[发明专利]一种缺乏资料区河渠冬季冰情发展过程的模拟方法

说明书

本发明涉及一种缺乏资料区河渠冬季冰情发展过程的模拟方法，包括：根据明渠非恒流理论，模拟无冰状态下水情发展过程，率定河道真实糙率；根据热扩散原理，模拟河道水温变化，率定河道的热交换系数h_wa、j_wa和k_wa；以及临界弗劳德数和最大弗劳德数Fr_m，确定冰盖发展模式，模拟冰情演变过程。本发明根据对实测流量和水位进行模拟，推演出一种新的沿途流量分配的方法，确保了计算河段流量的平衡，另外本发明针对不同时段、不同冰情状况下太阳反射率的不同，通过模型率定推演出反应太阳反射率的系数，进而计算出时均单位面积太阳辐射值，解决了冰情计算中太阳辐射资料缺乏的难题。从而实现在计算资料不完善情况下，较为准确的计算江、河、渠道的冰情发展演变过程，为北方河渠冬季调控、灾害评估和预防提供科学参考依据。

技术领域

本发明涉及一种缺乏资料区河渠冬季冰情发展过程的模拟方法，属于水利工程技术领域。

背景技术

归纳起来河冰发展演变包括：流凌、冰盖形成、冰盖热增长和封河、冰盖的热衰减和消融开河等过程，是复杂的水文、气象、水力学、热力学和动力学交互作用的结果，当前已有系统的一维数学模型可以模拟冰演变过程。系统的一维模型可以推溯到美国Clarkson大学Shen开发的RICE模型，之后改进到一维RICEN模型。在此基础上杨开林等开发的一维冰水动力学模型实现了浮冰块在冰盖下堆积过程的模拟，郭新蕾等开发了一维树状数学模型模拟调水工程等人工渠道冰盖发展过程。但当前天然河道冰情模拟存在最大的问题是满足模拟需要的资料缺乏：水文站主要设立在大流域上，而且观测站之间断面间距长，用于计算的测量数据空间步长太大；测量的水文和气象资料通常为日均值，在时间分布上，现有数据的时间步长太大；天然江河支流纵横，但支流通常未进行水文观测，支流流入和流出的水量未知；大多数水文站跟冰情发生发展相关的水温数据未观测或观测精度不够、误差较大；太阳辐射、气温等相关气象数据水文站未能系统观测，只能采用当前气象局数据，气象站同水文观测站的距离较远，数据同步性差。我国黄河是国内水文站系统较为健全、水文观测数据较为系统的河流，黄河内蒙古河段823公里只有4个水文站，2013年以后又增加了包头水文站，黑龙江上游900km只有8个基本水位站，主要观测黑龙江水位信息。但是20世纪90年代，黄河水利委员会先后同芬兰和美国Shen(1994，1996)合作开发了黄河下游冰情预报经验性数学模型，但是这些模型对实测资料精度要求高，黄河上的观测资料也无能满足计算中对实测资料的需求，又因为黄河为游荡性河道，河床变化较快，模型建成后基本不能在实际运行中得以应用。目前，天然河道普遍存在实测资料不全或缺失、河道资料难以测量以及河道上修建的水工建筑物使得河道流态变化受到人为因素影响较大等条件制约。

鉴于此，如何在计算资料不完善的情况下，较为准确的计算江、河、渠道冰盖形成、发展和消融过程，为北方河渠冬季调控、灾害评估和预防提供科学参考依据，是一个需要解决的问题。

发明内容

为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种缺乏资料区河渠冬季冰情发展过程的模拟方法。所述的方法可用于江、河、渠道在计算资料不完善情况下较为准确计算冰盖形成、发展和消融过程，为北方河渠冬季调控、灾害评估和预防提供科学参考依据。

本发明的目的是这样实现的：一种缺乏资料区河渠冬季冰情发展过程的模拟方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1，率定糙率：根据明渠非恒流理论，模拟无冰状态下水情发展过程，率定河道真实糙率，包括如下子步骤：

S11，准备计算过程所需的包括河道断面资料、流量和水位在内的水文资料；

S12，使用无资料条件下支流流量推算法计算各汇入流量和各支流的流出流量，以及在取水口无资料条件下，进行流量分配的计算；

根据明渠非恒定流的连续性方程和运动方程进行计算，确定所述流量分配满足流量平衡和能量守恒；