本發(fā)明屬于河口海岸物理模型實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，具體涉及一種室內(nèi)物理模型實(shí)驗(yàn)的涌潮潮頭生成裝置。

背景技術(shù)：
涌潮是入海河流河口段的一種潮水暴漲的現(xiàn)象，在傳播過程中局部變形劇烈，對(duì)江道侵蝕、堤岸保護(hù)和渉水工程具有重大的影響。為進(jìn)行涌潮的水流結(jié)構(gòu)、紊流特性以及涌潮對(duì)泥沙、鹽度和污染物輸移的影響等科學(xué)研究，解決生產(chǎn)實(shí)際問題，可以通過物理模型實(shí)驗(yàn)的方法模擬涌潮的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，從而需要涉及一種室內(nèi)物理模型實(shí)驗(yàn)的涌潮潮頭生成裝置。目前，室內(nèi)物理模型實(shí)驗(yàn)尚無(wú)有效的方法快速、簡(jiǎn)便、精準(zhǔn)地實(shí)現(xiàn)高流速?gòu)?qiáng)涌潮的控制模擬。文獻(xiàn)見有采用高位水箱蓄水，通過提升閘門使水流從閘門底部涌出形成涌潮的方法；此種裝置生潮時(shí)由于水箱內(nèi)水位下降，導(dǎo)致潮頭控制精度低、涌潮難以持續(xù)的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有背景技術(shù)的不足，而提供一種室內(nèi)物理模型實(shí)驗(yàn)的涌潮潮頭生成裝置，該裝置能模擬高流速的強(qiáng)涌潮潮頭，并且能夠保證潮頭在水槽傳播過程中基本保持不變，具有控制靈活，方便操作，精度高的特點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種室內(nèi)物理模型實(shí)驗(yàn)的涌潮潮頭生成裝置，包括出水池、與出水池連通的實(shí)驗(yàn)水槽、與地下回水渠或地下水庫(kù)連通且位于出水池下部的儲(chǔ)水池以及閘門啟閉控制裝置；其特征在于所述儲(chǔ)水池中安裝有若干接通變頻調(diào)速器的潛水泵、出水池后側(cè)底板上設(shè)置有若干個(gè)連通儲(chǔ)水池的潛水泵出水孔、從后側(cè)底板至實(shí)驗(yàn)水槽的槽底之間依次布置著由斜面和水平面組成的前側(cè)底板以及與儲(chǔ)水池相通的回水口，回水口上設(shè)置有用于關(guān)閉回水口或調(diào)節(jié)出水池蓄水高度且與所述閘門啟閉控制裝置連接的閘門；從所述斜面的左端開始，出水池的寬度由左至右逐漸收縮，至斜面的右端收縮至實(shí)驗(yàn)水槽的寬度；出水池前側(cè)底板部位的池壁高度高于所述閘門完全開啟時(shí)的高度并留有一定的安全距離；出水池左側(cè)與儲(chǔ)水池之間設(shè)置有至少兩層上下間隔一定距離布置且覆蓋水流過道截面的消能板，其中位于頂層的消能板布置在前側(cè)底板的斜面以下，其余消能板等間距布置。所述的消能板上均勻排列有透水用的多個(gè)小孔。所述的閘門通過合頁(yè)活動(dòng)鏈接在出水池前側(cè)底板水平段邊緣。所述的實(shí)驗(yàn)水槽由密封玻璃和鋼架構(gòu)組成，連接在出水池右端；當(dāng)閘門關(guān)閉時(shí)，前側(cè)底板的水平面、閘門和實(shí)驗(yàn)水槽的槽底處于同一個(gè)水平面上。所述的閘門啟閉控制裝置由交流伺服電機(jī)及其控制器組成。所述的閘門啟閉控制裝置安裝在出水池邊壁的頂部，通過拉桿與閘門靠近實(shí)驗(yàn)水槽一側(cè)的邊緣連接，用于控制閘門的開啟和關(guān)閉。所述的拉桿為兩端分別與閘門和閘門啟閉控制裝置鉸接的金屬桿。所述安全距離大于0.3m。所述間隔一定距離為0.3m。本發(fā)明的工作原理是：實(shí)驗(yàn)生潮時(shí)，通過計(jì)算機(jī)軟件指令變頻調(diào)速器控制潛水泵向出水池內(nèi)供水，同時(shí)，指令閘門啟閉控制裝置開啟閘門并根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)定的條件調(diào)節(jié)閘門抬起的高度，此時(shí)，在出水池內(nèi)蓄水，達(dá)到預(yù)定的蓄水高度后，快速釋放閘門使閘門閉合，出水池內(nèi)的水沿平放的閘門涌出，形成潮頭。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過閘門啟閉控制裝置控制閘門抬起的高度，通過變頻調(diào)速器調(diào)節(jié)潛水泵出水流量，從而準(zhǔn)確地生成了預(yù)定的涌潮潮頭。同時(shí)，通過計(jì)算機(jī)軟件對(duì)潛水泵的出水流量進(jìn)行過程控制，有效地滿足了涌潮潮頭形過后的后續(xù)試驗(yàn)的流量需求，保證了潮頭特征在實(shí)驗(yàn)水槽傳播過程中基本維持不變，有效解決了目前的涌潮潮頭模擬裝置存在的問題。上述的潛水泵、閘門啟閉控制裝置等均通過計(jì)算機(jī)軟件靈活控制并且操作簡(jiǎn)便。附圖說明圖1是本發(fā)明的主視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明中的消能板的平面結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明中的閘門與出水池前側(cè)底板的連接關(guān)系示意圖。圖5是本發(fā)明中合頁(yè)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中：1出水池、1-1回水口、2儲(chǔ)水池、3潛水泵、4消能板、5閘門、6實(shí)驗(yàn)水槽、7閘門啟閉控制裝置、8拉桿、9出水池前側(cè)底板、10出水池后側(cè)底板、11出水池混凝土邊壁、12合頁(yè)。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，但它們并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。本發(fā)明所述的出水池1由混凝土構(gòu)筑，底部由左至右依次為后側(cè)底板10和前側(cè)底板9；前側(cè)底板的右側(cè)與實(shí)驗(yàn)水槽6之間布置有回水口1-1，出水池通過該回水口與儲(chǔ)水池2相通，回水口上設(shè)置有閘門5；出水池前側(cè)底板從左往右，由斜面過渡為與實(shí)驗(yàn)水槽槽底平齊的水平面；出水池的寬度從斜面部位開始收縮，至斜面結(jié)束時(shí)逐漸收縮至實(shí)驗(yàn)水槽的寬度(由圖2可知)；出水池前側(cè)底板的邊壁高度要高于閘門完全開啟時(shí)的高度，并留有一定的安全距離(推薦大于0.3m)；出水池后側(cè)底板預(yù)留有多個(gè)潛水泵出水孔，出水孔的大小和個(gè)數(shù)根據(jù)水泵規(guī)格和實(shí)驗(yàn)規(guī)模等來確定；出水池左側(cè)還設(shè)置有至少兩層上下間隔一定距離(推薦距離為0.3m)布置且覆蓋水流過道截面的消能板4。所述的儲(chǔ)水池2由混凝土構(gòu)筑，其主體位于出水池1的下部；試驗(yàn)時(shí)，儲(chǔ)水池需保持潛水泵3正常工作的安全水位，儲(chǔ)水池與地下回水渠或地下水庫(kù)連通，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)水源的連續(xù)供應(yīng)和循環(huán)使用，并且防止儲(chǔ)水池水位上漲漫出回水口1-1進(jìn)入實(shí)驗(yàn)水槽6影響實(shí)驗(yàn)；儲(chǔ)水池為實(shí)驗(yàn)水槽提供水源，且接收水槽試驗(yàn)的回水。所述的潛水泵3安裝在儲(chǔ)水池2內(nèi)，由變頻調(diào)速器控制，潛水泵的出水通過出水池后側(cè)底板10預(yù)留的潛水泵出水孔送入出水池1；潛水泵的規(guī)格根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要選擇；當(dāng)試驗(yàn)生潮時(shí)，可以采用多臺(tái)水泵配合調(diào)節(jié)供水，連續(xù)不斷地向?qū)嶒?yàn)水槽供應(yīng)水量。所述的消能板4由PVC材料或其他擋水材料制作，板上均勻排列有多個(gè)小孔，孔密度設(shè)置以小孔總面積占消能板面積的3/6-5/6(優(yōu)選2/3)為宜；小孔孔徑的大小根據(jù)需要設(shè)定(優(yōu)選為10mm)；小孔孔徑太小阻流作用太強(qiáng)，孔徑太大不能有效破碎水流內(nèi)部的紊動(dòng)渦體，消能效果不明顯。消能板多層放置時(shí)，頂層消能板須放置在出水池前側(cè)底板9斜面下部，其余各排等間距布置在出水池混凝土壁11與前側(cè)底板9的豎直面上。所述的閘門5為不銹鋼材質(zhì)，呈方形與回水口1-1等寬等長(zhǎng)，平放時(shí)剛好完全蓋在回水口上，閘門通過合頁(yè)12活動(dòng)鏈接在出水池前側(cè)底板9水平段邊緣。閘門是涌潮潮頭生成裝置的關(guān)鍵部位，試驗(yàn)之前，根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)定的條件調(diào)節(jié)閘門的開啟高度，同時(shí)，潛水泵3向出水池1注水，當(dāng)蓄水高度達(dá)到預(yù)定高度時(shí)，關(guān)閉閘門，出水池的蓄水向外涌出可以制造不同強(qiáng)弱的潮頭。所述的實(shí)驗(yàn)水槽6是涌潮潮頭生成裝置的后續(xù)實(shí)驗(yàn)裝置，由密封玻璃和鋼架構(gòu)組成，與出水池1連通；當(dāng)閘門5關(guān)閉時(shí)，出水池前側(cè)底板9水平面、閘門5和實(shí)驗(yàn)水槽槽底在同一個(gè)水平面上；實(shí)驗(yàn)水槽是用于測(cè)定各種水動(dòng)力參數(shù)和進(jìn)行其他物理實(shí)驗(yàn)的場(chǎng)所。所述的閘門啟閉控制裝置7由交流伺服電機(jī)及其控制器組成，安裝在出水池1邊壁的頂部，通過拉桿8與閘門5靠近實(shí)驗(yàn)水槽6一端的邊緣連接，用于控制閘門的開啟和關(guān)閉。所述的拉桿8是連接在閘門5和閘門啟閉控制裝置7之間的金屬桿，拉桿兩端都是可活動(dòng)連接，在閘門兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置。所述的合頁(yè)12是金屬材質(zhì)，是市場(chǎng)上常見的活動(dòng)連接件，用于固定閘門5與出水池前側(cè)底板9之間的連接，閘門繞著合頁(yè)的中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)。本發(fā)明的使用過程是：1、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，檢查潛水泵、閘門、消能板等裝置是否完好，檢查儲(chǔ)水池內(nèi)水深是否滿足水泵工作的要求，各設(shè)備完好準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)。2、閘門開啟，通過閘門啟閉控制裝置帶動(dòng)拉桿，調(diào)節(jié)閘門的開啟高度，使之能夠滿足實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)蓄水高度的要求。3、開啟潛水泵，向出水池蓄水，根據(jù)實(shí)驗(yàn)流量的需要，可以多臺(tái)水泵配合使用來滿足蓄水高度的要求。4、待出水池蓄水達(dá)到預(yù)定的穩(wěn)定蓄水高度后，通過閘門啟閉控制裝置快速閉合閘門，此時(shí)閘門封閉儲(chǔ)水池頂部的回水口，由于出水池前側(cè)底板、閘門和實(shí)驗(yàn)水槽在同一水平面上，出水池內(nèi)蓄起的水頭由于勢(shì)能作用迅速經(jīng)過平放的閘門進(jìn)入實(shí)驗(yàn)水槽，形成涌潮潮頭，完成一次生潮過程。5、上述的閘門啟閉以及開啟的高度，由計(jì)算機(jī)軟件設(shè)定相關(guān)參數(shù)并指令閘門啟閉控制裝置來實(shí)現(xiàn)。6、上述的潛水泵的供水時(shí)間、供水流量等由計(jì)算機(jī)軟件設(shè)定相關(guān)參數(shù)并指令變頻調(diào)速器來實(shí)現(xiàn)。需要說明的是：對(duì)于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不改變本發(fā)明原理的前提下還可以對(duì)本發(fā)明做出若干改變或變形，這同樣屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。