设定。