一种由工程建设引发的河道强紊动区的河床变形预测方法技术

本发明专利技术公开了一种由工程建设引发的河道强紊动区的河床变形预测方法，采用由工程建设引发的强紊动区各网格节点水流紊动强度与河道整体平均紊动强度值之比λ，对强紊动区饱和挟沙力进行修正，以使计算得到的河床变形值更符合实际情况，具有较好的计算精度。

A prediction method of river bed deformation in strong turbulence area caused by engineering construction

【技术实现步骤摘要】
一种由工程建设引发的河道强紊动区的河床变形预测方法
本专利技术涉及水利工程学科河流动力学
，具体而言涉及一种由工程建设引发的河道强紊动区的河床变形预测方法。
技术介绍
河床变形是天然河流常见的一种演变现象，给河道防洪安全及涉水工程安全均可带来显著影响，河床变形的准确计算则是河道治理与保护必须解决的关键性技术问题之一。然而，天然河道河床变形受到来水来沙以及约束边界的影响，演变机理极为复杂，准确计算其河床变形值具有十分巨大的挑战，尤其是工程建设后引起的局部强紊动水体区域，冲刷变形幅度大，一般计算方法无法适用，目前还没有成熟可靠的计算方法。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种由工程建设引发的河道强紊动区的河床变形预测方法，采用由工程建设引发的强紊动区各网格节点水流紊动强度与河道整体平均紊动强度值之比λ，对强紊动区饱和挟沙力进行修正，以使计算得到的河床变形值更符合实际情况，具有较好的计算精度。为达成上述目的，结合图1，本专利技术提出一种由工程建设引发的河道强紊动区的河床变形预测方法，所述预测方法包括：S1：生成河床变形区域的计算网格，依据由工程建设引发的强紊动区各网格节点水流紊动强度与河道整体平均紊动强度值之比λ，基于能耗原理，通过下式修正强紊动区各网格节点水流饱和挟沙能力，获得与实际相符合的强紊动区各网格节点饱和挟沙力S*紊动：S*紊动＝λ×S*式中：S*紊动为强紊动区饱和挟沙力；S*为水流饱和挟沙力；λ为强紊动区紊动强度与整体平均紊动强度值之比；r>S2：根据强紊动区各网格节点实际含沙量计算值S与强紊动区各网格节点饱和挟沙力S*紊动，基于沉降通量守恒原理，依据下式计算得到强紊动区的河床变形值：式中：ΔZb为河床变形值；γs为河床泥沙干容重；ω泥沙沉降速度；S、S*紊动分别为实际含沙量及强紊动区饱和挟沙力；Δt为计算时间长度。进一步的实施例中，步骤S1中，所述由工程建设引发的强紊动区各网格节点水流紊动强度与河道整体平均紊动强度值之比λ的获取过程包括：S11：收集指定河床变形区域的基础资料；S12：根据收集到的基础资料，生成河床变形区域的计算网格，建立河床变形区域的水流泥沙数学模型；S13：依据河道强紊动区的边界条件，基于水沙运动基本理论和控制方程，采用水流泥沙数学模型计算河道各网格节点的紊动强度分布，据此计算出河道整体平均紊动强度值，再计算出由工程建设引发的局部强紊动区各网格节点的紊动强度与整体平均紊动强度值之比λ。进一步的实施例中，所述指定河床变形区域的基础资料包括河道地形、约束边界、水文条件、河床级配。进一步的实施例中，所述河道强紊动区的边界条件包括河道水位、流量。进一步的实施例中，所述预测方法还包括：采用水流泥沙数学模型继续计算河道各网格节点水深、流速以及实际含沙量S，再根据水流挟沙力公式计算河道各网格节点的水流饱和挟沙能力S*。进一步的实施例中，所述预测方法还包括：S3：结合计算得到强紊动区的河床变形值判定河床变形风险等级和对应的防护策略。以上本专利技术的技术方案，与现有相比，其显著的有益效果在于：采用由工程建设引发的强紊动区各网格节点水流紊动强度与河道整体平均紊动强度值之比λ，对强紊动区饱和挟沙力进行修正，以使计算得到的河床变形值更符合实际情况，具有较好的计算精度。应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的专利技术主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的专利技术主题的一部分。结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本专利技术教导的前述和其他方面、实施例和特征。本专利技术的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本专利技术教导的具体实施方式的实践中得知。附图说明附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本专利技术的各个方面的实施例，其中：图1是本专利技术的由工程建设引发的河道强紊动区的河床变形预测方法的流程图。图2是本专利技术的由工程建设引发的河道强紊动区的示意图。具体实施方式为了更了解本专利技术的
技术实现思路
，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。具体实施例一本专利技术提出了一种有效的由工程建设引发的河道强紊动区的河床变形的新预测方法，可为河道治理与保护提供技术支撑。所述由工程建设引发的河道强紊动区的河床变形预测方法包括如下几个步骤：(1)收集需计算河床变形区域的河道地形、约束边界(包括工程建设)、水文条件(如：流量变化过程、水位变化过程、流速变化过程、来沙过程等)、河床级配等基础资料。(2)根据基础资料，生成计算区域河道的计算网格，建立计算区域河道的水流泥沙数学模型。(3)依据河道水位、流量等边界条件，基于水沙运动基本理论和控制方程，采用水流泥沙数学模型计算河道各网格节点的紊动强度分布(包括工程建设引发的强紊动区)，据此计算出河道整体平均紊动强度值，再计算出工程建设引发的局部强紊动区各网格节点的紊动强度与整体平均紊动强度值之比λ(大于1)。(4)采用水流泥沙数学模型继续计算河道各网格节点水深、流速以及实际含沙量S，再根据水流挟沙力公式计算河道各网格节点的水流饱和挟沙能力S*。(5)依据强紊动区各网格节点水流紊动强度与整体平均紊动强度值之比λ，基于能耗原理，通过下式修正强紊动区各网格节点水流饱和挟沙力，从而获得与实际相符合的强紊动区各网格节点饱和挟沙力；S*紊动＝λ×S*(1)式中：S*紊动为强紊动区饱和挟沙力；S*为水流饱和挟沙力；λ为强紊动区紊动强度与整体平均紊动强度值之比。(6)根据各网格节点实际含沙量计算值S与强紊动区各网格节点饱和挟沙力S*紊动，基于沉降通量守恒原理，依据下式即可计算出强紊动区的河床变形值：式中：ΔZb为河床变形值；γs为河床泥沙干容重；ω泥沙沉降速度；S、S*紊动分别为实际含沙量及强紊动区饱和挟沙力；Δt为计算时间长度。具体实施例二结合图2，本专利技术所提及的由工程建设引发的河道强紊动区的河床变形预测方法包括以下步骤：(1)收集需计算河床变形区域的某河道基础资料。(2)根据基础资料，建立图2所示计算范围的水流泥沙数学模型。(3)给定计算边界，上游流量100m3/s，下游给定水位16m，基于水沙运动基本理论和控制方程，采用水流泥沙数学模型计算河道各网格节点的紊动强度分布，据此计算出河道整体平均紊动强度值为0.012m2/s2，再计算出工程建设引发的局部强紊动区(紊动强度大于平均值0.012m2/s2的区域)各网格节点的紊动强度与整体平均紊动强度值之比λ，其中网格节点上最大值λ为3.30，下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种由工程建设引发的河道强紊动区的河床变形预测方法，其特征在于，所述预测方法包括：/nS1：生成河床变形区域的计算网格，依据由工程建设引发的强紊动区各网格节点水流紊动强度与河道整体平均紊动强度值之比λ，基于能耗原理，通过下式修正强紊动区各网格节点水流饱和挟沙能力，获得与实际相符合的强紊动区各网格节点饱和挟沙力S

【技术特征摘要】
1.一种由工程建设引发的河道强紊动区的河床变形预测方法，其特征在于，所述预测方法包括：
S1：生成河床变形区域的计算网格，依据由工程建设引发的强紊动区各网格节点水流紊动强度与河道整体平均紊动强度值之比λ，基于能耗原理，通过下式修正强紊动区各网格节点水流饱和挟沙能力，获得与实际相符合的强紊动区各网格节点饱和挟沙力S*紊动：
S*紊动＝λ×S*
式中：S*紊动为强紊动区饱和挟沙力；S*为水流饱和挟沙力；λ为强紊动区紊动强度与整体平均紊动强度值之比；
S2：根据强紊动区各网格节点实际含沙量计算值S与强紊动区各网格节点饱和挟沙力S*紊动，基于沉降通量守恒原理，依据下式计算得到强紊动区的河床变形值：



式中：ΔZb为河床变形值；γs为河床泥沙干容重；ω泥沙沉降速度；S、S*紊动分别为实际含沙量及强紊动区饱和挟沙力；Δt为计算时间长度。


2.根据权利要求1所述的由工程建设引发的河道强紊动区的河床变形预测方法，其特征在于，步骤S1中，所述由工程建设引发的强紊动区各网格节点水流紊动强度与河道整体平均紊动强度值之比λ的获取过程包括：
S11：收集指定河床变形区域的基础资料；
S12：根据收集到的基础资料，生成河床变形区域的...

【专利技术属性】
技术研发人员：假冬冬，何肖斌，张培旭，陈长英，张幸农，应强，郝由之，吴磊，
申请(专利权)人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32