一种泵站引渠及前池水体泥沙浓度分布确定方法及系统技术方案

本发明专利技术实施例提供了一种泵站引渠及前池水体泥沙浓度分布确定方法及系统，其中方法包括：根据外边界层流动速度、泥沙与水的密度比值、泥沙粒径、流动周期、最大谢尔兹数、泥沙沉降速度、侵蚀深度对流速的相位漂移、泥沙的相位残留以及含沙动床面的摩擦因子，获取含沙动床面受水流侵蚀的深度和含沙动床面受水流侵蚀后的泥沙体积浓度。通过所确定的相关相位差参数来获取泥沙的浓度分布，可以反应泥沙浓度分布在往复流动过程中相对于往复流动所需要的时间响应，体现泥沙浓度在流动速度减少后的相位残留以及相对流速的相位漂移，避免对非对称往复流动初始床面以上泥沙浓度的低估。

A method and system to determine the sediment concentration distribution in the approach channel and forebay of pumping station

【技术实现步骤摘要】
一种泵站引渠及前池水体泥沙浓度分布确定方法及系统
本专利技术实施例涉及水利工程
，更具体地，涉及一种泵站引渠及前池水体泥沙浓度分布确定方法及系统。
技术介绍
在泵站引渠及前池的往复流动中，泥沙浓度分布是动态变化的。工程中，含沙动床面的泥沙浓度分布主要是基于恒定流动的理论推导出来的，未能满足质量守恒，不包含相位差作用。这导致其缺点是：难以获取浓度分布转轴；无法体现泥沙运动相对流速的相位漂移和运动的泥沙总量在流动速度减少后的相位残留，还会低估非对称流动初始床面以上的泥沙浓度。确定满足质量守恒、包含相位差的动床面泥沙浓度分布，是计算往复流动条件下输沙率的重要基础，也是判断入泵泥沙和水泵磨蚀的依据。但到目前为止，如何给出往复流动条件下的含沙动床面泥沙浓度分布，尚未有任何可供借鉴的成果和方法，因此亟需提供一种泵站引渠及前池水体泥沙浓度分布确定方法。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的泵站引渠及前池水体泥沙浓度分布确定方法及系统。第一方面本专利技术实施例提供了一种泵站引渠及前池水体泥沙浓度分布确定方法，包括：获取泵站引渠及前池水体的外边界层流动速度、泥沙与水的密度比值、泥沙粒径以及流动周期，并根据所述外边界层流动速度、所述泥沙与水的密度比值、所述泥沙粒径以及所述流动周期，获取含沙动床面的摩擦因子和最大谢尔兹数；根据所述外边界层流动速度、所述泥沙与水的密度比值、所述泥沙粒径、所述流动周期以及所述最大谢尔兹数，获取泥沙沉降速度和泥沙在输沙层内的沉降时间与流动周期的比值；根据所述泥沙在输沙层内的沉降时间与流动周期的比值，获取侵蚀深度对流速的相位漂移和泥沙的相位残留；根据所述外边界层流动速度、所述泥沙与水的密度比值、所述泥沙粒径、所述最大谢尔兹数、所述泥沙沉降速度、所述侵蚀深度对流速的相位漂移、所述泥沙的相位残留以及所述含沙动床面的摩擦因子，获取含沙动床面受水流侵蚀的深度和含沙动床面受水流侵蚀后的泥沙体积浓度。另一方面本专利技术实施例提供了一种泵站引渠及前池水体泥沙浓度分布确定系统，包括：第一模块，用于获取泵站引渠及前池水体的外边界层流动速度、泥沙与水的密度比值、泥沙粒径以及流动周期，并根据所述外边界层流动速度、所述泥沙与水的密度比值、所述泥沙粒径以及所述流动周期，获取含沙动床面的摩擦因子和最大谢尔兹数；第二模块，用于根据所述外边界层流动速度、所述泥沙与水的密度比值、所述泥沙粒径、所述流动周期以及所述最大谢尔兹数，获取泥沙沉降速度和泥沙在输沙层内的沉降时间与流动周期的比值；第三模块，用于根据所述泥沙在输沙层内的沉降时间与流动周期的比值，获取侵蚀深度对流速的相位漂移和泥沙的相位残留；第四模块，用于根据所述外边界层流动速度、所述泥沙与水的密度比值、所述泥沙粒径、所述最大谢尔兹数、所述泥沙沉降速度、所述侵蚀深度对流速的相位漂移、所述泥沙的相位残留以及所述含沙动床面的摩擦因子，获取含沙动床面受水流侵蚀的深度和含沙动床面受水流侵蚀后的泥沙体积浓度。第三方面本专利技术实施例提供了包括处理器、通信接口、存储器和总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过总线完成相互间的通信，处理器可以调用存储器中的逻辑指令，以执行第一方面提供的泵站引渠及前池水体泥沙浓度分布确定方法。第四方面本专利技术实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行第一方面提供的泵站引渠及前池水体泥沙浓度分布确定方法。本专利技术实施例提供的一种泵站引渠及前池水体泥沙浓度分布确定方法及系统，通过所确定的相关相位差参数进行来获取泥沙的浓度分布，可以反应泥沙浓度分布在往复流动过程中相对于往复流动所需要的时间响应，体现泥沙浓度在流动速度减少后的相位残留以及相对流速的相位漂移，避免对非对称往复流动初始床面以上泥沙浓度的低估。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种泵站引渠及前池水体泥沙浓度分布确定方法的流程图；图2为本专利技术实施例中含沙动床面及泥沙体积浓度分布示意图；图3为根据本专利技术实施例提供的方法确定的含沙动床面泥沙体积浓度断面示意图；图4为根据本专利技术实施例提供的方法确定的泥沙体积浓度S/Sm等值线示意图；图5为去除相位差作用的含沙动床面泥沙体积浓度断面示意图；图6为去除相位差作用的泥沙体积浓度S/Sm等值线示意图；图7为本专利技术实施例提供的一种泵站引渠及前池水体泥沙浓度分布确定系统的结构框图；图8为本专利技术实施例提供的一种电子设备的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为本专利技术实施例提供的一种泵站引渠及前池水体泥沙浓度分布确定方法的流程图，如图1所示，包括：S101，获取泵站引渠及前池水体的外边界层流动速度、泥沙与水的密度比值、泥沙粒径以及流动周期，并根据所述外边界层流动速度、所述泥沙与水的密度比值、所述泥沙粒径以及所述流动周期，获取含沙动床面的摩擦因子最大谢尔兹数；S102，根据所述外边界层流动速度、所述泥沙与水的密度比值、所述泥沙粒径、所述流动周期以及所述最大谢尔兹数，获取泥沙沉降速度和泥沙在输沙层内的沉降时间与流动周期的比值；S103，根据所述泥沙在输沙层内的沉降时间与流动周期的比值，获取侵蚀深度对流速的相位漂移和泥沙的相位残留；S104，根据所述外边界层流动速度、所述泥沙与水的密度比值、所述泥沙粒径、所述最大谢尔兹数、所述泥沙沉降速度、所述侵蚀深度对流速的相位漂移、所述泥沙的相位残留以及所述含沙动床面的摩擦因子，获取含沙动床面受水流侵蚀的深度和含沙动床面受水流侵蚀后的泥沙体积浓度。在步骤S102-104中为了体现相位差的作用，在计算过程中采用了泥沙在输沙层内的沉降时间与流动周期的比值、侵蚀深度对流速的相位漂移以及泥沙的相位残留。具体地，如图2所示，y是垂向坐标，起点为初始床面；横坐标t/T是无量纲的时间；S是泥沙体积浓度；下标m代表最大值；Sm代表最大体积浓度；U是流动速度；Δ是侵蚀深度。本专利技术实施例提供的一种泵站引渠及前池水体泥沙浓度分布确定方法，通过所确定的相关相位差参数进行来获取泥沙的浓度分布，可以反应泥沙浓度分布在往复流动过程中相对于往复流动所需要的时间响应，体现泥沙浓度在流动速度减少后的相位残本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种泵站引渠及前池水体泥沙浓度分布确定方法，其特征在于，包括：/n获取泵站引渠及前池水体的外边界层流动速度、泥沙与水的密度比值、泥沙粒径以及流动周期，并根据所述外边界层流动速度、所述泥沙与水的密度比值、所述泥沙粒径以及所述流动周期，获取含沙动床面的摩擦因子和最大谢尔兹数；/n根据所述外边界层流动速度、所述泥沙与水的密度比值、所述泥沙粒径、所述流动周期以及所述最大谢尔兹数，获取泥沙沉降速度和泥沙在输沙层内的沉降时间与流动周期的比值；/n根据所述泥沙在输沙层内的沉降时间与流动周期的比值，获取侵蚀深度对流速的相位漂移和泥沙的相位残留；/n根据所述外边界层流动速度、所述泥沙与水的密度比值、所述泥沙粒径、所述最大谢尔兹数、所述泥沙沉降速度、所述侵蚀深度对流速的相位漂移、所述泥沙的相位残留以及所述含沙动床面的摩擦因子，获取含沙动床面受水流侵蚀的深度和含沙动床面受水流侵蚀后的泥沙体积浓度。/n

【技术特征摘要】
1.一种泵站引渠及前池水体泥沙浓度分布确定方法，其特征在于，包括：
获取泵站引渠及前池水体的外边界层流动速度、泥沙与水的密度比值、泥沙粒径以及流动周期，并根据所述外边界层流动速度、所述泥沙与水的密度比值、所述泥沙粒径以及所述流动周期，获取含沙动床面的摩擦因子和最大谢尔兹数；
根据所述外边界层流动速度、所述泥沙与水的密度比值、所述泥沙粒径、所述流动周期以及所述最大谢尔兹数，获取泥沙沉降速度和泥沙在输沙层内的沉降时间与流动周期的比值；
根据所述泥沙在输沙层内的沉降时间与流动周期的比值，获取侵蚀深度对流速的相位漂移和泥沙的相位残留；
根据所述外边界层流动速度、所述泥沙与水的密度比值、所述泥沙粒径、所述最大谢尔兹数、所述泥沙沉降速度、所述侵蚀深度对流速的相位漂移、所述泥沙的相位残留以及所述含沙动床面的摩擦因子，获取含沙动床面受水流侵蚀的深度和含沙动床面受水流侵蚀后的泥沙体积浓度。


2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述根据所述外边界层流动速度、所述泥沙与水的密度比值、所述泥沙粒径以及所述流动周期，获取含沙动床面的摩擦因子和最大谢尔兹数，具体包括：
将所述外边界层流动速度的最大值、所述泥沙与水的密度比值、所述泥沙粒径以及所述流动周期代入以下第一方程组：



求解所述第一方程组得到所述含沙动床面的摩擦因子和所述最大谢尔兹数；
其中，Um表示外边界层流动速度的最大值，s表示泥沙与水的密度比值，D表示泥沙粒径，T表示流动周期，Θm表示最大谢尔兹数，f表示含沙动床面的摩擦因子，g表示重力加速度。


3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述根据所述外边界层流动速度、所述泥沙与水的密度比值、所述泥沙粒径、所述流动周期以及所述最大谢尔兹数，获取泥沙沉降速度和泥沙在输沙层内的沉降时间与流动周期的比值，具体包括：
将所述外边界层流动速度的最大值、所述泥沙与水的密度比值、所述泥沙粒径、所述流动周期以及所述最大谢尔兹数代入以下第二方程组：



求解所述第二方程组得到所述泥沙沉降速度和所述泥沙在输沙层内的沉降时间与流动周期的比值；
其中，Um表示外边界层流动速度的最大值，s表示泥沙与水的密度比值，D表示泥沙粒径，T表示流动周期，Θm表示最大谢尔兹数，g表示重力加速度，w表示泥沙沉降速度，Ψ表示泥沙在输沙层内的沉降时间与流动周期的比值，ν是水的运动粘性系数。


4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述根据所述泥沙在输沙层内的沉降时间与流动周期的比值，获取侵蚀深度对流速的相位漂移和泥沙的相位残留，具体包括：
将所述泥沙在输沙层内的沉降时间与流动周期的比值代入以下第三方程组：



求解所述第三方程组，得到所述侵蚀深度对流速的相位漂移和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈鑫，胡昕宇，王福军，叶长亮，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11