(19)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 202210982826.7 (22)申请日 2022.08.16 (71)申请人 中国长江三峡集团有限公司 地址 430010 湖北省武汉市江岸区六合路1 号 申请人 三峡环境科技有限公司 (72)发明人 唐洋博　李玮　吴一帆　陈宇枫　 贾泽宇　柳蒙蒙　李翀　陈亚松　 (74)专利代理 机构 宜昌市三峡专利事务所 42103 专利代理师 李登桥 (51)Int.Cl. G06Q 10/04(2012.01) G06Q 50/26(2012.01) (54)发明名称 一种快速预测雨天满流箱涵中沉积物厚度 的方法 (57)摘要 本发明提供了一种快速预测雨天满流箱涵 中沉积物厚度的方法， 此方法能够快速预测雨天 满流箱涵中的沉积物厚度， 相较于实际测量能够 节省人力物力， 帮助支持箱涵运维管理， 有利于 优化箱涵的设计规范和清淤工作， 保障箱涵的过 流能力， 减少溢流污染和城市内涝风险。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115293441 A 2022.11.04 CN 115293441 A 1.一种快速预测雨天满流箱涵中沉积物厚度的方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤一： 确定底部沉积物层厚度h、 沉积层湿周Pw、 箱涵壁湿周Pb以及过流面积A、 箱涵宽 度为W， 箱涵高度为H， 湿周主要表征沉积层以及箱涵壁与水流的接触， 也反映出水流产生剪 切力的受力范围， 各参数计算公式如下： Pb＝W  (1) Pw＝2(H‑h)+W  (2) A＝W(H‑h)  (3) 步骤二： 确定雨天满流箱涵中的流速V， 其中流量取箱涵雨天的设计流量Qs， 主要根据汇 水区性质、 城镇类型、 气候特征来确定 设计重现期及降雨时长从而确定 设计流量， 设计流量 由公式(4)确定： Qs＝q ψF  (4) V＝Q/A  (5) 其中： q为设计暴 雨强度， ψ为综合径流系数， F为汇水面积； 步骤三： 确定综合水力半径Rc， 综合水力半径由过流面积、 沉积层湿周、 箱涵壁湿周决 定： Rc＝A/(Pw+Pb)  (6) 步骤四： 确定雨天满流箱涵内的雷诺数Re： Re＝4VRc/v  (7) 其中： v为 运动粘滞系数； 步骤五： 柯尔布 鲁克公式用于计算方形截 面的箱涵沉积层的摩擦系数fs， 为实现快速计 算， 采用柯尔布鲁克显示近似公式： fs＝1.163[ln(0.234e1.1007‑60.525/Re1.1105+56.291/Re1.0712)]‑2  (8) 其中： e为相对粗 糙系数， 即沉积层颗粒物的中值粒径d50与箱涵高度的比； 步骤六： 确定修正携沙后的摩擦系数fb， 由于水流携带一定浓度的沉积物运动， 需要消 耗更多的动能， 经修 正后的携沙摩擦系数为2倍的沉积层 摩擦系数： fb＝2fs  (9) 步骤七： 确定沉积层剪应力 τb， 主要由携沙摩擦系数和箱涵内流速决定： τb＝(fbρ V2)/8  (10) 其中： ρ 为水的密度； 步骤八： 确定单宽沉积物输运率qs， 即单位时间内单位宽度的沉积层上方输运的沉积物 质量： qs＝CQ/Pb  (11) 其中： C为 沉积物在满流箱涵中的浓度； 步骤九： 确定沉积物无量纲粒径D*： D*＝d50((s‑1)g/ ν2)(1/3)  (12) 其中： s为 沉积物相对密度， g为重力加速度； 步骤十： 确定 颗粒临界剪切力 τc： τc＝θc(s‑1)d50ρ g  (13) 其中： θc由无量纲粒径对应得到；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115293441 A 2步骤十一： 确定 剪切力强度T： T＝( τb‑τc)/ τc  (14) 步骤十二： 确定沉积物跳跃长度 λ： λ＝2.4d50D*0.27T1.5  (15) 步骤十三： 确定沉积物侵蚀速率E： E＝qs/ λ  (16) 步骤十四： 确定无量纲输运 参数φ： φ＝E/( ρs((s‑1)gd50)0.5)  (17) 其中： ρs为沉积物的密度； 步骤十五： 确定无量纲 底部剪应力 θb： θb＝17.54φ1/(0.97+0.2Y)+0.03+0.06Y  (18) 其中： Y为粘性物质所占沉积层的质量分数； 步骤十六： 沉积层剪应力 τb的另一种表达方式： τb＝θb(s‑1)d50ρ g  (19) 步骤十七： 以上公式中只有沉积物厚度为未知参数， 通过联立公式(10)和(19)， 运用 Excel的单变量 求解工具解出沉积物厚度， 达 到预测雨天满流箱涵中沉积物厚度的目的。 2.根据权利要求1所述一种快速预测雨天满流箱涵中沉积物厚度的方法， 其特征在于， 所述步骤一中确定底部沉积物层厚度h的过程中， 假设沉积层在箱涵截面内等高； 且假设沉 积层宽度等于箱涵宽度。 3.根据权利要求1所述一种快速预测雨天满流箱涵中沉积物厚度的方法， 其特征在于， 还包括步骤十八： 列出不同工况下 的沉积物厚度案例矩阵， 并对箱涵设计和 沉积物清淤维 护给出相关建议。 4.根据权利要求1所述一种快速预测雨天满流箱涵中沉积物厚度的方法， 其特征在于， 典型工况包括： 1)沉积物中位粒径d50＝0.4、 0.9、 1.8、 2.5m m； 2)粘性物质 质量分数Y＝0、 0.1、 0.2、 0.4； 3)因大部分现状设计重现期不足两年， 故P＝1、 2年； 4)中等城市降雨历时t＝90、 120mi n。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115293441 A 3