[发明专利]一种水库超饱和输沙状态下恢复饱和系数计算方法

说明书

本发明提供一种水库超饱和输沙状态下恢复饱和系数计算方法，包括以下具体步骤，1)采集目标水库实测水文、泥沙数据；2)推求超饱和输沙状态下近似分组挟沙力S_*；3)分河段、分流量级、分粒径组求解恒定均匀流条件下悬移质泥沙连续方程，计算水库超饱和输沙状态下恢复饱和系数：4)建立水库超饱和输沙状态下恢复饱和系数计算公式，本方法贴合水库超饱和输沙状态下泥沙运动过程，通过实测水文泥沙数据分析各流量级下非均匀沙近似分组挟沙力，计算相应超饱和输沙状态下非均匀沙恢复饱和系数，能更为简单且准确的建立超饱和输沙状态下恢复饱和系数计算公式，本方法所需资料较之已有方法更易收集，且能直接应用于水库泥沙淤积数值模拟中。

技术领域

本发明涉及河流水沙数值模拟领域，特别是涉及一种水库超饱和输沙状态下恢复饱和系数计算方法。

背景技术

天然河流上修建水库后，破坏了河道与来水来沙的相对平衡状态，使河道的侵蚀基面发生较大变化，库内即发生淤积，属于典型的超饱和不平衡输沙问题。恢复饱和系数是反映悬移质不平衡输沙时，含沙量向饱和含沙量即挟沙能力靠近的恢复速度的重要参数，其取值合理与否直接影响水库泥沙淤积预测成果的可靠性。因此，若能对水库超饱和输沙状态下恢复饱和系数进行正确计算，可以有效提高水库泥沙淤积预测精度，从而最大程度降低泥沙淤积对水库使用寿命及防洪、航运等综合效益造成的损失。

目前关于恢复饱和系数计算方法主要有以下三种：一种是按沙量平衡直接建立均匀沙的一维不平衡输沙方程式得到的，它被解释为沉降概率，其值小于1；另一种是通过求解二维扩散方程，但按照较简单的边界条件求得其解后，导出恢复饱和系数，而其值则大于1；第三种是通过积分二维扩散方程，当边界条件较简单时，得出恢复饱和系数为底部含沙量对平均含沙量的比值，其值也大于1。可见，现有不同方法计算恢复饱和系数成果差异较大，尚未形成统一认识，严重制约了水库泥沙淤积预测计算精度的提高。此外还可根据泥沙运动统计理论建立不平衡输沙的边界条件，得到不平衡输沙条件下恢复饱和系数的表达式。但该类方法结构复杂、参数众多，难以应用于水库泥沙淤积预测计算。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明采用水库蓄水后实测水文泥沙数据，并基于对近似分组挟沙力的统计分析，提出了一种水库超饱和输沙状态下恢复饱和系数计算方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种水库超饱和输沙状态下恢复饱和系数计算方法，包括以下具体步骤，

1)采集目标水库实测水文、泥沙数据，具体包括：水库进、出库及库区沿程主要水文站水位H_i、流量Q_i、含沙量S_i、悬移质泥沙颗粒级配P_i,j，i＝1～I，I为水文站数，j＝1～NJ，NJ为粒径分组数；k表征第k个流量级，k＝1～NK，NK为流量分级数；以及水文站所在断面地形资料和水文站间河段长度L_i，i＝1～I-1；

2)推求超饱和输沙状态下近似分组挟沙力S_*；

3)分河段、分流量级、分粒径组求解恒定均匀流条件下悬移质泥沙连续方程(1)，计算水库超饱和输沙状态下恢复饱和系数：

其中，

式中，S为含沙量，S_*为挟沙力，α为恢复饱和系数，ω为泥沙沉速，q为流量，L为两水文站间间距；

4)建立水库超饱和输沙状态下恢复饱和系数计算公式。

所述步骤2)推求超饱和输沙状态下近似分组挟沙力S*具体步骤如下：