多因素影响条件下堤防封堵结构选择模型与方法与流程

本发明涉及河流堤防抢险，特别是指一种多因素影响条件下堤防封堵结构选择模型与方法。

背景技术：

1、江河堤防安全事关国计民生，堤防溃口一旦发生，会给人们的生命财产安全带来重大危害。在堤防溃口险情发生时，需进行堤防溃口封堵。堤防堵口结构众多，比如抛石戗堤、抛钢筋笼（石笼）戗堤、钢栅拦石结构、钢木组合架构、沉船、石袋堆码结构、埽工结构、杩槎结构、水下抛填覆盖、沉船等等，上述结构能否成功封堵溃口，受溃口流速、流量、溃口水深、河床物质条件等因素制约，如何精准确定堤防封堵结构直接影响堤防抢险进度和效率，关乎溃口封堵成败。

2、现有技术通常利用经验确定堤防封堵方法，效率低且严重影响溃口抢险效率。

3、因此，申请人考虑提出一种堤防封堵结构选择模型与方法，可实现堤防溃口封堵结构精准快速选择，为短窗口期堤防快速抢险提供可靠技术支撑。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于多因素作用下的堤防封堵结构选择模型与方法，通过建立溃口封堵结构模型、溃口封堵控制元素模型、控制元素计算模型以及考虑多因素作用的堵口结构选择模型，实现堤防溃口封堵结构精准快速选择，为短窗口期堤防快速抢险提供可靠技术支撑。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种多因素影响条件下堤防封堵结构选择模型，由以下方法构建获得：

4、将溃口封堵结构划分为截流降速类封堵结构、封堵溃口类封堵结构、闭气类封堵结构，并建立溃口封堵结构模型；

5、将溃口封堵控制元素划分为水力类控制元素和地质条件类控制元素，并建立溃口封堵控制元素模型；

6、建立水力类控制元素计算模型，实现所述水力类控制元素的量化；

7、基于所述溃口封堵结构模型、溃口封堵控制元素模型、水力类控制元素计算模型，建立封堵结构选择模型。

8、优选地，所述截流降速类封堵结构包括沉船、抛石戗堤、抛钢筋笼/石笼戗堤；所述封堵溃口类封堵结构包括钢栅拦石结构、钢木组合架构、埽工结构、杩槎结构；所述闭气类封堵结构包括水下抛填覆盖。

9、优选地，所述水力类控制元素包括溃口流速 v、溃口流量 q、溃口水深 h；所述地质条件类控制元素包括河床物质条件。

10、优选地，所述封堵结构选择模型的函数为：

11、；

12、其中， v、 q、 h、 m分别为溃口流速、溃口流量、溃口水深和河床物质条件，返回值中， e11=沉船、 e12=抛石戗堤、 e13=抛钢筋笼/石笼戗堤、 e21=钢栅拦石结构、 e22=钢木组合架构、 e23=埽工结构、 e24=杩槎结构、 e31=水下抛填覆盖。

13、优选地，所述溃口封堵结构模型如下：

14、；

15、其中， e为溃口封堵结构集合， e1为截流降速类封堵结构集合， e2为封堵溃口类封堵结构集合， e3为闭气类封堵结构集合； e11=沉船、 e12=抛石戗堤、 e13=抛钢筋笼/石笼戗堤、 e21=钢栅拦石结构、 e22=钢木组合架构、 e23=埽工结构、 e24=杩槎结构、 e31=水下抛填覆盖。

16、优选地，所述溃口封堵控制元素模型如下：

17、；

18、其中， s为溃口封堵控制元素集合， s1=水力类控制元素集合， s2=地质条件类控制元素集合；

19、 s1包括 s11、 s12和 s13， s11=溃口流速、 s12=溃口流量、 s13=溃口水深；

20、 s2包括 s21， s21=河床物质条件。

21、优选地，所述溃口流速 v、溃口流量 q、溃口水深 h通过所述水力类控制元素计算模型进行计算获得；所述水力类控制元素计算模型的计算公式如下：

22、；

23、式中： μ( t)为流速系数时间函数；△ hmax为溃口处最大水头差，单位m； amax为最大溃口面积，单位m2； hmax为最大溃口水深，单位m。

24、优选地，所述 μ( t)的取值范围为0.7~1.0。

25、本发明还提供了一种多因素影响条件下堤防封堵结构选择方法，通过上述封堵结构选择模型进行计算获得返回值，根据返回值选择封堵结构对溃口进行封堵。

26、相比于现有技术，本发明的有益效果为：

27、本发明提供的一种基于多因素作用下的堤防封堵结构选择模型与方法，基于建立的溃口封堵结构模型，将封堵结构划分为三类七要素，首次实现各类控制元素分类分级；通过溃口封堵控制元素模型和水力类控制元素计算模型，提炼出封堵控制因子两类四要素，并实现了水力类三大控制要素量化计算，为精准选择封堵结构提供可靠基础；基于大量工程实践，建立了堵口结构选择模型，通过计算分析任意溃口封堵控制四大要素，可快速从溃口封堵结构模型选取最优封堵结构，实现溃口快速封堵，为短窗口期堤防快速抢险提供可靠技术支撑；本发明方法具有较好的适用性，适应所有河道堤防堵口抢险。

技术特征：

1.一种多因素影响条件下堤防封堵结构选择模型，其特征在于：由以下方法构建获得：

2.根据权利要求1所述的多因素影响条件下堤防封堵结构选择模型，其特征在于：所述截流降速类封堵结构包括沉船、抛石戗堤、抛钢筋笼/石笼戗堤；所述封堵溃口类封堵结构包括钢栅拦石结构、钢木组合架构、埽工结构、杩槎结构；所述闭气类封堵结构包括水下抛填覆盖。

3.根据权利要求1所述的多因素影响条件下堤防封堵结构选择模型，其特征在于：所述水力类控制元素包括溃口流速v、溃口流量q、溃口水深h；所述地质条件类控制元素包括河床物质条件。

4.根据权利要求1所述的多因素影响条件下堤防封堵结构选择模型，其特征在于：所述封堵结构选择模型的函数为：

5.根据权利要求1所述的多因素影响条件下堤防封堵结构选择模型，其特征在于：所述溃口封堵结构模型如下：

6.根据权利要求1所述的多因素影响条件下堤防封堵结构选择模型，其特征在于：所述溃口封堵控制元素模型如下：

7.根据权利要求3所述的多因素影响条件下堤防封堵结构选择模型，其特征在于：所述溃口流速v、溃口流量q、溃口水深h通过所述水力类控制元素计算模型进行计算获得；所述水力类控制元素计算模型的计算公式如下：

8.根据权利要求7所述的多因素影响条件下堤防封堵结构选择模型，其特征在于：所述μ(t)的取值范围为0.7~1.0。

9.一种多因素影响条件下堤防封堵结构选择方法，其特征在于：通过权利要求1所述封堵结构选择模型进行计算获得返回值，根据返回值选择封堵结构对溃口进行封堵。

技术总结本发明公开了一种多因素影响条件下堤防封堵结构选择模型及方法，封堵结构选择模型由以下方法构建获得：将溃口封堵结构划分为截流降速类封堵结构、封堵溃口类封堵结构、闭气类封堵结构，并建立溃口封堵结构模型；将溃口封堵控制元素划分为水力类控制元素和地质条件类控制元素，并建立溃口封堵控制元素模型；建立水力类控制元素计算模型，实现所述水力类控制元素的量化；基于所述溃口封堵结构模型、溃口封堵控制元素模型、水力类控制元素计算模型，建立封堵结构选择模型。本发明实现了堤防溃口封堵结构精准快速选择，为短窗口期堤防快速抢险提供可靠技术支撑。技术研发人员：杨启贵,闫福根,闵征辉,郭建华,张兴昊,郑小康受保护的技术使用者：长江勘测规划设计研究有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29