[發明專利]有植被群落河道的推移質輸沙率預測方法

有效

• 申請號: 201910129175.5
• 申請日: 2019-02-21
• 公開（公告）號: CN110004871B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 劉超;單鈺淇
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: E02B1/02
• 分類號: E02B1/02
• 代理公司: 51202 成都科海專利事務有限責任公司
• 代理人: 呂建平

本發明公開了一種有植被群落河道的推移質輸沙率預測方法，依據有植被區域平均流速和無植被區域的平均流速，便可確定單位寬度河道橫截面的總紊動強度，再根據單位寬度河道橫截面的總紊動強度便可確定單位寬度河道推移質輸沙率，從而能夠對有植被群落河道的推移質輸沙率實現準確、有效的預測，填補了本領域該項技術的空白。

技術領域

本發明屬于水力學及河流動力學領域，涉及一種河道推移質輸沙率預測技術，具體涉及一種有植被群落河道的推移質輸沙率預測方法。

背景技術

天然濕地、河流中生長了大量植被，這些植被分散在河道的不同區域，每個區域的植被又聚集在一起呈簇團狀生長。小范圍內聚集生長的植被被稱為植被群落。植被群落通常獨立生長，即河道內能同時存在多個植被群落，互相之間不關聯且不連接，這是由于植被群落對河道中局部水流結構的影響形成的。當植被群落生長在河道中時，植被群落兩側因為水流偏轉引起群落兩側的河床沖刷，形成沖刷坑，進而限制植被群落的橫向擴張。當植被群落發展至高密度群落時，其尾端會產生卡門渦街引起植被群落尾端水流紊動激增，導致該植被群落尾端后側河床出現沖刷，限制植被群落的縱向擴張。因此，河道中的植被一旦扎根生長在過流區域，由于上述兩種原因，最終都會以大量獨立群落的形式分布在河道中。

天然河道中的植被群落通常以隨機分布的形式生長，因為植被會競爭土壤營養進而導致植被群落之間通常會保持一定的距離。這會促進植被以群落形式分布在河道過流區域。相對于大面積分布的植被，隨機分布的植被群落會造成水流結構在橫向和縱向上的復雜變化，導致推移質輸沙能力在植被群落區域和無植被群落區域出現巨大差異，最終改變河道整體的輸沙能力。對于天然河道，在水深及流量已知的條件下，水利工作者很希望能夠有模型能夠準確預測復雜植被群落分布條件下的河道推移質輸沙率，這可以為河道生態修復，河道清淤整治等提供理論依據和技術支持。然而，國內外目前還沒有計算模型能夠預測生長有植被群落河道的推移質輸沙率。

發明內容

針對目前難以有效預測有植被群落河道的推移質輸沙率的技術現狀，本發明旨在提供一種預測方法，能夠實現對這類河道推移質輸沙率的有效預測。

基于愛因斯坦及Yang等的研究，目前存在的各類改進計算模型僅能預測無植被河道和全河道有植被兩種情況下的推移質輸沙率(Einstein,H.A.(1950).The bed-loadfunction for sediment transportation in open channel flows(Technical BulletinNo 1026).Washington，DC：US Department of Agriculture.和Yang，J.Q.，&Nepf，H.M.(2018).A Turbulence-Based Bed-Load Transport Model for Bare and VegetatedChannels.Geophysical Research Letters，45(19)，10-428.)。在前人研究工作的基礎上，本發明結合對有植被河道推移質輸沙率的研究，提出了有植被群落河道的推移質輸沙率預測方法。

本發明提供的有植被群落河道的推移質輸沙率預測方法，包括以下步驟：

(S1)確定無植被區域的紊動強度k_t(b)；

(S2)確定有植被區域的紊動強度k_t(p)；

(S3)根據以下公式(1)確定單位寬度河道橫截面的總紊動強度k_t：

式中，φ_p為單位河道面積內的植被群落面積占有率，φ_p＝nA_p，A_p為單個植被群落的俯視投影面積，n為單位面積河道內的植被群落數；φ為單個植被群落內單位面積的植株占有率，m為植被群落內部單位面積的植株密度，d為每根植被枝干直徑。