水动力作用下不同区域河床演变的水位响应评估方法技术

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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。 
技术介绍
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。 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。 
技术实现思路
本专利技术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。 本专利技术是这样实现的： 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: 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～n，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Vmax=Dmaxk,]]>则： 一类：不稳定区 河长为Lus＝(30％±1％)×Lt； 区域河床平均冲刷深度Dusav＝(310％±15％)×Dav； 区域河床最大冲刷深度Dusmax＝(1350％±50％)×Dav； 区域河床平均下切速度区域河床最大下切速度二类：过渡区 河长为Ltr＝(15％±1％)×Lt； 区域河床平均冲刷深度Dtrav＝(67％±3％)×Dav； 区域河床最大冲刷深度Dtrmax＝(376％±10％)×Dav； 区域河床平均下切速度区域河床最大下切速度三类：稳定区 河长为Ls＝(55％±1％)×Lt； 区域河床平均冲刷深度Dsav＝(17％±1％)×Dav； 区域河床最大冲刷深度Dsmax＝(89％±4％)×Dav； 区域河床平均下切速度区域河床最大下切速度步骤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。 本专利技术的优点在于：1、可探明径流与海潮共同作用下，天然河床未来的演变特性，明确哪些区域河床基本稳定，哪些区域河床仍将下切，但幅度不大，哪些区域河床仍可能大幅度下切，为涉河工程建设提供技术支持；2、可预报径流、潮汐共同作用下，未来河道水位、流速、河流分叉口、汇合口的分流比、潮流界、潮区界等水力要素的变化规律。 【附图说明】下面参照附图结合实施例对本专利技术作进一步的描述。 图1是本专利技术具体实施例闽江下游造床径流发生前的天然河床实测数字化地形图。 图2是本专利技术具体实施例闽江下游造床径流发生后的天然河床实测数字化地形图。 图3是本专利技术具体实施例的对水沙计算数学模型进行水位验证图。 图4是本专利技术具体实施例的对水沙计算数学模型进行悬移质含沙量验证图。 图5是本专利技术具体实施例的对水沙计算数学模型进行地形冲淤验证图。 图6是本专利技术具体实施例的水动力作用下闽江下游河床演变特点图。 图7是本专利技术具体实施例的水动力作用下河床演变三类分区图。 图8是本专利技术具体实施例的水动力作用下发生一类河演水口水电站坝下断面枯季水位变化规律图。 图9是本专利技术具体实施例的水动力作用下发生二类河演水口水电站坝下断面枯季水位变化规律图。 图10是本专利技术具体实施例的水动力作用下发生三类河演水口水电站坝下断面枯水水位变化规律图。 【具体实施方式】下面以一具体实施例来说明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: 步骤1：收集福建省闽江上的华东地区最大水电站水口水电站建成后的1995年1月至2010年11月共计5750天径流资料，确定造床流量为2005年的洪峰流量30600m3/s和2006年的洪峰流量29400m3/s；潮型选择造床径流发生日闽江河口琯头水文站实测潮位过程。 步骤2：采集闽江下游造床径流发生前的2003年(如图1所示)和造床径流发生后的2008天然河床实测数字化地形图(如图2所示)。 步骤3：采集闽江下游天然河床93km，300个钻孔的地质资料；确定天然河床各断面沙层埋深、沙层宽度，计算沙层面积和沙层当量埋深。上边界为水口水电站实测下泄流量过程，下边界为闽江口琯头和梅花水文站实测水位过程线。 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：对水沙计算数学模型进行水位验证(如图3所示)、悬移质含沙量验证(如图4所示)、地形冲淤验证(如图5所示)。 步骤7：验证满意后，通过6次选定的造床径流与潮流共同作用，将天然河床演变性质分为不稳定区、过渡区和稳定区。 具体包括：根据闽江实际情况，通过6次2005年和2006年造床径流与潮流共同作用，得到闽江下游河床演变状态，提取234个断面河床变形图，每5个断面为一组，共计58组，每组取其平均值，得水动力作用下闽江下游本文档来自技高网...

【技术保护点】
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～n，河床总平均下切深度Dav=Σi=1nDimaxn,i=1~n,]]>河床总平均下切速度Vav=Davk,]]>河床总平均最大下切速度Vmax=Dmaxk,]]>则：一类：不稳定区河长为Lus＝(30％±1％)×Lt；区域河床平均冲刷深度Dusav＝(310％±15％)×Dav；区域河床最大冲刷深度Dusmax＝(1350％±50％)×Dav；区域河床平均下切速度区域河床最大下切速度二类：过渡区河长为Ltr＝(15％±1％)×Lt；区域河床平均冲刷深度Dtrav＝(67％±3％)×Dav；区域河床最大冲刷深度Dtrmax＝(376％±10％)×Dav；区域河床平均下切速度区域河床最大下切速度三类：稳定区河长为Ls＝(55％±1％)×Lt；区域河床平均冲刷深度Dsav＝(17％±1％)×Dav；区域河床最大冲刷深度Dsmax＝(89％±4％)×Dav；区域河床平均下切速度区域河床最大下切速度步骤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。...

【技术特征摘要】
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～n，河床总平均下切深度
Dav=Σi=1nDimaxn,i=1~n,]]>河床总平均下切速度Vav=Davk,]]>河床总平均最大下
切速度Vmax=Dmaxk,]]>则：
一类：不稳定区
河长为Lus＝(30％±1％)×Lt；
区域河床平均冲刷深度Dusav＝(310％±15％)×Dav；
区域河床最大冲刷深度Dusmax＝(13...

【专利技术属性】
技术研发人员：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(专利权)人：福建省水利水电勘测设计研究院，
类型：发明
国别省市：福建;35