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原文传递河口海岸工程风暴潮灾害全动力实验室模拟系统及其方法

专利名称：	河口海岸工程风暴潮灾害全动力实验室模拟系统及其方法
摘要：	河口海岸工程风暴潮灾害全动力实验室模拟系统及其方法，实验水槽上设有造波机，还设有风道，风道上游设有风机。在实验水槽的上、下游两端都自外向内地设有进水池与潮水箱，进水池与潮水箱之间设有双向泵；潮水箱与实验水槽之间设有阀门。本发明能够克服传统技术不能真实的模拟天然潮流中风、潮和波浪共同作用效果的不足，本实验室模拟系统可真实模拟河口海岸区域港口航道泥沙骤淤岸滩演变、海洋、水利、港口、渔业、军事工程结构，在台风暴潮和强浪联合作用下灾害范围和安全状况。可进行以下实验：试验动力：风、天文潮、风暴增（减）水和台风浪。产生特定区域的风以及模拟出风、模拟风暴潮、模拟出风浪。集成“风+潮+浪”生成系统。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院
发明人：	夏云峰;其他发明人请求不公开姓名
专利状态：	有效
申请日期：	2018-12-14T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-03T00:00:00+0800
申请号：	CN201811531574.6
公开号：	CN109706881A
代理机构：	江苏致邦律师事务所
代理人：	栗仲平
分类号：	E02B1/02(2006.01);E;E02;E02B;E02B1
申请人地址：	210029 江苏省南京市广州路223号
主权项：	1.一种河口海岸工程风暴潮灾害全动力实验室模拟系统，在实验水槽上设有造波机，其特征在于，在该实验水槽上还设有风道，该风道上游设有风机。 2.根据权利要求1所述的河口海岸工程风暴潮灾害全动力实验室模拟系统，其特征在于，所述实验水槽的结构是：在实验水槽的上、下游两端都自外向内地设有进水池与潮水箱，该进水池与潮水箱之间设有双向泵；潮水箱与实验水槽之间设有阀门。 3.根据权利要求1所述的河口海岸工程的风暴潮灾害全动力实验室模拟系统，其特征在于，在所述实验水槽上还设有以下设备：波高仪：控制需要的入射波浪； ADV：控制上游输入流量；消波器：消除水槽震荡，改善尾板控制状况；尾板：控制下游水位；回水道：连通上下游进水池。 4.根据权利要求1所述的河口海岸工程风暴潮灾害全动力实验室模拟系统，其特征在于，试验时波高仪、ADV都均匀布置于水槽中央试验区域。 5.根据权利要求1-4之一所述的河口海岸工程风暴潮灾害全动力实验室模拟系统，其特征在于，所述的各个设备都是通过网络或WIFI和中控电脑连接；中控电脑和采集仪器通过RS485无线连接或者通过WIFI无线连接。 6.权利要求1所述的河口海岸工程风暴潮灾害全动力实验室模拟系统的使用方法，其特征在于，步骤如下：开始实验前，在水槽两端的进水池中蓄水，同时在水槽中放入试验初始需要的水量，选择好试验所需要的双向泵的数量，关闭不使用的通水阀门，选择好需要使用的风机数量；开始试验，首先进行稳水操作，造波机恢复初始状态，启动双向泵，风机及尾板控制，使其达到试验要求的初始流量、风量及潮位；然后导入试验数据开始试验，试验时造波机、双向泵、风机及尾板联动控制，同时采集水槽内的波高、流速、水位数据；试验结束，停止造波机运转，再停止风机、双向泵和尾板的运转，让水槽内的水回水库。 7.根据权利要求6所述的河口海岸工程风暴潮灾害全动力实验室模拟系统的使用方法，其特征在于，所述各步骤的具体操作中： 1)控制点的水位hm；设hini为初始水深，与动力生成有关的水位主要由水槽风增水位hw和生潮系统产生的水位ht(t)组以及水流补充系统形成的水位hc(t)组成，波浪引起的增水忽略不计，则： hm(t)＝hini+hw(t)+ht(t)+hc(t)；hini+hw(t)+ht(t) (1) 2)控制点的波浪要要素(波高H和波周期T)，由水槽(池)风成波(Hw,Tw)和造波机生成的波浪(Hg,Tg)二部分组成： Tg＝Tmean≈α1T0 (2-2) 其中α1是经验系数，取决于风成波与造波机生波的周期比值；下标mean是平均值T0是波周期期望值； 3)控制点的流速由风生流Vw、波浪引起水质点的运动Vg、潮流Vt和双向泵产生的水流Vc；和水槽沿长度方向的水位梯度引起的水流Vh，正比于水位沿水槽长度方向x之比的水头梯度认为Vw主要在水面附近；Vg是周期性波动，时均为0；则控制点在水面下一定深度处的水流速度为：或其中α3Q'm对应的是水位梯度产生流量；尾板处水位为htt由式(1)得到：模型3个控制断面：参考控制断面、目标控制断面、尾板控制断面；其中：输入控制断面由风速仪、水位计、流速仪、波高仪组成；各物理量与目标控制断面各物理量值大小相应，决定其大小；各物理量与潮水箱压力值、双向泵流量、造波机运动量间关系由传统的传递函数Trp,Trgc,TrHT得到；目标控制断面由与输入控制断面相同的仪器组成；是模型试验断面，各物理量的设计值V0,h0,H0,T0由模型试验相似准则得到，其测量值是模拟系统需要达到的；尾板控制断面则水位计以及流速仪组成，监控该断面的水位或流量，决定其高度或开启度以保证目标控制断面得到相应的设计值；模拟系统通过模型控制模式，形成自动闭环反馈控制，达到风暴潮灾害全动力系统实验室模拟。 8.根据权利要求6或7所述的河口海岸工程风暴潮灾害全动力实验室模拟系统的使用方法，其特征在于，以上方法的控制模式分别有：假定风浪是充分成长的，模拟控制采用二步模式；如风浪是非充分成长，则分为三步模式：第二步模拟潮流；第三步模拟波浪；风作用模拟控制：控制主要得到风增水沿程分布hw(t)和风成浪Hw,Tw；全动力模拟：在风作用模拟控制结果的基础上，进行水槽全动力模拟。
所属类别：	发明专利