一種河口海岸動力多因子耦合模擬試驗水槽及其試驗方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及河口海岸動力因子模擬試驗領域,特別是一種河口海岸動力多因子耦合模擬試驗水槽及其試驗方法。
【背景技術】
[0002]河口海岸動力主要因子有風、波浪、潮流、徑流、咸潮等,模擬多因子耦合對河口咸、淡水流的作用,對于研宄河口演變規(guī)律、河口水體的運行規(guī)律、以及對河口海岸生態(tài)與環(huán)境的影響等有重大的指導意義。
[0003]目前的試驗水槽一般只能針對單個因子開展試驗,例如常見的水工模型試驗水槽,只能開展徑流作用于水工建筑物的試驗;再例如波浪試驗水槽,只能開展波浪試驗,因此這些試驗水槽只能夠模擬單因子動力作用機制;但河口海岸多因子耦合作用機制復雜,并不是各單因子作用的簡單疊加,共同作用時各因子互相影響、互相制約,所以單因子模擬研宄的成果與實際情況偏差較大,不能滿足河口海岸多因子耦合作用的模擬試驗要求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種河口海岸動力多因子耦合模擬試驗水槽,其可同時對河口海岸的多種動力因子進行模擬試驗。本發(fā)明的另一個目的在于提供一種河口海岸動力多因子耦合模擬試驗方法。
[0005]本發(fā)明所述的一種河口海岸動力多因子耦合模擬試驗水槽,包括槽體,槽體沿其長度方向布置有多個可檢測槽體內(nèi)的水的鹽度和水位的鹽度計和水位計,所述的槽體前、后部的底壁分別設有下凹槽的前水池和后水池,位于槽體外側的雙向造流裝置的兩個水口分別通過管道與前水池和后水池相通連形成水循環(huán),槽體內(nèi)側位于前水池的前方位置設有造波機;后水池連通位于槽體外側的咸淡水分離裝置,咸淡水分離裝置的高濃度咸水出口和淡水出口分別與咸水庫和淡水庫通連,咸水庫的出口和淡水庫的出口則分別與前水池和后水池連通,咸淡水分離裝置可通過其抽水泵將摻混后的低濃度咸水從后水池中抽取并分離成淡水和高濃度咸水后分別輸送到淡水庫和咸水庫,淡水庫和咸水庫可通過其內(nèi)的水泵將淡水和高濃度咸水輸送到后水池和前水池;槽體的頂部設置風罩,槽體和風罩之間形成風道,槽體后端有可在風道內(nèi)形成目標風速的風機,槽體內(nèi)還設有風速儀、浪高儀和流速儀;抽水泵、雙向造流裝置、淡水庫和咸水庫內(nèi)的水泵、水位計、鹽度計,造波機、風機、風速儀、浪高儀和流速儀均與控制系統(tǒng)電連接,不同位置的鹽度計可將其檢測到的鹽度情況反映給控制系統(tǒng)并在顯示器顯示出來,控制系統(tǒng)可根據(jù)水位計和流速儀探測到的水位和流速調(diào)節(jié)抽水泵、雙向造流裝置以及水泵的運行功率,根據(jù)風速儀檢測到的風速調(diào)節(jié)風機轉速,根據(jù)浪高儀檢測到的浪高值調(diào)節(jié)造波機的推水速度。
[0006]本發(fā)明所述的一種河口海岸動力多因子耦合模擬試驗方法,包括如下步驟:
A、控制系統(tǒng)控制淡水庫的水泵將淡水充入后水池,直到槽體內(nèi)的水位計探測到的水位達到目標水位時停止充水; B、啟動雙向造流裝置,使槽體內(nèi)的水從前水池進入雙向造流裝置,進入雙向造流裝置的水從后水池進入槽體,形成徑流模擬閉合循環(huán);
C、咸水庫通過其水泵將其內(nèi)的高濃度咸水輸入前水池并進入槽體,進入槽體的高濃度咸水由前向后流動,模擬咸潮上溯;
D、高濃度咸水在上溯的過程中會與槽體內(nèi)的淡水逐漸混合并形成低濃度咸水,此時通過咸淡水分離裝置從后水池抽取低濃度咸水,分離成高濃度咸水和淡水后分別輸送到咸水庫和淡水庫,而進入咸水庫和淡水庫的高濃度咸水和淡水則分別通過相應的水泵輸入前水池和后水池并進入槽體,形成閉合的咸潮上溯模擬循環(huán);
E、開啟造波機造波,推動槽體內(nèi)的水,模擬目標波普;
F、開啟風機,在風道內(nèi)模擬出目標風速;
G、同步運行一段時間后,達到穩(wěn)定的咸潮、風、波浪和徑流耦合模擬試驗狀態(tài),此時,鹽度計將檢測到的槽體內(nèi)的不同位置的水的鹽度信息反映到控制系統(tǒng),并顯示在控制系統(tǒng)的顯示器上,從而得到槽體內(nèi)的水的鹽度情況。
[0007]本發(fā)明所述的一種河口海岸動力多因子耦合模擬試驗方法,包括如下步驟:
A、控制系統(tǒng)控制淡水庫的水泵將淡水充入后水池,直到槽體內(nèi)的水位計探測到的水位達到目標水位時停止充水;
B、啟動雙向造流裝置,使槽體內(nèi)的水從后水池進入雙向造流裝置,進入雙向造流裝置的水從前水池進入槽體,形成潮流模擬閉合循環(huán);
C、咸水庫通過其水泵將其內(nèi)的高濃度咸水輸入前水池并進入槽體,進入槽體的高濃度咸水由前向后流動,模擬咸潮上溯;
D、高濃度咸水在上溯的過程中會與槽體內(nèi)的淡水逐漸混合并形成低濃度咸水,此時通過咸淡水分離裝置從后水池抽取低濃度咸水,分離成高濃度咸水和淡水后分別輸送到咸水庫和淡水庫,而進入咸水庫和淡水庫的高濃度咸水和淡水則分別通過相應的水泵輸入前水池和后水池并進入槽體,形成閉合的咸潮上溯模擬循環(huán);
E、開啟造波機造波,推動槽體內(nèi)的水,模擬目標波普;
F、開啟風機,在風道內(nèi)模擬出目標風速;
G、同步運行一段時間后,達到穩(wěn)定的咸潮、風、波浪和潮流耦合模擬試驗狀態(tài),此時,鹽度計將檢測到的槽體內(nèi)的不同位置的水的鹽度信息反映到控制系統(tǒng),并顯示在控制系統(tǒng)的顯示器上,從而得到槽體內(nèi)的水的鹽度情況。
[0008]本發(fā)明進行模擬試驗時,在同一槽體內(nèi),可通過與前水池和后水池通連的雙向造流裝置在槽體內(nèi)形成徑流或者潮流模擬閉合循環(huán);通過咸水庫、淡水庫和咸淡水分離裝置的配合在槽體內(nèi)形成閉合的咸潮上溯模擬循環(huán);通過造波機模擬出目標波普;通過風機模擬目標風速,從而可在同一個槽體內(nèi)進行風、波浪、徑流和咸潮的耦合作用模擬試驗,或者風、波浪、潮流和咸潮的耦合作用模擬試驗,以滿足河口海岸多因子耦合作用的模擬試驗要求。當然,也可以在槽體內(nèi)進行風、波浪、咸潮和徑流或者潮流中的一種因子或其中兩種以上的因子的耦合作用摸擬試驗。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明的俯視圖。
[0010]圖2是圖1沿A —A方向的剖視圖。
[0011]圖3槽體的橫剖面示意圖。
【具體實施方式】
[0012]如圖1至3所示,所述的一種河口海岸動力多因子耦合模擬試驗水槽,包括槽體1,槽體I沿其長度方向布置有多個可檢測槽體I內(nèi)的水的鹽度和水位的鹽度計(圖中未表示)和水位計(圖中未表示),槽體I前、后部的底壁分別設有下凹槽的前水池2和后水池3,位于槽體I外側的雙向造流裝置5的兩個水口分別通過管道與前水池2和后水池3相通連形成水循環(huán),槽體I內(nèi)側位于前水池2的前方位置設有造波機4,造波機4為現(xiàn)有技術,主要通過控制其推板往返移動并推動槽體I內(nèi)的水,從而形成波浪,這里不對其結構及工作原理進行贅述,槽體I位于后水池后方的位置和造波機前方的位置分別設置有消能裝置(圖中未表示,消能裝置為現(xiàn)有技術,這里不再對其結構進行贅述),通過消能板對造波機4產(chǎn)生的波浪進行消能,防止波浪撞擊槽體的端壁;后水池3連通位于槽體I外側的咸淡水分離裝置6,咸淡水分離裝置6同樣為現(xiàn)有技術,咸淡水分離裝置6的高濃度咸水出口和淡水出口分別與咸水庫7和淡水庫8通連,咸水庫7的出口和淡水庫8的出口則分別與前水池2和后水池3連通,咸淡水分離裝置6可通過其抽水泵(圖中未表示)將摻混后的低濃度咸水從后水池中抽取并分離成淡水和目標濃度的高濃度咸水后分別輸送到淡水庫8和咸水庫7,(具體而言,咸淡水分離裝置6是先把低濃度水分離成淡水和鹽,然后將鹽在調(diào)配容器內(nèi)加入適量的淡水,調(diào)配成目標濃度的高濃度咸水后,再輸送到咸水庫7,而分離出來的淡水則輸送到淡水庫8),淡水庫8和咸水庫7可通過其內(nèi)的水泵(圖中未表示)將淡水和高濃度咸水輸送到后水池2和前水池3 ;槽體I的頂部設置風罩11,槽體I和風罩11之間形成風道12,槽體I后端有可在風道內(nèi)形成目標風速的風機9,槽體I內(nèi)還設置有用于檢測槽體內(nèi)風速的風速儀(圖中未表示)、用于檢測槽體I內(nèi)的浪高的浪高儀(圖中未表示)和用于檢測槽體內(nèi)的水流速的流速儀(圖中未表示);抽水泵、雙向造流裝置5、淡水庫8和咸水庫7內(nèi)的水泵、水位計、鹽度計、造波機4、風機9、風速儀、浪高儀和流速儀均與控制系統(tǒng)電連接,不同位置的鹽度計可將其檢測到的鹽度情況反映給控制系統(tǒng)并在顯示器顯示出來,控制系統(tǒng)可根據(jù)水位計和流速儀探測到的水位和流速調(diào)節(jié)抽水泵、雙向造流裝置5以及水泵的運行功率,根據(jù)風速儀檢測到的風速調(diào)節(jié)風機9的轉速,以至風機9在風道12內(nèi)形成目標風速,根據(jù)浪高儀檢測到的浪高值調(diào)節(jié)造波機4的推水速度,以至造波機4在槽體I內(nèi)模擬出目標波普。
[0013]本發(fā)明進行模擬試驗時,在同一槽體I內(nèi),可通過與前水池2和后水池3通連的雙向造流裝置5在槽體I內(nèi)形成徑流或者潮流模擬閉合循環(huán);通過咸水庫7、淡水庫8和咸淡水分離裝置6的配合在槽體I內(nèi)形成閉合的咸潮上溯模擬循環(huán);通過造波機4模擬出目標波普;以及通過風機9模擬目標風速,從而可在同一個槽體I內(nèi)進行風、波浪、徑流和咸潮的耦合作用模擬試驗,或者風、波浪、潮流和咸潮的耦合作用模擬試驗,以滿足河口海岸多因子耦合作用的模擬試驗要求,當然,也可以在槽體內(nèi)進行風、波浪、咸潮和徑流或者潮流中的一種因子或其中兩種以上的因子的耦合作用摸擬試驗。
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