下切性河段水位降幅的控制節(jié)點定位防護方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種下切性河段水位降幅的控制節(jié)點定位防護方法，包括側(cè)蝕區(qū)間與深蝕區(qū)間的劃分；將目標(biāo)河段網(wǎng)格化，建立平面二維水流數(shù)學(xué)模型并進行參數(shù)率定及驗證；將防護工程概化到平面二維水流數(shù)學(xué)模型，確定防護工程的布置區(qū)域及寬度；得到每種工況相應(yīng)的局部比降增幅和上游水位增幅，對每個網(wǎng)格序列分別分析；選取最關(guān)鍵的節(jié)點或其他影響顯著的節(jié)點，對于側(cè)蝕節(jié)點，布置潛鎖壩、護灘帶于支汊或洲灘上，對于深蝕節(jié)點，布置護底帶或潛鎖壩于主槽內(nèi)。本發(fā)明將節(jié)點類型劃分為側(cè)蝕節(jié)點與深蝕節(jié)點，提出了不同類型節(jié)點的守護部位差異，通過對比局部河段布置防護工程的效率，對節(jié)點位置進行精確定位，有力保障了防護工程的最優(yōu)效率。
【專利說明】下切性河段水位降幅的控制節(jié)點定位防護方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水利水運工程【技術(shù)領(lǐng)域】，特別針對水庫下游河床沖刷過程中的水位降落防控，提出了抑制水位降幅的關(guān)鍵節(jié)點河段的定位防護方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水庫下游普遍存在河床沖刷，河床沖刷下切造成中枯水位顯著下降，導(dǎo)致航槽水深減小，兩岸地下水位降低，不利于航運、沿岸取水和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。在下切區(qū)間內(nèi)選取對水位具有控制作用的關(guān)鍵節(jié)點位置，并在這些位置實施守護工程措施，是減小水位降落危害的重要手段，而如何選擇對水位控制作用較強的節(jié)點河段，從而提高工程效率、增加工程效果，是河道防護措施研究中的關(guān)鍵問題。天然河道形態(tài)極不規(guī)則，沿程寬窄相間、深泓凹凸起伏，而水庫下游的河床沖刷存在深蝕、側(cè)蝕兩種方式，不同位置發(fā)生不同的變形方式，對水位具有不同的影響幅度，應(yīng)對節(jié)點位置進行定位、節(jié)點類型進行劃分，并針對性地采取不同措施。已有研究直接將河道深泓縱剖面起伏程度突變或枯期水面線比降突變位置作為節(jié)點河段位置，或者用枯期水面線的沿程落差來篩選節(jié)點河段位置，在工程實踐中應(yīng)用極為不便，而且容易漏選、錯選較為重要的節(jié)點，從而不利于防護工程效果的實現(xiàn)，也會增大經(jīng)濟成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供一種河床下切防護節(jié)點的定位方法，從而使水庫下游下切性河道的水位得到更好的控制。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種下切性河段水位降幅的控制節(jié)點定位防護方法，包括以下步驟:
[0005]步驟1，側(cè)蝕區(qū)間與深蝕區(qū)間的劃分，包括將目標(biāo)河段根據(jù)測點的位置劃分為若干區(qū)間，依據(jù)時段始、末年份各自的水位流量關(guān)系趨勢線，得出各區(qū)間上游點的時段內(nèi)第二造床流量下的水位降幅DZ1和最枯流量下的水位降幅DZ2,求取各區(qū)間上游點的比值DT=DZ1/DZ2，在目標(biāo)河段內(nèi)對DT取平均值DTA，各區(qū)間上游點的DT值分別與DTA值相比較，
[0006]若DT>DTA，則該區(qū)間為側(cè)蝕區(qū)間，側(cè)蝕區(qū)間內(nèi)節(jié)點為側(cè)蝕節(jié)點；
[0007]若DT≤DTA，則該區(qū)間為深蝕區(qū)間，深蝕區(qū)間內(nèi)節(jié)點為深蝕節(jié)點；
[0008]步驟2，將目標(biāo)河段網(wǎng)格化，建立平面二維水流數(shù)學(xué)模型并進行參數(shù)率定及驗證；所述將目標(biāo)河段網(wǎng)格化，包括首先在垂直水流方向的斷面劃線構(gòu)成網(wǎng)格橫斷面，設(shè)有m個網(wǎng)格橫斷面，然后在每個網(wǎng)格橫斷面上分η節(jié)，得到mXn個網(wǎng)格，構(gòu)成η個網(wǎng)格序列，每個網(wǎng)格序列包括沿河岸方向的m個網(wǎng)格；
[0009]步驟3，將防護工程概化到平面二維水流數(shù)學(xué)模型，確定防護工程的布置區(qū)域及寬度，
[0010]所述將防護工程概化到平面二維水流數(shù)學(xué)模型，包括將地形高程按工程高度增加和將工程局部糙率按糙率系數(shù)C增大；[0011]所述確定防護工程的布置區(qū)域及寬度，包括側(cè)蝕節(jié)點防護工程布置于洲灘與支汊，寬度為布置區(qū)域濕周寬度；深蝕節(jié)點防護工程布置于主槽內(nèi)，寬度為主槽內(nèi)濕周寬度。
[0012]步驟4，設(shè)一個節(jié)點的長度包括N個網(wǎng)格橫斷面，對每個網(wǎng)格序列分別得出所有節(jié)點的相應(yīng)工況如下，
[0013]第I種工況取網(wǎng)格序列中第I~N個網(wǎng)格，第I~N個網(wǎng)格構(gòu)成的節(jié)點處于位置1，第2種工況取網(wǎng)格序列中第2~N+2個網(wǎng)格，第2~N+2個網(wǎng)格構(gòu)成的節(jié)點處于位置2，…，第m-N+1種工況取網(wǎng)格序列中第m-N+1~m個網(wǎng)格，第m_N+l~m個網(wǎng)格構(gòu)成的節(jié)點處于位置m-N+1 ；
[0014]按每個節(jié)點的類型為側(cè)蝕節(jié)點或深蝕節(jié)點，對節(jié)點中的N個網(wǎng)格采用步驟3中相應(yīng)的概化結(jié)果，得到每種工況相應(yīng)的局部比降增幅和上游水位增幅；
[0015]步驟5，對每個網(wǎng)格序列分別分析如下，
[0016]根據(jù)步驟4所得每種工況的局部比降增幅和上游水位增幅，求得相應(yīng)局部比降增幅平均值JA和上游水位增幅Λ ZA,得到局部比降增幅大于JA的位置集合S1和上游水位增幅大于Λ ZA的位置集合S2，取S1與S2的并集S1 U S2中的位置均為影響顯著的節(jié)點，取S1與S2的交集S1 n S2中的位置為最關(guān)鍵的節(jié)點；
[0017]步驟6，選取最關(guān)鍵的節(jié)點或其他影響顯著的節(jié)點，對于側(cè)蝕節(jié)點，布置潛鎖壩、護灘帶于支汊或洲灘上，對于深蝕節(jié)點，布置護底帶或潛鎖壩于主槽內(nèi)。
[0018]而且，糙率系數(shù)C根據(jù)下式確定，
【權(quán)利要求】
1.一種下切性河段水位降幅的控制節(jié)點定位防護方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1，側(cè)蝕區(qū)間與深蝕區(qū)間的劃分，包括將目標(biāo)河段根據(jù)測點的位置劃分為若干區(qū)間，依據(jù)時段始、末年份各自的水位流量關(guān)系趨勢線，得出各區(qū)間上游點的時段內(nèi)第二造床流量下的水位降幅DZ1和最枯流量下的水位降幅DZ2,求取各區(qū)間上游點的比值DT=DZ1ZiDZ2,在目標(biāo)河段內(nèi)對DT取平均值DTA，各區(qū)間上游點的DT值分別與DTA值相比較， 若DT>DTA，則該區(qū)間為側(cè)蝕區(qū)間，側(cè)蝕區(qū)間內(nèi)節(jié)點為側(cè)蝕節(jié)點； SDTS DTA，則該區(qū)間為深蝕區(qū)間，深蝕區(qū)間內(nèi)節(jié)點為深蝕節(jié)點； 步驟2，將目標(biāo)河段網(wǎng)格化，建立平面二維水流數(shù)學(xué)模型并進行參數(shù)率定及驗證；所述將目標(biāo)河段網(wǎng)格化，包括首先在垂直水流方向的斷面劃線構(gòu)成網(wǎng)格橫斷面，設(shè)有m個網(wǎng)格橫斷面，然后在每個網(wǎng)格橫斷面上分η節(jié)，得到mXn個網(wǎng)格，構(gòu)成η個網(wǎng)格序列，每個網(wǎng)格序列包括沿河岸方向的m個網(wǎng)格； 步驟3，將防護工程概化到平面二維水流數(shù)學(xué)模型，確定防護工程的布置區(qū)域及寬度，所述將防護工程概化到平面二維水流數(shù)學(xué)模型，包括將地形高程按工程高度增加和將工程局部糙率按糙率系數(shù)C增大； 所述確定防護工程的布置區(qū)域及寬度，包括側(cè)蝕節(jié)點防護工程布置于洲灘與支汊，寬度為布置區(qū)域濕周寬度；深蝕節(jié)點防護工程布置于主槽內(nèi)，寬度為主槽內(nèi)濕周寬度。 步驟4，設(shè)一個節(jié)點的長度包括N個網(wǎng)格橫斷面，對每個網(wǎng)格序列分別得出所有節(jié)點的相應(yīng)工況如下， 第I種工況取網(wǎng)格序列中第I~N個網(wǎng)格，第I~N個網(wǎng)格構(gòu)成的節(jié)點處于位置1，第2種工況取網(wǎng)格序列中第2~N+2個網(wǎng)格，第2~N+2個網(wǎng)格構(gòu)成的節(jié)點處于位置2，…，第m-N+1種工況取網(wǎng)格序列中第m-N+1~m個網(wǎng)格，第m_N+l~m個網(wǎng)格構(gòu)成的節(jié)點處于位置m-N+1 ； 按每個節(jié)點的類型為側(cè)蝕節(jié)點或深蝕節(jié)點，對節(jié)點中的N個網(wǎng)格采用步驟3中相應(yīng)的概化結(jié)果，得到每種工況相應(yīng)的局部比降增幅和上游水位增幅； 步驟5，對每個網(wǎng)格序列分別分析如下， 根據(jù)步驟4所得每種工況的局部比降增幅和上游水位增幅，求得相應(yīng)局部比降增幅平均值JA和上游水位增幅Λ ZA,得到局部比降增幅大于JA的位置集合S1和上游水位增幅大于Λ ZA的位置集合S2，取S1與S2的并集S1 U S2中的位置均為影響顯著的節(jié)點，取S1與S2的交集S1 n S2中的位置為最關(guān)鍵的節(jié)點； 步驟6，選取最關(guān)鍵的節(jié)點或其他影響顯著的節(jié)點，對于側(cè)蝕節(jié)點，布置潛鎖壩、護灘帶于支汊或洲灘上，對于深蝕節(jié)點，布置護底帶或潛鎖壩于主槽內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述下切性河段水位降幅的控制節(jié)點定位防護方法，其特征在于:糙率系數(shù)C根據(jù)下式確定， 其中，C為河床粗化后的糙率系數(shù)，C0為河床粗化前的糙率系數(shù)，D0為粗化后的床沙中值粒徑，D為粗化前的床沙中值粒徑，k0> k為河床粗化前后的有關(guān)系數(shù)。
【文檔編號】E02B3/02GK103590363SQ201310610460
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月26日
【發(fā)明者】孫昭華, 韓劍橋, 曹綺欣 申請人:武漢大學(xué)