[發(fā)明專利]河床沖淤調(diào)整過(guò)程中綜合阻力變化合成計(jì)算方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910983423.2
• 申請(qǐng)日: 2019-10-16
• 公開（公告）號(hào): CN110738012A
• 公開（公告）日: 2020-01-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周銀軍;盧金友;姚仕明;徐海濤;金中武;王軍;閆霞;李志晶;吳華莉;程傳國(guó);高瑜;郭超;朱帥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江科學(xué)院
• 主分類號(hào): G06F30/28
• 分類號(hào): G06F30/28;E02B1/00;G06F119/14
• 代理公司: 42113 武漢楚天專利事務(wù)所
• 代理人: 孔敏

本發(fā)明提供一種河床沖淤調(diào)整過(guò)程中綜合阻力變化合成計(jì)算方法，在深刻理解河床綜合阻力物理組成的基礎(chǔ)上，引入分形理論進(jìn)行河床演變基本數(shù)據(jù)的分析與量化，首先利用河床表面分形維數(shù)可以獨(dú)立河床形態(tài)大中尺度調(diào)整的特點(diǎn)，研究基于床面分形度量的形狀阻力計(jì)算方法；同時(shí)，通過(guò)床沙質(zhì)量分形維數(shù)來(lái)度量床沙級(jí)配調(diào)整，并得到基于床沙質(zhì)量分維的沙粒阻力計(jì)算方法，而后相加得到劇烈沖淤調(diào)整過(guò)程中河床綜合阻力計(jì)算方法。本發(fā)明補(bǔ)充了《河工模型試驗(yàn)規(guī)程(SL99?2012)》中關(guān)于動(dòng)床和床沙級(jí)配變化情況下河床綜合阻力的取值方法，對(duì)河流模擬和動(dòng)力特性有直接幫助，并有利于探索劇烈沖淤過(guò)程中河流特征水位的變化機(jī)理和趨勢(shì)預(yù)測(cè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水力學(xué)及河流動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種河床沖淤調(diào)整過(guò)程中綜合阻力變化合成計(jì)算方法。

背景技術(shù)

糙率是河流數(shù)學(xué)模型中最為敏感的水力學(xué)參數(shù)之一，其初始糙率通常由模型起始條件率定得來(lái)。過(guò)去，在自然河流沖淤相對(duì)平衡的狀態(tài)下，同流量下(淹沒范圍)的河床糙率一般不會(huì)有大的浮動(dòng)，此時(shí)河床沖淤所帶來(lái)糙率的變化是可以忽略的，整個(gè)沖淤模擬過(guò)程中糙率參數(shù)一般不用調(diào)整，也不會(huì)對(duì)水位、沖淤分布等相關(guān)的預(yù)測(cè)結(jié)果帶來(lái)大的影響。但是，隨著當(dāng)前自然條件的變化和人類活動(dòng)越來(lái)越多的干擾到自然河流，不平衡狀態(tài)下的河床沖淤調(diào)整越來(lái)越多，河床大幅度的沖刷或淤積，使床面形態(tài)和床沙組成發(fā)生較大程度的變化，甚至發(fā)生大型堆積體(洲、灘)的沖淤調(diào)整以及床沙特性的改變，如三峽水庫(kù)下游宜枝河段，其必然引起河床綜合糙率的明顯變化，此時(shí)，對(duì)河床阻力變化的準(zhǔn)確判斷將影響著、甚至決定著基于河流模擬得來(lái)的相關(guān)預(yù)測(cè)結(jié)果的精確性。根據(jù)《河工模型試驗(yàn)規(guī)程(SL99-2012)》，糙率n的確定，在動(dòng)床時(shí)應(yīng)考慮沙波等形狀阻力的影響，河床組成有調(diào)整時(shí)還應(yīng)再考慮沙粒阻力的調(diào)整。因此，河床沖淤調(diào)整過(guò)程中綜合糙率變化主要應(yīng)考慮形狀阻力和沙粒阻力兩者的綜合效應(yīng)。

在以往的研究中，對(duì)沙波、沙壟等形狀阻力變化尚缺乏直接計(jì)算方法，多是由水流數(shù)據(jù)反算得來(lái)；沙粒阻力變化則多采用床沙某一特征粒徑如D₅₀、D₉₀在沖淤前后的變化作為主要參數(shù)來(lái)概化表達(dá)。在實(shí)際河流模擬中，水流數(shù)據(jù)是模擬的結(jié)果，合理的糙率取值是準(zhǔn)確模擬的前提。因此，糙率變化的計(jì)算必須在無(wú)水流數(shù)據(jù)的條件下得出。目前亟需一種可以僅依據(jù)河道水下地形和床沙級(jí)配組成直接計(jì)算得到綜合糙率的方法，以供劇烈沖淤過(guò)程中河流模擬模型采用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種河床沖淤調(diào)整過(guò)程中綜合阻力變化合成計(jì)算方法，在深刻理解河床綜合阻力物理組成的基礎(chǔ)上，引入分形理論進(jìn)行河床演變基本數(shù)據(jù)的分析與量化，首先利用河床表面分形維數(shù)可以獨(dú)立河床形態(tài)大中尺度調(diào)整的特點(diǎn)，研究基于床面分形度量的形狀阻力計(jì)算方法；同時(shí)，通過(guò)床沙質(zhì)量分形維數(shù)來(lái)度量床沙級(jí)配調(diào)整，并得到基于床沙質(zhì)量分維的沙粒阻力計(jì)算方法，而后相加得到劇烈沖淤調(diào)整過(guò)程中河床綜合阻力計(jì)算方法，整個(gè)技術(shù)路線方案由分割到集成，各個(gè)突破、最后綜合研究。

一種河床沖淤調(diào)整過(guò)程中綜合阻力變化合成計(jì)算方法，包括如下步驟：

步驟一、河床綜合阻力分割

河床綜合阻力由沙粒阻力、沙波阻力、河勢(shì)阻力、成型淤積體阻力4部分構(gòu)成，其中沙粒阻力亦稱膚面阻力，主要與河床阻力有關(guān)；沙波阻力、河勢(shì)阻力、成型淤積體阻力均與河床形態(tài)有關(guān)、對(duì)應(yīng)河床形態(tài)的不同尺度，統(tǒng)稱為形狀阻力；

河床綜合阻力的劃分采用沙粒阻力與形狀阻力兩者相加的方式進(jìn)行，公式表達(dá)如式(1)：

n＝n_b+n_f (1)

式中，n為河床綜合阻力，n_b為沙粒阻力，n_f為形狀阻力；

步驟二、計(jì)算沙粒阻力n_b