[发明专利]一种基于饱和输沙原理的沙质内河航道回淤量预报方法

说明书

一种基于饱和输沙原理的沙质内河航道回淤量预报方法，1、划分回淤计算单元；2、统计各单元内的实测冲淤量；3、建立二维水流模型并验证，计算沿程水位、流速和流向；4、将步骤3计算结果和底质中值粒径代入推移质输沙率公式，统计净输沙量；5、将实测冲淤量和净输沙量比对验证，调整率定推移质输沙率公式的计算参数，使实测值及其空间分布与计算值相吻合；6、采用步骤3计算的工程后各单元的水位、流速和流向，采用步骤5确定的输沙率公式参数，按步骤4预报拟建航道的回淤量。本发明计算方法简洁、高效，克服了以往底沙回淤预测难于回避现场底沙观测、室内模拟的缺陷，丰富了内河航道回淤预报方法。

技术领域

本发明涉及水运交通领域中内河航道回淤量计算方法，特别是一种基于饱和输沙原理的沙质内河航道回淤量预报方法。

背景技术

航道回淤问题一直是航道建设和维护的关键技术问题，也是港口航道工程师关注的焦点。国内外许多学者通过野外观测和室内研究等手段，围绕航道回淤开展了大量的研究工作，主要的研究方法可分为四类：半经验半理论公式、现场观测、物理模型、数学模型。由于现场观测和物理模型研究耗时长、投入较大，泥沙数学模型对底沙回淤估算的精度有限，因此，利用半理论半经验公式进行回淤估算受到港口航道工程师的青睐。

目前，国内外比较常用的回淤预报公式大部分是在开敞粉砂、淤泥质海岸港口及航道工程的基础上发展起来的，且主要考虑悬沙落淤对航道回淤的贡献，极少数公式考虑波、流共同作用下的底沙回淤，适用范围为河口及外海航道。沙质内河航道回淤泥沙运动形式主要以底沙输移为主，由于底沙测量技术不成熟、运动理论不清晰，目前关于内河航道回淤预报公式和方法尚处于探索阶段。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服以往航道回淤预报公式主要考虑悬沙沉降的不足，提供一种适用于河床底质为沙质（粉沙、细沙和中沙）、泥沙运动形式以底沙输移为主的内河航道回淤量预报方法，且计算效率和精度能满足工程需要。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案。

本发明包括以下步骤：

步骤1，划分回淤计算单元：根据河道自然条件和工程方案将拟建航道划分为多个回淤计算单元；

步骤2，统计各回淤计算单元内的实测冲淤量：采用实测地形资料进行冲淤分析，并统计各回淤计算单元内的净冲刷量或淤积量；

步骤3，建立平面二维水流数学模型并验证，计算航道沿程各回淤计算单元水位、流速和流向：根据研究区域地形测量和水文测验资料，建立平面二维水流数学模型，并采用数值方法对其求解，利用实测水文资料对平面二维水流数学模型的参数进行率定和验证，验证结果达到内河航道与港口水流泥沙模拟技术规程规定的精度要求后，进行水流数值模拟；

步骤4，计算各回淤计算单元的净输沙量：依据实测资料确定航道沿程河床底质中值粒径，基于饱和输沙原理，将所述步骤3计算结果和河床底质中值粒径代入Engelund-Hanson推移质输沙率公式（4），计算各回淤计算单元边界的推移质输沙率，并统计各回淤计算单元在时间域内的净输沙量；

步骤5，率定推移质输沙率公式的计算参数：将所述步骤2统计的回淤计算单元内实测冲淤量和步骤4计算的净输沙量比对验证，并调整推移质输沙率公式（4）的计算参数，使实测值及其空间分布与计算值相吻合；

步骤6，预报拟建航道的回淤量：采用所述步骤3计算整治工程及疏浚工程后的各回淤计算单元的水位、流速和流向，利用所述步骤5确定的推移质输沙率公式（4）的计算参数，按所述步骤4预报拟建航道的回淤量；

由此，完成基于饱和输沙原理的沙质内河航道回淤量预报全过程。

在步骤3中，所述的平面二维水流数学模型的控制方程式分别是：

（1）

（2）

（3）