[发明专利]一种基于流量加权平均流线长度指标的河床演变分析方法

说明书

本发明公开了一种基于流量加权平均流线长度指标的河床演变分析方法，其根据对象河段的二维流场和位于二维流场出口断面处的流线终点分别计算得出该对象河段在N个时期内的流量加权平均流线长度E_LEN，对比N个时期内的流量加权平均流线长度E_LEN实现对象河段的定量分析。本发明能够实现对河道主流、深泓摆动情况进行定量刻画。

技术领域

本发明属于河床演变分析方法，是一种用于定量分析河道形态与水动力条件平面变化的方法，适用于对平面形态复杂、冲淤频繁的平面河流的主流、深泓进行定量刻画。

背景技术

以长江中下游平原河流为例，目前主要通过河道长度、河道内等高线(等深线)、深泓线等分析平面形态变化；以主流区、主流线等分析水动力条件平面变化。受限于河道形态以及水动力条件的复杂性，上述指标均有一定的局限性。比如堤岸受控情况下，河道长度是基本固定的，无法反映河道内滩槽冲淤调整变化；等高线(等深线)需结合具体的河段进行针对性选择，欠缺一般性，平面形态描述上也难以定量；严格定义上的深泓线、主流区、主流线等指标在天然河流平滑程度差，甚至不连续，往往需要进行经验性的判断处理，精确度与严谨性较为欠缺。

受限于现有指标体系的欠缺，河床演变中的“取直”、“坐弯”等概念定量刻画不足。尤其是在大型枢纽修建以后下游河床的剧烈演变期，不同河型的平面调整缺乏一致性描述，同样以长江中下游为例，三峡水库蓄水运行以后，弯曲河段凸冲凹淤、汊道段短汊发育等现象，仍只能定性阐述，无法对其进行定量分析。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于流量加权平均流线长度指标的河床演变分析方法，能够实现对河道主流、深泓摆动情况进行定量刻画。

本发明公开了一种基于流量加权平均流线长度指标的河床演变分析方法，其根据对象河段的二维流场和位于二维流场出口断面处的流线终点分别计算得出该对象河段在N个时期内的流量加权平均流线长度E_LEN，对比N个时期内的流量加权平均流线长度E_LEN实现对象河段的定量分析。

在本发明的一种优选实施方案中，获取每个时期内的流量加权平均流线长度E_LEN的具体步骤：包括步骤一，对象河段的二维流场建模；步骤二，在二维流场的出口位置合理布置多个流线终点；步骤三，基于二维流场数据反算每个流线终点所对应的流线长度LEN_i；步骤四，监测各流线间的过流流量ΔQ_i；步骤五，根据LEN_i和ΔQ_i计算得到流量加权平均流线长度E_LEN，

在本发明的一种优选实施方案中，步骤一中，建立分析对象河段的平面二维水流数学模型，在完成水位、流速验证的基础上，模拟不同测次地形下洪、中、枯不同流量级的二维流场。

在本发明的一种优选实施方案中，步骤二中，流线终点总数不少于10个。

在本发明的一种优选实施方案中，步骤二中，任意两个相邻流线终点之间的间距大于二维网格流场的节点间距。

在本发明的一种优选实施方案中，步骤三中，以每个流线终点为起点、ΔL为步长，每一步的溯点均取自计算网格的结点，并保证ΔL的前进方向与流速矢量平行，最大限度地逼近经过各流线终点的完整流线。

在本发明的一种优选实施方案中，第j条流线的步长为LEN_i＝∑Lj。

在本发明的一种优选实施方案中，步骤四中，ΔQ_i＝ΔQ_i+1＝恒定值。

在本发明的一种优选实施方案中，若前一时期的流量加权平均流线长度与后一时期的流量加权平均流线长度之间的差值为ΔE_LEN；当ΔE_LEN＞0时，则流量加权平均流线长度减小，对应的河道深泓、主流撇弯取直，流程缩短；当ΔE_LEN＜0时，则流量加权平均流线长度增加，对应的河道深泓、主流坐弯，流程增加。