本發明涉及水利工程，尤其涉及一種波浪作用下級配沙瞬時泥沙通量的確定方法及裝置。

背景技術：

1、波浪運動的周期往復使海岸帶內泥沙運動具有非恒定、非飽和、輸運不平衡的特征。

2、自然界中的泥沙絕大多數都是級配沙，級配沙中不同組分之間的暴露、隱藏、粗化等效應，會影響波浪耗散、泥沙沿岸和橫岸的輸移、分選、床面粗糙度和岸灘演變等。

3、瞬時泥沙通量是泥沙濃度和速度的乘積，表示單位時間通過單位斷面的泥沙量。

4、目前，工程中廣泛使用的瞬時泥沙通量都是基于均勻沙恒定流理論推導獲得，但其并未考慮級配效應、相位差和邊界層非對稱性，這將導致求解得到的泥沙通量無法體現級配沙中不同粒徑組分的輸運特征，無法體現級配沙中不同組分之間的暴露隱藏效應，即細組分對粗組分的促進作用和粗組分對細組分的抑制作用，還無法體現泥沙通量相對于水動力條件所需要的時間響應，亦無法體現邊界層非對稱性引起的凈流動。

5、因此，解決現有瞬時泥沙通量確定方法因未考慮級配效應、相位差以及邊界層非對稱性，導致所獲瞬時泥沙通量精度不高的問題，顯得十分必要。

技術實現思路

1、本發明提供一種波浪作用下級配沙瞬時泥沙通量的確定方法及裝置，用以克服現有瞬時泥沙通量確定方法因未考慮級配效應、相位差以及邊界層非對稱性，導致所獲瞬時泥沙通量精度不高的缺陷，不僅能夠體現級配沙中不同組分之間的暴露隱藏效應，還能體現泥沙通量相對于水動力條件所需要的時間響應以及邊界層非對稱性引起的凈流動，進一步提升級配沙瞬時泥沙通量的估計精度。

2、一方面，本發明提供一種波浪作用下級配沙瞬時泥沙通量的確定方法，包括：獲取級配沙中不同組分的泥沙沉降速度、暴露隱藏因子、相位差參數以及波浪邊界層厚度；基于所述泥沙沉降速度、暴露隱藏因子、相位差參數以及波浪邊界層厚度，計算級配沙瞬時泥沙通量。

3、進一步地，所述基于所述泥沙沉降速度、暴露隱藏因子、相位差參數以及波浪邊界層厚度，計算級配沙瞬時泥沙通量，包括：根據所述泥沙沉降速度、暴露隱藏因子以及相位差參數，計算級配沙中不同組分的泥沙量；根據級配沙中不同組分的泥沙量，計算級配沙中不同組分的泥沙濃度，并確定級配沙動床面的侵蝕深度；根據所述級配沙動床面的侵蝕深度、所述波浪邊界層厚度，計算動床面流速；根據所述動床面流速以及級配沙中不同組分的泥沙濃度，計算波浪作用下的級配沙瞬時泥沙通量。

4、進一步地，所述根據所述動床面流速以及級配沙中不同組分的泥沙濃度，計算波浪作用下的級配沙瞬時泥沙通量，之前包括：根據所述級配沙動床面的侵蝕深度，以及級配沙中不同組分的泥沙量，對所述級配沙動床面和級配沙組分進行分類；其中，所述級配沙動床面的類別包括自由含沙層、儲沙層以及不動含沙層，所述級配沙組分包括第一類級配沙組分和第二類級配沙組分。

5、進一步地，所述根據所述動床面流速以及級配沙中不同組分的泥沙濃度，計算波浪作用下的級配沙瞬時泥沙通量，包括：根據所述動床面流速、級配沙中不同組分的泥沙濃度以及所述級配沙動床面的類別，計算級配沙中不同組分的瞬時泥沙通量；根據級配沙中不同組分的瞬時泥沙通量，計算波浪作用下的級配沙瞬時泥沙通量。

6、進一步地，所述第一類級配沙組分的瞬時泥沙通量通過如下公式計算得到：

7、

8、所述第二類級配沙組分的瞬時泥沙通量通過如下公式計算得到：

9、

10、其中，qi1為第一類級配沙組分的瞬時泥沙通量，z為垂向坐標，t為時間，ub為動床面流速，ci為級配沙中組分i的泥沙濃度，δ為級配沙動床面的侵蝕深度，qi2為第二類級配沙組分的瞬時泥沙通量，δi為級配沙中組分i的泥沙量，cm為最大體積濃度。

11、進一步地，所述動床面流速ub通過如下公式計算得到：

12、

13、其中，u為外邊界層流速，u0為外邊界層流速振幅，r為非線性指標，δb為波浪邊界層厚度，t0為使得u(0)＝0的參數，α＝2π/t為頻率，為波形參數；

14、所述級配沙中組分的泥沙濃度ci通過如下公式計算得到：

15、

16、進一步地，所述波浪邊界層厚度δb通過如下計算公式得到：

17、δb＝0.09a0.82kn0.18

18、其中，a為波浪的軌道振幅，kn為級配沙動床面的粗糙高度。

19、第二方面，本發明還提供一種波浪作用下級配沙瞬時泥沙通量的確定裝置，包括：數據獲取模塊，用于獲取級配沙中不同組分的泥沙沉降速度、暴露隱藏因子、相位差參數以及波浪邊界層厚度；瞬時泥沙通量計算模塊，用于基于所述泥沙沉降速度、暴露隱藏因子、相位差參數以及波浪邊界層厚度，計算級配沙瞬時泥沙通量。

20、第三方面，本發明還提供一種電子設備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執行所述程序時實現如上述任一種所述的波浪作用下級配沙瞬時泥沙通量的確定方法。

21、第四方面，本發明還提供一種非暫態計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，該計算機程序被處理器執行時實現如上述任一種所述的波浪作用下級配沙瞬時泥沙通量的確定方法。

22、本發明提供的一種波浪作用下級配沙瞬時泥沙通量的確定方法，通過獲取級配沙中不同組分的泥沙沉降速度、暴露隱藏因子、相位差參數以及波浪邊界層厚度，并基于泥沙沉降速度、暴露隱藏因子、相位差參數以及波浪邊界層厚度，計算級配沙瞬時泥沙通量。該方法通過獲取的泥沙沉降速度、暴露隱藏因子、相位差參數以及波浪邊界層厚度等參數進行設計計算，可以計算級配沙中各組分的瞬時泥沙通量和總的級配沙瞬時泥沙通量，此過程不僅可以體現級配沙中不同組分之間的暴露隱藏效應，還可以體現泥沙通量相對于水動力條件所需要的時間響應以及邊界層非對稱性引起的凈流動，避免了對級配沙瞬時泥沙通量的錯誤估計，進一步提升了級配沙瞬時泥沙通量的估計精度。

技術特征：

1.一種波浪作用下級配沙瞬時泥沙通量的確定方法，其特征在于，包括：

2.根據權利要求1所述的波浪作用下級配沙瞬時泥沙通量的確定方法，其特征在于，所述基于所述泥沙沉降速度、暴露隱藏因子、相位差參數以及波浪邊界層厚度，計算級配沙瞬時泥沙通量，包括：

3.根據權利要求2所述的波浪作用下級配沙瞬時泥沙通量的確定方法，其特征在于，所述根據所述動床面流速以及級配沙中不同組分的泥沙濃度，計算波浪作用下的級配沙瞬時泥沙通量，之前包括：

4.根據權利要求3所述的波浪作用下級配沙瞬時泥沙通量的確定方法，其特征在于，所述根據所述動床面流速以及級配沙中不同組分的泥沙濃度，計算波浪作用下的級配沙瞬時泥沙通量，包括：

5.根據權利要求4所述的波浪作用下級配沙瞬時泥沙通量的確定方法，其特征在于，所述第一類級配沙組分的瞬時泥沙通量通過如下公式計算得到：

6.根據權利要求5所述的波浪作用下級配沙瞬時泥沙通量的確定方法，其特征在于，所述動床面流速ub通過如下公式計算得到：

7.根據權利要求6所述的波浪作用下級配沙瞬時泥沙通量的確定方法，其特征在于，所述波浪邊界層厚度δb通過如下計算公式得到：

8.一種波浪作用下級配沙瞬時泥沙通量的確定裝置，其特征在于，包括：

9.一種電子設備，包括存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運行的計算機程序，其特征在于，所述處理器執行所述程序時實現如權利要求1至7中任一項所述的波浪作用下級配沙瞬時泥沙通量的確定方法。

10.一種非暫態計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被處理器執行時實現如權利要求1至7中任一項所述的波浪作用下級配沙瞬時泥沙通量的確定方法。

技術總結
本發明提供一種波浪作用下級配沙瞬時泥沙通量的確定方法及裝置，其中的方法包括：獲取級配沙中不同組分的泥沙沉降速度、暴露隱藏因子、相位差參數以及波浪邊界層厚度；基于泥沙沉降速度、暴露隱藏因子、相位差參數以及波浪邊界層厚度，計算級配沙瞬時泥沙通量。該方法通過獲取的泥沙沉降速度、暴露隱藏因子、相位差參數以及波浪邊界層厚度等參數進行設計計算，可以計算級配沙中各組分的瞬時泥沙通量和級配沙瞬時泥沙通量，此過程可以體現級配沙中不同組分之間的暴露隱藏效應，還可以體現泥沙通量相對于水動力條件所需要的時間響應以及邊界層非對稱性引起的凈流動，避免了對級配沙瞬時泥沙通量的錯誤估計，提升了級配沙瞬時泥沙通量的估計精度。

技術研發人員：陳鑫,胡昕宇,陳明洪,侯新妤
受保護的技術使用者：中國農業大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24