一种判断水沙界面流动方向的方法技术

本发明专利技术公开了一种判断水沙界面流动方向的方法，包括以下步骤：测量水沙界面上质点的x轴方向流速分量v和y轴方向流速分量u；水沙界面包括迎水坡和背水坡，质点的自迎水坡至背水坡的方向为x轴正方向，质点竖直向上的方向为y轴正方向；测量迎水坡角度β和背水坡角α；根据迎水坡质点的x轴方向流速分量v、质点的y轴方向流速分量u及迎水坡角度β，确定迎水坡水沙界面流动方向；根据背水坡质点的x轴方向流速分量v、质点的y轴方向流速分量u及背水坡角α，确定背水坡水沙界面流动方向。

【技术实现步骤摘要】
一种判断水沙界面流动方向的方法
本专利技术属于流体动力学判断方法
，涉及一种判断水沙界面流动方向的方法。
技术介绍
波状河床形态在自然界中无处不在，如河流、海洋和湖泊等，水流流过波状河床的波峰处会产生流动分离现象，在波谷附近产生涡流区。由于伯努利效应，在迎水坡产生高压区域，在背水坡低压区域产生涡流，在水沙界面上形成了高低压交错的现象。这样的压力分布驱动了河床饱和沉积物中的孔隙水和地表水的交换称为潜流交换。潜流交换影响着沉积物中的水文-生物-地球化学和热过程，进而影响着河流的生态健康。水流遇到波状床面形成水沙界面，引起压力的交错分布，导致其水沙界面的地表水-地下水交换，划分为上升流和下降流。沉积物中地下水向地表水的流动被称为上升流，反之为下降流。上升流可以将潜流带中的营养物质和能量带至地表水并影响河流生态系统的初级生产力，为附近的水生生物提供必备的营养物质与生存环境。下降流可以影响碳、氮和磷的迁移与转化，进而影响河流与大气中的元素平衡；下降流同时也会将水体中的氧气运输到潜流带中，为潜流带内的化学反应提供必要的反应物。现有的流体动力学判断方法无法准确判断水沙界面流动方向。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种判断水沙界面流动方向的方法，解决了现有技术中流体动力学判断方法无法准确判断水沙界面流动方向。本专利技术所采用的技术方案是，一种判断水沙界面流动方向的方法，包括以下步骤：步骤1、测量水沙界面上质点的x轴方向流速分量v和y轴方向流速分量u；水沙界面包括迎水坡和背水坡，质点的自迎水坡至背水坡的方向为x轴正方向，质点竖直向上的方向为y轴正方向；步骤2、测量迎水坡角度β和背水坡角α；步骤3、根据步骤1和2得到的迎水坡质点的x轴方向流速分量v、质点的y轴方向流速分量u及迎水坡角度β，确定迎水坡水沙界面流动方向；步骤4、根据步骤1和2得到的背水坡质点的x轴方向流速分量v、质点的y轴方向流速分量u及背水坡角α，确定背水坡水沙界面流动方向。本专利技术的特点还在于，步骤3的具体步骤为：步骤3.1、计算迎水坡上质点的y轴方向流速分量u与x轴方向流速分量v的比值b、迎水坡角度β的正切值a；步骤3.2、若质点的y轴方向流速分量u大于零，x轴方向流速分量v小于零，则水沙界面流动方向为上升流；若质点的y轴方向流速分量u小于零，x轴方向流速分量v大于零，则水沙界面流动方向为下降流；若质点的y轴方向流速分量u和x轴方向流速分量v均大于零或均小于零，则根据比值b及正切值a，确定迎水坡水沙界面流动方向。质点的y轴方向流速分量u和x轴方向流速分量v均大于零或均小于零时，具体为：当质点的y轴方向流速分量u和x轴方向流速分量v均大于零时，若正切值a大于比值b，则水沙界面流动方向为下降流；若正切值a小于比值b，则水沙界面流动方向为上升流；当质点的y轴方向流速分量u和x轴方向流速分量v均小于零时，若正切值a大于比值b，则水沙界面流动方向为上升流；若正切值a小于比值b，则水沙界面流动方向为下降流。步骤4的具体步骤为：步骤4.1、计算背水坡上质点的y轴方向流速分量u与x轴方向流速分量v的比值c、迎水坡角度β的正切值d；步骤4.2、若质点的y轴方向流速分量u和x轴方向流速分量v均小于零，则水沙界面流动方向为下降流；若质点的y轴方向流速分量u和x轴方向流速分量v均大于零，则水沙界面流动方向为上升流；若质点的y轴方向流速分量u和x轴方向流速分量v的其中一个大于零，且另一个小于零时，则根据比值c及正切值d，确定背水坡水沙界面流动方向。质点的y轴方向流速分量u和x轴方向流速分量v的其中一个大于零，且另一个小于零时，具体为：当质点的y轴方向流速分量u大于零，x轴方向流速分量v小于零时，若正切值d大于比值c，则水沙界面流动方向为上升流；若正切值d小于比值c时，则水沙界面流动方向为下降流；当质点的y轴方向流速分量u小于零，x轴方向流速分量v大于零时，若正切值d大于比值c，则水沙界面流动方向为下降流；若正切值d小于比值c时，则水沙界面流动方向为上升流。本专利技术的有益效果在于：本专利技术一种判断水沙界面流动方向的方法，通过测量水沙界面上某质点的x轴方向流速分量v、y轴方向流速分量u、迎水坡角度β及背水坡角α，能确定质点速度z的方向，进一步准确得出水沙界面流动方向，明确波状河床的流体动力学情况和潜流交换机理；方法简单，易于实现，为潜流带内生物水文化学的研究做出了贡献。附图说明图1是本专利技术一种判断水沙界面流动方向的方法的迎水坡上质点的第一种实施例示意图；图2是本专利技术一种判断水沙界面流动方向的方法的迎水坡上质点的第二种实施例示意图；图3是本专利技术一种判断水沙界面流动方向的方法的迎水坡上质点的第三种实施例示意图；图4是本专利技术一种判断水沙界面流动方向的方法的迎水坡上质点的第四种实施例示意图；图5是本专利技术一种判断水沙界面流动方向的方法的迎水坡上质点的第五种实施例示意图；图6是本专利技术一种判断水沙界面流动方向的方法的迎水坡上质点的第六种实施例示意图；图7是本专利技术一种判断水沙界面流动方向的方法的背水坡上质点的第一种实施例示意图；图8是本专利技术一种判断水沙界面流动方向的方法的背水坡上质点的第二种实施例示意图；图9是本专利技术一种判断水沙界面流动方向的方法的背水坡上质点的第三种实施例示意图；图10是本专利技术一种判断水沙界面流动方向的方法的背水坡上质点的第四种实施例示意图；图11是本专利技术一种判断水沙界面流动方向的方法的背水坡上质点的第五种实施例示意图；图12是本专利技术一种判断水沙界面流动方向的方法的背水坡上质点的第六种实施例示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。一种判断水沙界面流动方向的方法，具体包括以下步骤：步骤1、根据测量得到的水沙界面上某质点的x轴方向流速分量v和y轴方向流速分量u，确定质点速度z的方向；水沙界面包括迎水坡和背水坡，某质点的自迎水坡至背水坡的方向为x轴正方向，某质点竖直向上的方向为y轴正方向；步骤2、测量迎水坡角度β和背水坡角α；步骤3、根据步骤1得到的水沙界面上某质点的x轴方向流速分量v、某质点的y轴方向流速分量u、迎水坡角度β，确定迎水坡水沙界面流动方向；步骤4、根据步骤1得到的水沙界面上某质点的x轴方向流速分量v、某质点的y轴方向流速分量u、背水坡角α，确定背水坡水沙界面流动方向。步骤3的具体步骤为：步骤3.1、计算迎水坡上某质点的y轴方向流速分量u与x轴方向流速分量v的比值b、迎水坡角度β的正切值a，比值b即为质点速度z的斜率，正切值a即为迎水坡的斜率，；步骤3.2、如图1所示，若某质点A的y轴方向流速分量u大于零，x轴方向流速分量v小于零，此时，该质点速度z的方向背向水沙界面，则水沙界面流动方向为上升流；如图2所示，若某质点A的y轴方向流速分量u小于零，x轴方向流速分量v大于零，此时，质点速度z的方向指向水沙界面，则水沙界面流动方向为下降流；若某质点A的y轴方向流速分量u和x轴方向流速分量v均大于零或均小于零，则根据比值b、正切值a，确定迎水坡水沙界面流动方向。当某质点A的y轴方向流速分量u和x轴方向流速分量v均大于零时，如图3所示，若正切值a大于比值b，此时质点速度z的方向指向水沙界面，则水沙界面流动方向为下降流；如图4所示，若正切值a小于比值b本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种判断水沙界面流动方向的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、测量水沙界面上质点的x轴方向流速分量v和y轴方向流速分量u；所述水沙界面包括迎水坡和背水坡，所述质点的自迎水坡至背水坡的方向为x轴正方向，所述质点竖直向上的方向为y轴正方向；步骤2、测量迎水坡角度β和背水坡角α；步骤3、根据步骤1和2得到的迎水坡质点的x轴方向流速分量v、质点的y轴方向流速分量u及迎水坡角度β，确定迎水坡水沙界面流动方向；步骤4、根据步骤1和2得到的背水坡质点的x轴方向流速分量v、质点的y轴方向流速分量u及背水坡角α，确定背水坡水沙界面流动方向。

【技术特征摘要】
1.一种判断水沙界面流动方向的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、测量水沙界面上质点的x轴方向流速分量v和y轴方向流速分量u；所述水沙界面包括迎水坡和背水坡，所述质点的自迎水坡至背水坡的方向为x轴正方向，所述质点竖直向上的方向为y轴正方向；步骤2、测量迎水坡角度β和背水坡角α；步骤3、根据步骤1和2得到的迎水坡质点的x轴方向流速分量v、质点的y轴方向流速分量u及迎水坡角度β，确定迎水坡水沙界面流动方向；步骤4、根据步骤1和2得到的背水坡质点的x轴方向流速分量v、质点的y轴方向流速分量u及背水坡角α，确定背水坡水沙界面流动方向。2.一种如权利要求1所述一种判断水沙界面流动方向的方法，其特征在于，步骤3的具体步骤为：步骤3.1、计算迎水坡上质点的y轴方向流速分量u与x轴方向流速分量v的比值b、迎水坡角度β的正切值a；步骤3.2、若质点的y轴方向流速分量u大于零，x轴方向流速分量v小于零，则水沙界面流动方向为上升流；若质点的y轴方向流速分量u小于零，x轴方向流速分量v大于零，则水沙界面流动方向为下降流；若质点的y轴方向流速分量u和x轴方向流速分量v均大于零或均小于零，则根据所述比值b及正切值a，确定迎水坡水沙界面流动方向。3.一种如权利要求2所述一种判断水沙界面流动方向的方法，其特征在于，所述质点的y轴方向流速分量u和x轴方向流速分量v均大于零或均小于零时，具体为：当质点的y轴方向流速分量u和x轴方向流速分量v均大于零时，若正切值...

【专利技术属性】
技术研发人员：任杰，王大博，赵彪，张文兵，陈波，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61