基于简化圣维南方程组的库区冰坝壅水模拟方法
专利汇可以提供基于简化圣维南方程组的库区冰坝壅水模拟方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种基于简化圣维南方程组的库区 冰 坝壅 水 模拟方法，S1、确定冰坝形成时期；S2、确定所述冰坝发生 位置 ；S3、确定冰坝壅水计算所需库容曲线；S4、计算入库冰量及几何形态；S5、确定冰坝壅水计算所需泄流曲线；对不同流量级，考虑冰坝的阻水面积，得到该流量下的冰水混合面积，并根据断面形态反算水位，得到水位或冰位的流量关系，即为该断面的所述泄流曲线；S6、基于简化圣维南方程组进行冰坝调洪演算。本发明在有限资料条件下，利用库区坝前水位、库尾冰坝发生位置的关联关系及判别指标解决了冰坝发生位置依靠实测资料的难题。利用断面水 力 要素分析冰坝头部断面泄流能力，解决了断面过凌能力确定的难题。，下面是基于简化圣维南方程组的库区冰坝壅水模拟方法专利的具体信息内容。
1.一种基于简化圣维南方程组的库区冰坝壅水模拟方法，其特征在于：包括下述步骤：
S1、确定冰坝形成时期，即开河期的入库流量过程线，即：采用入库水文站开河期实测的最大洪峰流量作为最大值，采用典型年开河期流量过程作为典型洪峰流量过程，经同比例缩放得到所述开河期冰坝入库流量过程；
S2、确定所述冰坝发生位置，即：按照凌汛期开河流量，采用不同蓄水位，推算水库水面线，计算比降减小为整个河段比降的1/3所在的断面位置，获得不同蓄水位条件下的冰坝头部断面；
S3、确定冰坝壅水计算所需库容曲线，即：根据实测断面成果或设计淤积断面成果，将同级水位下断面面积和断面间距乘积，求得冰坝发生位置以上的库容曲线；
S4、计算入库冰量及几何形态，即：采用公式计算入库冰量，即：封河期蓄存于河道中的冰层在开河以后随着水流进入水库的冰块量；冰坝的几何形态采用概化的楔形形状，并假设冰坝在各断面分布为矩形，且在冰坝头部断面矩形面积达到最大；
S5、确定冰坝壅水计算所需泄流曲线，即：根据水库坝前水位，采用伯努利方程，选取适宜的流量级，向推算敞流条件下的回水水面线，获得库区断面的水位-面积-流量关系曲线；
对不同流量级，考虑冰坝的阻水面积，得到该流量下的冰水混合面积，并根据断面形态反算水位，得到水位或冰位的流量关系，即为该断面的所述泄流曲线；
S6、基于简化圣维南方程组进行冰坝调洪演算，即：以冰坝最大尺寸作为调洪演算过程的初始条件，起调水位采用洪水过程起始流量对应的冰坝含冰水位，根据流量过程，冰坝头部断面对应的库容曲线和冰坝头部断面泄流曲线，进行冰坝调洪计算，得到最高壅水位。
基于简化圣维南方程组的库区冰坝壅水模拟方法
技术领域
背景技术
发明内容
S1、确定冰坝形成时期，即开河期的入库流量过程线，即：采用入库水文站开河期实测的最大洪峰流量作为最大值，采用典型年开河期流量过程作为典型洪峰流量过程，经同比例缩放得到所述开河期冰坝入库流量过程；
S2、确定所述冰坝发生位置，即：按照凌汛期开河流量，采用不同蓄水位，推算水库水面线，计算比降减小为整个河段比降的1/3所在的断面位置，获得不同蓄水位条件下的冰坝头部断面；
S3、确定冰坝壅水计算所需库容曲线，即：根据实测断面成果或设计淤积断面成果，将同级水位下断面面积和断面间距乘积，求得冰坝发生位置以上的库容曲线；
S4、计算入库冰量及几何形态，即：采用公式计算入库冰量，即：封河期蓄存于河道中的冰层在开河以后随着水流进入水库的冰块量；冰坝的几何形态采用概化的楔形形状，并假设冰坝在各断面分布为矩形，且在冰坝头部断面矩形面积达到最大；
S5、确定冰坝壅水计算所需泄流曲线，即：根据水库坝前水位，采用伯努利方程，选取适宜的流量级，向推算敞流条件下的回水水面线，获得库区断面的水位-面积-流量关系曲线；
对不同流量级，考虑冰坝的阻水面积，得到该流量下的冰水混合面积，并根据断面形态反算水位，得到水位或冰位的流量关系，即为该断面的所述泄流曲线；
S6、基于简化圣维南方程组进行冰坝调洪演算，即：以冰坝最大尺寸作为调洪演算过程的初始条件，起调水位采用洪水过程起始流量对应的冰坝含冰水位，根据流量过程，冰坝头部断面对应的库容曲线和冰坝头部断面泄流曲线，进行冰坝调洪计算，得到最高壅水位。
具体实施方式
S2、确定冰坝发生位置，即：按照凌汛期开河流量1190m3/s，基于海勃湾水库库区2016年实测断面条件，推求水库坝前防凌运用水位1073.5m时的水库回水水面线，计算比降减小为整个河段比降的1/3所在的断面位置，获得1073.5m水位下的冰坝头部断面；
S3、确定冰坝壅水计算所需库容曲线，即：根据海勃湾水库库区2016年实测断面成果，按照0.5m的间隔，将坝前水位范围1065.5m 1090m内不同水位条件下断面面积和断面间距~
乘积，求得冰坝发生位置以上的库容曲线；
S4、计算入库冰量及几何形态，即：采用公式计算海勃湾水库冰坝形成期的入库冰量；
冰坝的几何形态采用概化的楔形形状，并假设冰坝在各断面分布为矩形，在冰坝头部断面矩形面积达到最大。其中，入库冰块量的计算公式如下：
；
3
式中：W为入库冰量，m ；
B为河段平均封河宽度，m；
H为河段内平均冰厚，m；
L为河段长度，km；
η为冰块沿程融化率；
S5、确定冰坝壅水计算所需泄流曲线，即：根据海勃湾水库坝前防凌运用水位1073.5m，采用伯努利方程，按照100m3/s的间隔，对设计流量范围100m3/s 2000m3/s内不同流量级，推~
算敞流条件下的回水水面线，根据冰坝头部断面位置，获得冰坝头部的水位 面积 流量关~ ~
系曲线；对不同流量级，考虑冰坝的阻水面积，得到该流量下的冰水混合面积，并根据断面形态反算水位，得到水（冰）位 流量关系，即为冰坝头部泄流曲线。其中，断面冰水总面积的~
计算公式如下：
式中，A总为断面冰水总面积（m2）；A水为断面过水面积（m2）；A冰为断面冰面面积（m2），；k为冰坝侵占过水面积的比例系数，和流量成正比，具体数值根据断面形态、水面宽、水位确定。
采用石嘴山水文站开河期实测的最大洪峰流量1190m3/s（1995年2月18日）作为最大值，采用1975年开河期流量过程作为典型洪峰流量过程，经同比例缩放得到入库流量过程线，见图4。
3、冰坝头部断面泄流曲线
根据上述分析假定，现状条件下在水位为1073.5m时冰坝头部断面位置约在D20号断面，需计算该断面水位泄量关系。
冰面面积根据冰坝长度、入库冰量、冰坝的几何形态进行估算，最终得到冰坝头部断面冰面面积为5400m2。冰坝头部断面泄流曲线计算过程及结果见表4，图6。表4中，第 列、第⑨列即为冰坝的水位-泄量关系。
以冰坝最大尺寸为调洪过程的初始条件，根据洪水过程线起始流量665m3/s，查冰坝头部断面D20断面泄流曲线，确定调洪的起调水位1074.86m。
6、冰坝水面线
根据冰坝壅水位分析，水库运行初期，当入库流量为1190m3/s，水库坝前水位为
1073.5m时，冰坝头部断面在D20断面（铁路桥附近），壅水水位1075.71m，略低于正常蓄水位。海勃湾水利枢纽冰坝壅水回水水面线见表7，图9。
计算经验公式法，进行验证。根据苏联P.B.多钦科等研究，由经验公式计算得到的冰坝壅水高度1.5m，本发明方法计算成果为1.8m，二者相差不大，但本发明方法可以提供冰坝发展的全过程模拟，结果更加可靠。
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