[發明專利]一種挖入式港池防淤減淤的方法

有效

• 申請號: 201810029657.9
• 申請日: 2018-01-12
• 公開（公告）號: CN108149635B
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發明（設計）人: 張先飛;王玲玲;唐洪武;伍夢天;徐雷諾;黃玄
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: E02B1/00
• 分類號: E02B1/00;E02F5/28;E02B3/02
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 劉艷艷;董建林

1.一種挖入式港池防淤減淤的裝置，其特征在于，在河道和港池交界處設有泵房，泵房中設置有至少一套水泵和引水涵管，在河道和港池內分別設置取水頭、出水頭；引水涵管兩端分別連接取水頭和出水頭，并與水泵相連，由水泵帶動水循環，完成港池上游順水面抽水、港池內背水面噴水。

2.根據權利要求1所述的挖入式港池防淤減淤的裝置，其特征在于：所述引水涵管由多根單根涵管連接而成。

3.根據權利要求1所述的挖入式港池防淤減淤的裝置，其特征在于：所述水泵選用軸流泵。

4.根據權利要求1所述的挖入式港池防淤減淤的裝置，其特征在于：所述引水涵管的轉彎處設有圓柱形鎮墩。

5.根據權利要求4所述的挖入式港池防淤減淤的裝置，其特征在于：所述鎮墩采用等級為C15的素混凝土澆筑支撐。

6.一種挖入式港池防淤減淤的方法，其特征在于，采用權利要求1所述的挖入式港池防淤減淤的裝置，具體包括以下步驟：

步驟一，建立挖入式港池的平面二維水沙輸運數學模型，采用無結構網格單元進行區域的劃分，并采用Roe’s近似黎曼解算法對模型進行求解；時間積分方法采用二階龍格庫塔格式；

對于開邊界，給定特定的流量或水位帶入流體力學控制方程中進行計算；對于閉邊界，沿模型計算區域的閉邊界各變量的法向流速均被設置為零；為了描述單元的干濕屬性，定義三個水深特征值h_dry、h_flood、h_wet，并根據特征水深定義淹沒邊界；所述的二維水沙輸運數學模型的控制方程見式(1)～(4)：

連續性方程：

X和Y方向動量方程：

二維笛卡爾坐標系下的標量運輸方程的一般形式如下：

其中河床剪切應力項可由二次摩擦定律得到，并采用曼寧系數計算糙率，公式如下：

T_ij項表示側向壓力，主要包括粘性摩擦力T_xx、紊流摩擦力T_xy和差動平流剪切力T_yy三部分；由于其和平均速度的梯度以及水平渦粘性系數A有關，采用估算的式子如下：

對于水平渦粘性系數的計算，通過引入和特征長度l有關的有效渦粘系數c_s，給出如下計算公式：

式中：τ為時間；x、y、z構成右手Cartesian坐標系；η為水位；d為靜止水深；h＝d+η，h為總水深；和是水平方向的速度分量的垂直向積分均值；f＝2ΩsinΦ為科氏力系數，Ω是地球旋轉的角頻率，Φ是當地的緯度；g是當地重力加速度；ρ是水的密度；和為地球自轉引起的加速度；τ_sx，τ_sy為風場摩擦力在x，y上的分量；τ_bx，τ_by為底床摩擦力在x，y上的分量；s_xx、s_xy、s_yx、s_yy為輻射應力張量的分量；p_a為當地大氣壓強；ρ₀是水的參照密度；S是源匯項；u_s,v_s是源匯項水流流速；為標量平均濃度，此模型中即為泥沙濃度；D_x、D_y為水平擴散系數，分別對應x方向及y方向；h表示水深；h_p表示標量濃度線性衰退速率，在該模型中即為泥沙沉降速度；C_s表示源頭標量濃度；S表示源匯項；K_p為泥沙沉積速率；c_f是阻力系數，是底部水流滑移速度；對于兩維計算而言，是關于水深的平均速度，阻力系數由曼寧系數M得到；u_i、u_j、x_i、x_j分別是水平方向上的速度和長度；S_ij為變形率；

步驟二，針對挖入式港池的回淤計算，進行了洪水狀況下泥沙數值模擬；根據泥沙數值模型計算結果，通過箱線圖分析對各方案港池泥沙淤積總量及口門淤積量的處理與分析，選取最佳防淤減淤方案。