[发明专利]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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及水利工程学科河流动力学技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明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；

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：ΔZ_b为河床变形值；γ_s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：