[发明专利]一种平面涡旋水流作用下河床冲淤的计算方法

权利要求书

1.一种平面涡旋水流作用下河床冲淤的计算方法，其特征在于，包括：

步骤1、收集需计算平面涡旋水流作用下河床冲淤的河道基础资料；

步骤2、根据步骤1的河道基础资料，依据河流模拟理论，建立平面二维或三维水流泥沙运动数学模型；

步骤3、依据步骤1的河道基础资料，根据步骤2的平面二维或三维水流泥沙运动数学模型，计算河道水流流速分布、水深、平面涡旋水流结构以及泥沙输移信息；

步骤4、根据步骤3的计算结果，依据涡旋作用下泥沙运动受力分析和动力机理，以及流体力学运动理论，引入平面涡旋水流作用下的上升力以及对应的等效重力加速度系数，计算平面涡旋水流作用下泥沙的有效重力加速度；

步骤5、根据步骤4的平面涡旋水流作用下泥沙的有效重力加速度，依据泥沙沉降理论，修正计算平面涡旋水流作用下泥沙的沉降速度；

步骤6、根据步骤4的平面涡旋水流作用下泥沙的有效重力加速度以及步骤5修正计算得到的沉降速度，依据泥沙输沙能力理论，修正计算平面涡旋水流作用下泥沙输沙能力；

步骤7、根据步骤5修正计算得到的沉降速度和步骤6修改计算得到的泥沙输沙能力，依据河床冲淤变形理论，计算获得平面涡旋水流作用下河床冲淤值；

步骤4所述计算平面涡旋水流作用下泥沙的有效重力加速度，公式为：

式中：g_涡旋为平面涡旋水流作用下的泥沙有效重力加速度；g为正常重力加速度；为平面涡旋水流作用上升力对应的等效重力加速度系数，u_ω为涡旋速度，λ为率定参数；

步骤5所述修正计算平面涡旋水流作用下泥沙的沉降速度，公式为：

式中：ω_涡旋平面涡旋水流作用下泥沙沉降速度；k为平面涡旋水流区泥沙沉降率定系数；γ_s为泥沙实测容重；γ为水体实测容重；g_涡旋为平面涡旋水流作用下的泥沙有效重力加速度；D为实测泥沙粒径；

步骤6所述修正计算平面涡旋水流作用下泥沙输沙能力，公式为：

式中：S^*_涡旋为平面涡旋水流作用下泥沙输沙能力；K为平面涡旋水流区泥沙输沙能力率定系数；u为水流流速；g_涡旋为平面涡旋水流作用下的泥沙有效重力加速度；h为平面涡旋水流区水深；ω_涡旋平面涡旋水流作用下泥沙沉降速度；

步骤7所述计算获得平面涡旋水流作用下河床冲淤值，公式为：

式中：ΔZ_涡旋为平面涡旋水流作用下河床冲淤值；ρ_b为实测河床泥沙干容重；ω_涡旋平面涡旋水流作用下泥沙沉降速度；S为数学模型计算得到的平面涡旋水流区泥沙含量；S^*_涡旋为平面涡旋水流作用下泥沙输沙能力；Δt为计算时间长度。

2.根据权利要求1所述的一种平面涡旋水流作用下河床冲淤的计算方法，其特征在于，步骤1所述河道基础资料包括河道地形资料和水文资料；

所述水文资料包括流量、水位、来沙量过程资料。

3.根据权利要求2所述的一种平面涡旋水流作用下河床冲淤的计算方法，其特征在于，所述步骤2，根据河道地形资料，依据河流模拟理论，基于各向异性紊流模式，建立平面二维或三维水流泥沙运动数学模型。