[發明專利]一種預測黃河河道沖刷的方法

有效

• 申請號: 201510260414.2
• 申請日: 2015-05-20
• 公開（公告）號: CN105040627B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: 于文堂;董紀全;申君榮;邊一飛;周盼山;張傳河;方冠卿;劉興燕;董繼坤;王海雷
• 申請（專利權）人: 于文堂
• 主分類號: E02B1/00
• 分類號: E02B1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種預測黃河河道沖刷的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(一)建立水流作用下河道沉積塊起動流速的數學模型：

F_max+F_f-G-F_s＝0(1)

Ff=14πγmd2h---(4)]]>

G=14πγsd2h---(5)]]>

Fmax=14πKJγmd2vS2/g---(6)]]>

Fs=πchd2d-4htanφ---(12)]]>

式中：F_max為水流作用下沉積塊起動時的最大脈動上舉力；F_f為沉積塊受到的浮力；F_s為沉積塊受到的剪斷力；G為沉積塊重力；γ_m為渾水容重；d、h分別為沉積塊的直徑與高；γ_s為沉積塊的濕容重；J為河道比降；K為河道沉積塊起動臨界系數；v_S為沉積塊起動時的水流速度；g為重力加速度；c為沉積塊土體粘聚力；φ為沉積塊土體內摩擦角。

(二)選取需要預測的險工工程所在河段作為試驗河段，在黃河調水調沙前，在試驗河段的河道布置視頻監控設備和流速測定儀；

(三)通過試驗或現場實測獲得如下參數：河道沉積塊的形狀參數、沉積塊的濕容重γ_s、沉積塊的強度參數、渾水容重γ_m和河道比降J；方法如下：

1.河道沉積塊的形狀參數：沉積塊的高度h和直徑d

根據河道沉積塊的高度和面積，將每個河段的沉積塊分為多個類別，選取其中數量最多的一類沉積塊作為試驗沉積塊；測量從現場獲得的試驗沉積塊，得到所有塊體的高度，采用取平均值或中值的方法確定試驗沉積塊的高度h；測量每個試驗沉積塊的周長L，并采用等效周長法確定每個沉積塊的直徑，然后采用取平均值或中值的方法確定試驗沉積塊直徑d；

2.進行室內土工試驗確定沉積塊的濕容重γ_s；

3.進行室內土工試驗確定河道沉積塊強度參數：土體粘聚力c和土體內摩擦角φ；

4.根據水情預報獲得渾水容重γ_m，(或者提取發生沉積塊起動時的水樣，測量水樣的渾水容重γ_m)；

5.通過現場實測或參考河流地形資料確定河道比降J；

(四)實測河道內試驗沉積塊的實際起動流速v_s0

利用視頻監控設備和流速測定儀，測定所述試驗沉積塊實際起動流速v_s0，測定3～5次，計算其平均值

(五)確定河道沉積塊起動臨界系數K

將步驟(三)得到的各項參數和步驟(四)得到的實際起動流速平均值代入步驟(一)的數學模型中，聯立求解，得到河道沉積塊起動臨界系數K；

(六)將步驟(五)得到河道沉積塊起動臨界系數K代入步驟(一)的數學模型中，聯立求解，即得到該試驗河段或類似河段的河道沉積塊起動臨界流速測算公式：

vS=(γshg-γmhg)(d-4htanφ)+4chgKJγm(d-4htanφ)---(15)]]>

(七)洪水來臨時，根據水情預報得到洪水的預計流速和渾水容重γ_m；將步驟(三)獲得的沉積塊的高度h和直徑d、濕容重γ_s、沉積塊土體內摩擦角φ及土體粘聚力c和河道比降J代入公式(15)，計算得到本次洪水時沉積塊起動臨界流速v_S；若本次洪水的預計流速大于該臨界流速v_S，則河道會發生沖刷，若本次洪水的預計流速小于該臨界流速v_S，則河道不會發生沖刷。