(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111511821.8 (22)申请日 2021.12.07 (71)申请人 武汉大学 地址 430072 湖北省武汉市武昌区珞珈山 武汉大学 (72)发明人 邓金运　胡勇　岳红艳　 (74)专利代理 机构 武汉科皓知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 42222 代理人 俞琳娟 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于河床形态 参数的冲积河流阻力计算、 模 拟方法及装置 (57)摘要 本发明提供基于河床形态参数的冲积河流 阻力计算、 模拟方法及装置， 根据天然冲积河流 的河床形态特征， 考虑河床起伏波动对阻力的影 响， 确定出河床形态参数， 并结合水位、 流量数据 确定水流参数， 从而高效、 准确地计算出冲积河 流阻力。 阻力计算方法包括： 步骤1.确定河床形 态参数： 通过收集整理研究河段的历年河道断面 地形、 床沙级配资料， 结合水流条件， 计算出河床 形态参数ks＝ksp+kss+ksg， 式中， ksp为初级沙波当 量粗糙度高度， kss为次级沙波当量粗糙度高度， ksg为沙粒当量粗糙度高度； 步骤2.基于步骤1确 定的ks， 采用阻力公式计算研究河段不同断面的 阻力大小。 权利要求书3页 说明书7页 附图3页 CN 114357903 A 2022.04.15 CN 114357903 A 1.基于河 床形态参数的冲积 河流阻力计算方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1.确定河 床形态参数： 通过收集整理研究河段的历年河道断面地形、 床沙级配资料， 结合水流条件， 计算出河 床形态参数ks： ks＝ksp+kss+ksg 式中， ksp为初级沙波当量粗糙度 高度， kss为次级沙波当量粗糙度 高度， ksg为沙粒当量 粗糙度高度； 初级沙波当量 粗糙度高度ksp采用如下公式计算： 式中， J是初级沙波数， m是把沙波按照波高从大往小排列的序号， m＝1代表最大的沙 波， Hm是第m个沙波的波高； 步骤2.计算冲积 河流阻力： 基于步骤1确定的ks， 采用如下阻力公式计算研究河段不同断面的阻力大小： 式中， h为断面平均水深； γ为系数， k为卡门常数。 2.根据权利要求1所述的基于河 床形态参数的冲积 河流阻力计算方法， 其特 征在于： 其中， 在步骤1中， 次级沙波当量 粗糙度高度kss计算如下： 次级沙波的波高Δ： 次级沙波的波长 λ： λ＝7.3h 泥沙输移参数T： 沙粒剪切流速u*g通过谢才系数求得： 式中， D90是粒径大于它的颗粒占90％时所对应的粒径， 水力半径R可近似等于水深h； 临界剪切流速u*,c可通过无量纲临界剪切应力 θc和无量纲粒径D*计算： 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114357903 A 2式中， ρs和ρw分别表示泥沙和水流的密度； 次级沙波的当量 粗糙度高度kss为： kss＝1.1Δ(1 ‑e‑25Δ/ λ)。 3.根据权利要求1所述的基于河 床形态参数的冲积 河流阻力计算方法， 其特 征在于： 其中， 在步骤1中， 沙粒当量 粗糙度高度ksg计算如下： ksg＝3D50 式中， D50为床沙中值粒径。 4.根据权利要求1所述的基于河 床形态参数的冲积 河流阻力计算方法， 其特 征在于： 其中， 步骤2包括如下子步骤： 步骤2‑1.计算各断面不同流量级下的水深h： 根据研究河段不同流量级下的水位， 计算 研究河段不同断面各级流 量下的水深h； 步骤2‑2.计算各断面阻力n： 根据研究河段河床形态参数ks、 各断面不同流量下的水深 h， 通过阻力公式 计算得到各断面的阻力。 5.基于河 床形态参数的河 床冲淤或洪水变化模拟方法， 其特 征在于， 包括： 步骤I.根据权利要求1至4中任意一项所述的基于河床形态参数的冲积河流阻力计算 方法， 计算得到研究河段 各断面的冲积 河流阻力； 步骤II.根据各断面的冲积 河流阻力模拟 河床冲淤或洪水变化情况。 6.基于河 床形态参数的冲积 河流阻力计算装置， 其特 征在于， 包括： 河床形态参数确定部， 根据研究河段的历年河道断面地形、 床沙级配资料， 结合水流条 件， 计算出河 床形态参数ks： ks＝ksp+kss+ksg 式中， ksp为初级沙波当量粗糙度 高度， kss为次级沙波当量粗糙度 高度， ksg为沙粒当量 粗糙度高度； 初级沙波当量 粗糙度高度ksp采用如下公式计算： 式中， J是初级沙波数， m是把沙波按照波高从大往小排列的序号， m＝1代表最大的沙 波， Hm是第m个沙波的波高； 阻力计算部， 采用如下阻力公式计算研究河段不同断面的阻力大小： 式中， h为断面平均水深； γ为系数， k为卡门常数；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114357903 A 3