[发明专利]基于分汊河道引调水预测上游河道顶托天数的方法

说明书

本发明公开了基于分汊河道引调水预测上游河道顶托天数的方法，包括：步骤1：水文水质实地同步监测；步骤2：建立水环境数学模型；步骤3：水环境数学模拟；步骤4：分析分汊点处的流量变化趋势，从而得到在不同降雨量下及流量下的分汊河道的顶托天数。本发明，能够较为准确地预测上游河道顶托天数，对河道管理起到积极指导作用。

技术领域

本发明涉及基于分汊河道引调水预测上游河道顶托天数的方法，属于水环境工程预测技术领域。

背景技术

顶托一般是指由于干流水量增大，水位增高，周围水系水位相对较低，支流水流被干流水流所阻，无法汇入干流而形成雍水现象。顶托作用强时，上游水流无法下泄，将可能导致周围水系水位相对较低，支流水流被干流水流所阻，无法汇入干流而形成雍水现象，支流或周围河道弯曲，导致支流或周围河道发生涝灾等安全事故。可见，预测顶托对于提前采取应对措施具有非常重要的意义。目前，对于顶托的预测还处于试验和研究阶段，还没有成熟地应用于水环境监测中。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种基于分汊河道引调水预测上游河道顶托天数的方法，其具体技术方案如下：

基于分汊河道引调水预测上游河道顶托天数的方法，包括以下操作步骤：

步骤1：水文水质实地同步监测：在预测之前，实地数据采集，在干流及分汊河道上分别设立两个以上监测站点，且在上游干流河道入口处及分汊河道的出口处均设立监测站点，同步监测时，在各个站点处同时采集河道的水质、流速、降雨量、河道断面水文水质常规参数；

步骤2：建立水环境数学模型：根据实测河道断面数据建立河道模型，根据实测水文水质数据建立水动力模型及水质模型，采集河道模型、水动力模型及水质模型的模拟数据，并对模拟数据和实测数据进行率定验证，从而进一步确定河道模型、水动力模型及水质模型的计算参数；

步骤3：水环境数学模拟：当一支分汊河道发生引调水时，采集相关水文水质数据进行计算，得到水文水质相关指标的变化趋势；

步骤4：分析分汊点处的流量变化趋势，从而得到在不同降雨量下及流量下的分汊河道的顶托天数。

所述步骤2中水动力模型的计算过程为：

水动力计算的控制方程是描述明渠一维非恒定流的圣维南方程组，包括连续性方程和动量方程，并补充考虑了漫滩和旁侧入流：

式中：Q为流量；x为沿水流方向空间坐标；b为调蓄宽度，指包括滩地在内的全部河宽；h为水位；t为时间坐标；q为旁侧入流流量，入流为正，出流为负；α为动量校正系数；A为主槽过水断面面积；g为重力加速度；C_Z为谢才系数；R为水力半径。

所述步骤2中水质模型的计算过程为：

污染物在水中的分布与浓度主要取决于自身的降解、随水流的运动以及污染物的扩散，对流扩散模块的控制方程为一维对流扩散方程：

式中：x为沿水流方向空间坐标；t为时间坐标；Q为流量；C为物质浓度；A为主槽过水断面面积；D为纵向扩散系数；K为线性衰减系数；C₂为源汇浓度；q为旁侧入流流量。

所述步骤4中不同降雨量下及流量下的分汊河道包括以下情况：未调水时分汊口水流从上游向下游流动，流量为正值；当分汊河道发生引调水时，由于分汊河道水流的顶托，使得分汊口发生雍水现象，上游水流难以下泄，其分汊口下下游的流量逐渐减小逐渐到0后再继续反向流动为负值；当随着降雨量的增加，上游下泄流量逐渐增加，上游流量增加到重新下泄时顶托现象解除。。

本发明的有益效果是：