[发明专利]一种适用于径流潮汐河口段的河相关系及其推导方法

摘要

本发明公开了一种适用于径流潮汐河口段的河相关系及其推导方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、结合O'Brien方法和窦国仁方法，初步推导河相关系；S2、根据河流的实测地形资料，建立水流数学模型，并采用有限体积法对其求解；S3、选取仅受径流作用的河段，拟合该径流河段的河相关系；S4、选取具有代表性的上游径流流量的工程河段；S5、将该河段分为一定数量的断面，若干等分各个断面的河宽，通过步骤S3拟合的径流河段的河相关系计算；S6、利用步骤S2中的水流数学模型，分别计算步骤S4中的河段的平均过水面积A与QT_落；本发明的河相关系式在定性和定量描述径流潮汐河口段河流动力条件与河槽形态的关系时具有很高的精度。

主权项

1.一种适用于径流潮汐河口段的河相关系的推导方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、结合O'Brien方法和窦国仁方法，初步推导河相关系；S2、根据河流的实测地形资料，建立河流的一维潮流和二维潮流的耦合平面水流数学模型，并采用有限体积法对其求解；S3、选取仅受径流作用的河段，根据上述的水流数学模型，模拟该河段的一年水流量与过水断面面积的关系，拟合径流河段的河相关系；S4、选取计算工况：由于工程河段在一个潮汐周期中，上游径流量几乎不变，可以将其设为定值，因此可选取若干具有代表性的上游径流流量的该工程河段；S5、计算选取断面：根据步骤S2河流的实测地形资料，将该河段分为一定数量的断面，将各个断面的河宽分为若干等分，通过步骤S3拟合的径流河段的河相关系计算；S6、验证河相关系式：利用步骤S2中的水流数学模型，分别计算步骤S4中的代表性工况下该河段的平均过水面积A与QT落；所述步骤S1中的O'Brien方法，潮量和断面面积之间的表达式为：式中：P为平均大潮潮差下的潮量；A1为平均海平面下河口断面面积；k为由河口断面特性决定的常数；S为含沙量；所述窦国仁方法，如果潮汐河口在一个潮汐周期T内的冲淤数量能够相互抵偿，在此时期内上游来水量以及下游海口涨入的水量必然等于同一时期内落潮期间河床断面所能排泄的水量；令P′表示T时间内的上游来水量，同一时期内涨潮流期间下游涨入的水量为潮量P；为了落潮期间能够排泄上述水量，河床必须具有如下水力几何形态：P+P′＝BHvT落  (2)式中：B为平均落潮水位时的河宽，H为相应的平均水深，v为平均落潮流速，T落为单个潮汐周期T内的总落潮历时；所述步骤S2中的一维潮流数学模型中，采用Saint‑Venant方程组作为控制方程，其连续方程和运动方程可以表示为：式中：x和t分别为距离和时间的坐标，A为平均过水断面面积，Q为流量，h为总水深，q为旁侧入流的流量，C为谢才系数，R为水力半径，α为动量校正系数，g为重力加速度；二维潮流数学模型中，连续方程为：运动方程为：式中：x,y为笛卡尔坐标，t为时间变量，η为水位，h代表总水深，且有h＝d+η，d为静水深，为x,y方向深度平均速度，τ_bx、τ_by为x,y方向底部应力，ρ₀为水的密度，f为科氏力系数，且f＝2Ωsinψ，g为当地重力加速度，T_xx、T_yy、T_xy为水平粘滞应力项；在进行数值计算时，对于开边界，上、下游分别采用流量边界和水位边界条件；对于闭边界，根据不可入原理取法向流速为0；采用干湿判别技术进行动边界处理。