[發明專利]一種河道最小非生物需水計算方法

在審

• 申請號: 201810463780.1
• 申請日: 2018-05-15
• 公開（公告）號: CN108647896A
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發明（設計）人: 徐志俠;徐怡博;段愛玲;彭大海;褚敏
• 申請（專利權）人: 北京國信華清科技有限公司
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/26
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 俞曉明

1.一種河道最小非生物需水計算方法，其特征在于，包括：

通過分析河道非生物環境徑流和河床的關系，確定河道非生物環境指標河道流量與水面寬的關系；

通過分析各河床橫斷面形態對河道流量與水面寬關系的影響，確定枯水段河道流量與水面寬關系中的突變點；

通過分析枯水段河道流量與水面寬關系中的突變點，將枯水段河道流量與水面寬關系中的突變點對應的流量作為最小非生物需水量。

2.如權利要求1所述的河道最小非生物需水計算方法，其特征在于，所述通過分析河道非生物環境徑流和河床的關系，確定河道非生物環境指標河道流量與水面寬的關系，具體包括：

根據水面寬、水深和流速是徑流與河床子系統的特征指標，確定徑流與河床關系的數學方程：水流連續方程、水流運動方程、懸移質泥沙的紊動擴散方程和河床變形方程；

水流連續方程：

水流運動方程：

上式中，A為斷面過水面積；Q為流量；Z為水位；q為旁側來流；K為流量模數；t為時間坐標；x為空間坐標；

懸移質擴散方程：

上式中，S為懸移質含沙量；S_*為懸移質挾沙力；ω為泥沙沉速；α為泥沙恢復飽和系數；B為水面寬度；

懸移質泥沙的紊動擴散方程采用竇國仁公式：

其中P_b為推移質粒徑部分泥沙在床沙中所占比例；V₀為起動流速，

Δ為粗糙高度；γ、γ_s分別為水和泥沙的容重；d_cp為推移質平均粒徑；

河床變形方程：

其中γ'為泥沙干容重；Z_b為河床高程；G_b、G_s分別為推移質和懸移質輸沙率；G_b＝Bg_b，G_s＝QS；

對于明渠均勻流以及天然河道的漸變流，在輸沙平衡時存在如下關系；

Q＝BHV

S_*＝S_*(W,H,ω_s,…)

B＝f₂(Q,S,d,...)

其中V為斷面平均流速；B為水面寬；H為斷面平均水深；n為糙率；X為濕周；F為斷面過水面積，J為河道縱比降；

假設河床穩定，則河道流量與水面寬關系用下式表示：

Q＝BHV

3.如權利要求2所述的河道最小非生物需水計算方法，其特征在于，所述通過分析各河床橫斷面形態對河道流量與水面寬關系的影響，確定枯水段河道流量與水面寬關系中的突變點，具體包括：

對寬淺型河床，濕周約等于水面寬，則有：

X＝B

聯合求解得下式：

當流量從大到小變化時，水位隨之降低；當水位經過河床橫斷面上坡度突變點時，上式中除河床縱比降外，其它三個參數均發生突變，導致流量和水面寬關系出現突變點；

上述突變點在數學上的意義是以流量為自變量的流量和水面寬關系函數的一階導數的最大值，也是二階導數為零的地方；當二階導數為零時，相應的流量不止一個；由于最小非生物流量是枯水流量，因此，當二階導數為零時，相應的枯水流量為最小非生物流量；其中，流量與河寬關系的突變點用下式描述：

其中，a≤Q≤b，a和b分別為與多年平均流量相比較小的一個正數。

4.如權利要求3所述的河道最小非生物需水計算方法，其特征在于，所述河道橫斷面形態中河道枯水橫斷面形態包括：U形、三角形、U形和三角形的復合型。