[发明专利]一种多沙河流干支流水沙全交互模拟方法及系统

说明书

本发明公开一种多沙河流干支流水沙全交互模拟方法及系统。本发明首先根据河流干支交汇区支流的水流流态、干流流量、干流含沙量以及水位变化，确定干支流交汇模式，将干支流交汇模式细分为沿程入汇模式、分层倒灌模式、侧向驱动模式和蓄泄吐纳模式。然后根据具体的干支流交汇模式及河流干支交汇区的水力要素确定交汇区河床断面冲淤变化面积，最后根据冲淤变化面积确定河床高程变化。可见，本发明根据干支流水沙交互作用机理将干支流交汇模式细分为四种模式，能有效提高现有水库冲淤模拟的计算精度，减小河床高程变化的计算误差。

技术领域

本发明涉及水利工程技术领域，特别是涉及一种多沙河流干支流水沙全交互模拟方法及系统。

背景技术

水库库区干支流交汇处及附近河段的水流和泥沙运动复杂，入汇模式、入汇角度、干支流汇流比、含沙量、底坡坡降等均是影响干支流交汇处水沙运动和淤积形态的影响因素。多沙河流水库库坝区输沙流态和冲淤模式十分复杂，现有技术中大多按照支流沿程汇入干流的单一模式进行水库泥沙冲淤计算和河床变形预测，难以适应对高、超高和特高等不同含沙量水库进行冲淤模拟。

2002年起，小浪底库区支流畛水在入汇处淤积形成拦门沙坎，大峪河、石井河、西阳河、允西河、亳清河和板涧河等支流在河口均形成河床倒坡，究其原因，均由小浪底黄河干流倒灌引起支流口门淤积造成。刘家峡水库支流洮河含沙量较高，入汇黄河后形成异重流，自交汇处分别向黄河干流上、下游两个方向流动，向黄河上游倒灌使河床形成倒比降。还有一些类似于盲肠河道的支流，随着干流来沙，支流口门处会形成螺旋状泥沙淤积，以及水库水位涨落，支流口门泥沙落淤或冲刷，这些干支流交互的模式均不同于普通的支流入汇。采用常规的支流沿程汇入干流的处理方法无法体现出干支流交互作用，对库区泥沙冲淤预测不够准确，使河床高程变化的计算存在较大的误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种多沙河流干支流水沙全交互模拟方法及系统，能有效提高现有水库冲淤模拟的计算精度，减小河床高程变化的计算误差。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种河床高程变化的确定方法，所述确定方法包括：

根据河流干支交汇区支流的水流流态、干流流量、干流含沙量以及水位变化，确定干支流交汇模式，所述干支流交汇模式为沿程入汇模式、分层倒灌模式、侧向驱动模式或蓄泄吐纳模式；

根据河流干支交汇区的水力要素及所述干支流交汇模式确定交汇区河床断面冲淤变化面积；

根据所述冲淤变化面积确定河床高程变化。

可选的，当所述干支流交汇模式为侧向驱动模式时，所述侧向驱动模式的支流流量小于侧向驱动流量阈值，干流水位高于或者等于支流水位，且干流含沙量大于10kg/m³。

可选的，当所述干支流交汇模式为蓄泄吐纳模式时，所述蓄泄吐纳模式的干流来含沙量大于10kg/m³的高含沙洪水时，支流口门处的干流水位会发生变化。

可选的，当所述干支流交汇模式为分层倒灌模式时，所述根据河流干支交汇区的水力要素及所述干支流交汇模式确定交汇区河床断面冲淤变化面积，具体包括：

根据沙量平衡方程计算单位时间的沿程输沙率；

根据所述沿程输沙率计算异重流分层倒灌的淤积量；

根据异重流阻力系数、异重流潜入后的水深、异重流潜入后的修正弗汝德数及底坡比降确定异重流倒灌区域的长度；

根据分层倒灌的淤积量、异重流沿程倒灌断面的间距确定所述异重流倒灌区域内，各所述异重流沿程倒灌断面因淤积而增加的面积。

可选的，当所述干支流交汇模式为侧向驱动模式时，所述根据河流干支交汇区的水力要素及所述干支流交汇模式确定交汇区河床断面冲淤变化面积，具体包括：