一种回头潮涌潮造景设计方法与流程

1.本发明涉及治河工程领域，具体涉及海堤或其它涌潮造景工程回头潮涌潮强度设计方法。


背景技术：

2.涌潮是一定条件下存在于河口的特殊水动力现象，涌潮前后存在水位、流速（流量）的突变。涌潮过后，水位急剧抬升，同时流速从落潮流转变为涨潮流，并在数分钟至数十分钟内流速达到极值。世界上大约有450个河口存在涌潮，但有欣赏价值的涌潮则只有10余条河口，其中钱塘江与巴西的亚马逊河涌潮最为壮观。
3.有涌潮的河口一般有两个条件，一是在平面上大多为喇叭形，使潮波能量集中，潮差增大；二是河口区要有适当的水深条件，既不能太深，也不能太浅。
4.涌潮在传播过程中，因受岸线、地形、涉水工程的影响，形成了如“一线潮”“交叉潮”“回头潮”等潮景，至今看到的“一线潮”“交叉潮”涌潮景观范围较大，基本上为天然形成，而“回头潮”大多受涉水工程建设被动地人为造成。随着社会经济的发展，人们对涌潮保护意识的加强，如何通过主动设计，局部调控涌潮景观，特别是“回头潮”潮景，对于保护和发展涌潮资源具有重要意义。
5.现有技术中对如何通过海堤或其它涌潮造景工程设计和初始涌潮强度设计来人为制造回头潮涌潮还没有有效的方法。


技术实现要素：

6.为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种回头潮涌潮造景设计方法，根据回头潮涌潮成因机理和影响因素，基于初始涌潮强度设计回头潮涌潮强度；或者，基于回头潮涌潮强度设计初始涌潮强度。
7.本发明采用的技术方案是：一种回头潮涌潮造景设计方法，它基于初始涌潮强度设计回头潮涌潮强度，包括以下步骤：s1，确定海堤或其它涌潮造景工程相关参数，包括平面位置、迎水面形状和堤前水深；根据理论分析和现场观测，为形成壮观的回头潮涌潮，海堤或其它涌潮造景工程堤线平面上与初始涌潮前进方向成90
°
直角；海堤或其它涌潮造景工程迎水面形状采用直立式，或者坡比大于1:1陡度较陡的斜坡；堤前低潮位下水深不宜太大，介于0.5～2m之间较好；s2，基于初始涌潮强度h1/h0求初始涌潮其它特征参数；根据涌潮前、后关系式，可以得到
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（1）
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（2）
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（3）
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（4）
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（5）
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（6）式中，h0为初始涌潮的潮前水深；h1为初始涌潮的潮后水深，也是回头潮涌潮的潮前水深；h2为回头潮涌潮的潮后水深；h1为初始涌潮高度；h2为回头潮涌潮高度；c1为初始涌潮的传播速度；c2为回头潮涌潮的传播速度；v1为初始涌潮的潮后流速；g为重力加速度；已知初始涌潮参数h0和h1，求得h1，然后用式（3）求得c1，式（4）求得v1。
8.s3，基于初始涌潮特征参数求回头潮涌潮特征参数；联合求解式（5）和式（6），求得c2和h2；再根据式（2）求得h2。
9.本发明采用的技术方案还可以为：一种回头潮涌潮造景设计方法，基于回头潮涌潮强度设计初始涌潮强度，包括以下步骤：s1，确定海堤或其它涌潮造景工程相关参数，包括平面位置、迎水面形状和堤前水深；根据理论分析和现场观测，为形成壮观的回头潮涌潮，海堤或其它涌潮造景工程堤线平面上与初始涌潮前进方向成90
°
直角；海堤或其它涌潮造景工程迎水面形状采用直立式，或者坡比大于1:1陡度较陡的斜坡；堤前低潮位下水深不宜太大，介于0.5～2m之间较好；s2，根据涌潮前、后关系式得到回头潮涌潮强度η2与初始涌潮强度η1的关系，绘制出的关系图；具体计算过程为：假定初始涌潮参数h0和h1， 则
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（1）由式（1）求得h1,再由
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（3）
求得c1，再由
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（4）求得v1；联合求解式（5）和式（6），
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（5）
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（6）求得c2和h2；再根据式（2）
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（2）求得h2；从而得到初始涌潮强度η1和及回头潮涌潮强度η2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（7）
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（8）式中，h0为初始涌潮的潮前水深；h1为初始涌潮的潮后水深，也是回头潮涌潮的潮前水深；h2为回头潮涌潮的潮后水深；h1为初始涌潮高度；h2为回头潮涌潮高度；c1为初始涌潮的传播速度；c2为回头潮涌潮的传播速度；v1为初始涌潮的流速，即初始涌潮的潮后流速；g为重力加速度；根据回头潮涌潮强度η2与初始涌潮强度η1的关系，绘制出的关系图；s3，根据回头潮涌潮参数：潮前水深h1和涌潮高度h2，求得潮后水深h2；根据回头潮涌潮强度η2与初始涌潮强度η1的关系图查得η1；具体计算过程为：已知回头潮涌潮参数h1和h2，由式（2）求得h2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（2）及回头潮涌潮强度η2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（8）根据回头潮涌潮强度η2与初始涌潮强度η1的关系图查得η1；s4，求初始涌潮特征参数：；式（3）-（6）和式（7）共5个方程式，求5个未知变量c1、c2、v1、h0和h1，因此方程是封闭的。为简化计算，根据涌潮前后关系式
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（9）考虑到初始涌潮潮前流速v0=0，则有代入式（5），则有利用式（6），则有即
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（10）用上式求得v1后利用式（6）求得c2，将式（6）代入式（5）得
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（11）再与式（4）联合求解，可求得h0和h1，最后再由式（3）求得c1。
10.本发明的有益效果是：本发明方法可对涌潮河段的海堤或其它涌潮造景工程、临近海堤的河道地形进行设计，能得到海堤或其它涌潮造景工程处回头潮涌潮特征参数，该方法节省了设计成本。
附图说明
11.图1为初始涌潮和回头潮涌潮特征参数对比示意图；图2为回头潮涌潮强度η2与初始涌潮强度η1的关系图。
具体实施方式
12.下面对本发明的实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
13.实施例1：本发明一种回头潮涌潮造景设计方法，基于附图1中初始涌潮高度h1和潮前水深h0，设计回头潮涌潮强度，包括以下步骤：s1，确定海堤或其它涌潮造景工程相关参数。根据涌潮传播方向，要求海堤轴线与涌潮传播方向在平面上呈直角；海堤迎水面采用直立式，或者坡比大于1:1陡度较陡的斜坡；设定初始涌潮的潮前水深h0=1m，设计堤前河床高程，使得低潮位下堤前水深即潮前水深为h0=1m；
s2,设定初始涌潮高度h1=2m，确定初始涌潮其它特征量；根据涌潮前、后关系式，可以得到
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（1）
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（2）
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（3）
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（4）
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（5）
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（6）式中，h0为初始涌潮的潮前水深；h1为初始涌潮的潮后水深，也是回头潮涌潮的潮前水深；h2为回头潮涌潮的潮后水深；h1为初始涌潮高度；h2为回头潮涌潮高度；c1为初始涌潮的传播速度；c2为回头潮涌潮的传播速度；v1为初始涌潮的潮后流速；g为重力加速度。
14.已知初始涌潮参数h0和h1，用式（1）求得h1，然后用式（3）求得c1，式（4）求得v1；已知初始涌潮参数h0和h1，用式（1）求得h1=3m。
15.用式（3）求得传播速度c1=7.67m/s；用式（4）求得初始涌潮流速v1=5.11m/s；s3，基于初始涌潮特征参数求回头潮涌潮特征参数；联合求解式（5）和式（6），求得回头潮涌潮传播速度c2=4.66m/s和回头潮涌潮h2=3.29m；再根据式（2）求得回头潮水深h2=6.29m。
16.实施例2：本发明一种回头潮涌潮造景设计方法， 基于附图1中回头潮涌潮高度h2和潮前水深h1设计初始涌潮强度，包括以下步骤：s1，确定海堤或其它涌潮造景工程相关参数，包括平面位置、迎水面形状和堤前水深；海堤或其它涌潮造景工程堤线平面上与初始涌潮前进方向成90
°
直角；海堤或其它涌潮造景工程迎水面形状采用直立式，或者坡比大于1:1陡度较陡的斜坡；堤前低潮位下水深不宜太大，介于0.5～2m之间较好；s2，根据涌潮前、后关系式得到回头潮涌潮强度η2与初始涌潮强度η1的关系，绘制
出的关系图，如附图2所示；具体计算过程为：假定初始涌潮参数h0和h1， 则
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（1）由式（1）求得h1,再由
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（3）求得c1，再由
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（4）求得v1；联合求解式（5）和式（6），
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（6）求得c2和h2；再根据式（2）
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（2）求得h2；从而得到初始涌潮强度η1和及回头潮涌潮强度η2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（7）
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（8）式中，h0为初始涌潮的潮前水深；h1为初始涌潮的潮后水深，也是回头潮涌潮的潮前水深；h2为回头潮涌潮的潮后水深；h1为初始涌潮高度；h2为回头潮涌潮高度；c1为初始涌潮的传播速度；c2为回头潮涌潮的传播速度；v1为初始涌潮的流速，即初始涌潮的潮后流速；g为重力加速度；根据回头潮涌潮强度η2与初始涌潮强度η1的关系，绘制出的关系图；s3，根据回头潮涌潮参数：潮前水深h1和涌潮高度h2，求得潮后水深h2，得到回头潮涌潮强度η2，再根据回头潮涌潮强度η2与初始涌潮强度η1的关系图查得η1；具体为：已知回头潮涌潮参数h1和h2，由式（2）求得h2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（2）
及回头潮涌潮强度η2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（8）根据回头潮涌潮强度η2与初始涌潮强度η1的关系图附图2查得η1已知回头潮涌潮高度h2=3m，潮前水深h1=3.4m。由式（2）求得h2=6.4m。
17.由式（8）求得回头潮涌潮强度η2=0.88；根据回头潮涌潮强度η2与初始涌潮强度η1的关系图附图2查得η1=1.44；s4，求初始涌潮特征参数：为简化计算，根据涌潮前后关系式
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（9）考虑到初始涌潮潮前流速v0=0，则有代入式（5），则有利用式（6），则有即
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（10）用上式求得v1后利用式（6）求得c2，将式（6）代入式（5）得
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（11）再与式（4）联合求解，可求得h0和h1，最后再由式（3）求得c1；用式（10）求得v1=4.46m/s，再用式（6）求得c2=5.05m/s；联合求解式（4）和式（11），求得h0=1.4m和h1=2.0m；最后再由式（3）求得c1=7.56m/s。
18.上述实施例结合附图对本发明进行了描述，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。