一种小流域输沙量测算方法与流程

本发明属于输沙量测算领域，尤其涉及一种小流域输沙量测算方法。

背景技术：

1、小流域输沙量计算是水资源管理和环境保护领域的重要研究内容之一。它涉及到对流域内泥沙来源、输移过程以及沉积规律的定量描述，对于理解流域水沙关系、评估水土流失状况、制定水土保持措施等具有重要意义。主要计算方法有输沙率与流量乘积法，输沙率与流量乘积法的基本原理为：输沙量等于输沙率与流量的乘积；这种方法适用于具有实测输沙率和流量数据的流域。通过测量单位时间内单位断面积的河床表面沉积物的质量和通过断面的水流体积，可以计算出输沙量，这种方法需要确保输沙率和流量数据的准确性和代表性。输沙量的计算方法还有悬移质与推移质区分计算法；悬移质为悬浮在水中随水流一起移动的泥沙。其输沙量可以通过实测资料、水沙关系插补延长、地区水文手册查输沙量模数图等方法估算。推移质为在河床表面沿水流方向移动的泥沙。其输沙量由于资料缺乏和精度问题，常采用间接方法进行估算，如比例系数法、推移质输沙率公式计算等；该方法综合考虑了悬移质和推移质对输沙量的贡献，更准确地反映了流域内的水沙关系。现有计算方法还有数学模型法：利用数学模型和计算机技术模拟流域内的水沙运动过程，从而计算出输沙量。适用于复杂流域或数据资料缺乏的流域。通过输入流域的地形、气候、植被等参数，模型可以模拟出流域内的降雨径流过程、土壤侵蚀过程以及泥沙输移过程等，进而计算出输沙量；这种方法在模型的建立上需要充分考虑流域的实际情况和数据的可靠性。

2、小流域输沙量计算是水文学和土壤侵蚀学等领域的重要研究内容之一。通过合理选择计算方法和考虑影响因素的影响，可以准确地计算出小流域的输沙量，为水资源管理和环境保护提供重要的决策依据。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种小流域输沙量测算方法解决了现有输沙量测算方法由于数据不足导致精度不足的问题。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种小流域输沙量测算方法，包括以下步骤：

3、s1、确定测算断面；

4、s2、对测算断面河床的泥沙进行采样，得到推移质的粒径分布；

5、s3、基于推移质的粒径分布，计算推移质单位时间输沙量；

6、s4、在测算断面各水深处分别进行河水采样，得到悬移质单位时间输沙量；

7、s5、根据推移质单位时间输沙量和悬移质单位时间输沙量，计算流域输沙量，完成小流域输沙量测算。

8、进一步地，所述s2具体为：

9、s201、设置采样间距；

10、s202、基于采样间距对测算断面的河床泥沙沿河流横向进行采样，得到若干份采样数据；

11、s203、对各采样数据进行泥沙粒径统计，得到各采样间距内的泥沙粒径分布。

12、进一步地，所述s203中各采样间距内的泥沙粒径分布的表达式为：

13、f(xi)＝[fi,1,fi,2,...,fi,max]

14、

15、其中，f(xi)为第i个采样间距xi内的泥沙粒径分布；fi,1为第i个采样间距xi内第1级泥沙粒径的比重；fi,2为第i个采样间距xi内第2级泥沙粒径的比重；fi,max为第i个采样间距xi内第max级泥沙粒径的比重；dz为泥沙粒径；msoil为当前采样的泥沙总数；ni为第i个采样间距xi的采样次数；dmax-1为第max-1级的泥沙粒径阈值上限；dmax为第max级的泥沙粒径阈值上限；max为泥沙粒径等级总数。

16、进一步地，所述s3中推移质输沙率的表达式为：

17、

18、其中，v推为推移质单位时间输沙量；nx为采样间隔总数；ρs为泥沙密度；ρ为水的密度；τb为床面水流剪应力；τc为临界床面水流剪应力；u为水流摩阻流速；c0为沉降系数；ω为泥沙沉降速度；g为重力加速度；fi,1为第i个采样间距xi内第1级泥沙粒径的比重；fi,max为第i个采样间距xi内第max级泥沙粒径的比重；amax为第max级泥沙粒径的泥沙在水流流速推动下的移动系数；max为泥沙粒径等级总数。

19、进一步地，所述s4具体为：

20、s401、设置第二采样间距；

21、s402、基于第二采样间距，在测算段面各泥沙采样的采样间距中心沿河流纵深进行河水采样，得到若干次河水采样数据；

22、s403、根据若干次河水采样数据，得到河水含沙率分布；

23、s404、获取测算断面平均流速，并根据测算断面平均流速，基于河水含沙率，计算悬移质单位时间输沙量。

24、进一步地，所述s403中河水含沙率分布的表达式为：

25、

26、其中，为泥沙采样第nx个采样间隔处，河水采样第m个第二采样间距的河水含沙率；m为河水采样中第二采样间隔最大编号。

27、进一步地，所述s404中悬移质单位时间输沙量的表达式为：

28、

29、其中，v悬为悬移质单位时间输沙量；v为测算断面平均流速；为泥沙采样第nx个采样间隔和河水采样第m个第二采样间距所形成的横截面面积；为泥沙采样第nx个采样间隔处，河水采样第m个第二采样间距的河水含沙率。

30、进一步地，所述s5中流域输沙量的表达式为：

31、o＝(bv推+v悬)t

32、其中，o为流域输沙量；b为推移质输沙的纵深补偿系数；v推为推移质单位时间输沙量；v悬为悬移质单位时间输沙量；t为输沙时长。

33、本发明的有益效果为：本发明通过对河流某一时刻的推移质和悬移质的输沙量进行计算，来计算短时段内某一断面的输沙量。通过对河底泥沙基于采样间隔进行划分，对河水基于第二采样间隔进行划分，分别进行推移质和悬疑质的采样，提高了采样精度；基于河底泥沙粒径分布进行推移质单位时间输沙量时间分布，能够提高单个采样间隔内的单位时间输沙量精度。

技术特征：

1.一种小流域输沙量测算方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述小流域输沙量测算方法，其特征在于，所述s2具体为：

3.根据权利要求2所述小流域输沙量测算方法，其特征在于，所述s203中各采样间距内的泥沙粒径分布的表达式为：

4.根据权利要求1所述小流域输沙量测算方法，其特征在于，所述s3中推移质输沙率的表达式为：

5.根据权利要求1所述小流域输沙量测算方法，其特征在于，所述s4具体为：

6.根据权利要求5所述小流域输沙量测算方法，其特征在于，所述s403中河水含沙率分布的表达式为：

7.根据权利要求5所述小流域输沙量测算方法，其特征在于，所述s404中悬移质单位时间输沙量的表达式为：

8.根据权利要求1所述小流域输沙量测算方法，其特征在于，所述s5中流域输沙量的表达式为：

技术总结本发明公开了一种小流域输沙量测算方法，属于输沙量测算领域，该方法包括确定测算断面；对测算断面河床的泥沙进行采样，得到推移质的粒径分布；基于推移质的粒径分布，计算推移质单位时间输沙量；在测算断面各水深处分别进行河水采样，得到悬移质单位时间输沙量；根据推移质单位时间输沙量和悬移质单位时间输沙量，计算流域输沙量，完成小流域输沙量测算。本发明解决了现有输沙量测算方法由于数据不足导致精度不足的问题。技术研发人员：刘广全,王雪彦,窦春蕊,刘宏,齐春雨,张强,崔永胜,刘广亮,郝婧受保护的技术使用者：中国水利水电科学研究院技术研发日：技术公布日：2024/10/17