(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211008045.4 (22)申请日 2022.08.22 (71)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 地址 210029 江苏省南京市 鼓楼区广州路 223号 (72)发明人 孙波　唐磊　王宁舸　戴鹏　 郑金海　钱龙　陈大可　张弛　 孙林云　李典　肖凯　吴炳良　 郭天润　 (74)专利代理 机构 南京纵横知识产权代理有限 公司 32224 专利代理师 韩红莉 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种风暴潮作用下海岸演变及航道淤积物 理模型试验方法 (57)摘要 本发明公开了一种风暴潮作用下海岸演变 及航道淤积物理模型试验 方法， 确定原型沙的中 值粒径、 原型沙的颗粒密度和原型沙的表观干密 度； 确定模型沙的中值粒径、 颗粒密度和表观干 密度： 在试验水池中制作定床地形和动床地形； 在试验水池中加水至原型海岸风暴潮前的平均 水位对应的模 型水位， 通过造波机设置一不使泥 沙起动的波浪， 开始试验； 根据原型海岸风暴潮 作用时间和冲淤时间比尺， 计算试验运行时间； 排干试验水池中的水并测量试验运行结束后的 地形， 试验运行结束后的地形减去试验前的动床 地形得到风 暴潮作用下的泥沙冲淤分布。 权利要求书5页 说明书14页 附图2页 CN 115526026 A 2022.12.27 CN 115526026 A 1.一种风 暴潮作用下海岸演变及航道淤积物理模型 试验方法， 其特 征在于， 包括： (1)基于原型海岸历史风 暴潮地形演变范围， 确定模型的试验范围和动床范围； (2)基于试验范围、 试验场地大小、 生潮系统生流能力和造波机造波能力， 确定模型的 平面几何比尺 λl和垂直几何比尺 λh； 取波高比尺 λH和波长比尺 λL等于垂直几何比尺 λh， 根据公式λT＝λh1/2计算获得波周期比 尺 λT， 根据公式λV＝ λh1/2计算获得流速比尺 λV； (3)确定原型沙的中值粒径、 原型沙的颗粒密度和原型沙的表 观干密度； (4)确定模型沙的中值粒径、 模型沙的颗粒密度和模型沙的表 观干密度： (4.1)根据泥沙起动相似律、 波高比尺、 波长比尺、 流速比尺、 原型沙的中值粒径、 原型 沙的颗粒密度以及拟选择的模型沙 颗粒密度， 计算满足起动相似的粒径比尺； (4.2)根据满足对流输运相似的沉速比尺公式、 满足沉速相似的粒径比尺公式、 平面几 何比尺、 垂直几何比尺、 原型沙的中值粒径、 原型沙颗粒密度以及拟选择的模型沙颗粒密 度， 计算满足对流输运相似的粒径比尺与沉降相似的粒径比尺； (4.3)基于满足起动相似的粒径比尺和满足对流输运相似与沉降相似的粒径比尺， 确 定最终粒径比尺； (4.4)确定模型沙的中值粒径、 模型沙的颗粒密度以及模型沙的表 观干密度； (5)计算含沙量比尺和冲淤时间比尺； (6)确定模型边界处的风 暴潮潮位过程、 风 暴潮潮流过程和风 暴潮波浪过程； (7)在试验水池中制作定床地形和动床地形； 若定床地形或动床地形上有涉水建筑物和人为地形， 则在试验水池中制作 涉水建筑物 地形和人为 地形； 在模型的定床地形的上游边界和下游边界均布置生潮系统； 在模型定床地形的外海边界处按风 暴潮波浪方向布置 造波机； 在造波机 两侧布置导波板； 在动床地形的上游和动床地形的下游分别设置加沙装置； (8)在试验水池中加水至原型海岸风暴潮前的平均水位对应的模型水位， 原型海岸风 暴潮前的平均水位对应的模型 水位＝原型海岸风 暴潮前的平均水位 ÷垂直几何比尺； 通过造波机设置一不使泥沙起动的波浪， 运行一段时间使模型沙密实， 待模型沙密实 后， 关闭造波机， 等待试验水池的水面平静； (9)按风暴潮潮位过程和风暴潮潮流过程设置生潮系统， 按风暴潮波浪过程设置造波 机， 开启生潮系统和造波机， 开启加沙装置加沙， 开始试验； (10)根据原型海岸风 暴潮作用时间和冲淤时间比尺， 计算试验运行时间t； 试验运行结束时， 关闭加沙装置、 造波机和生潮系统， 排干试验水池中的水并测量试验 运行结束后的地形， 试验运行结束后的地形减去 试验前的动床地形得到风暴潮作用下的泥 沙冲淤分布。 2.根据权利要求1所述的一种风暴潮作用下海岸演变及航道淤积物理模型试验方法， 其特征在于， 基于原型海岸历史风暴潮地形演 变范围， 确定模 型的试验范围和 动床范围， 通 过以下步骤实现： 根据收集到的历史类似规模风暴潮地貌演变资料或风暴潮泥沙数学模型结果， 动床的权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 115526026 A 2外海边界设置在风暴潮所能引起的地貌演 变范围之外， 动 床的外海边界水深大于或等于风 暴潮作用下的起动水深hcr， 风暴潮作用下的起动水深hcr按如下公式计算： 式中， arcsinh为函数sinh的反函数； Ls为风潮潮期间的波浪波长， H为风潮潮期间的波 高； d为原型沙中值粒径； g为重力加速度； ρs为原型沙颗粒密度， ρ为水的密度； ub为研究海域水深底部水流流速， 由原型海岸潮流实测资料或风暴潮 数学 模型结果确定； ε为设定的系数； 试验范围的外海边界与动床的外海边界 间的距离大于或等于 3～5倍模型波长 。 3.根据权利要求1所述的一种风暴潮作用下海岸演变及航道淤积物理模型试验方法， 其特征在于， 确定原型沙的中值粒径、 颗粒密度和表 观干密度， 通过以下步骤实现： 若原型海岸常浪破波带内外泥沙不是以下三类泥沙 中的同一类， 则在原型海岸取样原 型沙， 测量获得原型沙的中值粒径、 颗粒密度和表 观干密度； 三类泥沙为： 1、 中值粒径大于 0.1mm； 2、 中值粒径大于或等于 0.03mm但小于或等于 0.1mm， 且粘土含量小于25％； 3、 中值粒径小于 0.03mm， 且粘土含量大于或等于25％； 若原型海岸常浪破波带内外泥沙是三类泥沙 中的同一类， 则取原型海岸常浪破波带内 外泥沙的中值粒径的平均值作为原型沙的中值粒径， 取原型海岸常浪破波 带内外泥沙的颗 粒密度的平均值作为原型沙的颗粒密度， 取原型海岸常浪破波带内外泥沙的表观干密度的 平均值作为原型沙的表 观干密度。 4.根据权利要求3所述的一种风暴潮作用下海岸演变及航道淤积物理模型试验方法， 其特征在于， 常浪破波带内外的模型沙采用同一粒径的模型沙或者两种粒径的模型沙； 若常浪破波带内外的模型沙采用两种粒径的模型沙， 则这两种粒径的模型沙的表观干 密度差异应小于10 0kg/m3。 5.根据权利要求1所述的一种风暴潮作用下海岸演变及航道淤积物理模型试验方法， 其特征在于， 步骤(4.1)根据泥沙起动相似律、 波高比尺、 波长比尺、 流速比尺、 原型沙的中 值粒径、 原型沙的颗粒密度以及拟选择的模型沙 颗粒密度， 计算满足起动相似的粒径比尺： 式中： λd为粒径比尺； λL为波长比尺， λH为波高比尺； 为函数权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 115526026 A 3