[发明专利]多约束条件下水电站坝前河床冲淤变形的计算方法

权利要求书

1.多约束条件下水电站坝前河床冲淤变形的计算方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一，确定包含水工建筑物的研究区域，对研究区域进行网格剖分，采用实测地形高程数据进行插值，得到网格节点上的高程；

步骤二，分类列出步骤一确定的研究区域中所有的边界条件，进行水文资料分析，选取典型的计算条件；

步骤三，建立包含研究区域的平面二维数学模型并进行验证，率定得到研究区域的糙率；

步骤四，不考虑发电站取水口的影响，采用步骤二中的边界条件，模型进口断面给定流量边界条件，出口断面采用开边界条件，流速梯度为0，并根据水电站的调度方式给出出口断面的水位控制条件；

步骤五，采用步骤三建立的平面二维数学模型，按照步骤四中的边界条件，计算得到上游边界的水位；

步骤六，将步骤五中计算得到的水位作为模型的上游进口边界条件，水电站取水口的流量作为下游边界条件；确定取水口中心点至水面的距离H₁、中心点至河床的距离H₂以及取水口的过水高度H₃，通过取水口的流量和相关水深，可以计算得到取水口的初始流速；

步骤七，采用步骤六中的边界条件进行数值模拟计算，记录计算得到的研究区域网格节点上的平均流速U和平均含沙量S；

步骤八，对取水口前10H₃距离内的平均流速进行修正，修正值U₀＝λ₁U，λ₁为流速修正系数；

步骤九，对取水口前10H₃距离内的含沙量进行修正，修正值S₀＝λ₂S，λ₂为含沙量修正系数；

步骤十，根据河床变形方程，任意一时段坝前网格节点上的冲淤变形数值为：其中，α为恢复饱和系数，当河床淤积时取0.25，当河床冲刷时取1.0；ρ′为淤积泥沙容重；S_*为水流挟沙力；ω为沉速；S₀为平均含沙量；将水流挟沙力和平均含沙量的表达式代入上式，即可得到取水口附近的河床变形值：

2.根据权利要求1所述一种多约束条件下水电站坝前河床冲淤变形的计算方法，其特征在于：所述的步骤六中，取水口处的初始流速为其中Q为取水口的流量，单位m³/s，V为取水口处的平均流速，π为圆周率，取3.14。

3.根据权利要求1所述一种多约束条件下水电站坝前河床冲淤变形的计算方法，其特征在于：所述的步骤八中，取水口附近的平均流速修正系数与坝前水深和过水深度相关，取则流速修正为

4.根据权利要求1所述一种多约束条件下水电站坝前河床冲淤变形的计算方法，其特征在于：所述的步骤九中，取水口附近的平均流速大于平面二维数学模型计算的流速，对应的含沙量也应大于数学模型计算的含沙量，且与坝前水深相关，取则修正后的含沙量S₀为

5.根据权利要求1所述一种多约束条件下水电站坝前河床冲淤变形的计算方法，其特征在于：所述的步骤十中，采用张瑞瑾公式计算水流挟沙力，H＝H₁+H₂为坝前水深；将修正的流速代入张瑞瑾公式，对应的水流挟沙力为其中S_*为水流挟沙力，ω为沉速，g为重力加速度。