一种水库泥沙淤积预测预报方法技术

一种水库泥沙淤积预测预报方法，包括建立水沙运动与河床变形耦合模型、断面修正；所述建立水沙运动与河床变形耦合模型包括利用水流连续方程式求解、利用泥沙连续方程求解、利用河床变形方程求解；通过以上步骤建立水沙运动与河床变形耦合模形，准确地反映水沙运动对河床变形的影响作用；所述的断面修正，沿湿周进行等厚度修正地形，利用水沙运动与河床变形耦合模形考虑在泥沙淤积时全断面淤积进行断面修正；通过所述断面修正后，即可对水库泥沙淤积进行预测预报。本发明专利技术克服了现有预测手段与水库运行后的实际发生条件偏差较大，预测成果对水利枢纽在汛期按洪水场次进行短期或应急泥沙调度指导意义不大问题。急泥沙调度指导意义不大问题。急泥沙调度指导意义不大问题。

【技术实现步骤摘要】
一种水库泥沙淤积预测预报方法


[0001]本专利技术涉及一种水库泥沙淤积预测预报方法，特别涉及一种精确预计水库泥沙淤积预测预报方法。
技术背景
[0002]长江三峡水利枢纽的工程规划初期，在综合考虑工程防洪、综合效益发挥、工程泥沙问题防治、工程投入等问题的基础上，制定了初步运行方案，水库正常蓄水位175m，三峡水库汛期对中小洪水滞洪调度，是一种汛期酌情启用的机动性调度，由防汛部门根据防洪形势、实际来水以及水文预测预报情况进行机动控制。
[0003]长江上游来沙主要集中在汛期，水库对中小洪水进行滞洪调度的过程中，上游来沙也在水库里淤积，为保持水库兴利库容，妥善解决好几个重点河段的通航问题及泥沙淤积分布问题，使水库能长期高效的发挥效益，在进行洪水调度的过程中必须兼顾水库排沙调度。中小洪水机动调度主要以实际水情和水文预报为基础，水库排沙调度也应以实际沙情和泥沙预测预报为基础，且要重点考虑泥沙淤积总量、水库排沙比及重要河段的淤积分布问题。为此，作好三峡水库泥沙的预测预报对我们及时、合理地制定泥沙调度方案，妥善解决洪水调度过程中的泥沙问题是十分必要的。

技术实现思路

[0004]专利技术提供一种快速精确测定水库泥沙淤积预测预报方法，克服现有预测手段与水库运行后的实际发生条件偏差较大，预测成果对水利枢纽在汛期按洪水场次进行短期或应急泥沙调度指导意义不大问题。
[0005]实现本专利技术的技术方案是，一种水库泥沙淤积预测预报方法，括建立水沙运动与河床变形耦合模型、断面修正；
[0006]所述建立水沙运动与河床变形耦合模型包括利用水流连续方程式求解、利用泥沙连续方程求解、利用河床变形方程求解；
[0007]所述水流连续方程式求解包括水流连续方程一、水流运动方程二及所述水流连续方程一、水流运动方程二求解过程：
[0008]水流连续方程一：
[0009]水流运动方程二：
[0010]水流连续方程一、水流运动方程二用Preissmann四点偏心隐格式计算，具体过程如下：
[0011]A
j
△
Z
j+1
+B
j
△
Q
j+1
+C
j
△
Z
j
+D
j
△
Q
j
＝E
j
ꢀꢀ
(2.1
‑
6)
[0012]A
′
j
△
Z
j+1
+B
′
j
△
Q
j+1
+C
′
j
△
Z
j
+D
′
j
△
Q
j
＝E
′
j
ꢀꢀ
(2.1
‑
7)
[0013]式中
[0014]E
j
＝
‑△
T(Q
j+1
‑
Q
j
)/
△
x
j
[0015][0016][0017][0018][0019][0020]其中
[0021]A、B、C、D、E...仅与第n时间层的水位流量有关，可采用追赶法对方程进行求解，水流连续方程式求解计算出上游进口断面给定流量过程，下游出口断面给定水位过程或水位流量关系；
[0022]所述利用泥沙连续方程求解包括泥沙连续方程、所述泥沙连续方程求解过程；
[0023]所述泥沙连续方程：
[0024]所述利用所述泥沙连续方程求解过程：
[0025][0026]式中上角标为“0”的量表示上时刻的值；
[0027]所述利用河床变形方程求解包括水流挟沙力方程、河床变形方程及所述河床变形方程求解过程；
[0028]所述水流挟沙力方程：S
*
＝S
*
(U,H,ω,...)
ꢀꢀꢀ
(2.1
‑
4)
[0029]所述河床变形方程：
[0030]所述泥沙连续方程求解过程：
[0031][0032]式中上角标为“0”的量表示上时刻的值；
[0033]所述利用河床变形方程求解包括所述河床变形方程及利用所述河床变形方程求解过程；
[0034]所述的河床变形方程：
[0035]利用所述河床变形方程求解过程：
[0036]△
A＝
△
tρ
′
αBω(S
‑
S
*
)
ꢀꢀꢀ
(2.1
‑
9)
[0037]式中x为沿程距离，单位为m；Q为流量单位为m3/s；Z为水位单位为米；g为重力加速度单位为m2/s；B为河宽单位为米；t为时间单位为秒；A为过水断面面积单位为m2；A0为河床
变形面积单位为m2；S为断面平均含沙量单位为kg/m3；S*为水流挟沙力单位为kg/m3单位为；U、H分别为断面平均流速和平均水深；ω为泥沙颗粒沉速单位为m/s；ρ
′
为泥沙干密度单位为kg/m3；α为恢复饱和系数；
[0038]通过以上步骤建立水沙运动与河床变形耦合模形，准确地反映水沙运动对河床变形的影响作用；
[0039]所述的断面修正，沿湿周进行等厚度修正地形，利用水沙运动与河床变形耦合模形考虑在泥沙淤积时全断面淤积进行断面修正；
[0040]通过所述断面修正后，即可对水库泥沙淤积进行预测预报。
[0041]进一步讲，在所述利用河床变形方程求解过程中，所述的水流挟沙力方程还包括水流挟沙力公式、分组挟沙力级配公式、分组挟沙力公式；
[0042]所述的水流挟沙力公式为
[0043]式中：k、m为挟沙力系数和指数；U为断面平均流速，为泥沙平均沉速；
[0044]所述分组挟沙力级配公式为
[0045]所述分组挟沙力公式为S
*j,k
＝P
*j,k
S
*j
ꢀꢀꢀ
(2.1
‑
12)
[0046]式中，P
j,k
为悬沙级配,ωk为第k组沙对应的沉速，β为指数取1/6。
[0047]进一步讲，所述方法还包括推移质输沙率计算、泥沙起动流速公式、床沙级配处理步骤；
[0048]所述推移质输沙率计算、泥沙起动流速公式、床沙级配处理步骤在所述建立水沙运动与河床变形耦合模型步骤之后，在所述断面修正步骤之前；
[0049]所述推移质输沙率计算：
[0050]式中：
[0051]泥沙起动流速公式d
k
为第k组沙平均粒径,h为断面平均水深，ρ
s
为泥沙密度；
[0052]所述床沙级配处理：将河床组成概化为表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水库泥沙淤积预测预报方法，其特征是：所述方法包括建立水沙运动与河床变形耦合模型、断面修正；所述建立水沙运动与河床变形耦合模型包括利用水流连续方程式求解、利用泥沙连续方程求解、利用河床变形方程求解；所述水流连续方程式求解包括水流连续方程一、水流运动方程二及所述水流连续方程一、水流运动方程二求解过程：水流连续方程一：水流运动方程二：水流连续方程一、水流运动方程二用Preissmann四点偏心隐格式计算，具体过程如下：A
j
ΔZ
j+1
+B
j
ΔQ
j+1
+C
j
ΔZ
j
+D
j
ΔQ
j
＝E
j
ꢀꢀ
(2.1
‑
6)A
′
j
ΔZ
j+1
+B
′
j
ΔQ
j+1
+C
′
j
ΔZ
j
+D
′
j
ΔQ
j
＝E
′
j
ꢀꢀ
(2.1
‑
7)式中式中E
j
＝
‑
ΔT(Q
j+1
‑
Q
j
)/Δx
jj
其中A、B、C、D、E。。。。。。。。仅与第n时间层的水位流量有关，可采用追赶法对方程进行求解，水流连续方程式求解计算出上游进口断面给定流量过程，下游出口断面给定水位过程或水位流量关系；所述利用泥沙连续方程求解包括泥沙连续方程、所述泥沙连续方程求解过程；所述泥沙连续方程：所述利用所述泥沙连续方程求解过程：式中上角标为“0”的量表示上时刻的值；所述利用河床变形方程求解包括水流挟沙力方程、河床变形方程及所述河床变形方程求解过程；所述水流挟沙力方程：S
*
＝S
*
(U,H,ω,K) (2.1
‑
4)所述河床变形方程：
所述泥沙连续方程求解过程：式中上角标为“0”的量表示上时刻的值；所述利用河床变形方程求解包括所述河床变形方程及利用所述河床变形方程求解过程；所述的河床变形方程：利用所述河床变形方程求解过程：ΔA＝Δtρ
′
αBω(S
‑
S
*
)
ꢀꢀꢀꢀ
(2.1
‑
9)式中x为沿程距离，单位为米；Q为流量单位为m3/秒；Z为水位单位为米；g为重力加速度单位为m2/秒；B为河宽单位为米...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫金波，陶冶，刘天成，邹涛，牛兰花，全小龙，王宝成，李秋平，胡琼方，林涛涛，谭尧耕，
申请(专利权)人：长江水利委员会水文局长江三峡水文水资源勘测局，
类型：发明
国别省市：