水动力作用下不同区域河床演变的水位响应评估方法
【专利摘要】水动力作用下不同区域河床演变的水位响应评估方法，收集待评估河道区域有水文记录以来的径流资料，确定造床流量，潮型选择造床径流发生日河口实测潮位过程；采集造床径流发生日前后天然河床实测地形图；采集天然河床地质资料，确定各断面沙层埋深，沙层宽度；通过土工试验确定推移质与悬移质的特征参数；依据上述基础数据，建立水沙计算数学模型；通过水位验证、悬移质含沙量验证、地形冲淤验证，律定天然河床糙率；造床径流与潮流共同作用下天然河床演变性质分析，即水动力作用下河床演变性质三类划分；预报水动力作用下的未来河道水位变化规律。
【专利说明】【【技术领域】】
[0001] 本发明涉及水力学及河流动力学技术开发领域，具体的说是一种水动力作用下不 同区域河床演变的水位响应评估方法。 水动力作用下不同区域河床演变的水位响应评估方法 【【背景技术】】
[0002] 天然河床在径流与海潮等自然水动力作用下，或由于挖沙、筑坝等人为干预发生 变形的自然现象，称之为河床演变。河床演变的影响涉及面广，"牵一发而动全身"，因河床 演变，福建省闽江上的华东地区最大水电站水口水电站、晋江上的金鸡大型水闸、九龙江上 的北引大型水闸和西溪大型水闸等重要水利设施的部分功能丧失、或遭受严重破坏，甚至 重建，造成巨大经济损失；不仅如此，由于河床演变，闽江和九龙江上有数百年历史的万寿 桥、洪山古桥、江东古桥和十五户陂相继被毁，河床演变还使水动力条件发生变化，河口退 缩、湿地消失、咸潮上溯，福建省省会城市福州的一些水源地取水口因河床演变导致水流条 件改变，氯离子浓度一度超标十倍，漳州市宝新引水工程和漳州市第二自来水厂因水动力 条件变化而报废，严重影响农田灌溉和城市饮用水安全。
[0003] 在自然力的作用下，未来河床的演变方向，是掌握在径流与海潮共同作用下未来 河流运动规律变化关键，直接关系到城市取水口、跨江桥梁、穿江地铁，航运及城市堤防等 涉河建筑物的安全，对河流两岸经济社会的可持续发展至关重要。 【
【发明内容】
】
[0004] 本发明提供了一种水动力作用下不同区域河床演变的水位响应评估方法，该方法 能够揭示水动力作用下天然河床的变形特性，确定在径流与海潮共同作用下，天然河流各 过水断面未来水位变化规律，为涉河建筑物的建设服务。
[0005] 本发明是这样实现的：
[0006] 水动力作用下不同区域河床演变的水位响应评估方法，包括如下步骤：
[0007] 步骤1 :收集待评估河道区域有水文记录以来的径流资料，确定造床流量，潮型选 择造床径流发生日河口实测潮位过程；
[0008] 步骤2 :采集造床径流发生日前后天然河床实测地形图；
[0009] 步骤3 :采集天然河床地质资料，确定各断面沙层埋深，沙层宽度；
[0010] 步骤4 :通过土工试验确定推移质与悬移质的特征参数；
[0011] 步骤5 :依据上述基础数据，建立水沙计算数学模型；
[0012] 步骤6 :通过水位验证、悬移质含沙量验证、地形冲淤验证，律定天然河床糙率；
[0013] 步骤7 :造床径流与潮流共同作用下天然河床演变性质分析，即水动力作用下河 床演变性质三类划分：具体包括：
[0014] 设天然河道总长度为Lt，提取河道计算断面数为n，经k次水动力作用， 提取河道各计算断面最大冲刷深度为Dimax，i = 1?η,河床总平均下切深度 河床总平均下切速度 河床总平均最大下切速度
【权利要求】
1.水动力作用下不同区域河床演变的水位响应评估方法，其特征在于：包括如下步 骤： 步骤1 :收集待评估河道区域有水文记录以来的径流资料，确定造床流量，潮型选择造 床径流发生日河口实测潮位过程； 步骤2 :采集造床径流发生日前后天然河床实测地形图； 步骤3 :采集天然河床地质资料，确定各断面沙层埋深，沙层宽度； 步骤4 :通过土工试验确定推移质与悬移质的特征参数； 步骤5 :依据上述基础数据，建立水沙计算数学模型； 步骤6 :通过水位验证、悬移质含沙量验证、地形冲淤验证，律定天然河床糙率； 步骤7 :造床径流与潮流共同作用下天然河床演变性质分析，即水动力作用下河床演 变性质三类划分：具体包括： 设天然河道总长度为Lt，提取河道计算断面数为n，经k次水动力作用， 提取河道各计算断面最大冲刷深度为Dimax，i = 1?η,河床总平均下切深度 Σ 、、 D 、、 -Μ- 河床总平均下切速度 -^河床总平均最大下切速度 Dav= n ，i=l ~ n， Vav= k , D 」^则： Vmax= k， 一类：不稳定区 河长为 Lus = (30% ±1% ) XLt ; 区域河床平均冲刷深度Dusav = (310% ±15% ) XDav ; 区域河床最大冲刷深度Dusmax = (1350% ±50% ) XDav ; D 区域河床平均下切速度 f Vusav= ^ ; D 区域河床最大下切速度 Vusmax= ^ ; 二类：过渡区 河长为 Ltr = (15% ±1% ) XLt ; 区域河床平均冲刷深度Dtrav = (67% ±3% ) XDav ; 区域河床最大冲刷深度Dtrmax = (376% ±10% ) XDav ; A 区域河床平均下切速度 f Vtrav= ^ ; Dtr_ 区域河床最大下切速度 一~^ Vtrmax=允; 三类：稳定区 河长为 Ls = (55% ±1% ) XLt ; 区域河床平均冲刷深度Dsav = (17% ±1% ) XDav ; 区域河床最大冲刷深度Dsmax = (89% ±4% ) XDav ; D 区域河床平均下切速度 f Vs= k ； D 区域河床最大下切速度 Vsmax^ ^ ; 步骤8:预报水动力作用下，未来河道水位变化规律：以一类区域Lus河长下切 Dusmax，同时，保持二、三类区域为现状地形，通过已建立的数学模型计算可以预测一类区 域发生河床最大冲刷深度时，天然河床各个断面水位变化规律；以二类区域Ltr河长下切 Dtrmax，同时，保持一、三类区域为现状地形，通过已建立的数学模型计算可以预测二类区 域发生河床最大冲刷深度时，天然河床各个断面水位变化规律；以三类区域Ls河长下切 Dsmax，同时，保持一、二类区域为现状地形，通过已建立的数学模型计算可以预测三类区域 发生河床最大冲刷深度时，天然河床各个断面水位变化规律。
【文档编号】E02B1/00GK104047256SQ201410207275
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年5月16日 优先权日:2014年5月16日
【发明者】杨首龙, 林琳, 吴时强, 何承农, 叶丽清, 黄梅琼, 胡朝阳, 夏厚兴, 薛泷辉 申请人:福建省水利水电勘测设计研究院