專利名稱：河工動(dòng)床實(shí)體模型耦合試驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在多沙河流河工動(dòng)床模型試驗(yàn)中，根據(jù)整治工程布設(shè)下所形成的新的河床邊界條件及試驗(yàn)水沙過(guò)程，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)估算或數(shù)值模擬的方法預(yù)估出河道演變新的動(dòng)平衡狀態(tài)，并利用人為的方式，事先在模型上塑造出相對(duì)平衡形態(tài)的河岸和河床，然后在人為塑造的這種具有平衡形態(tài)的模型上進(jìn)行整治工程試驗(yàn)的河工動(dòng)床實(shí)體模型耦合試驗(yàn)方法，可在較短的試驗(yàn)時(shí)段內(nèi)觀測(cè)出工程的極值控導(dǎo)參數(shù)或最大的控導(dǎo)效果。
背景技術(shù)：
由于黃河河床演變的復(fù)雜性及河勢(shì)的易變性和多樣性，使得河道整治工程設(shè)計(jì)方案往往難以完全僅靠理論或經(jīng)驗(yàn)的方法加以確定，無(wú)論是局部整治工程或長(zhǎng)河段河道整治工程的設(shè)計(jì)，多需要借助于河工動(dòng)床模型試驗(yàn)的方法加以論證和比選，以了解設(shè)計(jì)方案中的整治工程對(duì)河勢(shì)的控導(dǎo)作用及其對(duì)河床演變的影響，并以此為基礎(chǔ)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)整或修正，最終確定出較優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。對(duì)于沖積性河道而言，在整治工程約束或干擾下，河床演變必然脫離原來(lái)經(jīng)長(zhǎng)期調(diào)整后的動(dòng)平衡態(tài)，而將在新的邊界條件下通過(guò)不斷調(diào)整達(dá)到另一種新的動(dòng)平衡態(tài)，而這一過(guò)程一般需要較長(zhǎng)的時(shí)段。公知的多沙河流河工動(dòng)床模型試驗(yàn)方法在通過(guò)河工動(dòng)床模型試驗(yàn)研究河道整治工程的控導(dǎo)效果時(shí)，大多需要施放長(zhǎng)系列水沙過(guò)程進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)段的試驗(yàn)，經(jīng)河床自行塑造出穩(wěn)定形態(tài)后才能觀測(cè)到整治工程的極值控導(dǎo)參數(shù)，包括送溜長(zhǎng)度、送溜穩(wěn)定性及送溜的集中程度或送溜長(zhǎng)度、河寬、水深和主流彎曲半徑的變化等。這樣，試驗(yàn)周期往往很長(zhǎng)，相應(yīng)的試驗(yàn)成本也較高。顯然，當(dāng)試驗(yàn)水沙過(guò)程為一場(chǎng)洪水或一個(gè)汛期等時(shí)間系列較短時(shí)，河床調(diào)整往往并不能達(dá)到新的平衡，此情況下所觀測(cè)到的工程控導(dǎo)效果也并非其真實(shí)的“極值”，而只是對(duì)河床調(diào)整過(guò)程中某一狀態(tài)下的控導(dǎo)效應(yīng)，因此需要對(duì)新的河道整治工程在長(zhǎng)系列水沙過(guò)程作用下新的動(dòng)平衡狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)， 以求在設(shè)計(jì)水沙條件下，河道工程控導(dǎo)效果“極值”的真實(shí)性。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有多沙河流河工動(dòng)床模型試驗(yàn)方法在整治工程布設(shè)后，河道需要較長(zhǎng)試驗(yàn)周期才能演變至新的動(dòng)平衡狀態(tài)的不足，本發(fā)明提供一種在多沙河流河工動(dòng)床模型試驗(yàn)中采用的河工動(dòng)床實(shí)體模型耦合試驗(yàn)方法，該方法能夠在較短的試驗(yàn)時(shí)段內(nèi)觀測(cè)出工程的極值控導(dǎo)參數(shù)，或最大的控導(dǎo)效果，從而有效縮短試驗(yàn)周期，降低成本。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是 一種河工動(dòng)床實(shí)體模型耦合試驗(yàn)方法，其特征在于
步驟1 首先進(jìn)行模型試驗(yàn)的前期準(zhǔn)備工作，包括收集整理有關(guān)試驗(yàn)資料，插補(bǔ)斷面， 塑制地形，概化試驗(yàn)水沙過(guò)程；
步驟2 準(zhǔn)備工作完成后，進(jìn)行模型驗(yàn)證試驗(yàn)；
步驟3 驗(yàn)證滿足要求后，按整治工程初步設(shè)計(jì)方案在模型上布設(shè)工程，此時(shí)的工程設(shè)計(jì)參數(shù)值完全取用設(shè)計(jì)方案所確定的數(shù)值；
5步驟4:在初步設(shè)計(jì)方案布設(shè)后的河道邊界初始條件下，根據(jù)試驗(yàn)水沙條件，估算河床通過(guò)調(diào)整后，可能達(dá)到的動(dòng)平衡邊界形態(tài)，包括河寬、水深及河灣半徑各項(xiàng)的參數(shù)； 步驟5 依據(jù)上述估算參數(shù)，通過(guò)人工塑造方法，模擬塑制出新的河道邊界； 步驟6:在人為形成的河床邊界即河床可能達(dá)到的新的動(dòng)平衡狀態(tài)下放水試驗(yàn)，觀測(cè)各項(xiàng)控導(dǎo)效果參數(shù)，分析是否達(dá)到設(shè)計(jì)目的，否則調(diào)整方案，從第三步再進(jìn)行試驗(yàn)；若已基本達(dá)到設(shè)計(jì)目的，則提出修正或調(diào)整的推薦方案，并再進(jìn)行試驗(yàn)，與初步設(shè)計(jì)方案作進(jìn)一步比較，至此試驗(yàn)結(jié)束。 步驟4中各項(xiàng)參數(shù)的估算方式為
設(shè)丁壩未建前，河道平均水面寬為凡、水深為K、斷面面積為禮、水流挾沙力為&、流速為V0 ；丁壩建成后，即整治方案布設(shè)后，河道平均水面寬從水深為力、斷面面積為ι水流挾沙力為&流速為V。假定丁壩建成前后，分析所采用的流量仏糙率《、河岸坡降《三個(gè)參數(shù)的值不變，那么，取用
水流連續(xù)方程Q=BhV (2) 河床變形方程
權(quán)利要求
1.一種河工動(dòng)床實(shí)體模型耦合試驗(yàn)方法，其特征在于步驟1 首先進(jìn)行模型試驗(yàn)的前期準(zhǔn)備工作，包括收集整理有關(guān)試驗(yàn)資料，插補(bǔ)斷面， 塑制地形，概化試驗(yàn)水沙過(guò)程；步驟2 準(zhǔn)備工作完成后，進(jìn)行模型驗(yàn)證試驗(yàn)；步驟3 驗(yàn)證滿足要求后，按整治工程初步設(shè)計(jì)方案在模型上布設(shè)工程，此時(shí)的工程設(shè)計(jì)參數(shù)值完全取用設(shè)計(jì)方案所確定的數(shù)值；步驟4 在初步設(shè)計(jì)方案布設(shè)后的河道邊界初始條件下，根據(jù)試驗(yàn)水沙條件，估算河床通過(guò)調(diào)整后，可能達(dá)到的動(dòng)平衡邊界形態(tài)，包括河寬、水深及河灣半徑各項(xiàng)的參數(shù)； 步驟5 依據(jù)上述估算參數(shù)，通過(guò)人工塑造方法，模擬塑制出新的河道邊界； 步驟6:在人為形成的河床邊界即河床可能達(dá)到的新的動(dòng)平衡狀態(tài)下放水試驗(yàn)，觀測(cè)各項(xiàng)控導(dǎo)效果參數(shù)，分析是否達(dá)到設(shè)計(jì)目的，否則調(diào)整方案，從第三步再進(jìn)行試驗(yàn)；若已基本達(dá)到設(shè)計(jì)目的，則提出修正或調(diào)整的推薦方案，并再進(jìn)行試驗(yàn)，與初步設(shè)計(jì)方案作進(jìn)一步比較，至此試驗(yàn)結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的河工動(dòng)床實(shí)體模型耦合試驗(yàn)方法，其特征在于步驟4中各項(xiàng)參數(shù)的估算方式為設(shè)丁壩未建前，河道平均水面寬為凡、水深為么、斷面面積為禮、水流挾沙力為&、流速為V0 ；丁壩建成后，即整治方案布設(shè)后，河道平均水面寬從水深為力、斷面面積為I水流挾沙力為&流速為R假定丁壩建成前后，分析所采用的流量仏糙率《、河岸坡降《三個(gè)參數(shù)的值不變，那么，取用水流連續(xù)方程
全文摘要
本發(fā)明涉及一種河工動(dòng)床實(shí)體模型耦合試驗(yàn)方法，首先進(jìn)行模型試驗(yàn)的準(zhǔn)備，然后進(jìn)行模型驗(yàn)證試驗(yàn)；按整治工程初步設(shè)計(jì)方案在模型上布設(shè)工程，在布設(shè)后的河道邊界初始條件下，估算河床通過(guò)調(diào)整后達(dá)到的動(dòng)平衡邊界形態(tài)，包括河寬、水深及河灣半徑各項(xiàng)的參數(shù)；依據(jù)上述估算參數(shù)，通過(guò)人工塑造方法模擬塑制出新的河道邊界；在人為形成的河床邊界下放水試驗(yàn)，觀測(cè)各項(xiàng)控導(dǎo)效果參數(shù)，分析是否達(dá)到設(shè)計(jì)目的，否則調(diào)整方案，若已基本達(dá)到設(shè)計(jì)目的，則提出修正或調(diào)整的推薦方案，并再進(jìn)行試驗(yàn)，與初步設(shè)計(jì)方案比較，至此試驗(yàn)結(jié)束，具有可在較短的試驗(yàn)時(shí)段內(nèi)觀測(cè)出工程的極值控導(dǎo)參數(shù)或最大的控導(dǎo)效果，從而有效縮短試驗(yàn)周期，降低成本的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)E02B1/02GK102383394SQ20111022718
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月9日
發(fā)明者侯志軍, 姚文藝, 王玲玲, 申震洲, 肖培青 申請(qǐng)人:黃河水利委員會(huì)黃河水利科學(xué)研究院