一种水库常年回水区淤积泥沙粒径的计算方法技术

本发明专利技术提供本发明专利技术公开了一种水库常年回水区淤积泥沙粒径的计算方法，通过水库河道形态确定水库常年回水区；利用水库床沙斜率为负排除水库床沙干扰区；利用床沙斜率区分泥沙细化急剧区与平缓区；利用床沙数据集分别确定泥沙细化急剧区与平缓区；进而确定水库常年回水区泥沙模型。区泥沙模型。区泥沙模型。

【技术实现步骤摘要】
一种水库常年回水区淤积泥沙粒径的计算方法


[0001]本专利技术涉及河流泥沙
，尤其涉及一种水库常年回水区淤积泥沙粒径的计算方法。

技术介绍

[0002]水库蓄水后，造成库区泥沙淤积，泥沙淤积关乎水库使用寿命，影响水库综合效益的发挥。水库泥沙粒径模型对理清水库泥沙沉降规律，确定水库淤积形态，研究泥沙微量元素等具有重要作用。泥沙粒径主要通过器测法取样水库淤积泥沙物，并室内分析其粒径来确定。水库蓄水后，水深大幅增加，为保证泥沙取样的可靠性，采样器具应具有如下特征：尽量避免对水体扰动；应具备抵抗水体浮力的重量；器具在上提过程中不受水体影响损失原样状态等。因此，水库底质泥沙取样难度极大。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种水库常年回水区淤积泥沙粒径的计算方法，进而推求水库沿程泥沙粒径，大大减轻了床沙测验的工作量。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：本专利技术提供了一种水库常年回水区淤积泥沙粒径的计算方法，包括以下步骤：S1、利用水库库区内布设的横断面来表征水库的三维形态，所述横断面形态通过桩点距和河底高程来表征；S2、确定水库常年回水区；所述水库常年回水区是从水库坝址向上游延伸，一直到所述横断面的深泓点高程与水库死水位相等的位置，所述深泓点为横断面线上河底高程的最低点；S3、排除床沙数据中非河道因素的影响；S4、河道里程的确定；所述河道里程是以水库坝址为零点，沿着水库河道中心线，向上延伸的公里数；所述河道中心线通过各横断面线的中点连线来确定；S5、划定泥沙细化急剧区与泥沙细化平缓区；在所述水库常年回水区的上段，为泥沙细化急剧区；在所述水库常年回水区的下段，为泥沙细化平缓区；S6、建立所述泥沙细化急剧区和泥沙细化平缓区的数学模型，并利用最小二乘法确定模型的各个系数。
[0005]进一步，所述S1中，设所述横断面的数据集为：进一步，所述S1中，设所述横断面的数据集为：其中，分别为第河道断面的起始点、终止点的地理坐标；
为第个河道断面第点桩点距、河底高程。
[0006]进一步，所述S2中，第个横断面的深泓点的表达式为：其中，为第个河道断面深泓点；为深泓点桩点距、河底高程，深泓点对应的点号；将水库沿程布设的各断面河道深泓点组成河道断面深泓点的数据集为：其中，为水库沿程布设的各河道横断面深泓点数据集；为第个断面深泓点；将水库沿程布设的各河道断面深泓点与水库死水位比较；当时，则第个断面所在位置即为常年回水区末端；式中，为水库死水位。
[0007]进一步，所述S3中：设各所述床沙粒径数据集为：其中，为第个床沙所在位置横、纵坐标；、分别床沙粒径、河道里程，为床沙个数；当床沙当斜率为负时，即：则判断该点床沙受非河道因素干扰。
[0008]进一步，所述S4中，所述河道里程是以水库坝址为零点，向上游沿着水库河道中泓
线来确定；设水库坝址所在位置的坐标为：床沙坐标为：设所述床沙所在位置下游和上游的断面序号为；计算第一个断面与坝址距离；其中，为第一个断面与坝址距离；计算各断面间距计算各断面间距其中，为第，个河道断面间距；计算第个床沙至序号为断面间距：其中，第个床沙至序号为断面间距；、分别为序号断面起始点、终止点横坐标；、分别为序号断面起始点、终止点纵坐标；则，第个床沙所在里程的计算为：。
[0009]进一步，所述S5中，水库常年回水区内，泥沙细化急剧区与泥沙细化平缓区的划分如下：
排除干扰因素后，床沙河道里程与粒径曲线斜率判断的斜率为：当斜率位于区间（0,0.5]则为泥沙细化平缓区；当斜率位于区间（0.5，∞）则为泥沙细化急剧区。
[0010]进一步，所述S6中，泥沙细化急剧区和泥沙细化平缓区的数学模型为：，所述S6中，泥沙细化急剧区和泥沙细化平缓区的数学模型为：为泥沙细化平缓区；为泥沙细化急剧区。
[0011]进一步，所述S6中，模型的各个系数为：设二次多项式数学模型式为；为水库沿程床沙粒径，为床沙相应河道里程；为多项式系数；利用床沙数据集，确定均方误差：利用床沙数据集，确定均方误差：为均方误差模型，，为床沙数据集中第个数据；建立床沙里程与粒径法方程：，式中，为里程矩阵，为的转置矩阵；解法方程，计算数学模型系数分别为：
。
[0012]本专利技术的有益效果为：利用水库实测床沙资料，建立水库常年回水区泥沙细化段床沙粒径及其所在河道里程数学模型，进而推求待求河段水库淤积泥沙粒径。
[0013]水深水库泥沙取样难度大，技术要求高。本专利技术的水库常年回水区淤积泥沙粒径模型确定方法，可减少水库底质床沙实地测验工作，有效的提高水库床沙测验效率，保障床沙粒径测验精度，有良好的经济效益和社会效益，适合推广使用。
附图说明
[0014]图1为一种水库常年回水区淤积泥沙粒径的计算方法的流程图；图2为本专利技术水库坝轴线、横断面布设示意图；图3为本专利技术水库横断面示意图图4为本专利技术泥沙粒径与河道里程趋势线图；图5为本专利技术剔除干扰点后泥沙粒径与河道里程示意图；图6为本专利技术泥沙细化平缓区泥沙粒径模型示意图；图7为本专利技术泥沙细化急剧区泥沙粒径模型示意图。
具体实施方式
[0015]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0016]请参阅图1，一种水库常年回水区淤积泥沙粒径的计算方法，包括以下步骤：S1、利用水库库区内布设的横断面来表征水库的三维形态，所述横断面形态通过桩点距和河底高程来表征；桩点距即为横断面线上距离起始点的距离；河道高程即为桩点距对应的河底海拔高度。
[0017]S2、确定水库常年回水区；所述水库常年回水区是从水库坝址向上游延伸，一直到所述横断面的深泓点高程与水库死水位相等的位置，所述深泓点为横断面线上河底高程的
最低点；作为一种具体的实现，水库分为常年回水区和变动回水区。变动回水区占水库里程比例较小，且由于变动回水区，受水库调蓄影响大，水流条件较为复杂，泥沙粒径沿程规律不强，研究意义不大，所以，本专利技术淤积泥沙粒径模型主要考虑水库常年回水区；S3、排除床沙数据中非河道因素的影响；作为一种具体的实现，非河道因素主要包括：
①
支流汇入，支流水体携带泥沙影响主体河道泥沙粒径；
②
地质脆弱区，岸坡泥沙进入主体河道，从而影响主体河道泥沙粒径两种因素。受非河道因素影响，床沙平均粒径与里程关系线斜率表现为负值。
[0018]S4、河道里程的确定；所述河道里程是以水库坝址为零点，沿着水库河道中心线，向上延伸的公里数；所述河道中心线通过各横断面线的中点连线来确定；作为一种具体的实现，床沙所在河道里程确定：首先，判断床沙所在位置的上、下游断面号，将坝轴线与第一个断面里程、第一个断面至床沙所在下游各断面里程累加，即可计算出床沙所在下游断面里程；其次，计算床沙点与下游横断面线中点的距离；最后，将下游断面里程与床沙距离下游横本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水库常年回水区淤积泥沙粒径的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、利用水库库区内布设的横断面来表征水库的三维形态，所述横断面形态通过桩点距和河底高程来表征；S2、确定水库常年回水区；所述水库常年回水区是从水库坝址向上游延伸，一直到所述横断面的深泓点高程与水库死水位相等的位置，所述深泓点为横断面线上河底高程的最低点；S3、排除床沙数据中非河道因素的影响；S4、河道里程的确定；所述河道里程是以水库坝址为零点，沿着水库河道中心线，向上延伸的公里数；所述河道中心线通过各横断面线的中点连线来确定；S5、划定泥沙细化急剧区与泥沙细化平缓区；在所述水库常年回水区的上段，为泥沙细化急剧区；在所述水库常年回水区的下段，为泥沙细化平缓区；S6、建立所述泥沙细化急剧区和泥沙细化平缓区的数学模型，并利用最小二乘法确定模型的各个系数。2.根据权利要求1所述的一种水库常年回水区淤积泥沙粒径的计算方法，其特征在于：所述S1中，设所述横断面的数据集为：其中，分别为第河道断面的起始点、终止点的地理坐标；为第个河道断面第点桩点距、河底高程。3.根据权利要求2所述的一种水库常年回水区淤积泥沙粒径的计算方法，其特征在于，所述S2中，第个横断面的深泓点的表达式为：其中，为第个河道断面深泓点；为深泓点桩点距、河底高程，深泓点对应的点号；将水库沿程布设的各断面河道深泓点组成河道断面深泓点的数据集为：
其中，为水库沿程布设的各河道横断面深泓点数据集；为第个断面深泓点；将水库沿程布设的各河道断面深泓点与水库死水位比较；当时，则第个断面所在位置即为常年回水区末端；式中，为水库死水位。4.根据权利要求3所述的一种水库常年回水区淤积泥沙粒径的计算方法，其特征在于，所述S3中：设各所述床沙粒径数据集为：其中，为第个床沙所在位置横、纵坐标；、分别床沙粒径、河道里...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯国正，樊小涛，董先勇，孙振勇，曹磊，彭万兵，马耀昌，包波，冯传勇，杨柳，秦蕾蕾，师义成，刘后林，周威，董宇，孙征安，金奇，李启涛，唐鸿琴，赵林东，罗晓曦，付帅，陈细润，赵云毅，
申请(专利权)人：长江水利委员会水文局长江上游水文水资源勘测局中国三峡建工集团有限公司重庆市巴南区港航管理事务中心，
类型：发明
国别省市：