[發明專利]一種泵站引渠及前池水體挾沙率的確定方法

有效

• 申請號: 201611070966.8
• 申請日: 2016-11-29
• 公開（公告）號: CN106777557B
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 陳鑫;王福軍
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;何家鵬

1.一種泵站引渠及前池水體挾沙率的確定方法，包括以下步驟：

1)確定泵站引渠及前池水體的流速隨時間變化的關系式U(t)；

2)計算泵站引渠及前池水體的最大謝爾茲數Θ_m、摩擦因子f和動床面粗糙高度k_N；

3)計算泵站引渠及前池水體的泥沙沉降速度w，以及泥沙在輸沙層內的沉降時間與流動周期T的比值Ψ；

4)計算泵站引渠及前池水體的泥沙對流速的相位漂移ψ和泥沙相位的殘留α，具體計算過程如下：

α＝exp(-0.2/Ψ) (8)

5)計算泵站引渠及前池水體的無量綱的侵蝕深度表示的水體挾沙率Δ/D，獲取過程如下：

利用如下式(9)即得到無量綱的侵蝕深度表示的水體挾沙率隨時間變化的關系式

其中F代表水體的挾沙能力；t是時間；U是泵站引渠及前池水體流速，下標m代表最大值；Θ_cr是臨界謝爾茲數；D是泥沙粒徑。

2.如權利要求1所述的一種泵站引渠及前池水體挾沙率的確定方法，其特征在于：所述步驟1)中，利用2階Stokes波動理論得出泵站引渠及前池水體的流速隨時間變化的關系式。

3.如權利要求2所述的一種泵站引渠及前池水體挾沙率的確定方法，其特征在于：所述步驟2)中，利用下述的式(1)～(3)計算最大謝爾茲數Θ_m、摩擦因子f和所述動床面粗糙高度k_N的過程如下：

式中，U是泵站引渠及前池水體流速，下標m代表最大值；D是泥沙粒徑；T是流動周期；Θ是謝爾茲數，下標m代表最大值；f是摩擦因子；s是泥沙密度與水密度的比值；g是重力加速度；k_N是動床面粗糙高度；

在具體求解時，先假定最大謝爾茲數Θ_m<1，由式(3)得到動床面粗糙高度k_N＝5D代入式(2)，并將得到的摩擦因子f的數值代入式(1)得到最大謝爾茲數Θ_m，將其與1進行比較，若得到的最大謝爾茲數Θ_m大于1則初始假設不合理；

然后按最大謝爾茲數Θ_m大于1的假設來進行計算，由式(3)得到的動床面粗糙高度k_N＝5Θ_mD代入式(2)，并聯合式(1)，得到式(4)

從式(4)解得摩擦因子f的大小，將其代入式(1)得到最大謝爾茲數Θ_m，若所得結果大于1則假設合理，將最大謝爾茲數Θ_m代入式(3)得動床面粗糙高度k_N的值。

4.如權利要求3所述的一種泵站引渠及前池水體挾沙率的確定方法，其特征在于：所述步驟3)中，泵站引渠及前池水體的泥沙沉降速度w，以及泥沙在輸沙層內的沉降時間與流動周期T的比值Ψ的計算過程如下：

式中，ν是水的運動粘性系數。