一种多沙河流水库的双泥沙侵蚀基准面排沙系统

摘要

本发明提供了一种多沙河流水库的双泥沙侵蚀基准面排沙系统，包括：构建模块，用于构建第一泥沙侵蚀基准面和第二泥沙侵蚀基准面；第一获取模块，用于获取构建的第一泥沙侵蚀基准面和第二泥沙侵蚀基准面的位置高程；第二获取模块，用于获取构建的第一泥沙侵蚀基准面和第二泥沙侵蚀基准面的形成条件；处理模块，用于对第一获取模块获取的位置高程以及第二获取模块获取的形成条件进行预处理，确定第一泥沙侵蚀基准面和第二泥沙侵蚀基准面对应的拦沙库容，并输出显示。便于实现水库有效库容的长期保持和拦沙库容的再生利用。

说明书

技术领域

本发明涉及水利工程技术领域，特别涉及一种多沙河流水库的双泥沙侵蚀基准面排沙系统。

背景技术

多沙河流泥沙淤积严重，河道防洪和减淤是突出的问题。黄河长期治理实践表明，通过修建骨干水库拦沙和调水调沙，协调进入下游的水沙关系，提高下游河道输沙能力，是减缓下游河道淤积抬升，维持适宜中水河槽，减轻河道防洪压力的最直接、最有效的措施。多沙河流上适宜于修建拦沙和调水调沙水库的坝址资源非常有限，水库修建后，随着库区泥沙淤积，在一定年限内拦沙库容将逐渐淤满。多沙河流拦沙库容淤满后即失去拦沙减淤功能，但河道来沙量是无限的，如果能够在保持有效库容的基础上实现拦沙库容的重复利用，对于充分发挥水库的防洪减淤作用具有重要的意义。

通常情况下，水库拦沙库容淤满进入正常运用期后，库区会形成一个正常泥沙侵蚀基准面，该基准面以上能够长期保持的库容为水库有效库容，基准面以下的库容为拦沙库容。一个泥沙侵蚀基准面能够实现有效库容的长期保持，但不能实现拦沙库容的重复利用，拦沙库容淤满后即失去拦沙减淤功能。因此，本发明拟通过在死水位以下创造一个临时泥沙侵蚀基准面，形成双泥沙侵蚀基准面排沙系统，从而实现多沙河流水库拦沙库容的再生和重复利用，长期发挥水库拦沙减淤效益。

因此，本发明提出一种多沙河流水库的双泥沙侵蚀基准面排沙系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种多沙河流水库的双泥沙侵蚀基准面排沙系统，通过构建基准面，并按照位置高程和形成条件，确定拦沙库容，并输出显示，以解决现有技术存在的不足，实现水库有效库容的长期保持和拦沙库容的再生利用。

本发明提供一种多沙河流水库的双泥沙侵蚀基准面排沙系统，包括：

构建模块，用于构建第一泥沙侵蚀基准面和第二泥沙侵蚀基准面；

第一获取模块，用于获取构建的所述第一泥沙侵蚀基准面和第二泥沙侵蚀基准面的位置高程；

第二获取模块，用于获取构建的所述第一泥沙侵蚀基准面和第二泥沙侵蚀基准面的形成条件；

处理模块，用于对所述第一获取模块获取的位置高程以及第二获取模块获取的形成条件进行预处理，确定所述第一泥沙侵蚀基准面和第二泥沙侵蚀基准面对应的拦沙库容，并输出显示。

在一种可能实现的方式中，

所述第一泥沙侵蚀基准面的位置高程与水库死水位相对应；

所述第二泥沙侵蚀基准面的位置高程与排沙孔最低运用水位相对应。

在一种可能实现的方式中，

所述第一泥沙侵蚀基准面是基于所述拦沙库容淤满进入正常运用期所对应的库区而形成的；

所述第二泥沙侵蚀基准面是基于当实测入库流量大于预设洪水洪峰流量时，通过控制开启排沙孔泄流，来对所述第一泥沙侵蚀基准面进行溯源冲刷和沿程冲刷处理获得的；

其中，当洪水过程消退后，所述第二泥沙侵蚀基准面结束。

在一种可能实现的方式中，

所述处理模块，还用于根据预先设定好的泥沙冲淤数学模型，并基于水流连续方程、水流运动方程、泥沙连续方程和河床变形方程，计算所述拦沙库容的泥沙冲淤量；

将所述泥沙冲淤量与所述预设冲淤量进行比较，并根据比较结果控制报警模块执行相应的报警操作。

在一种可能实现的方式中，

所述水流连续方程包括：

所述水流运动方程包括：

所述泥沙连续方程包括：

所述河床变形方程包括：

其中：Q表示水流流量，x表示流程，g表示重力加速度，A表示过水断面面积，Z表示水位，J表示能坡，k表示粒径组，S表示含沙量，A

在一种可能实现的方式中，还包括：

预估模块，用于在构建所述第一泥沙侵蚀基准面和第二泥沙侵蚀基准面的过程中，预估所述第一泥沙侵蚀基准面是否存在对应的滑坡体，若存在，对所述滑坡体的当前位置进行标定；

并根据如下公式计算标定的所述滑坡体的最大运动速度V

其中，g表示重力加速度；h表示所述滑坡体的质心距离水平面的高度；f

根据所述最大运动速度和最小运动速度，从滑坡数据库中，调取相关的影响参数；

根据所述影响参数，并根据如下公式，预估对所述第一泥沙侵蚀基准面的损坏值S；

其中，G1表示所述影响参数对第一泥沙侵蚀基准面的泥沙堆积影响值，且取值范围为[3，5]；G2表示所述影响参数对第一泥沙侵蚀基准面的泥沙侵蚀影响值，且取值范围为[6，8]；G3表示所述影响参数对第一泥沙侵蚀基准面的形状影响值，且取值范围为[2，5]；max{}表示最大函数；η1表示泥沙堆积的权重值；η2表示泥沙侵蚀的权重值；η3表示形状的权重值；

当所述损坏值超出预设值时，从调整数据库中，调取与所述损坏值与预设值差值绝对值以及所述滑坡体的当前位置相关的调整方案，并根据所述调整方案对所述滑坡体进行填高或削平处理。

在一种可能实现的方式中，

所述处理模块，还用于对所述第一获取模块获取的位置高程以及第二获取模块获取的形成条件进行预处理过程中，包括：

提取单元，用于提取与所述位置高程相关的待调整区域，同时，获取所述待调整区域的边界点及端点，并建立所述端点与每个边界点的直线路径，同时，基于图像处理技术，确定所述直线路径中每个点的虚实信息；

且，根据所述虚实信息对所述待调整区域进行调整处理，获得截面区域；

分割单元，用于对所述截面区域进行分割区域，并分割成若干份相连的子带；

捕捉单元，用于捕捉每个子带的当前图像，并对当前图像进行分析处理，确定所述当前图像中存在的像素点的类型，并对不同类型的像素点进行区域划分，获得初步区域划分线条，此时，截取所述初步区域划分线条，并对所述初步区域划分线条的边缘区域进行标注处理；

获取单元，用于获取所述初步区域划分线条中的最小边缘距离，同时，采用逼近原则，并基于所述最小边缘距离，从标注处理的边缘部分向中心点逐渐逼近，获得二次区域划分线条；

确定单元，用于根据所述二次区域划分线条，确定所述子带中是否存在裂痕，同时，根据所述像素点的类型确定所述子带对应的泥沙固定程度；

评估单元，用于根据确定的所有子带的裂痕结果、泥沙固定程度以及形成条件，对所述截面区域进行综合评估，并根据综合评估结果预估所述拦沙库容的预设冲淤量。

在一种可能实现的方式中，

从标注处理的边缘部分向中心点逐渐逼近的过程中，是基于像素点的不同进行逐渐逼近的；

所述初步区域划分线条是由若干条逼近线条构成的；

其中，第一像素点连续分布在所述逼近线条的一侧，第二像素点连续分布在所述逼近线条的另一侧，此时，寻找所述第一像素点最逼近所述第二像素点的第一定位点以及寻找所述第二像素点最逼近所述第一像素点的第二定位点；

根据所述第一定位点和第二定位点，确定间隔距离，进而获得对应的二次区域划分线条。

本发明的有益效果如下：

通过在多沙河流水库库区创造双泥沙侵蚀基准面排沙系统，通过设置双泥沙侵蚀基准面，且通过形成条件和位置高程的获取，来确定库容，不仅能使水库的有效库容长期保持，而且可实现水库拦沙库容的再生和重复利用，长期发挥水库拦沙减淤效益，最大可能地发挥水库的综合利用效益。该发明在多沙河流水库设计中推广应用，可提高水库防洪减灾和水资源保障能力，充分发挥水资源综合利用效益。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例中一种多沙河流水库的双泥沙侵蚀基准面排沙系统的结构图；

图2为本发明多沙河流水库的双泥沙侵蚀基准面排沙系统的剖视结构示意图；

图3为本发明的处理模块的结构图。

图中：1-第一泥沙侵蚀基准面，2-第二泥沙侵蚀基准面，3-大坝，4-原始河床，5-排沙孔，a-水库死水位，b-排沙孔最低运用水位。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种多沙河流水库的双泥沙侵蚀基准面排沙系统，如图1-2所示，包括：

构建模块，用于构建第一泥沙侵蚀基准面和第二泥沙侵蚀基准面；

第一获取模块，用于获取构建的所述第一泥沙侵蚀基准面和第二泥沙侵蚀基准面的位置高程；

第二获取模块，用于获取构建的所述第一泥沙侵蚀基准面和第二泥沙侵蚀基准面的形成条件；

处理模块，用于对所述第一获取模块获取的位置高程以及第二获取模块获取的形成条件进行预处理，确定所述第一泥沙侵蚀基准面和第二泥沙侵蚀基准面对应的拦沙库容，并输出显示。

该实施例中，第一泥沙侵蚀基准面为正常泥沙侵蚀基准面，第二泥沙侵蚀基准面为临时泥沙侵蚀基准面。

该实施例中，水库拦沙库容淤满进入正常运用期，库区形成正常泥沙侵蚀基准面，其位置高程对应于水库死水位。正常泥沙侵蚀基准面用于水库调水调沙计算。

当实测入库流量大于2-5年一遇洪水洪峰流量时，开启排沙孔，通过剧烈的溯源冲刷和沿程冲刷作用，破坏库区原有的正常泥沙侵蚀基准面，进而形成低于死水位的临时泥沙侵蚀基准面，直至洪水过程消退时结束。临时泥沙侵蚀基准面的位置高程对应于排沙孔最低运用水位，可通过大坝下游挑流消能计算确定。临时泥沙侵蚀基准面用于水库拦沙效益计算。

针对上述技术方案，参考如下实施例：

东庄水库位于泾河干流的最后一个峡谷段，入库水流含沙量高，来沙量大，实测年平均含沙量高达140kg/m

经计算论证，采用传统设计方法，即仅设计正常泥沙侵蚀基准面，东庄水库正常运用50年内，库区最大淤积量为23.51亿m

采用双泥沙侵蚀基准面排沙系统的理念进行设计，东庄水库正常运用50年内，库区最大淤积量为21.60亿m

综上所述，双泥沙侵蚀基准面排沙系统的运用，增强了东庄水库的排沙能力，库区累计淤积量比传统设计方法小，可实现拦沙库容的恢复再生和重复利用。

上述技术方案的有益效果是：通过构建基准面，并按照位置高程和形成条件，确定拦沙库容，并输出显示，实现水库有效库容的长期保持和拦沙库容的再生利用。

本发明提供一种多沙河流水库的双泥沙侵蚀基准面排沙系统，

所述第一泥沙侵蚀基准面的位置高程与水库死水位相对应；

所述第二泥沙侵蚀基准面的位置高程与排沙孔最低运用水位相对应。

本发明提供一种多沙河流水库的双泥沙侵蚀基准面排沙系统，

所述第一泥沙侵蚀基准面是基于所述拦沙库容淤满进入正常运用期所对应的库区而形成的；

所述第二泥沙侵蚀基准面是基于当实测入库流量大于预设洪水洪峰流量时，通过控制开启排沙孔泄流，来对所述第一泥沙侵蚀基准面进行溯源冲刷和沿程冲刷处理获得的；

其中，当洪水过程消退后，所述第二泥沙侵蚀基准面结束。

本发明提供一种多沙河流水库的双泥沙侵蚀基准面排沙系统，

所述处理模块，还用于根据预先设定好的泥沙冲淤数学模型，并基于水流连续方程、水流运动方程、泥沙连续方程和河床变形方程，计算所述拦沙库容的泥沙冲淤量；

将所述泥沙冲淤量与所述预设冲淤量进行比较，并根据比较结果控制报警模块执行相应的报警操作。

优选的，所述水流连续方程包括：

所述水流运动方程包括：

所述泥沙连续方程包括：

所述河床变形方程包括：

其中：Q表示水流流量，x表示流程，g表示重力加速度，A表示过水断面面积，Z表示水位，J表示能坡，k表示粒径组，S表示含沙量，A

上述技术方案的有益效果是：通过上述方程便于基于上述模型计算出泥沙冲淤，为后续双泥沙侵蚀基准面排沙系统可实现20％以上的拦沙库容再生利用提供数据计算基础。

本发明提供一种多沙河流水库的双泥沙侵蚀基准面排沙系统，还包括：

预估模块，用于在构建所述第一泥沙侵蚀基准面和第二泥沙侵蚀基准面的过程中，预估所述第一泥沙侵蚀基准面是否存在对应的滑坡体，若存在，对所述滑坡体的当前位置进行标定；

并根据如下公式计算标定的所述滑坡体的最大运动速度V

其中，g表示重力加速度；h表示所述滑坡体的质心距离水平面的高度；f

根据所述最大运动速度和最小运动速度，从滑坡数据库中，调取相关的影响参数；

根据所述影响参数，并根据如下公式，预估对所述第一泥沙侵蚀基准面的损坏值S；

其中，G1表示所述影响参数对第一泥沙侵蚀基准面的泥沙堆积影响值，且取值范围为[3，5]；G2表示所述影响参数对第一泥沙侵蚀基准面的泥沙侵蚀影响值，且取值范围为[6，8]；G3表示所述影响参数对第一泥沙侵蚀基准面的形状影响值，且取值范围为[2，5]；max{}表示最大函数；η1表示泥沙堆积的权重值；η2表示泥沙侵蚀的权重值；η3表示形状的权重值；

当所述损坏值超出预设值时，从调整数据库中，调取与所述损坏值与预设值差值绝对值以及所述滑坡体的当前位置相关的调整方案，并根据所述调整方案对所述滑坡体进行填高或削平处理。

上述技术方案的有益效果是：通过对滑坡体进行定位，便于为后续确保基准面稳固性提供数据基础，首先标定滑坡体，其次，通过公式计算滑坡体的最大运动速度和最小运动速度，便于为确定影响参数提供数据基础，通过根据公式计算影响参数对第一泥沙侵蚀基准面的损坏值，便于提取调整方案，来对滑坡体进行填高或削平处理，降低滑坡体对第一泥沙侵蚀基准面的破坏，保证泥沙淤积的合理性和安全性。

本发明提供一种多沙河流水库的双泥沙侵蚀基准面排沙系统，如图3所示，

所述处理模块，还用于对所述第一获取模块获取的位置高程以及第二获取模块获取的形成条件进行预处理过程中，包括：

提取单元，用于提取与所述位置高程相关的待调整区域，同时，获取所述待调整区域的边界点及端点，并建立所述端点与每个边界点的直线路径，同时，基于图像处理技术，确定所述直线路径中每个点的虚实信息；

且，根据所述虚实信息对所述待调整区域进行调整处理，获得截面区域；

分割单元，用于对所述截面区域进行分割区域，并分割成若干份相连的子带；

捕捉单元，用于捕捉每个子带的当前图像，并对当前图像进行分析处理，确定所述当前图像中存在的像素点的类型，并对不同类型的像素点进行区域划分，获得初步区域划分线条，此时，截取所述初步区域划分线条，并对所述初步区域划分线条的边缘区域进行标注处理；

获取单元，用于获取所述初步区域划分线条中的最小边缘距离，同时，采用逼近原则，并基于所述最小边缘距离，从标注处理的边缘部分向中心点逐渐逼近，获得二次区域划分线条；

确定单元，用于根据所述二次区域划分线条，确定所述子带中是否存在裂痕，同时，根据所述像素点的类型确定所述子带对应的泥沙固定程度；

评估单元，用于根据确定的所有子带的裂痕结果、泥沙固定程度以及形成条件，对所述截面区域进行综合评估，并根据综合评估结果预估所述拦沙库容的预设冲淤量。

该实施例中，由于位置高程对应的截面区域也为与基准面相关的内容，所以通过对其继续子带划分，并进行图像处理，以及区域线条的粗划分和细划分，便于有效确定裂痕的大小以及粗细。

该实施例中，每个点的虚实信息，可以是与像素相关的信息。

上述技术方案的有益效果是：通过对位置高程对应的截面区域进行提取，且对其进行分割，便于对每个子带图像进行分析处理，方便确定是否存在裂痕，其中，首先确定图像中存在的像素点类型进行区域划分，获得初步区域划分线条，即进行粗划分，其次，通过对边缘区域进行标注处理，且采用最小边缘距离以及逼近原则，对粗划分结果进行再次精细化处理，来保证二次区域划分线条的准确性，提高确定其裂痕的准确位置，为后续预估预设冲淤量提供数据基础，且通过根据像素点类型，便于确定子带的泥沙固定程度，通过与裂痕结果相结合，保证获取的预设冲淤量准确性，为间接实现水库有效库容的长期保持和拦沙库容的再生利用提供基础。

本发明提供一种多沙河流水库的双泥沙侵蚀基准面排沙系统，

从标注处理的边缘部分向中心点逐渐逼近的过程中，是基于像素点的不同进行逐渐逼近的；

所述初步区域划分线条是由若干条逼近线条构成的；

其中，第一像素点连续分布在所述逼近线条的一侧，第二像素点连续分布在所述逼近线条的另一侧，此时，寻找所述第一像素点最逼近所述第二像素点的第一定位点以及寻找所述第二像素点最逼近所述第一像素点的第二定位点；

根据所述第一定位点和第二定位点，确定间隔距离，进而获得对应的二次区域划分线条。

该实施例中，逼近线条，例如是基于初步区域划分线条进行横向划分获得的，且包含无数条逼近线条。

该实施例中，初步区域划分线条是中的每个逼近线条都是由于两侧存在的像素点不同而构成的，因此，通过确定第一像素点中的第一定位点以及第二像素点中的第二定位点，便于有效的获取逼近线条上的不同像素点的最小区间距离，进而根据该最小区间距离，构造二次区域划分线条。

上述技术方案的有益效果是：通过设置逼近线条，便于可以精细到对每个线条进行判断，保证最后确定的二次区域划分线条的精细程度，避免由于确定的裂痕程度较为粗糙，导致误差增大，不利于间接实现水库有效库容的长期保持和拦沙库容的再生利用。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。