[发明专利]一种径潮流河段抛石落距的预测方法

说明书

本发明涉及一种径潮流河段抛石落距的预测方法，通过开展抛石沉降过程水槽试验，率定抛石落距公式及确定抛投控制条件，同时基于一维长河段潮流预报数学模型、二维水动力数学模型建立径潮流河段水流条件预测模型，最后基于径潮流河段水流条件预测模型、落距公式及抛投施工控制条件预测径潮流过程抛石落距。采用本发明的方法，可准确预测径潮流河段抛石落距，大幅提升施工作业效率和质量，为以后类似感潮河段抛石落距预测的提供了借鉴和依据。

技术领域

本发明涉及河道治理工程、航道整治工程领域，特别是涉及径潮流河段河道治理、航道整治抛石工程领域。

背景技术

抛石工程一直广泛应用于岸堤加固、洲滩守护、河势控导等河道治理及航道整治中，对于长江中上游河段，主要受径流控制，水流呈单向，且在较长时段内流速与水深维持稳定，在这类河段的抛石施工中，施工前可以预开展现场抛石落距试验，绘制抛石落距与流速、水深关系曲线，结合抛石坝体水下目标位置，确定水面的抛石抛投位置。

在长江下游感潮河段中，受到径流和潮流的共同作用，径潮流动力强弱变化使得水流方向、流速大小、水深均实时变化，仅通过现场抛投试验无法准确预测抛石落距，这将导致实际施工中抛石落点偏离设计位置，造成块石超抛和浪费，特别是在坝体成型的精抛阶段，只有在转潮时刻才能进行抛投施工，降低了施工效率。因此，建立径潮流河段抛石落距与水流条件关系、准确预测实时水流信息、形成抛石落距预测窗口是解决径潮河段抛石落距预测问题的难点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种径潮流河段抛石落距的预测方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

一种径潮流河段抛石落距预测方法，包括如下步骤：

(1)利用单块石抛投水槽试验确定抛石落距公式；

(2)利用群体块石抛投水槽试验确定可进行抛投施工的控制条件；

(3)构建径潮流河段水流条件预测模型；

所述径潮流河段水流条件预测模型由一维长河段潮流预报数学模型和二维水动力数学模型，组成，以一维长河段潮流预报数学模型的输出作为二维水动力数学模型的边界条件，预测径潮流河段水流条件；

(5)基于径潮流河段水流条件预测模型、落距公式及抛投施工控制条件预测径潮流过程抛石落距。

所述水槽试验在透明壁面水槽中进行，优选玻璃壁面；设置6自由度机械臂位于水面上自动升降平台，用于模拟块石抛投，设置记录频率高于10000帧的高速摄像机位于水槽侧面，用于追踪块石轨迹。水槽试验需设计为正态，需综合现场及水槽水深、流速、块石尺度特征确定几何比尺λ_L，进而确定相应流速比尺λ_v＝λ_L^0.5，糙率比尺λ_n＝λ_L^1/6，流量比尺λ_Q＝λ_L^2.5，时间比尺λ_t＝λ_L^0.5。

所述单块石抛投试验中，根据现场块石尺度水深、流速，依据几何比尺，确定试验块石粒径范围、水深范围，依据流速比尺，确定试验流速范围。选择覆盖粒径范围的4种典型粒径块石，形状与原型保持相似；选择覆盖水深范围的2种典型水深，在水深变化较小时，可选择1种水深；选择覆盖流速范围2种流速。按照预设组次开展试验，利用机械臂模拟块石的抛投，利用高速摄像机器追踪块石沉降漂移过程，对图像进行处理获得垂向及水平向块石速度、加速度、位移过程。垂向过程数据用于率定块石沉降理论表达式系数，水平向过程数据用于率定块石水平位移过程理论表达式系数，从而获得块石落距表达式。