[发明专利]一种分布式水沙模型考虑不同泥沙来源的泥沙动态粒径计算方法

说明书

本发明公开了一种分布式水沙模型考虑不同泥沙来源的泥沙动态粒径计算方法，该方法在具有坡面、沟道和河道等多环节的分布式水沙模型中，根据产输沙过程中不同泥沙来源，通过各来源泥沙颗粒数量进行泥沙综合粒径的加权平均计算，最终获取目标流域在分布式水沙模型模拟下的坡面、沟道和河道环节的产输沙量。优点是：考虑了泥沙来源而实现泥沙粒径的动态变化计算，适用于各种尺度的流域分布式水沙模型，可使模型泥沙粒径在不同时空尺度上实现动态变化，进而提高模型对现实的刻画能力，有效提高分布式水沙模型的模拟精度。

技术领域

本发明涉及分布式水沙模型模拟计算技术领域，尤其涉及一种分布式水沙模型考虑不同泥沙来源的泥沙动态粒径计算方法。

背景技术

近年来，随着针对下垫面及气象要素的测量方式不断进步，各种水沙模型不断发展革新，具有物理机制的分布式水沙模型也是层出不穷，且日益精进，而在具有物理机制的泥沙颗粒运动模型中，模拟计算产输沙时往往依据一些具有物理机制的公式，分别计算沉速和携沙力等，以对泥沙输移过程进行详细模拟，在此类物理机制的分布式水沙模型中，泥沙粒径作为关键的参数直接影响模型的模拟计算过程。然则，国内外水沙模型在进行泥沙输移模拟计算时，泥沙粒径这一关键参数往往作为一个固定值来参与模型的整个模拟计算过程，这使得模型物理过程刻画薄弱，模拟精度有所降低，甚至会使得模型模拟过程存在失真。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分布式水沙模型考虑不同泥沙来源的泥沙动态粒径计算方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种分布式水沙模型考虑不同泥沙来源的泥沙动态粒径计算方法，包括如下步骤，

S1、基于具有坡面、沟道和河道三级汇流结构的分布式水沙模型WEP-SED，采用初始泥沙粒径对目标流域分别进行坡面、沟道环节和河道环节的产输沙计算；

S2、结合S1中计算获取的沟道环节产输沙量的计算结果，分别根据进入沟道环节的坡面产沙量和泥沙粒径以及沟道环节自身侵蚀产沙量和泥沙粒径，计算沟道环节的坡面来沙和沟道环节产沙的泥沙颗粒数量，并以此作为权重，结合坡面产沙和沟道环节自身侵蚀产沙相应的泥沙粒径，计算沟道环节出口的泥沙综合粒径；

S3、根据沟道环节出口的泥沙综合粒径，重新进行沟道环节的产输沙计算；根据重新计算获取的沟道环节自身侵蚀产沙量，再次计算沟道环节出口的泥沙综合粒径；利用最新获取的沟道环节出口的泥沙综合粒径再次进行沟道环节产输沙计算，如此反复，直到最后一次计算的沟道环节出口的泥沙综合粒径与前一次计算的沟道环节出口的泥沙综合粒径之间的差值小于第一预设偏差时为止，以此获取沟道环节出口的最终产输沙量和最终泥沙综合粒径；

S4、根据S1中坡面、河道环节产输沙量的计算结果和初始泥沙粒径以及S3中计算的沟道环节出口的最终产输沙量和最终泥沙综合粒径，计算河道环节的坡面来沙颗粒数量、沟道环节来沙颗粒数量、上游河道来沙颗粒数量和当前河道产沙颗粒数量，并以此作为权重，结合其相应的泥沙粒径，计算河道环节出口的泥沙综合粒径；

S5、根据河道环节出口的泥沙综合粒径，重新进行河道环节产输沙量计算；根据重新计算获取的河道环节产输沙量，再次计算河道环节出口的泥沙综合粒径；利用最新获取的河道环节出口的泥沙综合粒径再次进行河道环节产输沙计算，如此反复，直到最后一次计算的河道环节出口泥沙综合粒径与前一次计算的河道环节出口的泥沙综合粒径之间的差值小于第二预设偏差时为止，以此获取河道环节出口的最终产输沙量和最终泥沙综合粒径；

S6、将S1、S3和S5计算获取的坡面产输沙、沟道环节出口的最终产输沙量和最终泥沙综合粒径以及河道环节出口的最终产输沙量和最终泥沙综合粒径作为模型的最终模拟结果进行统计输出。

优选的，

当沟道发生冲刷时，沟道环节出口的泥沙综合粒径计算公式为，