[发明专利]一种漫滩水流滩槽过流量的计算方法

说明书

本发明公开了一种漫滩水流滩槽过流量的计算方法，该方法构造了河漫滩和主槽过流量的计算式，计算式中滩、槽过流量的比值与水深的比值、宽度的比值、糙率的比值密切相关。为了确定相互关系，采用复式断面横向分布水流数学模型，计算不同条件下滩和槽的过流量，分析得到滩槽过流量的比值与水深比值的关系式、滩槽过流量的比值与宽度比值的关系式、滩槽过流量的比值与糙率比值的关系式，最后综合得到漫滩水流滩槽过流量的计算方法。本发明计算方法当河道断面条件一定时，根据预报的断面流量，可以迅速得到滩和槽的过流量，为滩地和水资源的规划利用提供了依据。

技术领域

本发明涉及一种漫滩水流滩槽过流量的计算方法，特别是涉及洪水漫滩后河漫滩和主槽过流量的计算方法，属于水利学科防洪与河道治理技术领域。

背景技术

复式断面河道是指具有河漫滩和主槽的河道，该类河道在自然界中大量存在。我国北方河流多为含沙量较高的多沙河流，常具有水少沙多、水沙量年内分配不均匀等特性，其断面形态多为同时具有滩地和主槽的复式断面。近年来，随着经济快速增长，人们对土地和水资源的需求逐步增多，滩地和水资源的规划利用尤为重要。但是洪水期间来流量较大，当水位超过河漫滩时，水流将进入河漫滩形成漫滩水流。此时，洪水来流量可以通过洪水预报得出，但进入滩槽的流量难以获得。现有的解决方法主要是进行实测分析或者水动力学数学模型长河段的模拟计算，相对而言，研究手段较为复杂。漫滩水流对滩区的影响程度与进入河漫滩的流量密切相关，因此，有必要确定通过主槽和河漫滩的过流量。

复式断面河道滩槽水流运动是在径流条件、河床组成、人类活动等复杂条件下共同作用的过程，涉及泥沙运动力学、河流演变学、地貌学等领域。由于复式断面河道受河床组成及河漫滩上植被等因素影响，局部阻力系数沿河宽方向分布不均匀，导致主槽和河漫滩过流能力差异显著。现有的滩槽分流比的确定方法大多采用滩槽分割法，分别求出滩和槽的平均流速，再与面积求积得到滩和槽的过流量，这种做法较为粗糙，难以反映断面横向流速变化的影响，有时甚至会产生得出错误的结果，尤其是在漫滩过程中。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种漫滩水流滩槽过流量的计算方法，针对复式断面滩槽的形态特征，给出滩槽过流量的关系式，进而预测滩槽的过流量。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种漫滩水流滩槽过流量的计算方法，包括如下步骤：

步骤1，建立河漫滩和主槽过流量比值的关系式：

其中，Q₁、H₁、B₁、n₁分别表示河漫滩的过流量、水深、宽度、糙率；Q₂、H₂、B₂、n₂分别表示主槽的过流量、水深、宽度、糙率；k₁为综合影响系数，f₁、f₂、f₃分别为滩槽过流量比值与水深比值、宽度比值、糙率比值的关系函数；

步骤2，建立复式断面横向分布水流数学模型，并对该模型进行验证，使验证结果满足精度要求；采用数据拟合法分别确定函数和得到对应的表达式；

步骤3，将步骤2中确定的函数和的表达式代入步骤1，得到滩槽过流量比值关系；

步骤4，已知全断面过流量，根据断面流量守恒定律及滩槽过流量比值关系，可以得到河漫滩和主槽各自的过流量。

作为本发明的一种优选方案，步骤1所述河漫滩和主槽过流量比值的关系式中，函数f₂和f₃的结构形式为：

其中，y、z分别为无量纲指数。