[发明专利]山区河流透过性坝沿程水深预测方法

权利要求书

1.一种山区河流透过性坝沿程水深预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、确定待预测透过性坝的上游流量Q、河道宽度B、河床糙率n以及河床坡降i；

步骤2、根据透过性坝水流特性将水流分为三个区域，依次为上游自由出流区、坝前壅水区以及下游水流充分发展区；

步骤3、基于曼宁-谢才公式，建立上游自由出流区及下游水流充分发展区的水深迭代模型，得到上游自由出流区及下游水流充分发展区水深；

步骤4、基于能量方程，建立坝前壅水区沿程水深迭代模型，得到壅水区沿程水深；

所述坝前壅水区沿程水深迭代模型为：

式中，H_u+1为坝前壅水区u+1处的水深；H_u为坝前壅水区u处的水深；E_s(u)为坝上游u处的断面比能，v_u为坝前壅水区u处的断面平均流速；g为重力加速度；f_u+1为u+1处的河床阻力系数；J_u为u处的水力坡度；△s为坝前壅水区任意两断面的间距。

2.根据权利要求1所述的山区河流透过性坝沿程水深预测方法，其特征在于，所述上游自由出流区及下游水流充分发展区的水深迭代模型：

式中，H₁为透过性坝上游自由出流区水深；H₃为下游水流充分发展区水深；Q为上游流量；B为河道宽度；n为河床糙率；i为河床坡降。

3.根据权利要求2所述的山区河流透过性坝沿程水深预测方法，其特征在于，以H_j代表H₁或H₃，H₁或H₃迭代计算过程如下：给定迭代初值H_j(0)＝0，代入上游自由出流区及下游水流充分发展区的水深迭代模型得到H_j(1)＝f(H_j(0))，再将H_j(1)代入水深预测模型，得到H_j(2)＝f(H_j(1))，以此类推，直到H_j(m)与H_j(m-1)的相对差值小于0.1mm，m表示迭代次数，则停止计算；j＝1时，H_j(m)为透过性坝上游水流自由出流区水深，j＝3时，H_j(m)为下游水流充分发展区水深。

4.根据权利要求1所述的山区河流透过性坝沿程水深预测方法，其特征在于，坝前壅水区沿程水深迭代模型迭代求解过程为：

首先，以跃后水深H_u0作为坝上游壅水区的初始水深H_u，将上游流量Q代入水流连续方程计算初始位置跃后断面的断面平均流速v_u，得到E_s(u)与J_u，令初始断面u＝0；

其次，在已知断面间距△s时，坝前壅水区沿程水深迭代模型中仅H_u+1未知，采用迭代法计算初始位置下游△s处的水深H_u+1；再将本河段求得的H_u+1作为下一个长度为△s水体的初始水深，利用坝前壅水区沿程水深迭代模型迭代求得距其△s位置的水深，以此类推，求得壅水区沿程不同x位置的水深，并最终求得坝前水深H₂。

5.根据权利要求4所述的山区河流透过性坝沿程水深预测方法，其特征在于，坝前壅水区初始断面水深H_u0，计算公式如下：

式中，Fr₁为弗劳德数，H₁为透过性坝上游自由出流区水深。