[发明专利]一种泵站引渠及前池泥沙通量的确定方法及系统

权利要求书

1.一种泵站引渠及前池泥沙通量的确定方法，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；

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，获取谢尔兹数、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，并获取泥沙对流速的相位漂移和泥沙的相位残留；

以所述外边界层流动速度为边界条件，根据所述泥沙粒径、所述流动周期、所述谢尔兹数、所述泥沙沉降速度、所述泥沙对流速的相位漂移和所述泥沙的相位残留，获取含沙动床面受水流侵蚀的深度、往复流边界层厚度和边界层流速超前函数，进而确定泥沙通量；

所述获取泵站引渠及前池水体的外边界层流动速度，具体包括：

测得往复流动的所述外边界层流速，将所述外边界层流速以级数展开，得到在流动周期内的外边界层流速U(t)：

其中，t表示时间，k表示谐波的阶，N表示谐波的阶数，W_k表示k阶谐波的振幅，ω是谐波的频率，取值2π/T，T为流动周期，φ_k表示k阶谐波的迟角，t₀表示使U(0)＝0的参数；

所述获取含沙动床面受水流侵蚀的深度和往复流边界层厚度，具体包括：

将所述泥沙对流速的相位漂移和所述泥沙的相位残留代入以下第四方程组：

求解所述第四方程组，得到所述含沙动床面受水流侵蚀的深度和所述往复流边界层厚度；

其中，U表示外边界层流动速度，U_m是U的最大值，D表示泥沙粒径，Θ表示谢尔兹数，Θ_m是Θ的最大值，w表示泥沙沉降速度，ψ表示泥沙对流速的相位漂移，α表示泥沙相位的残留，Θ_cr表示临界谢尔兹数，Δ表示含沙动床面受水流侵蚀的深度，δ_B表示往复流边界层厚度；

所述边界层流速超前函数和泥沙通量为：

其中，F是边界层流速超前函数，β是动床面流速和切应力相对外边界层流速的相位超前，β针对紊流取值0.32，q_B表示瞬时泥沙通量，y是垂向坐标，S_m是泥沙最大体积浓度。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述获取谢尔兹数，具体包括：

将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代入以下第一方程组：

求解所述第一方程组得到所述谢尔兹数；

其中，s表示泥沙与水的密度比值，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2所述方法，其特征在于，所述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、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，Ψ表示泥沙在输沙层内的沉降时间与流动周期的比值，ν表示水的运动粘性系数。

4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述获取泥沙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，得到所述泥沙对流速的相位漂移和所述泥沙的相位残留。