[发明专利]一种泥沙水下堆积体形成过程中变化形态的计算方法

说明书

本发明公开了一种泥沙水下堆积体形成过程中变化形态的计算方法，包括采集抛沙的泥沙参数及所在水域的水动力参数、构建泥沙水下堆积体形态变化过程的基本表达式、确定泥沙水下堆积体的形态特征量，并引入表达式中实现对泥沙水下堆积体形态变化的计算，在界定抛沙的泥沙参数及所在水域的水动力参数的基础上，形成一套具有普适性的抛沙水下堆积体实时变化形态计算方法，明确水动力参数及泥沙参数的前提下得出任意时刻泥沙水下堆积体的三维形态分布，克服传统经验方法的局限，且所需资料相对较少且便于收集，可操作性强，具有较高的实用性和可推广性，可为卸泥作业提供技术支撑，为疏浚工程规划、生态环境保护提供重要参考。

技术领域

本发明涉及实时预报技术领域，具体为一种泥沙水下堆积体形成过程中变化形态的计算方法。

背景技术

港口建设维护、海底隧道、管道铺设等过程中会产生大量的疏浚土，以往疏浚土由耙吸式挖泥船处理，运至指定海域处置，沉积物云的扩散将带来一些环境污染。随着吹填和河道整治工程中疏浚泥沙利用率的提高，疏浚土的水下扩散将导致另一个问题，即泥沙水下堆积体需要二次搬运才能满足工程要求。泥沙水下堆积体形态做为反映泥沙颗粒团沉降特性的宏观参数，可作为抛沙活动准确性及合理性的量化指标。在不同的水环境中，泥沙的天然属性和水动力的作用均会对颗粒团的沉降扩散及堆积体的形成产生影响，因此，若能在抛沙前对泥沙水下堆积体的形态进行正确计算，可以有效的提高疏浚土的利用效率，推进疏浚抛沙吹填作业的低成本、精细化发展。

发明内容

本发明提供一种泥沙水下堆积体形成过程中变化形态的计算方法，有效的提高疏浚土的利用效率，推进疏浚抛沙吹填作业的低成本、精细化发展。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种泥沙水下堆积体形成过程中变化形态的计算方法，包括如下步骤：

S1、采集抛沙的泥沙参数及所在水域的水动力参数；

S2、构建泥沙水下堆积体形态变化过程的基本表达式，包括：

(1)、构建静水下泥沙水下堆积体形态变化过程的表达式：

(2)、获取紊流状态水体的变量，变量包括移动坐标系及流速时均量和脉动分量；

(3)、将变量引入步骤(1)中，构建动水条件下泥沙水下堆积体形态变化过程的表达式；

其中，t_p为抛沙历时，Q_s为抛沙率，t为时间，E₀扩散系数，M为瞬时抛沙量，E_Tx、E_Ty为x、y方向的紊动扩散系数；

S3、确定泥沙水下堆积体的形态特征量，包括堆积体波峰高度、堆积体辐射长度、泥沙堆积体中心点偏移距离和由紊流引起的扩散长度；

S4、将形态特征量带入动水条件下形态变化过程方程，实现对泥沙水下堆积体形态变化的计算。

优选的，在步骤S1中，抛沙的实际泥沙参数、包括泥沙中值粒径、抛沙处水深、抛沙历时和环境流速。

优选的，在步骤S2中，构建静水下泥沙水下堆积体形态变化过程的表达式，具体包括：

a、基于扩散理论，推导二维扩散方程的特解：

其中，S为泥沙浓度，t为时间，E_x、E_y为沿着x、y方向的扩散系数，M为瞬时抛沙量；