胶州湾全域潮流物理模型的相似条件及模型比尺和总体设计.pdf

第2 9 卷第3 期 2 0 1 1 年7 月 海洋科学进展 A D V A N C E SI NM A R I N E ! ；C lE N C E V 0 1 2 9N O 3 J u ly ，2 0 1 1 胶州湾全域潮流物理模型 的相似条件及模型比尺和总体设计 刘学海1 2 ，纪育强1 ，李君益1 ，于凯本1 ，华锋1 2 ，林治术3 ( 1 国家海洋局第一海洋研究所，山东青岛，2 6 6 0 6 1 ； 2 海洋环境科学与数值模拟国家海洋局重点实验室，山东青岛，2 6 6 0 6 1 ； 3 青岛市海洋环境监测预报中心，山东青岛2 6 6 0 7 1 ) 摘要：胶州湾全域的变态物理模型以团岛至薛家岛的狭窄口门处为单边界。依据相似理论，确定胶州湾全域物 理模型的水平比尺和垂直比尺分别为l：7 0 0 和1 ：7 0 。由几何比尺给出模型的流速比尺、糙度比尺、水流时间比 尺、流量比尺及潮量比尺。设计胶州湾整体模型的试验水池为宽4 0m 、长5 0m 、深1E ll。试验采用翻板尾门加双向 泵以水位控制为主的生潮方式。确定尾门高度、底坎顶高程、尾门开度范围及其驱动电机功率，给出试验生潮泵的 额定流量及蓄水设施的尺寸。为模型试验提供了理论基础，为施工设计提供依据。 关键词：物模模型；胶州湾；潮流；相似理论 中图分类号：P 7 3 1文献标识码：A文章编号：1 6 7 卜6 6 4 7 ( 2 0 1 1 ) 0 3 0 3 9 5 0 9 胶州湾是典型的半封闭海湾，在过去的几十年中，该湾总水域面积持续缩减，由1 9 2 8 年的约5 6 0k m 2 1 减至2 0 0 6 年的3 5 3 9 2k m 2 2 | ，纳潮量由1 9 3 5 年的1 2 6 6 1 0 1 0m 3 3 1 减少至2 0 0 6 年的0 8 9 4 1 0 1 0m 3 L 4 。 这种情况造成胶州湾水动力强度减弱、流场改变、水体交换和携沙能力下降、海洋自净能力降低，加之严重的 污染使得该湾生态环境退化，海岸带景观也遭到破坏 5 。研究胶州湾的水交换能力、海岸工程引起水深岸线 改变及岸线变化对水交换的影响等问题，是避免该湾今后受到进一步破坏的现实需求。 作为海洋研究和海洋工程中一个重要的研究手段，物理模型试验是对实际现象进行的复演或预演，其优 点是得到的物理现象和过程直观可视。胶州湾物理模型试验所涉及的主要科学问题：全域及局部水域的基 础岸线变化对其水体交换能力的影响；岸线改变对其泥沙输运的影响以及引起的临近海岸线变化；工程建设 和海域使用引起水动力的改变及其环境容量和水质的影响。试验研究的最终日的是为胶州湾的合理利用及 实施有效的环境整治和保护提供科学依据。为满足试验需求，要建立胶州湾的整体物理模型，即全域模型。 物理模型试验的基本依据是相似理论。我们将考虑胶州湾的水动力特征、针对试验要素( 如水动力、泥 沙、污染物扩散) ，依据相似理论建立胶州湾物理模型试验的相似条件，确定全域模型的主要缩尺比，并进行 胶州湾物理模型试验水池的总体设计。 1 胶州湾概况 胶州湾是以团岛头( 3 6 。0 27 3 6 ”N ，1 2 0 。1 67 4 9 ”E ) 与薛家岛脚子石( 3 6 。0 0 5 3 ”N ，1 2 0 。1 7 3 0 ”E ) 连线为界、与 黄海相通的半封闭海湾，沿岸有海泊河、李村河、白沙河、墨水河、大沽河、洋河等多条河流入海( 图1 ) 。胶州 湾湾口附近缺少平滩，为基岩海岸；湾北部的宽广潮滩为淤泥质海岸，受大沽河及洋河等径流携沙影响，岸滩 收稿日期：2 0 1 0 - 0 3 - 0 9 资助项目：国家海洋局第一海洋研究所基本科研业务费专项资金项日 较大海域潮流物模试验的理论可行性及复合模拟技术研究 ( 2 0 0 7 G 2 4 ) ；国家海洋局海洋公益忭行业科研专项经费项目 胶州湾海湾水动力物理模拟实验研究( 2 0 0 7 0 5 0 1 2 ) 作者简介：刘学海( 1 9 7 3 一) ，男，山东东明人，助理研究员，博上，主要从事海洋环境及生态动力学模型方面研究E - m a il：liu x h f io o r g a n ( 张骞编辑) 海洋科学进展 2 9 卷 淤积明显；西岸基本上属于稳定的砂质海岸；湾东岸和西南岸的突出部分，基本上是稳定的基岩海岸，局部为 侵蚀后退海岸”“。该湾海底地形自西北向东南倾斜，湾1 2 1 为大的冲刷槽，向湾内伸展为3 支：东支为沧口水 道；中支向北和西北伸展为中央水道；西支为前礁水道。中央水道与沧口水道间有- 南北向大型潮流沙脊。 黄岛附近水域多小型潮流沙脊和水下暗礁；西北部和J 匕部为极浅区。胶州湾海底以颗粒较细的粉砂质粘土 面积最大，粗颗粒物质如石块、砂石、粗砂等主要分布在湾口区”“。 境试 图1 胶州湾全域模型的模型区域 F ig 1 T h ew h o leJ ia o z h o ub a yt ob em o d e le d 依据1 9 8 5 年海图，胶州湾东两宽约2 7k m ，南北长约3 3k m ，湾l| 门处南北宽约3k m ，最窄处宽度仪为 2 8k m 。该湾平均水深约71 1 1 ，湾内最大水深约5 0in ，湾口最大水深约3 5m 。胶州湾岸线长约1 6 3k m ，海 湾总面积约3 9 0k m 2 ，0m 以深面积约2 5 0k m 2 ，5m 以深面积约为9 8k m 2 ，1 0m 以深面积约为4 9 9k m 2 ”1 。 胶卅I 湾的潮汐为规则半日潮，主要分潮为M ：和S ：，M ：分潮的半均振幅为1 2 4m 。该湾最大潮差为 4 7 5m ，平均潮差为2 8m ，最大潮较平均海平面高2 9 3m ，平均潮较平均海平面高1 3 7I T I 。该湾的平均 落潮历时为6 7 7h ，平均涨潮历时5 5 6h ，潮流为往复半口潮流，涨潮流速大下落潮流速。湾几流速大，团 岛附近可达1 5m s ，潮余流流速町达0 3m s 。 3 期 刘学海，等：胶州湾全域潮流物理模型的相似条件及模型比尺和总体设计 3 9 7 2 胶州湾全域物理模型的相似条件 2 1 胶州湾全域潮流模型试验的可行性 由于物理模型试验中存在技术上难以实现地转作用的问题，如果模拟的海域尺度较大，地转的缺失对模 拟结果的影响就不能忽视。地转引起的柯氏力的重要程度除与模拟海域的水平尺度有关外，还与流速和水 深有关。目前对胶州湾海域已进行的物理模型试验较少，且试验设计均针对胶州湾的局部海域，如中国水利 水电科学研究院于1 9 8 9 年对青岛四方发电厂附近海域建立了正态模型进行了冷却水扩散试验，建立了涵 盖胶州湾大部分海域的变态模型进行了冷却水辅助试验；中国水利水电科学研究院2 0 0 8 年对青岛四方发 电厂排水口附近9 5k m 6 5k m 的海域建立了变态模型分别进行了温排水和泥沙淤积试验。但目前 还没有该湾全海域的物模试验，已有的试验在研究报告中也没有针对该湾全域或大部分海域实施物模试验 是否可行做过分析。 为评价胶州湾全域潮流物模试验的理论可行性，刘学海和袁业立口1 从潮流基本控制方程出发，通过对方 程的无因次化给出衡量柯氏力作用项与其它作用项大小比的参数，提出评价物理模拟中地转缺失效应的尺 度分析的简便方法，然后对中国典型的海域进行分析，量化在这些海域进行物模试验因地转缺失引起的模拟 偏差，以讨论对这些海域是否可以付诸物理模型试验。该研究对胶州湾的分析结果：采用物理模型模拟胶州 湾的潮流时，地转缺失对模拟结果的影响程度为4 7 ，认为理论上可以实施物理模型试验。另外，以我国 典型海域为例，我们采用数值模拟评价了地转缺失对水动力试验结果的影响( 另文发表) ，表明对6 0k m 以 内尺度的海域( 如莱州湾大部海域) ，理论上可付诸物理模型试验。而胶州湾的空间尺度不大于2 7k m 且为 内湾，因此对该湾进行物理模型试验地转缺失引起的偏差会更小，对该湾进行潮流模型试验理论可行。 2 2 相似条件 根据物理模型试验应满足几何相似、重力相似和阻力相似的要求，按照有关规范卧儿 ，胶州湾全域潮流 模型应遵循的主要的相似条件有： 水平比尺：Az lp t 。；垂直比尺：A 。一h 。h 。；流速比尺：it v A i7 2 ；水流时间比尺：A 。一A A j 7 2 ；流量比尺： A Q A ，A i肛；潮量比尺：A w A 飘 ；糙率比尺：A 。一A ；伯以 门。 以上各式中，P 和m 分别为原型和模型，l和h 分别为水平尺度和垂直尺度。理论上要求试验在3 个方 向上满足几何相似L A ，一A ：一A ，但对于浅海，主要是模拟水平方向的水体运动状况，如果采用正态比尺， 则模型水流的雷诺数( R g ) 。过小，水流不满足处于阻力平方区的要求。一般地，水平方向取A 。一A 。一A 。，而垂 向上取变率叩一Ar A 。 1 。确定了几何比尺后，以上其它比尺可通过几何比尺给出。 在胶州湾全域潮流浑水模型或动床模型中，除需考虑水流运动相似和平面流态相似外，还需考虑泥沙运 动的相似，包括泥沙悬扬、水体含沙量和泥沙冲淤时问的相似u 引。 泥沙沉降的相似关系为 A 。圭A = V A h A i7 2 A z ( 1 ) 中国水利水电科学研究院青岛电厂扩改工程胶州湾变态模型冷却水试验报告1 9 8 9 中国水利水电科学研究院青岛电厂扩改工程胶州湾正态模型冷却水试验报告1 9 8 9 中国水利水电科学研究院四方区码头建没及青岛港原过驳基地扩建下程对电厂取排水影响：泥沙物理模型试验研究2 0 0 8 中国水利水电科学研究院四方区码头建设及青岛港原过驳基地扩建工程对电厂取排水影响：温排水物理模型试验研究2 0 0 8 3 9 8海洋科学进展 含沙量相似比尺为 A s 一而1 式中，7 s 为沙粒单位重；y 为水单位重，通过对模型沙和原型沙的样品分析计算得到。 泥沙的粒径相似比尺为 ( 2 ) ( 3 ) 冲淤时间的相似比尺为 沁：善半 ( 4 )A 。，= j 半( 4 ) 如A q AS 式中，A 。为淤积物干容重比尺( 可通过原型和试验的样品分析得到) ；A 。为单宽流量比尺。 模型底沙单宽输沙率比尺为： A q s = 急- - iS 爰A V 。i瓦 ( 5 ) 式中，C 为谢才系数( ch e z yco e f f icie n t ) 。 对作为浅海的胶州湾，在进行全海域的物质( 污染物) 扩散试验时仅考虑潮流的水平分量，物质的沉淀和 自净作用不考虑，根据文献E 8 3 ，物模试验的扩散系数比尺：| ；【A 。一A ；A y A ，A ：门。 3 模型比尺和水池尺寸 3 1 模型比尺选取 胶州湾全域模型的模拟区域由图1 示。模型开边界取在团岛一薛家岛连线，为单边界模型，开边界的长 度为2 8k m 。模型区平均水深取7m ，模型中湾口最大水深取3 5m ，特征流速取1 0m s 。考虑胶州湾地 形变化大、浅滩面积大且深潭面积较小，模型中湾内最大水深按4 0m 计，超过4 0m 的部分不予考虑。 除个别河道模型和局部河口模型外，国内外的潮流模型试验多是变态模型，虽然变态模型中垂直方向的 物理量及水平方向的物理量沿垂向的分布原型、模型均不相似，变率越大偏离也越大，但各物理量沿垂直方 向的平均值仍然相似。因此，应用平面二维非恒定流运动方程与连续方程，经相似变换得到的模型仍满足水 流运动相似条件：重力相似、阻力相似与水流连续相似。由于胶州湾海域整体上相对水平尺度水深较浅，其 全域物理模型只能为变态模型。 胶州湾全域物理模型选取水平比尺为1 ：7 0 0 ，垂直比尺为1 ：7 0 ，变率为lO ；设计试验水池长5 0m 、宽 4 0m 、深1m 。依据理论如下： 1 ) 基于模型水流雷诺数应大于10 0 0 、水流应处于阻力平方区的要求，需满足下式 9 1 1 。： 1 ，U A 4 2 2 ( 业) 2 1 1 A ：A 1 1 ( 6 ) V 式中，U 为原型的流速，取特征流速1 0m s ；H 。为原型的水深，取特征水深7m ；v 为水的运动粘滞系数，取 1 0 _ 6 I n 2 s ；A 。为原型的水流阻力系数，取0 0 0 5 。计算得到垂直比尺应不大于1 ：1 8 0 。 2 ) 依据潮流物模试验技术规程 9 1 和有关文献口 ，模型平面比尺宜在10 0 0 以内，模型变率一般在3 1 0 ，对定床模型，变率最大不能超过2 0 。综合考虑模型的研究需要及场地和经费情况，首先确定模型的水平 比尺A ，一7 0 0 。如果水平比尺再小，相应地水池长度要大于5 0m ，场地受限、且造价和使用成本增加；如果水 平比尺再大即水池面积小些，相应地垂直比尺也要大于7 0 ，而胶州湾地形复杂且水深差别较大，平均水深仅 7m ，而且浅滩面积大，这样模型的相当部分区域水深偏浅。 压 = 3 期刘学海，等：胶州湾全域潮流物理模型的相似条件及模型比尺和总体设计 3 9 9 3 ) 模型水流为避免表面张力的影响，浅滩段最小水深应大于2 0cm 口 ，这要求模型变率尽可能地大，即 垂直比尺尽可能地小。 4 ) 文献中查到的推移质悬沙( 即动床下) 模型最大的垂直比尺范嗣为8 0 1 1 0 L 1 “12 14 3 。 5 ) 在采用水位控制实现模拟的试验条件下，比尺的加大将减小试验水深，会使模拟精度降低。 选取1 ：7 0 0 的水平比尺和l：7 0 的垂商比尺，不但町以满足定床的模拟，也可实现整体模型的动床模 拟。这样一是节省改变模型地形所引起的人力、物力和时间投入，二是同时满足整体模拟和局部研究( 如胶 州湾局部岸线和水深的变化、局部物质扩散) 的需要。因此。选取水平比尺l：7 0 0 、垂直比尺l：7 0 的儿何 比尺足合理的。 根据潮流试验的相似关系，相应地得到其他重要的比尺关系：流速比尺A 。一 ? 2 8 3 7 ；糙度比尺 。一 护( j ”) = 0 6 4 ；水流时间比尺 ，一 ，( 硝2 ) 一8 3 6 7 ；流量比尺 o A ， 一4 1 1 0 ；潮量比尺 。一A n 。 一3 4 3 X1 0 7 。计算得到模型的最大流速为0 3 3m s ，模霉! ! 最大流量为40 0 0m 3 h 。 3 2 试验水池总体设计 在 ，= 7 0 0 的水平比尺下，得到考虑大潮漫滩情况下的胶州湾全域模型的最大水面尺度为4 7 1I T I 3 8 6r n ，口门宽度为4 0m 。考虑模型外1 1 i置排污口、河道及水流过渡段的需要，设计水池的有效尺寸( 即内 壁间水平垂哉距离) 为5 0m 4 0m ，试验水池总体设计如图2 示。口门到池壁水平垂直距离约1 lm ，足够 安排下进水廊道、生潮尾门和水流过渡段；在模型的非水区域可在将来污染物扩散试验时布置扭曲排污r | 或 河道。这样的没汁既能充分利用场地又满足了试验的尺度要求。 图2 模型布置不惹图 F ig2 S k e t chs h o w in gt h em o d e l la y o u t 取垂直比尺 。一7 0 ，则模型的平均水深为1 0cI n ，I Z l门处最大水深约5 0cln ，湾内最大水深为5 7cm ，最 大潮较平均海平面高4 2C I T I ，平均潮较平均海平面高1 _ 9 6C F I I ；平均潮差4cm ，最大潮差6 8cr ll，M ：分潮平 均振幅1 7 7cr ll，可以得到模型的最大町能浸水深度约6 0C I T I 。考虑水面到水池顶而要留有一定的距离及在 池底做地形和布置模型沙的需要，要求模型水池池底距离地面8 0 8 5C I I I 。另外，考虑进水廊道处出流的过 渡对斜坡的需要，池深设计为1 0 0C 1 T I 。 试验水池池底设计为经防渗处理并基本小发生变形的水泥平底。在平底基础上，依据胶州湾实际水深 4 0 0海洋科学进展 和几何比尺，制作真实地形的胶州湾整体模型，且可根据研究需要改变模型地形。模型底面采用水泥加沙抹| 面，再根据模型糙率缩尺比A 。一0 6 4 进行加糙处理。 4 模型生潮的总体设计 4 1 生潮方式选取 生潮的控制方式通常有水位控制、流量控制、水位和流量联合控制3 种。对于整体潮汐模型试验，宜选 用水位边界控制n 。胶州湾全域模型的开边界在团岛至薛家岛的狭窄口门处，为单边界。根据文献E 1 5 4 和 文献 1 6 ，胶州湾口门处潮汐的水位振幅和相位基本均匀，且湾口的潮流基本呈现往复流的特征，采用较易 实现的水位控制是生潮的合理方式。 试验时，潮汐水流的控制要求流场、潮位的相似。对连续的潮过程，要求潮位和流场稳定，且有较好的重 复性。水位控制通常采用尾门控制。尾门式潮位发生装置能较好地保证水位的控制精度，但可能会引起潮 流的振荡，造成潮流的误差积累而有可能难以保证潮流的稳定性和重复性。如果出现这种情况，为消除流场 误差的积累，可以采用在进水时控制边界流量变化过程、出水时以相应的潮位变化过程控制边界水位变化过 程( 或出水时控制流量变化、进水时控制潮位变化) 。 因此，对胶州湾全域模型，设计以翻板式尾门( 并设4 个翻板) 控制水位变化为主的控制方式。配合地， 如果流场有偏差的积累，采用双向泵控制进水或回水流量，即采用双水泵加翻板尾门的生潮方式。生潮平面 布置由图2 示。 水位可以通过式( 7 ) 实现几个分潮的复合模拟控制： N r ( f ) 一芝： H 。C O S E d r it + ( V o + 钟) f g i ( 7 ) i= i 式中，H i为第i个分潮的振幅；g i为迟角； 为交点因子；( V o + “) i为初相角； 为水位；t 为时间。也可通过式 ( 8 ) 式( 1 0 ) 实现大、中、小潮的模拟控制 - 1 6 1 7 ： 致( ) 一( H M 。+ H s 。) C O S ( a M 2 t g ) ( 8 ) 弭( ) 一H 魄C O S ( d r M 一 ) (9)，tg M , h 、( ) 一( H 魄一H s 。) C O S ( d r M 一 ) (，tg M , 1 0 ) 式中，H 鸭、H s 。分别为分潮M 2 、S z 的水位调和振幅；口和g M 0 分别为M 2 分潮的角速度和迟角。另外，还可 由大域范围内的数值模拟结果或者观测结果给出物模试验的水位控制过程。 4 2 生潮控制系统 控制系统由计算机、控制接口、驱动放大器、电动执行器、传感器、数据转换器等组成，能自动完成尾门摇 摆和流量的控制、流速和水位的采集、自检、自诊断，以实现生潮的闭环控制。 尾门控制：由计算机按率定的调节规律将给定控制水位信号传给驱动放大器，控制可逆电机，并经减速 器来控制尾门的位移量。尾门开启度经位移传感器传给控制台，在尾水位的变化由控制点水位仪采集值反 馈到计算机，与给定的水位值比较，在进行计算调节，形成一个闭环控制。尾门的最大开闭处设有行程开关 保护装置，以防止意外引起电机损坏。尾水位的控制精度为0 2 o 3m m 。 流量控制：由计算机给出控制给定流量，经控制器信号转换，传送给驱动放大器，再控制可逆泵的电机， 然后由流量传感器采集数据，经转换器信号转换后得到实测流量。给定流量和实测流量存在偏差时，经计算 机系统计算和调节，再次送出控制信号驱动方法电路，控制电动执行器开关电动调节阀，调节变化后的流量 经流量传感器和转换器再次反馈给计算机，再经调节控制，形成闭环自动控制系统，直至达到误差范围之内。 3 期刘学海，等：胶州湾全域潮流物理模型的相似条件及模型比尺和总体设计4 0 1 要求使用的传感器和转换器零点稳定、抗干扰能力强、电极污染影响小，并不受被测介质温度、压力、密度等 物理参数的变化的影响，以及输出信号与流量呈线性关系。模型试验的流量控制中，当从计算机上输入模型 试验当前所需释放的流量，计算机系统根据率定的关系式，按控制规律自动控制，要求在1 4m in 即能控制 流量精度为3 以内。 控制系统应能够同时控制多个尾门和双向泵，并采用人机界面形式。为使模拟快捷，系统控制界面应具 有参数化功能，即能够直接输入原型水位或流量及比尺关系进行模拟试验。系统具有插值功能，即一个潮周 期过程仅仅给出几个关键时间点流量或水位值，经计算机插值计算，自动生成具有一定时间间隔的控制序列 数据。系统也具有按函数关系自动生成控制数据序列的功能，这样仅仅给出水位( 流量) 的振幅、周期( 频率) 和初相位即可完成模拟。 4 3 翻板式尾门关键参数 尾门高度及底坎高度：尾门高度一般为2 0 3 0cm ，且尾门开度不宜太大太小，一般控制在1 5 。6 0 。较 好。尾门高度过小，会使开度过大，而且可能不能模拟大潮差的情况；尾门过大，会降低模拟精度。根据全域 垂直尺度和胶州湾的潮汐变化特征，取尾门高度为3 0cm ，底坎顶高程( 高出池底平面) 取5 5cm 。这样确定 的尾门开度根据潮汐类型的不同开度在1 5 。6 0 。 尾门驱动电机的功率：尾门电机的功率包括驱动尾门的运动功率和尾门与廊道壁及尾门之间的摩擦功 率。经计算，摩擦力消耗的功率仅为8 3W ，可忽略不计。驱动闸门运动的随时功率为：、 P 一 lD gL H 3 _ co S 0 ( 1 1 ) 式中，p ，g ，L ，H ，口，cc，分别为海水密度、重力加速度、及尾门的板宽、板高、倾角和角速率。考虑设计在胶州湾 口布设4 台同功率的尾门驱动电机，经计算得驱动尾门运动的最大功率为1 6 7 5W s ，考虑到铰链四杆机构 的传动效率为5 0 ，因此驱动电机的功率取3 3 5W s 。 4 4 生潮水泵关键参数 选用双向泵，由变频器较精确地自动控制流量，使用多台双向泵分散供水。依据参考文献 9 和参考文 献 1 1 ，泵的流量应满足： Q ( V ) - mX ( 。) 。B 。+ Q o( 1 2 ) 式中，( V ) 。、( ) 。、B 。分别为模型最大流速、模型最大水深和模型过水断面宽度，Q 0 为尾门的泄水量。 胶州湾整体模型的流速比尺为8 3 7 ，实测最大涨潮流速在胶州湾口，为2 7 6m s ，则( V 。；) 。一0 3 3m S ；( 。) 。= 0 5m ；B 。= 4 0m ；Q 。按( K 。；) 。( 一) 。B 。的0 2 进行估算，则Q O 7 9m 3 s 或28 5 1 m 3 h ，取安全系数为1 4 ，则总流量为39 9 0m 3 h ，选取最大流量为40 0 0m 3 h 。现选用1 5 2 0 台低扬程双 向泵同步分散供水，确定试验生潮泵的额定流量为3 0 0m 3 h 。 4 5 蓄水池 蓄水池是蓄水和试验放水、回水的重要设施。有2 个方案可选择，一是建一个水库，供存水和往试验水 池内注水，同时供试验过程中的进水和回水；二是建一个水库和一个试验用蓄水池，水库作为排放存水和试 验前往试验水池内加水，蓄水池用于试验过程的进水和回水。考虑建筑成本、试验用地条件及试验的方便 性，现设计选择建一个蓄水池，兼具蓄水和生潮试验供水功能。 蓄水池建在试验水池旁，考虑兼具景观功能，现选择设计为地面水池。考虑物模平台的发展需求，可设 计较大的尺寸，以后还满足其它试验用水的需求。设计尺寸为4 0m X 2 0m 2m 一16 0 0m 3 。 4 0 2海洋科学进展 2 9 卷 5 结论与讨论 依据相似理论和胶州湾海域的水动力状况，本研究建立了胶州湾全域潮流物理模型试验的相似条件，确 定了模型的水平和垂向比尺分别为1 ：7 0 和1 ：7 0 0 ，模型的流速比尺为8 3 7 ，糙度比尺为0 6 4 ，水流时间 比尺为8 3 6 7 ，流量比尺为4 1 1 0 5 ，潮量比尺为3 4 3 1 0 7 。确定试验水池的尺寸为：宽4 0I n 、长5 0m 、池 深1m 。 模型试验将采用翻板尾门加双向泵以水位控制为主的生潮方式，对生潮控制系统提出了设计要求，给出 了尾门的主要指标：尾门高度3 0cm ，底坎顶高程5 5cm ，尾门开度范围1 5 。6 0 。，4 个驱动电机的功率均为 3 3 5W s 。模型选用1 5 2 0 台低扬程双向泵同步分散供水，试验生潮流泵的额定流量为3 0 0n 1 3 h 。作为模 型试验的重要辅助设施，设计蓄水池尺寸为4 0I T I 2 01 T I 2I n 。 本研究给出了胶州湾全海域潮流物理模型的相似条件及相似比尺，并给出了生潮主要设施和辅助设施 的关键设计参数和指标。作为总体设计，为今后的模型试验提供了理论基础，也为施工设计提供了依据。 参考文献( R e f e r e n ce s ) ： E li W A N GBC ，H U A N GYS C o a s t a ld y n a m ica lg e o m o r p h o lo g y M S h a n g h a i：E a s tC h in aN o r m a lU n iv e r s it yP r e s s ，1 9 8 2 王宝灿，黄仰 松海岸动力地貌学 M 上海：华东师范大学出版社，1 9 8 2 2 3 3 4 3 I - s 6 7 8 9 1 0 1 1 W UYS ，X I NHY ，W ULY ，e ta 1 T h eS a t e llit eI n v e s t ig a t io no nt h e2 0 0 6w a t e ra r e aa n dco a s t lin ele n g t ho ft h eJ ia o z h o uB a ya n dt h e ir h is t o r ica le v o lu t io n l, J C o a s t a lE n g in e e r in g ，2 0 0 8 ，2 7 ( 3 ) ：1 5 - 2 2 吴永森，辛海英，吴隆业，等2 0 0 6 年胶州湾现有水域面积与岸线的卫 星调查与历史演变分析 J 海岸工程，2 0 0 8 ，2 7 ( 3 ) ：1 5 2 2 Y A N GSL ，C H E NQM ，Z H UJ ，e ta 1 C o m p u t a t io no fs t o r a g eca p a cit yf o rt id a lw a t e ro fs e m iclo s e db a y sw h e r et h ein t e r t id a lz o n eis p a r t lye m b a n k e d t a k in gJ ia o z h o uB a ya sa ne x a m p le J M a r in eS cie n ce s ，2 0 0 3 ，2 7 ( 8 ) ：4 3 4 7 杨世伦，陈启明，朱俊，等半封闭海湾潮 间带部分围垦后纳潮量 | 算的商榷 以胶州湾为例 J 海洋科学，2 0 0 3 ，2 7 ( 8 ) ：4 3 4 7 Q I A OGY ，G A ODL ，H U AF ，e ta 1 C a lcu la t in ga t o r a g ex a p a cit yo ft id a lw a t e ro fb a yb yco m b in in go b s e r v in gd a t aw it hn u m e r ica lm o d e l J P o r tE n g in e e r in gT e ch n o lo g y ，2 0 0 9 ，4 6 ( 4 ) ：1 - 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o r d e rt u r b u le n tclo s u r ea n dit ss m a ll s ca lea n dm e s o s ca lea p p lica t io n D Q in g d a o ：I n s t it u t eo fO ce a n o lo g y ，C h in e s eA ca d e m yo fS cie n ce s ，1 9 9 9 万振文二阶湍封闭生态动力学数值模式及其小中尺度应用 D 青岛：中国科学院海洋研究所，1 9 9 9 S U NYL ，S U NCQ ，W A N GXC ，e ta 1 F o r e ca s to fim p a cto fQ in g d a ob a yb r id g eo nt id e ，t id a lcu r r e n ta n dr e s id u a lcu r r e n to fJ ia o z h o u B a y I T id a l cu r r e n to fJ ia o z h o uB a ya n da d j a ce n ts e aa r e a J J o u r n a lo fO ce a nU n iv e r s it yo fQ in g d a o ，1 9 9 4 ，2 4 ( S 1 ) ：1 0 6 1 1 9 孙 英兰，孙长青。王学昌，等青岛海湾大桥对胶州湾潮汐、潮流及余环流的影响预测 I 胶州湾及I 临近海域的潮流 J 青岛海洋大学 学报，1 9 9 4 ，2 4 ( S 1 ) ：1 0 6 1 1 9 H U A N Gz K ，H U A N GL T id a lt h e o r ya n dca lcu la t io n M Q in g d a o ：O ce a n U n iv e r s it yo f C h in a P r e s s ，2 0 0 5 黄祖珂。黄磊：潮汐原理 计算 M 青岛：中国海洋大学出版社，2 0 0 5 S im ila r it yC o n d it io n s ，S ca le ，a n dO v e r a llD e s ig n o fT id a l P h y s ica l M o d e lf o rW h o leJ ia o z h o uB a y L I UX u e h a il”，J I Y u q ia n 9 1 ，L IJ u n y il，Y UK a i b e n l，H U AF e n 9 1 ”，L I NZ h i s h u 3 ( 1 F ir s tI n s t it u t eo fO ce a n o g r a p h y ，S O A ，Q in g d a o2 6 6 0 6 1 ，C h in a ： 2 K e yL a bo fM a r in eS cie n cea n dN u m e r ica lM o d e lin g ，S O A ，Q in g d a o2 6 6 0 6I ，C h in a ； 3