河床冲淤调整过程中综合阻力变化合成计算方法技术

本发明专利技术提供一种河床冲淤调整过程中综合阻力变化合成计算方法，在深刻理解河床综合阻力物理组成的基础上，引入分形理论进行河床演变基本数据的分析与量化，首先利用河床表面分形维数可以独立河床形态大中尺度调整的特点，研究基于床面分形度量的形状阻力计算方法；同时，通过床沙质量分形维数来度量床沙级配调整，并得到基于床沙质量分维的沙粒阻力计算方法，而后相加得到剧烈冲淤调整过程中河床综合阻力计算方法。本发明专利技术补充了《河工模型试验规程(SL99‑2012)》中关于动床和床沙级配变化情况下河床综合阻力的取值方法，对河流模拟和动力特性有直接帮助，并有利于探索剧烈冲淤过程中河流特征水位的变化机理和趋势预测。

Synthetic calculation method of comprehensive resistance change in the process of riverbed scouring and silting adjustment

【技术实现步骤摘要】
河床冲淤调整过程中综合阻力变化合成计算方法
本专利技术涉及水力学及河流动力学领域，具体涉及一种河床冲淤调整过程中综合阻力变化合成计算方法。
技术介绍
糙率是河流数学模型中最为敏感的水力学参数之一，其初始糙率通常由模型起始条件率定得来。过去，在自然河流冲淤相对平衡的状态下，同流量下(淹没范围)的河床糙率一般不会有大的浮动，此时河床冲淤所带来糙率的变化是可以忽略的，整个冲淤模拟过程中糙率参数一般不用调整，也不会对水位、冲淤分布等相关的预测结果带来大的影响。但是，随着当前自然条件的变化和人类活动越来越多的干扰到自然河流，不平衡状态下的河床冲淤调整越来越多，河床大幅度的冲刷或淤积，使床面形态和床沙组成发生较大程度的变化，甚至发生大型堆积体(洲、滩)的冲淤调整以及床沙特性的改变，如三峡水库下游宜枝河段，其必然引起河床综合糙率的明显变化，此时，对河床阻力变化的准确判断将影响着、甚至决定着基于河流模拟得来的相关预测结果的精确性。根据《河工模型试验规程(SL99-2012)》，糙率n的确定，在动床时应考虑沙波等形状阻力的影响，河床组成有调整时还应再考虑沙粒阻力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种河床冲淤调整过程中综合阻力变化合成计算方法，其特征在于包括如下步骤：/n步骤一、河床综合阻力分割/n河床综合阻力由沙粒阻力、沙波阻力、河势阻力、成型淤积体阻力4部分构成，其中沙粒阻力亦称肤面阻力，主要与河床阻力有关；沙波阻力、河势阻力、成型淤积体阻力均与河床形态有关、对应河床形态的不同尺度，统称为形状阻力；/n河床综合阻力的划分采用沙粒阻力与形状阻力两者相加的方式进行，公式表达如式(1)：/nn＝n

【技术特征摘要】
1.一种河床冲淤调整过程中综合阻力变化合成计算方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一、河床综合阻力分割
河床综合阻力由沙粒阻力、沙波阻力、河势阻力、成型淤积体阻力4部分构成，其中沙粒阻力亦称肤面阻力，主要与河床阻力有关；沙波阻力、河势阻力、成型淤积体阻力均与河床形态有关、对应河床形态的不同尺度，统称为形状阻力；
河床综合阻力的划分采用沙粒阻力与形状阻力两者相加的方式进行，公式表达如式(1)：
n＝nb+nf(1)
式中，n为河床综合阻力，nb为沙粒阻力，nf为形状阻力；
步骤二、计算沙粒阻力nb
通过计算床沙组成的质量分形维数Dm以及沙粒阻力计算的试验率定，得到冲淤调整后沙粒阻力nb的计算公式；
步骤三、计算形状阻力
通过计算河床形态分形维数D以及形状阻力变化的试验率定，得到河床形状阻力nf的计算公式；
步骤四、计算河床综合阻力变化
根据步骤三所得沙粒阻力nb的计算公式以及河床形状阻力nf的计算公式，考虑初始状态下的阻力构成n0＝nf-0+nb-0，得到河床综合阻力。


2.如权利要求1所述的河床冲淤调整过程中综合阻力变化合成计算方法，其特征在于：所述步骤二具体步骤如下：
(1)计算床沙组成的质量分形维数
运用质量分形维数Dm这一无量纲描述床沙级配：



式中，Dm为床沙质量分形维数；为粒径小于的颗粒累积质量；M0为各粒级颗粒的质量之和，为相邻两个粒级di与di+1之间的平均粒径，即为最大粒级的平均粒径；
(2)沙粒阻力计算的试验率定
通过平铺河床、非均匀沙概化水槽试验，得到沙粒阻力与床沙质量分形维数的关系为沙粒阻力n与质量分形维数Dm负相关，考虑弗汝德数Fr与中值粒径d50的影响，构造公式



通过试验资料对公式(3)中的系数A进行率定，得



初始沙粒阻力nb-0参考式(4)表达为：

【专利技术属性】
技术研发人员：周银军，卢金友，姚仕明，徐海涛，金中武，王军，闫霞，李志晶，吴华莉，程传国，高瑜，郭超，朱帅，
申请(专利权)人：长江水利委员会长江科学院，
类型：发明
国别省市：湖北;42