峽道潮流能開發(fā)對開敞區(qū)海域影響的實驗方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種峽道潮流能開發(fā)對開敞區(qū)海域影響的實驗方法，通過如下措施實現(xiàn)：設(shè)置一峽道區(qū)結(jié)構(gòu)，并制造峽道區(qū)潮流，在峽道區(qū)潮流中放置發(fā)電機，利用峽道區(qū)潮流發(fā)電；在峽道區(qū)的進(jìn)、出口端，各設(shè)置一流速測量裝置，測試峽道區(qū)進(jìn)、出口流速；改變發(fā)電機的發(fā)電量，記錄不同發(fā)電量下，峽道區(qū)出口流速相對于進(jìn)口流速的變化，根據(jù)流速變化確定對開敞區(qū)海域的影響，流速變大，對開敞區(qū)海域的影響則大。本發(fā)明提供了一種專門用于開發(fā)峽道潮流能的模擬方法，以研究分析潮流能捕獲對敞開區(qū)海域的影響，有利于潮流能的開發(fā)利用。
【專利說明】峽道潮流能開發(fā)對開敞區(qū)海域影響的實驗方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及峽道潮流能開發(fā)的研究，尤其涉及研究峽道潮流能開發(fā)對開敞區(qū)海域 的影響的實驗方法，包括對開敞區(qū)海域床面切應(yīng)力及泥沙輸移率的影響。

【背景技術(shù)】
[0002] 海洋資源開發(fā)利用是人類共同面臨的重大課題，隨著人類生產(chǎn)活動的迅速發(fā)展， 陸地資源已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人類對能源的需求，向蘊藏著豐富資源的遼闊海洋進(jìn)軍已經(jīng)成為 人類共同的目標(biāo)。潮流能是由月球和太陽的引潮力使海水產(chǎn)生周期性往復(fù)水平運動所形成 的動能。
[0003] 峽道是島嶼與島嶼之間、島嶼與大陸之間或大陸與大陸之間狹窄的水流通道，是 目前各國潮流能開發(fā)的主戰(zhàn)場。峽道既不同于受徑流影響的河口環(huán)境，也不同于開放式海 域和半封閉海灣環(huán)境。由于峽道地形的制約，峽道內(nèi)水流為往復(fù)流，向峽道的口外敞開區(qū)， 逐漸演變成旋轉(zhuǎn)流；峽道內(nèi)由于過水?dāng)嗝婷娣e的縮小，潮流速較大，向敞開區(qū)漲落潮流速變 ?。粛{道口門區(qū)存在顯著的波浪作用。
[0004] 潮流能發(fā)電是一種新型的能源開發(fā)。就遠(yuǎn)場而言，從潮汐系統(tǒng)中捕獲能量將引起 水流結(jié)構(gòu)的改變，包括流速的變化。在潮流能捕獲較小的情況下，潮汐通道內(nèi)的流速U變化 不大，但是如果潮流能捕獲達(dá)到10%時，潮汐通道內(nèi)的流速U就會發(fā)生顯著變化。但是已有 研究表明，開敞區(qū)床面切應(yīng)力是U 2的函數(shù)，因此即便是流速較小的變化，也可能會導(dǎo)致開敞 區(qū)床面切應(yīng)力較大的改變。同時沉積物輸運率與流速U具有更高的冪函數(shù)關(guān)系，有學(xué)者指 出，推移質(zhì)和懸移質(zhì)輸沙率之和是U 34的函數(shù)，流速的變化對沉積物輸運率的影響更大。鑒 于流速對床面及沉積物輸運率的影響，限制了潮流能的開發(fā)，目前實際捕獲方案一般才不 超過1 %的能量捕獲，非常有限。
[0005] 潮流能的開發(fā)到底對開敞區(qū)海域的影響有多大，現(xiàn)有的一些量化評估方法還不能 準(zhǔn)確評估，從一定程度上也阻礙了潮流能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展。為了獲得更多的潮流能，同時又 不致使流速變化太大對開敞區(qū)造成不良影響，就需要研究出能量捕獲與流速變化之間的合 理關(guān)系，為潮流能的開發(fā)作出貢獻(xiàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種用于研究峽道潮流能開發(fā)對開敞區(qū)海域影響 的實驗方法。該實驗方法模擬性強，可以真實反映潮流能的捕獲對開敞區(qū)海域的影響，為實 際工程提供指導(dǎo)建議。
[0007] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：一種峽道潮流能開發(fā)對開敞區(qū)海域影響的實驗方 法，通過如下措施實現(xiàn)：
[0008] 設(shè)置一峽道區(qū)結(jié)構(gòu)，并制造峽道區(qū)潮流，在峽道區(qū)潮流中放置發(fā)電機，利用峽道區(qū) 潮流發(fā)電；
[0009] 在峽道區(qū)的進(jìn)、出口端，各設(shè)置一流速測量裝置，測試峽道區(qū)進(jìn)、出口流速；
[0010] 改變發(fā)電機的發(fā)電量，記錄不同發(fā)電量下，峽道區(qū)出口流速相對于進(jìn)口流速的變 化，根據(jù)流速變化確定對開敞區(qū)海域的影響，流速變大，對開敞區(qū)海域的影響則大。
[0011] 所述對開敞區(qū)海域的影響，包括對床面切應(yīng)力的影響，和對沉積物輸運率的影響。
[0012] 所述實驗方法的具體步驟是：
[0013] 1)首先設(shè)定一種峽道區(qū)結(jié)構(gòu)；
[0014] 2)在所述峽道區(qū)內(nèi)，安裝一臺固定型號的水利發(fā)電機；
[0015] 3)向峽道區(qū)內(nèi)輸水，制造峽道區(qū)潮流，在峽道區(qū)的進(jìn)水端和出水端各設(shè)置一流速 測量裝置，測試進(jìn)、出水的流速；
[0016] 4)改變發(fā)電機的發(fā)電量，記錄該峽道區(qū)結(jié)構(gòu)下，不同發(fā)電量對應(yīng)的進(jìn)、出水流速；
[0017] 5)改換另一種峽道區(qū)結(jié)構(gòu)，重復(fù)上述2)?4)步的操作；
[0018] 6)遍歷所有峽道區(qū)結(jié)構(gòu)，重復(fù)上述2)?4)步的操作；
[0019] 7)最后找出所有峽道區(qū)結(jié)構(gòu)下，哪一種結(jié)構(gòu)中，發(fā)電量最大，而對應(yīng)的流速影響最 小，將此發(fā)電量作為指導(dǎo)發(fā)電量，將此結(jié)構(gòu)作為實際工程的指導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
[0020] 上述，構(gòu)造峽道區(qū)結(jié)構(gòu)，并制造峽道區(qū)潮流的方法是：
[0021] 由兩塊弧形擋板圍成一個中間窄兩邊寬的峽道區(qū)，所述弧形擋板的弧度可調(diào)；在 峽道區(qū)的上方，架設(shè)一發(fā)電機，發(fā)電機轉(zhuǎn)子部分浸在峽道區(qū)的水流中；
[0022] 所述峽道區(qū)的兩端，各通過側(cè)擋板圍成一進(jìn)水開敞區(qū)，和一出水開敞區(qū)；
[0023] 在進(jìn)水開敞區(qū)設(shè)置有多個變頻水泵，從不同方向向峽道區(qū)供水，在峽道區(qū)制造峽 道潮流；
[0024] 在進(jìn)水開敞區(qū)和出水開敞區(qū)各設(shè)置流速測量裝置。
[0025] 進(jìn)一步講：
[0026] 通過調(diào)整兩塊弧形擋板的曲度，調(diào)整峽道區(qū)的寬窄度；所述進(jìn)水開敞區(qū)和出水開 敞區(qū)的過水?dāng)嗝娣e都比峽道區(qū)大。
[0027] 所述變頻水泵的進(jìn)口端與地下水庫連接，變頻水泵的出口端對著進(jìn)水開敞區(qū)；出 水開敞區(qū)的出口與地下水庫連接，由此構(gòu)成一套循環(huán)供水裝置。
[0028] 在采取以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明能夠獲得如下有益效果：（1)本發(fā)明提供 了一種專門用于開發(fā)峽道潮流能的模擬方法，以研究分析潮流能捕獲對敞開區(qū)海域的影 響，有利于潮流能的開發(fā)利用。（2)本發(fā)明提供的用于開發(fā)峽道潮流能的模擬系統(tǒng)得到的潮 流流速對輸沙率影響與輸沙路徑實際情況基本相符。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029] 圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)俯視示意圖；
[0030] 圖中，I-峽道區(qū)，2_進(jìn)水開敞區(qū)，3-出水開敞區(qū)，4_變頻水泵，5、6_流速測量裝置， 7_發(fā)電機，8-桁架。

【具體實施方式】
[0031] 下面結(jié)合說明書附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以 下實施例僅用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0032] 本發(fā)明提供一種用于研究峽道潮流能開發(fā)對開敞區(qū)海域影響的實驗方法，該方法 的核心指導(dǎo)思想是，通過創(chuàng)造不同的峽道區(qū)潮流，測試該峽道潮流下的發(fā)電量，觀察該峽道 區(qū)結(jié)構(gòu)下，以及發(fā)電量不同的情況下，對峽道區(qū)進(jìn)、出口流速的影響，由此建立起峽道區(qū)結(jié) 構(gòu)與發(fā)電量以及流速的合理機制，使得在某種峽道區(qū)結(jié)構(gòu)下，發(fā)電量盡可能大，而流速變化 盡可能小，該種峽道區(qū)結(jié)構(gòu)也將作為實際工程的設(shè)計依據(jù)。
[0033] 該實驗的具體方法是：
[0034] 1)首先設(shè)定一種峽道區(qū)結(jié)構(gòu)不變，記為I型峽道區(qū)（假設(shè)一共有N種結(jié)構(gòu)可選）；
[0035] 2)在該種峽道區(qū)結(jié)構(gòu)內(nèi)，安裝一臺固定型號的水利發(fā)電機；
[0036] 3)向峽道區(qū)內(nèi)輸水，制造峽道潮流，在峽道區(qū)的進(jìn)水端和出水端各設(shè)置一流速測 量裝置，測試進(jìn)、出水的流速；
[0037] 4)改變發(fā)電量，觀察發(fā)電量的改變對進(jìn)、出水流速的影響，作記錄，找出該種結(jié)構(gòu) 下，多大發(fā)電量時對流速影響最??；
[0038] 5)改換另一種峽道區(qū)結(jié)構(gòu)，記為II型峽道區(qū)，重復(fù)上述步驟2)?4)的操作；
[0039] 6)遍歷所有可以選擇的峽道區(qū)結(jié)構(gòu)，重復(fù)上述步驟2)?4)的操作；
[0040] 7)最后找出所有情況下，哪一種情況是發(fā)電量最大，而對流速的影響最小，將此發(fā) 電量作為該結(jié)構(gòu)下的指導(dǎo)發(fā)電量，將此結(jié)構(gòu)作為實際工程的指導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
[0041] 當(dāng)然，上述是一種比較復(fù)雜但是卻比較全面的實驗方法，也可以只選定一種峽道 區(qū)結(jié)構(gòu)，僅指觀察發(fā)電量對峽道流速的影響，找出合理的發(fā)電量即可。
[0042] 因此，為了實現(xiàn)上述方法，需要設(shè)計一種實驗裝置。該裝置包括：一由兩塊弧形擋 板圍成的一個中間窄兩邊寬的峽道區(qū)1，即峽道區(qū)的中間部位過水?dāng)嗝娣e小，兩端過水?dāng)嗝?積大?；⌒螕醢宓幕《瓤烧{(diào)，相當(dāng)于峽道區(qū)1的寬窄度可調(diào)，由此模擬不同的峽道流。在峽 道區(qū)的兩端分別由側(cè)擋板圍成兩個開敞區(qū)，一端作為進(jìn)水開敞區(qū)2,另一端作為出水開敞區(qū) 3 ;兩個開敞區(qū)的過水?dāng)嗝娣e都比峽道區(qū)大。在進(jìn)水開敞區(qū)2的進(jìn)口設(shè)置有多個變頻水泵4， 多個水泵同時從不同方向供水，制造出開敞區(qū)的旋轉(zhuǎn)流。進(jìn)水開敞區(qū)2的水道與峽道區(qū)1 相通，水流經(jīng)過開敞區(qū)進(jìn)入峽道區(qū)之后，在峽道區(qū)由于截面積變小而形成往復(fù)流。出水開敞 區(qū)3的水道與峽道區(qū)1也相通，從峽道區(qū)出來的水流經(jīng)出水開敞區(qū)3流走。在峽道區(qū)1的 進(jìn)、出口端，設(shè)置水流速測量裝置5、6,可測量峽道區(qū)進(jìn)、出水的流速。
[0043] 在峽道區(qū)1的上方，通過桁架8架設(shè)一發(fā)電機7。發(fā)電機7轉(zhuǎn)子浸在峽道區(qū)的水流 處。
[0044] 通過調(diào)整峽道區(qū)的水道寬窄度，變換峽道出口區(qū)的水流流速。通過測量發(fā)電機的 發(fā)電量和對應(yīng)的水流速，建立發(fā)電量與流速（也即峽道區(qū)形狀）的關(guān)系，從中尋找出發(fā)電量 大，而流速變化小的一組組合所對應(yīng)的峽道區(qū)形狀，為實際工程建造提供指導(dǎo)。
[0045] 進(jìn)一步講，還設(shè)置一套循環(huán)供水裝置，包括上述的變頻水泵4外，還有一地下水 庫，其中，變頻水泵的進(jìn)口端與地下水庫連接，變頻水泵4的出口端對著進(jìn)水開敞區(qū)2 ;出水 開敞區(qū)3的出口與地下水庫連接。水在變頻水泵的驅(qū)動下，從地下水庫流出，經(jīng)過進(jìn)水開敞 區(qū)2、峽道區(qū)1和出水開敞區(qū)3,再回流進(jìn)入地下水庫，形成循環(huán)流動，節(jié)約水源。其潮流先 后在進(jìn)水開敞區(qū)形成旋轉(zhuǎn)流，在峽道區(qū)形成往復(fù)流，最后又到出水開敞區(qū)形成旋轉(zhuǎn)流。分別 在進(jìn)水開敞區(qū)2和出水開敞區(qū)3內(nèi)設(shè)置流速測點，然后比較峽道區(qū)1前后的水流流速變化。 在峽道區(qū)1內(nèi)設(shè)置潮流發(fā)電機7,用于將潮流能轉(zhuǎn)化為電能。通過研究前后流速的變化，確 定潮流發(fā)電對床面切應(yīng)力、沉積物輸運率的影響，尋找最佳的合理發(fā)電量以及最佳的峽道 圍堤的形狀。
【權(quán)利要求】
1. 一種峽道潮流能開發(fā)對開敞區(qū)海域影響的實驗方法，其特征在于：設(shè)置一峽道區(qū)結(jié) 構(gòu)，并制造峽道區(qū)潮流，在峽道區(qū)潮流中放置發(fā)電機，利用峽道區(qū)潮流發(fā)電； 在峽道區(qū)的進(jìn)、出口端，各設(shè)置一流速測量裝置，測試峽道區(qū)進(jìn)、出口流速； 改變發(fā)電機的發(fā)電量，記錄不同發(fā)電量下，峽道區(qū)出口流速相對于進(jìn)口流速的變化，根 據(jù)流速變化確定對開敞區(qū)海域的影響，流速變大，對開敞區(qū)海域的影響則大。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實驗方法，其特征在于：所述對開敞區(qū)海域的影響，包括對床 面切應(yīng)力的影響,和對沉積物輸運率的影響。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實驗方法，其特征在于：所述實驗方法的具體步驟是： 1) 首先設(shè)定一種峽道區(qū)結(jié)構(gòu)； 2) 在所述峽道區(qū)內(nèi)，安裝一臺固定型號的水利發(fā)電機； 3) 向峽道區(qū)內(nèi)輸水，制造峽道區(qū)潮流，在峽道區(qū)的進(jìn)水端和出水端各設(shè)置一流速測量 裝置，測試進(jìn)、出水的流速； 4) 改變發(fā)電機的發(fā)電量，記錄該峽道區(qū)結(jié)構(gòu)下，不同發(fā)電量對應(yīng)的進(jìn)、出水流速； 5) 改換另一種峽道區(qū)結(jié)構(gòu)，重復(fù)上述2)?4)步的操作； 6) 遍歷所有峽道區(qū)結(jié)構(gòu)，重復(fù)上述2)?4)步的操作； 7) 最后找出所有峽道區(qū)結(jié)構(gòu)下，哪一種結(jié)構(gòu)中，發(fā)電量最大，而對應(yīng)的流速影響最小， 將此發(fā)電量作為指導(dǎo)發(fā)電量，將此結(jié)構(gòu)作為實際工程的指導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的實驗方法，其特征在于：構(gòu)造峽道區(qū)結(jié)構(gòu)，并制造峽 道區(qū)潮流的方法是： 由兩塊弧形擋板圍成一個中間窄兩邊寬的峽道區(qū)，所述弧形擋板的弧度可調(diào)；在峽道 區(qū)的上方，架設(shè)一發(fā)電機，發(fā)電機轉(zhuǎn)子部分浸在峽道區(qū)的水流中； 所述峽道區(qū)的兩端，各通過側(cè)擋板圍成一進(jìn)水開敞區(qū)，和一出水開敞區(qū)； 在進(jìn)水開敞區(qū)設(shè)置有多個變頻水泵，從不同方向向峽道區(qū)供水，在峽道區(qū)制造峽道潮 流； 在進(jìn)水開敞區(qū)和出水開敞區(qū)各設(shè)置流速測量裝置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的實驗方法，其特征在于：通過調(diào)整兩塊弧形擋板的曲度，調(diào)整 峽道區(qū)的寬窄度；所述進(jìn)水開敞區(qū)和出水開敞區(qū)的過水?dāng)嗝娣e都比峽道區(qū)大。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的實驗方法，其特征在于：所述變頻水泵的進(jìn)口端與地下水庫 連接，變頻水泵的出口端對著進(jìn)水開敞區(qū)；出水開敞區(qū)的出口與地下水庫連接，由此構(gòu)成一 套循環(huán)供水裝置。
【文檔編號】G01M99/00GK104155128SQ201410322451
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月8日
【發(fā)明者】潘冬子, 潘存鴻, 曾劍, 楊元平 申請人:浙江省水利河口研究院