[发明专利]一种多沙河流水库排沙比的计算方法

说明书

本发明公开了一种多沙河流水库排沙比的计算方法，属于水利工程领域中的水库调度研究技术领域，设定水库坝址上游进口为0‑0断面，下游排沙处出口为1‑1断面，计算进口0‑0断面和出口1‑1断面的水流挟沙力；建立出口断面1‑1的含沙量垂线分布公式；根步骤6中的含沙量垂线分布公式，计算排沙孔处的出库含沙量S₂；将出库沙量除以入库沙量即可得到水库的排沙比η。本发明考虑到实际情况中水库的排沙底孔皆偏底部，平均含沙量大于断面平均含沙量，故而用传统排沙比计算的断面平均含沙量导出的排沙比公式计算值偏小，应该根据实际排沙口的位置计算排沙比；本发明可以依据不同的水库特征修改排沙比公式中的参数，以达到本发明中的排沙比公式适用于不同的水库。

技术领域

本发明属于水利工程领域中的水库调度研究技术领域，具体涉及一种多沙河流水库排沙比的计算方法。

背景技术

在多沙河流上的水库都会出现因泥沙淤积而降低有效库容，减少水库的使用寿命。我国针对多沙河流上的水库，保持其库容的方法多为蓄清排浊。在实际水库中，为了高效合理的排水排沙，通常利用排沙比来反映水库的排沙效果，排沙比为出库沙量与入库沙量的比值。研究排沙比的计算方法可以为水库合理的调度泥沙提供有力的依据。

目前，国内外对排沙比的计算方法开展了大量的研究。有学者采用成因分析法，根据水库排沙的特点找出影响排沙比的7个因素，按照线性多元回归计算方法进行数学处理，根据恒山浑水水库的实测资料，建立排沙比与无量纲因素的数学表达式。

但是该经验公式对于其他水库应用时，需要验证和修正参数，并且此方法在入库洪水挟带泥沙颗粒较细的地区适宜使用，对于入库泥沙颗粒较粗条件，计算误差较大。也有学者将小浪底水库实测数据代入已有的排沙比公式，分析这些公式的适用性，找出与排沙比有关的因素，最后采取洪水滞留系数、进出库平均流量变化系数、进库平均含沙量三个因素，采用回归分析法得到小浪底水库排沙比的公式。

此外，有学者考虑区间来沙的情况，将三峡水库区间分成若干区域，在满足水文比拟法原则的基础上，计算出三峡水库排沙比的计算公式。由于水库排沙是通过排沙低孔或泄洪洞排沙，排沙的位置靠近水库底部。由含沙量的垂线分布公式可知，在垂线上，越靠近底部，含沙量越高，越靠近水面，含沙量越低。目前，排沙比的计算多采用垂线平均的含沙量代替排沙孔的含沙量，在理论上偏小。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种多沙河流水库排沙比的计算方法，实际情况中大坝的排沙底孔皆偏底部，平均含沙量大于断面平均含沙量，故而用断面平均含沙量导出的排沙比公式计算值偏小；该方法根据均匀沙不平衡输沙基本方程和二维恒定流中，平衡情况下含沙量沿垂线分布的基本微分方程推导出排沙口的含沙量；排沙比即为排沙口出口断面含沙量和进口断面含沙量的比值。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多沙河流水库排沙比的计算方法，包括如下步骤：

步骤1，设定水库坝址上游进口为0-0断面，下游排沙处出口为1-1断面，测量进出口断面间的距离L，测量出口排沙孔处中心点距河床的距离为y₁；

步骤2，统计进口河道单宽流量q₀、进口含沙量s₀和进出口断面间的距离L；

步骤3，测量入库悬移质泥沙的中值粒径D₅₀，计算该粒径的沉速ω；

步骤4，测量进口断面和出口断面的平均水深H₀和H₁，计算进口0-0断面和出口1-1断面的水流挟沙力，分别记为s_0*和s_1*；

步骤5，采用下式计算1-1断面的平均含沙量：