[发明专利]一种弯曲河道河床冲淤变形的估算方法

权利要求书

1.一种弯曲河道河床冲淤变形的估算方法，其特征在于，该方法采用周期函数描述弯曲河道河岸处河床冲淤变形的沿程变化规律，采用指数函数描述弯曲河道横断面上河床冲淤变形的横向变化规律，据此估算弯曲河道内任意一个待估点的河床冲淤变形；在待估河道内布置若干待估点，通过对布置的若干待估点的冲淤变形数据的估算，从而得到整个弯曲河道的河床冲淤变形；

其中，任意一个待估点的河床冲淤变形的估算方法具体为：

1)待估点所在断面的两岸处的河床冲淤变形分别为：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\Δz}}_{bl}=\frac{{\left({\mathrm{\Δz}}_b\right)}_{\max }^{deposition}+{\left({\mathrm{\Δz}}_b\right)}_{\max }^{erosion}}{4}-\frac{{\left({\mathrm{\Δz}}_b\right)}_{\max }^{deposition}-{\left({\mathrm{\Δz}}_b\right)}_{\max }^{erosion}}{2}\sin \[2\mathrm{\π}({\mathrm{\ξ}}_c-{\mathrm{\ξ}}_{c0})\]\\ -\frac{{\left({\mathrm{\Δz}}_b\right)}_{\max }^{beposition}+{\left({\mathrm{\Δz}}_b\right)}_{\max }^{erosion}}{4}\cos \[4\mathrm{\π}({\mathrm{\ξ}}_c-{\mathrm{\ξ}}_{c0})\],\end{array}---\left(1\right)$

$\begin{array}{c}{\mathrm{\Δz}}_{br}=\frac{{\left({\mathrm{\Δz}}_b\right)}_{\max }^{deposition}+{\left({\mathrm{\Δz}}_b\right)}_{\max }^{erosion}}{4}+\frac{{\left({\mathrm{\Δz}}_b\right)}_{\max }^{deposition}-{\left({\mathrm{\Δz}}_b\right)}_{\max }^{erosion}}{2}\sin \[2\mathrm{\π}({\mathrm{\ξ}}_c-{\mathrm{\ξ}}_{c0})\]\\ -\frac{{\left({\mathrm{\Δz}}_b\right)}_{\max }^{beposition}+{\left({\mathrm{\Δz}}_b\right)}_{\max }^{erosion}}{4}\cos \[4\mathrm{\π}({\mathrm{\ξ}}_c-{\mathrm{\ξ}}_{c0})\],\end{array}---\left(2\right)$

式中，Δz_bl和Δz_br分别为待估点所在断面的左岸和右岸处的河床冲淤变形；为河岸处的最大淤积高度，且为正值；为河岸处的最大冲刷深度，且为负值；ξ_c为待估点所在断面的无量纲纵向坐标，且ξ_c＝l_c/L，l_c为沿河道断面中心线测量的待估点所在断面上游距该断面最近的正拐点断面至待估点所在断面的有向距离，L为沿河道断面中心线测量的弯曲河道一个周期的长度；ξ_c0为待估点所在断面上游距该断面最近的不冲不淤断面的无量纲纵向坐标，且ξ_c0与ξ_c具有同样的数学形式；

2)根据1)中得到的待估点所在断面的两岸处的河床冲淤变形Δz_bl和Δz_br，通过公式3计算待估点的河床冲淤变形，具体为：

$\frac{{\mathrm{\Δz}}_b}{B}=-{\mathrm{\βe}}^{-\mathrm{\α}\mathrm{\η}}+\mathrm{\γ}---\left(3\right)$

式中，Δz_b为待估点的河床冲淤变形；η为待估点的无量纲横向坐标，且η＝y/B，y为沿待估点所在断面测量的断面左岸至待估点的有向距离，B为待估点所在断面的宽度；α、β和γ均为无量纲系数，α通过求解公式4得到，β和γ分别根据公式5和6得到：

$\frac{1}{e^{-\mathrm{\α}}-1}(\frac{{\mathrm{\Δz}}_{bl}}{B}-\frac{{\mathrm{\Δz}}_{br}}{B})\[e^{-\mathrm{\α}}(\mathrm{\α}\frac{R_r}{B}-1)-\mathrm{\α}\frac{R_l}{B}+1\]+\frac{{\mathrm{\α}}^2}{e^{-\mathrm{\α}}-1}(\frac{{\mathrm{\Δz}}_{bl}}{B}{e}^{-\mathrm{\α}}-\frac{{\mathrm{\Δz}}_{br}}{B})\frac{R}{B}=0---\left(4\right)$

$\mathrm{\β}=\frac{1}{e^{-\mathrm{\α}}-1}(\frac{{\mathrm{\Δz}}_{bl}}{B}-\frac{{\mathrm{\Δz}}_{br}}{B})---\left(5\right)$

$\mathrm{\γ}=\frac{1}{e^{-\mathrm{\α}}-1}(\frac{{\mathrm{\Δz}}_{bl}}{B}{e}^{-\mathrm{\α}}-\frac{{\mathrm{\Δz}}_{br}}{B})---\left(6\right)$

式中，R为待估点所在断面中心线的曲率半径，R_l＝R+B/2，R_r＝R-B/2。