[發(fā)明專利]一種平面渦旋水流作用下河床沖淤的計算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111161505.2
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN113807035B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發(fā)明（設計）人: 假冬冬;高文廉;高駿;郝由之;楊俊;吳磊;倉濯纓;陳長英;張紅梅;王興剛;張幸農(nóng);應強
• 申請（專利權）人: 水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院;中船第九設計研究院工程有限公司
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 戴朝榮

本發(fā)明公開了一種平面渦旋水流作用下河床沖淤的計算方法，包括收集需計算平面渦旋水流作用下河床沖淤的河道基礎資料；建立平面二維或三維水流泥沙運動數(shù)學模型；計算河道水流流速分布、水深、平面渦旋水流結構以及泥沙輸移信息；計算平面渦旋水流作用下泥沙的有效重力加速度；修正計算平面渦旋水流作用下泥沙的沉降速度；修正計算平面渦旋水流作用下泥沙輸沙能力；計算獲得平面渦旋水流作用下河床沖淤值。本發(fā)明可快速、準確地計算平面渦旋水流作用下的河床沖淤值，實現(xiàn)渦旋水流作用導致泥沙有效重力變化時的河床沖淤計算，與實際情況更為接近，可為河道綜合治理與保護提供技術支撐。

技術領域

本發(fā)明屬于水利工程河流動力學技術領域，具體涉及一種平面渦旋水流作用下河床沖淤的計算方法。

背景技術

平面渦旋水流結構在天然河道和水體中十分常見，通常由突出的天然磯頭或人工構筑物所引起。實際觀測表明，在此類平面渦旋水流作用下，水流附加上升力，泥沙的有效(等效)重力隨之改變，河床沖淤幅度往往較大，且較一般平順水流更為復雜多變，給河道綜合治理與保護帶來挑戰(zhàn)。

然而，平面渦旋水流作用下，河床沖淤機理十分復雜，由于受渦旋水流作用，有效(等效)重力會變化，現(xiàn)有的河床沖淤計算方法將無法適用，目前還沒有成熟準確的計算方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術問題是針對上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種平面渦旋水流作用下河床沖淤的計算方法。

為實現(xiàn)上述技術目的，本發(fā)明采取的技術方案為：

一種平面渦旋水流作用下河床沖淤的計算方法，包括：

步驟1、收集需計算平面渦旋水流作用下河床沖淤的河道基礎資料；

步驟2、根據(jù)步驟1的河道基礎資料，依據(jù)河流模擬理論，建立平面二維或三維水流泥沙運動數(shù)學模型；

步驟3、依據(jù)步驟1的河道基礎資料，根據(jù)步驟2的平面二維或三維水流泥沙運動數(shù)學模型，計算河道水流流速分布、水深、平面渦旋水流結構以及泥沙輸移信息；

步驟4、根據(jù)步驟3的計算結果，依據(jù)渦旋作用下泥沙運動受力分析和動力機理，以及流體力學運動理論，引入平面渦旋水流作用下的上升力以及對應的等效重力加速度系數(shù)，計算平面渦旋水流作用下泥沙的有效重力加速度；

步驟5、根據(jù)步驟4的平面渦旋水流作用下泥沙的有效重力加速度，依據(jù)泥沙沉降理論，修正計算平面渦旋水流作用下泥沙的沉降速度；

步驟6、根據(jù)步驟4的平面渦旋水流作用下泥沙的有效重力加速度以及步驟5修正計算得到的沉降速度，依據(jù)泥沙輸沙能力理論，修正計算平面渦旋水流作用下泥沙輸沙能力；

步驟7、根據(jù)步驟5修正計算得到的沉降速度和步驟6修改計算得到的泥沙輸沙能力，依據(jù)河床沖淤變形理論，計算獲得平面渦旋水流作用下河床沖淤值。

為優(yōu)化上述技術方案，采取的具體措施還包括：

上述的步驟1所述河道基礎資料包括河道地形資料和水文資料；

所述水文資料包括流量、水位、來沙量過程資料。

上述的步驟2，根據(jù)河道地形資料，依據(jù)河流模擬理論，基于各向異性紊流模式，建立平面二維或三維水流泥沙運動數(shù)學模型。

上述的各向異性異性紊流模式用于計算x、y、z三個方向的紊動渦粘系數(shù)公式為：

ν_tx＝c_x×k_t²/ε

ν_ty＝c_y×k_t²/ε