[发明专利]感潮河段造床流量和平滩水位的联合确定方法

权利要求书

1.一种感潮河段造床流量和平滩水位的联合确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.用一维非恒定水沙数学模型计算目标断面的逐时流量、潮位和含沙量过程，包括：

步骤1.1若目标断面附近设有水文站点，确认该站点是否具有M年长系列逐时流量Q、潮位Z、含沙量S观测资料，M≥10，若数据完备，则进入步骤2，否则执行步骤1.2；

步骤1.2建立一维非恒定流水沙数学模型，模型计算范围应包含目标断面，模型上边界取感潮河段进口处水文站，该站应具有M年长系列逐时流量Q、含沙量S观测资料，模型下边界取感潮河段入海口处的潮位站，该站点应具有M年逐时潮位资料，模拟河段内部还应具有用于模型率定的逐时潮位、含沙量的观测资料；

步骤1.3对模型边界条件进行处理，模型进口给定逐时流量、含沙量资料，模型下边界给定逐时潮位资料，模型中需考虑下边界涨潮流含沙量，在缺乏观测资料的情况下以式S_i＝βS_＊i+(1-β)S_i-1计算，其中S_＊i、S_i分别为出口断面第i时间步长的挟沙力和含沙量，β为待定的含沙量滞后参数；

步骤1.4对感潮河段实施水流输沙过程数值模拟，并根据实测资料对数学模型中的糙率参数、出口含沙量滞后参数β进行率定；

步骤1.5在参数率定基础上，计算M年内目标河段的长系列水流输沙过程，以小时为时间步长，输出目标断面M年的逐时流量Q_i、潮位Z_i、含沙量S_i数据；

步骤2确定目标断面的含沙量～流量滞后响应关系以及输沙当量流量系列，包括：

步骤2.1根据步骤1中得到的一维非恒定水沙模型计算结果，取目标断面的逐时流量Q_i，计算出滑动平均绝对流量为第i时间步及其之前n个时间步的流量绝对值均值，n为滑动周期，首次计算可假定n＝2；

步骤2.2计算出系列之后，取第i时间步相应的含沙量S_i，以幂函数拟合S_i与之间的关系，该过程中得到曲线拟合的决定系数R²；

步骤2.3逐渐增大滑动周期n，重复步骤2.2，得到不同滑动周期情况下的曲线拟合决定系数R²，随着n的逐渐增大，曲线拟合的决定系数会出现先增大后减小的过程，当决定系数出现拐点时，此时得到最优滑动周期n，同时得到最优拟合关系中的参数k、a，此时的函数关系称为含沙量～流量的滞后响应函数，对应的决定系数R²应在0.5以上，否则不满足本方法的实施条件；

步骤2.4若满足步骤2.3中的实施条件，则以Q_i和系列为基础，计算逐时的输沙当量流量系列其中sign表示取正负符号，当Q_i为正时，sign取+1，Q_i为负时，sign取-1，否则为0；

步骤3，目标断面的输沙当量流量～潮位组合频率统计，包括：

步骤3.1针对步骤2所得目标断面M年的逐时输沙当量流量将从高到低排序，采用算术等间隔划分为若干等级区间，并计算每个等级区间内代表流量表示流量等级区间总个数；

步骤3.2针对步骤1中获得目标断面M年的逐时潮位数据Z_i，将潮位数据从高到低排序，采用算术等间隔划分为若干等级区间，并计算每个等级区间内代表潮位值N_Z为潮位区间总个数；

步骤3.3取目标断面的M年长系列输沙当量流量系列逐时潮位系列Z_i，采用步骤3.1和3.2中划分的级流量间隔与N_Z级潮位间隔，统计输沙当量流量潮位Z_i组合的出现个数计算其出现频率P_m，j＝N_m，j/T_M，P_m，j为目标断面的当量流量处于第m个流量区间、且相应潮位Z_i处于第j个潮位区间的水文条件的出现频率，T_M为M年的数据系列长度；

步骤4计算目标断面的造床强度，运用图解法求解目标断面的造床流量与平滩水位，包括：

步骤4.1根据各流量区间的代表流量各潮位区间的代表潮位步骤3.3中计算的频率P_m，j，计算该流量～潮位组合区间的造床强度F_m，j，其计算式为

步骤4.2以代表流量为x轴、代表潮位为y轴，以步骤4.1中求得的造床强度F_m，j为坐标z值，在坐标平面内绘制散点，以此为基础绘制造床强度等值线图；如果全为正值，则等值线图位于第一象限，存在1个极值点，该极值点对应的x、y坐标，即为目标断面的造床流量与平滩水位；如果同时有正负值，则在坐标平面内一、二象限存在2个极值点，其中较大的极值点对应的x、y坐标，即为目标断面的造床流量与平滩水位。