[发明专利]一种预测黄河河道冲刷的方法

摘要

本发明涉及一种水利工程汛期险情预测方法，特别涉及一种洪水期间对黄河河道是否发生冲刷进行预测，为防汛抢险提供预警手段的方法，其IPC国际专利分类号E02B 1/00，属于水利领域。本发明提供的预测黄河河道冲刷的方法，在建立数学模型时，引入了代表沉积块本身物理特性的参数，并结合待预测河段的试验及实测数据计算河道沉积块起动临界流速，能够更真实地反映沉积块起动时的受力情况，准确预测每次洪水时河道是否会发生冲刷，并做好相应当抢险准备。

主权项

一种预测黄河河道冲刷的方法，其特征在于，包括以下步骤：(一)建立水流作用下河道沉积块起动流速的数学模型：F_max+F_f‑G‑F_s＝0        (1)式中：F_max为水流作用下沉积块起动时的最大脉动上举力；F_f为沉积块受到的浮力；F_s为沉积块受到的剪断力；G为沉积块重力；γ_m为浑水容重；d、h分别为沉积块的直径与高；γ_s为沉积块的湿容重；J为河道比降；K为河道沉积块起动临界系数；v_S为沉积块起动时的水流速度；g为重力加速度；c为沉积块土体粘聚力；φ为沉积块土体内摩擦角；(二)选取需要预测的险工工程所在河段作为试验河段，在黄河调水调沙前，在试验河段的河道布置视频监控设备和流速测定仪；(三)通过试验或现场实测获得如下参数：河道沉积块的形状参数、沉积块的湿容重γ_s、沉积块的强度参数、浑水容重γ_m和河道比降J；方法如下：（1）河道沉积块的形状参数：沉积块的高度h和直径d根据河道沉积块的高度和面积，将每个河段的沉积块分为多个类别，选取其中数量最多的一类沉积块作为试验沉积块；测量从现场获得的试验沉积块，得到所有块体的高度，采用取平均值或中值的方法确定试验沉积块的高度h；测量每个试验沉积块的周长L，并采用等效周长法确定每个沉积块的直径，然 后采用取平均值或中值的方法确定试验沉积块直径d；（2）进行室内土工试验确定沉积块的湿容重γ_s；（3）进行室内土工试验确定河道沉积块强度参数：土体粘聚力c和土体内摩擦角φ；（4）根据水情预报获得浑水容重γ_m，或者提取发生沉积块起动时的水样，测量水样的浑水容重γ_m；（5）通过现场实测或参考河流地形资料确定河道比降J；(四)实测河道内试验沉积块的实际起动流速v_s0利用视频监控设备和流速测定仪，测定所述试验沉积块实际起动流速v_s0，测定3～5次，计算其平均值(五)确定河道沉积块起动临界系数K将步骤(三)得到的各项参数和步骤(四)得到的实际起动流速平均值代入步骤(一)的数学模型中，联立求解，得到河道沉积块起动临界系数K；(六)将步骤(五)得到河道沉积块起动临界系数K代入步骤(一)的数学模型中，联立求解，即得到该试验河段或类似河段的河道沉积块起动临界流速测算公式：(七)洪水来临时，根据水情预报得到洪水的预计流速和浑水容重γ_m；将步骤(三)获得的沉积块的高度h和直径d、湿容重γ_s、沉积块土体内摩擦角φ及土体粘聚力c和河道比降J代入公式(15)，计算得到本次洪水时沉积块起动临界流速v_S；若本次洪水的预计流速大于该临界流速v_S，则河道会发生冲刷，若本次洪水的预计流速小于该临界流速v_S，则河道不会发生冲刷。