[发明专利]一种测量两个相互作用的重力流体积的方法

说明书

本发明公开了一种测量两个相互作用的重力流体积的方法，可应用于近海工程流体力学实验领域。本发明针对现有羽流凸起体积测量方法的不足，提出一种测量两个相互作用的重力流体积的方法。该方法包括确定组合双羽流系统的深度场并区分这两个羽流，计算淡水源附近凸起的体积。本发明方法给出了凸起体积的计算方法，对实验室羽流实验凸起体积增长率的计算意义重大，对实验室羽流实验和真实羽流的理解都有很重要的意义。本发明方法经验证无论是在深度测量还是在凸起体积计算中的平均误差都在可以接受的范围内，可操作性明显，可靠性强。

技术领域

本发明涉及近海工程流体力学实验领域，具体涉及一种测量两个相互作用的重力流体积的方法。

背景技术

河口羽流(River Plume)是河流淡水流出河口后在近岸区域形成的盐度较低的水体，并发育特有的近岸流场。它一般会在河口附近形成一个向海突出的凸出体(bulge),在其下游(相对于开尔文波的传播方向)形成沿岸流。河口羽流对近海的流场，营养盐、污染物及泥沙自陆向海的输运等都起着关键的作用，因而也成为近几十年来的研究热点。

河口生态系统是海洋生态系统的重要组成部分，其生产力高，资源丰富，为水生生物提供了生存的场所，并且深刻地影响着近岸区域的人类活动。比如在凸起的体积较大的情况下，不论是污染物还是营养物质都会在凸起累积，对凸起这一区域的生态环境产生剧烈的影响。同时也会导致下游沿岸流的流量减少，输送到下游的污染物质也就变少了，对下游人类活动会带来有益的影响。再比如在干旱的年份，由于淡水流量的下降带来近海羽流的减少，那么以河口作为生长场所的生物种类会明显下降，也会改变当地鱼类的生态环境，进一步改变其组成与结构。

许多先进的技术已被应用于测量羽流中的速度场和浓度场。最近的方法结合了粒子图像测速(PIV)和平面激光诱导荧光法(PLIF)同时测量二维速度和浓度场。但是，PIV和PLIF都不是理想的测量凸起增长率的方法，因为它们都只能解决羽流的某个单一平面而并非整个羽流。扫描LIF方法可以提供依赖于时间和空间的羽流浓度场。这种三维浓度场可用于测凸起体积增长率，但同时也引入了显著的实验复杂性。所以这些方法都有其局限性的存在，鲜有一种可以研究计算淡水源附近凸起的体积增长率的方法。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种测量两个相互作用的重力流体积的方法。该技术通常可用于区分具有多种来源的实验中的水团，并可用于模拟两个相邻沿海羽流的动力学。成功用于确定组合双羽流系统的深度场并区分这两个羽流。并可以计算出淡水源附近凸起的体积增长以及沿岸流中远离源的浮力流体的输送速率。可以提高对羽流结构和其动力学分析的可靠性、准确性和科学性。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种测量两个相互作用的重力流体积的方法，该方法包括如下步骤：

(1)在环形旋转槽中装满盐水，完全钢化后引入两种不同颜色流体，使用彩色摄像机分别测量两种不同颜色流体的R、G和B色带的光强度；

(2)基于步骤(1)彩色摄像机测量得到的R，G和B值，通过对每个像素的R，G和B值进行平均来计算强度，并通过每个像素的R，G和B值与色彩比率的关系公式计算色彩比率。将由此得到的强度-厚度关系和色彩比率-厚度关系结合，以开发出二维校准图，然后，通过对二维校准图定义的参数空间中内插来确定厚度场；

(3)根据步骤(2)获得的厚度场，计算漂浮层中的淡水体积；

(4)假设混合区域上游和下游淡水流的百分比随着色彩比例线性变化，基于步骤(2)获得的厚度场结合百分比分别计算混合区域上游和下游淡水流的有效厚度；

(5)假设凸起具有线性沿岸增长率并相应地调整图像访问的视野，基于步骤(2)得到的厚度场及步骤(4)得到的混合区域的上游和下游淡水流各自的有效深度计算上游和下游的凸起体积。

进一步的，所述步骤(1)具体如下：