本發明屬于河道生態涵養區設計，具體涉及一種生態涵養區布置分析方法和裝置。

背景技術：

1、河道生態涵養區是指以保護生物多樣性、保持水土、凈化空氣等為主要功能的區域。這些區域通常位于河流沿岸，通過植被恢復、濕地建設、水土保持等措施，提升河道的生態功能，為周邊地區提供優質的生態環境。

2、河道生態涵養區的主要功能包括水源涵養、土壤保持和生物多樣性保護，在河道建設過程中，通常通過植被恢復、濕地建設、水土保持和生態修復來建設和管理生態涵養區。

技術實現思路

1、為了河道設計時進行生態涵養區的布置，并得到河道的流速，本發明提出了一種生態涵養區布置分析方法和裝置，用于指導河道設計時的生態涵養區的設置。

2、為了實現上述目的，提出了以下技術方案：

3、一種生態涵養區布置分析方法，包括以下步驟：

4、s1，建立三維水流數學模型；

5、s2，根據三維水流數學模型，采用豐、平、枯多級流量工況進行模擬分析

6、s3，將河段生態涵養區均布置在裁彎取直段河道以內；

7、s4，研究運河建成后，各級流量工況下，生態涵養區內流速；

8、s5，提升生態涵養區內水流流速，并進行生態涵養區推流模擬，得到生態涵養區流速分布。

9、進一步的，步驟s1具體包括：建立三維水流數學基本方程；進行方程的離散處理和空間離散處理；確定定解條件；地形與網格劃分。

10、進一步的，所述方程的離散處理包括建立非結構網格流場模型，采用顯－隱式交替技術，對質量守恒方程和動量守恒方程分別進行時間和空間上的積分，每個方向及單獨網格線上的方程矩均采用雙精度掃描法分別在x、y、z方向上輪換進行掃描求解。

11、進一步的，所述空間離散處理包括：建立非結構網格流場模型；對模型中計算區域進行空間離散時，采用非結構網格有限體積法將統一的連續體系在空間上離散為一系列不規則且互不重疊的網格單元，其中，三維模型平面上采用非結構網格，垂向上采用結構網格。

12、進一步的，垂向上采用結構網格，形成垂向上的分層結構；包括均勻分層模式、指定相對分層模式和可變分層模式。

13、進一步的，所述定解條件包括初始條件和邊界條件，所述初始條件為根據實測資料開始計算初始化過程；所述邊界條件包括假定條件和一般邊界條件，所述假定條件不涉及水面和流速的具體數值大小；一般邊界條件包括：進口給定流量，出口給定相應的水位；對于不滑動岸邊界，取流速為零；對于滑動岸邊界，取邊界法線方向流速為零；泥沙邊界進口給定含沙量隨時間變化，出口邊界無梯度變化。

14、進一步的，還包括干濕邊界條件的確定，監測每個單元的水深，并根據水深把單元分成三類：干單元、部分干單元和濕單元，并且根據部分干單元面確定洪水邊界。

15、進一步的，所述地形與網格劃分包括：對三維水流模型中的河段進行處理：平面上采用四邊形耦合三角形網格進行網格剖分，網格尺度順流向不超過5m，橫流向不超過3m，對于裁彎取直匯口處，進行局部加密，網格間距加密至0.5m～1m；縱向上垂直水深方向分為5層。

16、進一步的，步驟s4中的分析結果為：

17、多年平均流量、航運用水量為24m3/s條件下，各個生態涵養區內幾乎為靜水，表面流速在0.00m/s～0.006m/s范圍內，底部流速在0.00m/s～0.004m/s范圍內，水動力條件微弱；

18、多年平均流量、航運用水量為40m3/s條件下，各個生態涵養區內幾乎亦為靜水，表面流速在0.00m/s～0.014m/s范圍內，底部流速在0.00m/s～0.010m/s范圍內，水動力條件微弱；

19、常年洪水流量、航運用水量為24m3/s條件下，各個生態涵養區內水動力條件有增強，表面流速在0.002m/s～0.152m/s范圍內，底部流速在0.01m/s～0.106m/s范圍內；

20、常年洪水、航運用水量為40m3/s條件下，各個生態涵養區內水動力條件稍有增強，表面流速在0.003m/s～0.141m/s范圍內，底部流速在0.01m/s～0.092m/s范圍內；

21、枯期流量、航運用水量為24m3/s條件下，各個生態涵養區內幾乎為靜水，表面流速在0.00m/s～0.010m/s范圍內，底部流速在0.00m/s～0.007m/s范圍內，水動力條件微弱；

22、枯期流量、馬道樞紐航運用水量為40m3/s條件下，各個生態涵養區內幾乎為靜水，表面流速在0.00m/s～0.017m/s范圍內，底部流速在0.00m/s～0.012m/s范圍內，水動力條件微弱。

23、基于相同的構思，還提出了一種生態涵養區布置分析裝置，包括至少一個處理器，以及與所述至少一個處理器通信連接的存儲器；所述存儲器存儲有可被所述至少一個處理器執行的指令，所述指令被所述至少一個處理器執行，以使所述至少一個處理器能夠執行權利要求1至9中任一項所述的一種生態涵養區布置分析方法。

24、基于本發明的方案，有益效果是：本發明提出了一種新的生態涵養區布置分析方法和裝置，用于指導河道設計時的生態涵養區的設置。

技術特征：

1.一種生態涵養區布置分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權利要求1所述的一種生態涵養區布置分析方法，其特征在于，步驟s1具體包括：建立三維水流數學基本方程；進行方程的離散處理和空間離散處理；確定定解條件；地形與網格劃分。

3.如權利要求2所述的一種生態涵養區布置分析方法，其特征在于，所述方程的離散處理包括建立非結構網格流場模型，采用顯－隱式交替技術，對質量守恒方程和動量守恒方程分別進行時間和空間上的積分，每個方向及單獨網格線上的方程矩均采用雙精度掃描法分別在x、y、z方向上輪換進行掃描求解。

4.如權利要求2所述的一種生態涵養區布置分析方法，其特征在于，所述空間離散處理包括：建立非結構網格流場模型；對模型中計算區域進行空間離散時，采用非結構網格有限體積法將統一的連續體系在空間上離散為一系列不規則且互不重疊的網格單元，其中，三維模型平面上采用非結構網格，垂向上采用結構網格。

5.如權利要求4所述的一種生態涵養區布置分析方法，其特征在于，垂向上采用結構網格，形成垂向上的分層結構；包括均勻分層模式、指定相對分層模式和可變分層模式。

6.如權利要求2所述的一種生態涵養區布置分析方法，其特征在于，所述定解條件包括初始條件和邊界條件，所述初始條件為根據實測資料開始計算初始化過程；所述邊界條件包括假定條件和一般邊界條件，所述假定條件不涉及水面和流速的具體數值大小；一般邊界條件包括：進口給定流量，出口給定相應的水位；對于不滑動岸邊界，取流速為零；對于滑動岸邊界，取邊界法線方向流速為零；泥沙邊界進口給定含沙量隨時間變化，出口邊界無梯度變化。

7.如權利要求6所述的一種生態涵養區布置分析方法，其特征在于，還包括干濕邊界條件的確定，監測每個單元的水深，并根據水深把單元分成三類：干單元、部分干單元和濕單元，并且根據部分干單元面確定洪水邊界。

8.如權利要求2所述的一種生態涵養區布置分析方法，其特征在于，所述地形與網格劃分包括：對三維水流模型中的河段進行處理：平面上采用四邊形耦合三角形網格進行網格剖分，網格尺度順流向不超過5m，橫流向不超過3m，對于裁彎取直匯口處，進行局部加密，網格間距加密至0.5m~1m；縱向上垂直水深方向分為5層。

9.如權利要求1所述的一種生態涵養區布置分析方法，其特征在于，步驟s4中的分析結果為：

10.一種生態涵養區布置分析裝置，其特征在于，包括至少一個處理器，以及與所述至少一個處理器通信連接的存儲器；所述存儲器存儲有可被所述至少一個處理器執行的指令，所述指令被所述至少一個處理器執行，以使所述至少一個處理器能夠執行權利要求1至9中任一項所述的一種生態涵養區布置分析方法。

技術總結
本發明屬于河道生態涵養區設計技術領域，具體涉及一種生態涵養區布置分析方法和裝置。方法包括以下步驟：S1，建立三維水流數學模型；S2，根據三維水流數學模型，采用豐、平、枯多級流量工況進行模擬分析；S3，將河段生態涵養區均布置在裁彎取直段河道以內；S4，研究運河建成后，各級流量工況下，生態涵養區內流速；S5，提升生態涵養區內水流流速，并進行生態涵養區推流模擬，得到生態涵養區流速分布，本發明提出了一種新的生態涵養區布置分析方法和裝置，用于指導河道設計時的生態涵養區的設置。

技術研發人員：于忠濤,韋德鑒,高成巖,何俊輝,唐瑋,黎明鏡,羅琳,潘劍,張麗媛,覃曉鳳,寧春平,張鵬
受保護的技術使用者：中交水運規劃設計院有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28