[发明专利]一种拦河建筑物坝前泥沙淤积体平均坡角的确定方法

权利要求书

1.一种拦河建筑物坝前泥沙淤积体平均坡角的确定方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1.1，统计拦河建筑物上游河道的多年平均日流量和拦河建筑物前的平均水位，将其作为拦河建筑物的特征下泄流量Q和特征水位Z；

步骤1.2，统计拦河建筑物上游附近河道的平均宽度B和河床平均高程Z₀；

步骤1.3，根据流速的概率分布，预测拦河建筑物前淤积泥沙的平均粒径D₀；

步骤1.4，选取不同粒径的泥沙，开展均匀沙条件下的水下坡角实验，拟合得到泥沙粒径与泥沙水下坡角的关系；

步骤1.5，根据步骤1.4中的水下坡角与泥沙粒径的关系式，计算得到该粒径的水下坡角，即得到拦河建筑物坝前泥沙淤积体的平均坡角；

所述的拦河建筑物坝前泥沙淤积体的平均坡角的计算过程如下：

拟合出均匀沙粒径与水下坡角的关系，再根据该关系式确定泥沙堆积体平均坡角，均匀沙粒径与水下坡角的关系为：

y＝34+2.1lnD₀

式中，y为泥沙水下坡角，D₀的床面泥沙平均粒径；拦河建筑物坝前泥沙淤积体的平均坡角的计算方法为：

其中，ρ_s为泥沙密度，ρ为水体密度，g为重力加速度，n为河道糙率，Q为特征下泄流量，B为河道的平均宽度，Z为特征水位，Z₀为河床平均高程。

2.根据权利要求1所述的一种拦河建筑物坝前泥沙淤积体平均坡角的确定方法，其特征在于，所述的预测拦河建筑物前淤积泥沙的平均粒径D₀包括如下步骤：

步骤2.1，拦河建筑物坝前泥沙淤积体颗粒运动过程中粒径与水流紊动密切相关，符合如下概率分布

式中，D为拦河建筑物坝前泥沙淤积体的泥沙粒径，为泥沙颗粒附近瞬时的平均流速，ρ_s为泥沙密度，ρ为水体密度，g为重力加速度，u_*为摩阻流速，R为水力半径，J为能坡；

步骤2.2，根据泥沙粒径的概率分布确定平均粒径为：

式中，D₀为拦河建筑物前淤积泥沙的平均粒径；φ(D)为淤积泥沙的概率分布函数；积分后可得到泥沙的平均粒径表达式：

式中R为水力半径，u_*为摩阻流速，J为能坡，ρ_s为泥沙密度，ρ为水体密度，g为重力加速度。

3.根据权利要求2所述的一种拦河建筑物坝前泥沙淤积体平均坡角的确定方法，其特征在于，所述的拦河建筑物的特征下泄流量Q采用下式计算：

则变为：式中n为河道糙率，A为特征下泄流量Q条件下坝前过水面积A＝B(Z-Z₀)，水力半径R＝Z-Z₀。

4.根据权利要求3所述的一种拦河建筑物坝前泥沙淤积体平均坡角的确定方法，其特征在于，根据所述的特征下泄流量Q计算得到拦河建筑物前泥沙淤积体的平均粒径：