一种可方便调节的潮汐物理模型加糙装置和加糙试验方法与流程

本发明涉及水动力学研究试验领域，尤其涉及一种应用于可方便调节的河口海岸的潮汐物理模型加糙装置和加糙试验方法。

背景技术：

1、目前，在现代的潮汐动力学研究中，经常采用河口海岸潮汐物理模型来作为常用的研究手段。在现实中，实际的河口海岸水域一般水面宽度较大，但深度较浅，所以导致其“宽深比”较大。由于试验模型的场地限制，通常在河口海岸水动力研究所使用的模型一般设计成宽度和深度比尺不相等的模型(以下简称变态物理模型)。

2、而对于潮汐河工模型而言，其阻力相似是保证平面流态及流速分布相似的重要因素，其模型糙率是反映模型阻力的主要参数指标，当糙率满足相似条件后，沿程的水位相似性才能够得以满足，进而才能保证流速的相似性。

3、现有的河口海岸潮汐模型设计中，糙率相似条件为曼宁系数的比尺计算式如下：

4、

5、式中的λ为原型与模型各物理量之比(下标为物理量符号)。

6、以上海河口海岸研究中心的长江口整体物理模型为例，其平面比尺为1:1000，垂直比尺为1:125，变率为8，糙率比尺是1:0.79。而以南京水利科学研究院的长江口整体物理模型为例，平面比尺为1:2000，垂直比尺为1:150，变率为13.33，糙率比尺是1:0.63，其中，以南京水利科学研究院的澄通河段物理模型为例，平面比尺为1:655，垂直比尺为1:100，变率为6.55，糙率比尺是1:0.84。

7、由上可见，因此，变态物理模型的模型糙率比尺都大于1，也就是需要模型糙率要大于天然实际糙率，所以在变态物理模型上通常需要增加糙率才能确保模型糙率相似。

8、而目前现有技术下所采用的增加糙率的方法是在定床模型中通过粘贴固定高度的三角形橡胶加糙块来实现糙率相似，即，在深水河槽中需要粘贴固定厚度较大的三角形橡胶加糙块，而在水深较浅的浅滩粘贴固厚度较小的三角形橡胶，以此方法来满足糙率相似。而在设置这些厚度不一的三角形橡胶加糙块时，现有技术是采用了将水泥作为粘合剂，把固定厚度的三角形橡胶加糙块固定在潮汐物理模型面上，然而在模型面上按照矩形网格布置。

9、然而，经过试验人员在现场使用时发现，上述的现有技术存在以下缺点：

10、1.三角形橡胶加糙块高度的选择主要是依据模型试验经验来选择，加糙块的高度为固定式，比如1cm,2cm和3cm厚度，而不能在模型上自由调节模型糙率；

11、2.假如在试验中发现三角形橡胶加糙块的高度选择不合理，只能先把模型中的水排光，然后铲除粘合用的水泥来分离加糙块，然后等模型干燥后再选择新高度加糙块，然后再次重新用水泥粘合在模型的表面上，整个过程会花1～2天的时间才能完成，因此模型加糙调整方式的工作效率低下，导致其相关的潮汐水流模型试验的周期也随之变长。

技术实现思路

1、为了解决针对现有技术中的河口海岸潮汐研究所采用的加糙方法中存在的无法调节加糙块高度、模型加糙调整效率低、潮汐水流试验周期长的问题，本发明提出了一种可方便调节的潮汐物理模型加糙装置和加糙试验方法，通过在物理模型中设置可嵌套调节的咬合结构，使得在模型排水后，不需要等模型干燥后铲除原来的加糙块，而是可以立即增加或者减小三角形加糙块的厚度，达到快速调整模型糙率的目的，由于无需等待模型干燥再更换加糙块的时间即可立刻开展潮汐水流模型试验，大大提高了试验效率，缩短了试验周期。

2、一种可方便调节的潮汐物理模型加糙装置，包括潮汐物理模型，其特征在于：

3、所述的潮汐物理模型的床面上按等间距布置有加糙块；

4、所述的加糙块可嵌合堆叠来改变其整体高度，通过调节加糙块的整体高度的方式来调节潮汐物理模型糙率。

5、根据本发明的一种可方便调节的潮汐物理模型加糙装置，其特征在于，所述的加糙块其具体为三角形基座，该三角形基座的上部平面的中间位置设置有凸起的嵌套调节柱，而在该三角形基座的下部平面的中间位置设置有内凹的嵌套调节凹孔，该嵌套调节凹孔的内径与嵌套调节柱的直径对应，嵌套调节柱和嵌套调节凹孔可相互嵌合，即，加糙块可相互嵌合堆叠调节高度。

6、根据本发明的一种可方便调节的潮汐物理模型加糙装置，其特征在于，所述的加糙块的三角形基座布置方式为：其三角形顶部的锐角尖端对着落潮时的水流方向，而其三角形底部的横向平面则对着涨潮时的水流方向。

7、根据本发明的一种可方便调节的潮汐物理模型加糙装置，其特征在于，所述加糙块为梯形结构基座或长方形结构基座，该基座的上部平面设置有凸起的嵌套调节柱，该调节柱的数量为1～3个，而在基座的下部平面设置有内凹的嵌套调节凹孔，该调节凹孔的数量为1～3个，且调节凹孔和调节柱的数量和布置位置对应，调节凹孔的内径与调节柱的直径对应，嵌套调节柱和嵌套调节凹孔可相互嵌合，即，加糙块可相互嵌合堆叠调节高度。

8、一种可方便调节的潮汐物理模型加糙试验方法，基于上述的一种可方便调节的潮汐物理模型加糙装置，其具体步骤如下所述：

9、1)将三角形基座状的加糙块在潮汐物理模型的床面上按等间距布置，其中加糙块之间的横向间距为15～30cm，加糙块之间的纵向间距为10～20cm，且在每四个加糙块围成的物理加糙面的中心位置处再设置一加糙块，即形成梅花型的加糙块平面布置方式；

10、2)步骤1)中应注意落潮和落潮的水流方向，三角形基座的三角形顶部的锐角尖端对着落潮时的水流方向，而其三角形底部的横向平面则对着涨潮时的水流方向；

11、3)潮汐物理模型试验开始，检测其流速并和用于验证的野外实测流速进行对比，如发现其流速偏大，说明糙率偏小，则应增加糙率，即，在现有的加糙块基础上继续嵌合额外的加糙块来增加其高度，使其糙率上升；

12、4)继续潮汐模型试验并检测其流速，并和用于验证的野外实测流速进行对比，如发现其流速偏小，说明糙率已经偏大，则应减少糙率，即，在现有的已嵌合堆叠的加糙块上取下加糙块，降低加糙块的堆叠高度，使其糙率下降；

13、5)反复实施步骤3)和步骤4)，并检测其流速，直至其获得合适的模型的糙率，使得模型试验的进度能达到规范要求，便可进行准确的潮汐模型试验。

14、使用本发明的一种可方便调节的潮汐物理模型加糙装置和加糙试验方法，获得了以下有益效果：

15、1.本发明的一种可方便调节的潮汐物理模型加糙装置和加糙试验方法，通过设计可嵌合的三角块加糙块和平面布置方式，使得模型加糙块高度可调，从而使模型糙率可调，且能保证模型试验结果的准确性；

16、2.本发明的一种可方便调节的潮汐物理模型加糙装置和加糙试验方法，排水后无需等待模型干燥、也无需铲除原有的加糙块，而在原有的加糙块上嵌套叠加或者减少加糙块，即可在短时间内完成调整模型糙率的工作，然后立刻可以开展潮汐水流模型试验，大大提高了试验效率，缩短了试验周期，降低了试验成本；

17、3.本发明的一种可方便调节的潮汐物理模型加糙装置和加糙试验方法，其在物理模型中加糙模型的方式通用度、易用度高，可为科研单位节省大量的时间成本，也为科研单位带来显著的经济效益。

技术特征：

1.一种可方便调节的潮汐物理模型加糙装置，包括潮汐物理模型(1)，其特征在于：

2.如权利要求1所述的一种可方便调节的潮汐物理模型加糙装置，其特征在于，所述的加糙块(2)其具体为三角形基座，该三角形基座的上部平面的中间位置设置有凸起的嵌套调节柱(2a)，而在该三角形基座的下部平面的中间位置设置有内凹的嵌套调节凹孔(2b)，该嵌套调节凹孔的内径与嵌套调节柱的直径对应，嵌套调节柱和嵌套调节凹孔可相互嵌合，即，加糙块可相互嵌合堆叠调节高度。

3.如权利要求1所述的一种可方便调节的潮汐物理模型加糙装置，其特征在于，所述的加糙块(2)的三角形基座布置方式为：其三角形顶部的锐角尖端对着落潮时的水流方向，而其三角形底部的横向平面则对着涨潮时的水流方向。

4.如权利要求2所述的一种可方便调节的潮汐物理模型加糙装置，其特征在于，所述加糙块(2)为梯形结构基座或长方形结构基座，该基座的上部平面设置有凸起的嵌套调节柱，该调节柱的数量为1～3个，而在基座的下部平面设置有内凹的嵌套调节凹孔，该调节凹孔的数量为1～3个，且调节凹孔和调节柱的数量和布置位置对应，调节凹孔的内径与调节柱的直径对应，嵌套调节柱和嵌套调节凹孔可相互嵌合，即，加糙块可相互嵌合堆叠调节高度。

5.一种可方便调节的潮汐物理模型加糙试验方法，基于上述任一权利要求的一种可方便调节的潮汐物理模型加糙装置，其具体步骤如下所述：

技术总结
一种可方便调节的潮汐物理模型加糙装置和加糙试验方法，在潮汐物理模型的床面上按等间距布置有加糙块，加糙块可嵌合堆叠来改变其整体高度，通过调节加糙块的高度来调节糙率，加糙块其具体为三角形基座，该三角形基座的上部平面的中间位置设置有凸起的嵌套调节柱，而在该三角形基座的下部平面的中间位置设置有内凹的嵌套调节凹孔，该嵌套调节凹孔的内径与嵌套调节柱的直径对应。本发明使得模型高度可调，模型糙率可调，且能保证模型试验结果的准确性，本发明排水后无需等待干燥、也无需铲除原有的加糙块，即可调整糙率继续开展潮汐水流模型试验，本发明通用度、易用度高，可为科研单位节省大量的时间成本，也为科研单位带来显著的经济效益。

技术研发人员：刘高峰,郭文华,王统泽
受保护的技术使用者：上海河口海岸科学研究中心
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23