调度，制造人造洪峰，将小浪底水库淤积的泥沙冲走，人造洪峰由于含沙量大， 挟沙力也大，在洪峰流量较大时，会对下游河床造成冲刷，将下游河道中淤积的泥沙带入大 海。通过调水调沙，可以保证小浪底水库的库容，同时防止黄河下游河道进一步淤积抬高。 黄河进行调水调沙，是实测河道冲刷的最好时机。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，利用支 架将所述视频监控设备和流速测定仪固定在河底，全程记录河道冲刷发生和发展过程，实 际测试河道冲刷开始时沉积块起动流速vs。
[0058] (三）通过试验或现场实测获得如下参数：河道沉积块的高度h和直径d、沉积块 的湿容重ys、沉积块土体内摩擦角巾及土体粘聚力c、浑水容重ym和河道比降J;方法如 下：
[0059] 1.河道沉积块的形状参数：高度（即厚度）h和直径d
[0060] 根据河道沉积块的厚度和面积，对沉积块分类，将厚度和面积相近的沉积块作为 一类，由于河道沉积块的形状差别较大，每个河段的沉积块可以分为多个类别，选取其中数 量最多的一类沉积块作为试验沉积块；根据现场所获得的试验沉积块，测量所有块体厚度， 采用取平均值或中值的方法确定试验沉积块高度h。
[0061] 直径d:所取试验沉积块多为不规则形状，测量其周长L，采用等效周长法确定所 有块体的直径，即所等效的圆形的直径^ = 然后采用取平均值或中值的方法确定试验 n 沉积块直径d。
[0062] 2.河道沉积块的湿容重ys
[0063] 河道沉积块的湿容重按照《土工试验规程》(SL237-1999)(第10章节）和《水电水 利工程土工试验规程》（DLT5355-2006)(第8. 1、8. 2章节）相关规范进行室内试验获取。
[0064] 3?沉积块强度参数：土体粘聚力c和土体内摩擦角小
[0065] 河道沉积块土体粘聚力c和土体内摩擦角巾是按照《土工试验规程》 (SL237-1999)(第20、21章节）和《水电水利工程土工试验规程》(DLT5355-2006)(第19. 4、 19. 5、19. 6章节）相关规范进行室内试验获取。
[0066] 4.浑水容重ym
[0067] 可以利用现有的各种公式或下面的公式（17)计算浑水容重
[0068] ym=y+(ys-y)sv(W
[0069] 式中，y为水的容重，是固定值，ys为洪水中泥沙的容重，sv为洪峰含沙量，ys 和\都可以由河段上游或临近的水文站测量并预报出来，根据需要，上游水文站也可以直 接提供实测得到的洪水的浑水容重。也可以在所选定的试验河段内，在发生冲刷过程中 取水，通过室内试验完成浑水容重的测定。
[0070] 5?河道比降J
[0071] 河道比降J的取值可以参考地区河流地形资料或现场实测。
[0072] (四）实测河道内试验沉积块的实际起动流速vs。
[0073] 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vs。，测定 3~5次，计算其平均值。
[0074] (五）确定河道沉积块起动临界系数K
[0075] 将步骤（四）得到的河道沉积块的平均值巧〇代入式（16)，计算得到河道沉积块 起动临界系数K的数值。
[0076] (六）将步骤（五）得到河道沉积块起动临界系数K代入公式（15)，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vs测算公式。
[0077] (七）每次洪水来临时，根据水情预报得到洪水的浑水容重y将步骤（三）获 得的沉积块的高度h和直径d、湿容重ys、沉积块土体内摩擦角巾及土体粘聚力c和河道 比降J代入公式（15)，即可计算得到本次洪水时沉积块起动临界流速vs;根据水情预报，若 本次洪水的预计流速大于该临界流速vs，则河道会发生冲刷，防汛部门应当做好相应的抢 险准备；若本次洪水的预计流速小于该临界流速vs，则河道不会发生冲刷。
【主权项】
1. 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：式中为水流作用下沉积块起动时的最大脉动上举力；Ff为沉积块受到的浮力；FS 为沉积块受到的剪断力；G为沉积块重力；Yni为浑水容重；d、h分别为沉积块的直径与高； ys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；vs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；巾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 Ys、沉积块的强度参数、浑水容重Yni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Ys;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和土体内摩擦角小；4. 根据水情预报获得浑水容重Yni，（或者提取发生沉积块起动时的水样，测量水样的 浑水容重yn);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Vs。 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vs(]，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Yni;将步骤（三） 获得的沉积块的高度h和直径d、湿容重ys、沉积块土体内摩擦角巾及土体粘聚力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vs;若本次洪水的预计 流速大于该临界流速vs，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vs，则 河道不会发生冲刷。
【专利摘要】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。
【IPC分类】E02B1/00
【公开号】CN105040627
【申请号】CN201510260414
【发明人】于文堂, 董纪全, 申君荣, 边一飞, 周盼山, 张传河, 方冠卿, 刘兴燕, 董继坤, 王海雷
【申请人】于文堂
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年5月20日