水動力作用下不同區域河床演變的水位響應評估方法
2023-06-15 06:00:36 3
水動力作用下不同區域河床演變的水位響應評估方法
【專利摘要】水動力作用下不同區域河床演變的水位響應評估方法，收集待評估河道區域有水文記錄以來的徑流資料，確定造床流量，潮型選擇造床徑流發生日河口實測潮位過程；採集造床徑流發生日前後天然河床實測地形圖；採集天然河床地質資料，確定各斷面沙層埋深，沙層寬度；通過土工試驗確定推移質與懸移質的特徵參數；依據上述基礎數據，建立水沙計算數學模型；通過水位驗證、懸移質含沙量驗證、地形衝淤驗證，律定天然河床糙率；造床徑流與潮流共同作用下天然河床演變性質分析，即水動力作用下河床演變性質三類劃分；預報水動力作用下的未來河道水位變化規律。
【專利說明】【【技術領域】】
[0001] 本發明涉及水力學及河流動力學技術開發領域，具體的說是一種水動力作用下不 同區域河床演變的水位響應評估方法。 水動力作用下不同區域河床演變的水位響應評估方法 【【背景技術】】
[0002] 天然河床在徑流與海潮等自然水動力作用下，或由於挖沙、築壩等人為幹預發生 變形的自然現象，稱之為河床演變。河床演變的影響涉及面廣，"牽一髮而動全身"，因河床 演變，福建省閩江上的華東地區最大水電站水口水電站、晉江上的金雞大型水閘、九龍江上 的北引大型水閘和西溪大型水閘等重要水利設施的部分功能喪失、或遭受嚴重破壞，甚至 重建，造成巨大經濟損失；不僅如此，由於河床演變，閩江和九龍江上有數百年歷史的萬壽 橋、洪山古橋、江東古橋和十五戶陂相繼被毀，河床演變還使水動力條件發生變化，河口退 縮、溼地消失、鹹潮上溯，福建省省會城市福州的一些水源地取水口因河床演變導致水流條 件改變，氯離子濃度一度超標十倍，漳州市寶新引水工程和漳州市第二自來水廠因水動力 條件變化而報廢，嚴重影響農田灌溉和城市飲用水安全。
[0003] 在自然力的作用下，未來河床的演變方向，是掌握在徑流與海潮共同作用下未來 河流運動規律變化關鍵，直接關係到城市取水口、跨江橋梁、穿江地鐵，航運及城市堤防等 涉河建築物的安全，對河流兩岸經濟社會的可持續發展至關重要。 【
【發明內容】
】
[0004] 本發明提供了一種水動力作用下不同區域河床演變的水位響應評估方法，該方法 能夠揭示水動力作用下天然河床的變形特性，確定在徑流與海潮共同作用下，天然河流各 過水斷面未來水位變化規律，為涉河建築物的建設服務。
[0005] 本發明是這樣實現的：
[0006] 水動力作用下不同區域河床演變的水位響應評估方法，包括如下步驟：
[0007] 步驟1 :收集待評估河道區域有水文記錄以來的徑流資料，確定造床流量，潮型選 擇造床徑流發生日河口實測潮位過程；
[0008] 步驟2 :採集造床徑流發生日前後天然河床實測地形圖；
[0009] 步驟3 :採集天然河床地質資料，確定各斷面沙層埋深，沙層寬度；
[0010] 步驟4 :通過土工試驗確定推移質與懸移質的特徵參數；
[0011] 步驟5 :依據上述基礎數據，建立水沙計算數學模型；
[0012] 步驟6 :通過水位驗證、懸移質含沙量驗證、地形衝淤驗證，律定天然河床糙率；
[0013] 步驟7 :造床徑流與潮流共同作用下天然河床演變性質分析，即水動力作用下河 床演變性質三類劃分：具體包括：
[0014] 設天然河道總長度為Lt，提取河道計算斷面數為n，經k次水動力作用， 提取河道各計算斷面最大衝刷深度為Dimax，i = 1?η,河床總平均下切深度 河床總平均下切速度 河床總平均最大下切速度
【權利要求】
1.水動力作用下不同區域河床演變的水位響應評估方法，其特徵在於：包括如下步 驟： 步驟1 :收集待評估河道區域有水文記錄以來的徑流資料，確定造床流量，潮型選擇造 床徑流發生日河口實測潮位過程； 步驟2 :採集造床徑流發生日前後天然河床實測地形圖； 步驟3 :採集天然河床地質資料，確定各斷面沙層埋深，沙層寬度； 步驟4 :通過土工試驗確定推移質與懸移質的特徵參數； 步驟5 :依據上述基礎數據，建立水沙計算數學模型； 步驟6 :通過水位驗證、懸移質含沙量驗證、地形衝淤驗證，律定天然河床糙率； 步驟7 :造床徑流與潮流共同作用下天然河床演變性質分析，即水動力作用下河床演 變性質三類劃分：具體包括： 設天然河道總長度為Lt，提取河道計算斷面數為n，經k次水動力作用， 提取河道各計算斷面最大衝刷深度為Dimax，i = 1?η,河床總平均下切深度 Σ 、、 D 、、 -Μ- 河床總平均下切速度 -^河床總平均最大下切速度 Dav= n ，i=l ~ n， Vav= k , D 」^則： Vmax= k， 一類：不穩定區 河長為 Lus = (30% ±1% ) XLt ; 區域河床平均衝刷深度Dusav = (310% ±15% ) XDav ; 區域河床最大衝刷深度Dusmax = (1350% ±50% ) XDav ; D 區域河床平均下切速度 f Vusav= ^ ; D 區域河床最大下切速度 Vusmax= ^ ; 二類：過渡區 河長為 Ltr = (15% ±1% ) XLt ; 區域河床平均衝刷深度Dtrav = (67% ±3% ) XDav ; 區域河床最大衝刷深度Dtrmax = (376% ±10% ) XDav ; A 區域河床平均下切速度 f Vtrav= ^ ; Dtr_ 區域河床最大下切速度 一~^ Vtrmax=允; 三類：穩定區 河長為 Ls = (55% ±1% ) XLt ; 區域河床平均衝刷深度Dsav = (17% ±1% ) XDav ; 區域河床最大衝刷深度Dsmax = (89% ±4% ) XDav ; D 區域河床平均下切速度 f Vs= k ； D 區域河床最大下切速度 Vsmax^ ^ ; 步驟8:預報水動力作用下，未來河道水位變化規律：以一類區域Lus河長下切 Dusmax，同時，保持二、三類區域為現狀地形，通過已建立的數學模型計算可以預測一類區 域發生河床最大衝刷深度時，天然河床各個斷面水位變化規律；以二類區域Ltr河長下切 Dtrmax，同時，保持一、三類區域為現狀地形，通過已建立的數學模型計算可以預測二類區 域發生河床最大衝刷深度時，天然河床各個斷面水位變化規律；以三類區域Ls河長下切 Dsmax，同時，保持一、二類區域為現狀地形，通過已建立的數學模型計算可以預測三類區域 發生河床最大衝刷深度時，天然河床各個斷面水位變化規律。
【文檔編號】E02B1/00GK104047256SQ201410207275
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年5月16日 優先權日:2014年5月16日
【發明者】楊首龍, 林琳, 吳時強, 何承農, 葉麗清, 黃梅瓊, 胡朝陽, 夏厚興, 薛瀧輝 申請人:福建省水利水電勘測設計研究院