CN116007577A - 一种河床变形高程确定方法、装置、设备及介质 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种河床变形高程确定方法、装置、设备及介质，涉及水利工程技术领域。包括：根据待测河流的河流深度、圆柱雷诺数、圆柱半径、河床泥沙半径和河床泥沙密度，确定待测河流中的河床泥沙相对于水流交接面处，在不同冲刷时刻下的摩擦阻挡参数；根据待测河流的泥沙休止角和河床处水流方向，确定摩擦阻挡临界值；根据各摩擦阻挡参数与摩擦阻挡临界值的相对大小，分别确定各摩擦阻挡参数对应的冲刷模式；采用相应冲刷模式对应占比确定方式，确定不同冲刷时刻下各摩擦阻挡参数对应的运动泥沙颗粒占比；根据不同冲刷时刻的运动泥沙颗粒占比，确定相应冲刷时刻下待测河流的河床变形高程。本技术方案提高了河床变形高程的准确度。

Description

一种河床变形高程确定方法、装置、设备及介质

技术领域

本申请实施例涉及水利工程技术领域，尤其涉及一种河床变形高程确定方法、装置、设备及介质。

背景技术

河床是承载河流水体的几何边界，通常由基岩、卵石及泥沙组成的沉积物构成，并在水流作用下处于不断的冲刷或淤积变化状态。河床的冲淤表现为河床高程的变化，这种变化可对堤坝、桥梁、取水口、航道和港口等涉水建筑物的安全以及可靠的产生运行产生严重的影响。

现有技术中，通常采用固定的单一经验公式确定河床变形高程，存在确定的河床变形高程准确度较差的缺陷。

发明内容

本申请提供一种河床变形高程确定方法，以提高河床变形高程的准确度。

第一方面，本申请提供了一种河床变形高程确定方法，包括：

根据待测河流的河流深度、圆柱雷诺数、圆柱半径、河床泥沙半径和河床泥沙密度，确定待测河流中的河床泥沙相对于水流交接面处，在不同冲刷时刻下的摩擦阻挡参数；

根据待测河流的泥沙休止角和河床处水流方向，确定摩擦阻挡临界值；

根据各摩擦阻挡参数与摩擦阻挡临界值的相对大小，分别确定各摩擦阻挡参数对应的冲刷模式；

采用相应冲刷模式对应占比确定方式，确定不同冲刷时刻下各摩擦阻挡参数对应的运动泥沙颗粒占比；

根据不同冲刷时刻的运动泥沙颗粒占比，确定相应冲刷时刻下待测河流的河床变形高程。

第二方面，本申请还提供了一种河床变形高程确定装置，包括：

参数确定模块，用于根据待测河流的河流深度、圆柱雷诺数、圆柱半径、河床泥沙半径和河床泥沙密度，确定待测河流中的河床泥沙相对于水流交接面处，在不同冲刷时刻下的摩擦阻挡参数；

临界值确定模块，用于根据待测河流的泥沙休止角和河床处水流方向，确定摩擦阻挡临界值；

冲刷模式确定模块，用于根据各摩擦阻挡参数与摩擦阻挡临界值的相对大小，分别确定各摩擦阻挡参数对应的冲刷模式；

占比确定模块，用于采用相应冲刷模式对应占比确定方式，确定不同冲刷时刻下各摩擦阻挡参数对应的运动泥沙颗粒占比；

高程确定模块，用于根据不同冲刷时刻的运动泥沙颗粒占比，确定相应冲刷时刻下待测河流的河床变形高程。

第三方面，本申请实施例还提供了一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及

与至少一个处理器通信连接的存储器；其中

存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行本申请任一实施例所提供的一种河床变形高程确定方法。

第四方面，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，计算机指令用于使处理器执行时实现本申请任一实施例的一种河床变形高程确定方法。

本申请根据待测河流的河流深度、圆柱雷诺数、圆柱半径、河床泥沙半径和河床泥沙密度，确定待测河流中的河床泥沙相对于水流交接面处，在不同冲刷时刻下的摩擦阻挡参数；根据待测河流的泥沙休止角和河床处水流方向，确定摩擦阻挡临界值；根据各摩擦阻挡参数与摩擦阻挡临界值的相对大小，分别确定各摩擦阻挡参数对应的冲刷模式；采用相应冲刷模式对应占比确定方式，确定不同冲刷时刻下各摩擦阻挡参数对应的运动泥沙颗粒占比；根据不同冲刷时刻的运动泥沙颗粒占比，确定相应冲刷时刻下待测河流的河床变形高程。本申请的技术方案，根据摩擦阻挡参数和摩阻挡临界值的相对大小，确定各摩擦阻挡参数对应的冲刷模式，并根据冲刷模式对占比确定方式加以区分，从而不同冲刷模式采用不同的占比确定方式，进行相应模式下不同冲刷时刻下的运动泥沙颗粒占比的确定，提高了不同冲刷模式下的运动泥沙颗粒占比的准确度，进而了提高了基于运动泥沙颗粒占比所确定的河床变形高程的准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1A是本申请实施例一提供的一种河床变形高程确定方法的流程图；

图1B是本申请实施例一提供的一种河床中的泥沙颗粒的受力示意图；

图2A是本申请实施例二提供的一种河床变形高程确定方法的流程图；

图2B是本申请实施例二提供的一种运动泥沙颗粒占比随摩擦阻挡参数变化规律的示意图；

图2C是本申请实施例二提供的一种本申请与现有技术在清水冲刷模式下相同时刻河床泥沙初始冲刷状态的对照图；

图3A是本申请实施例三提供的一种河床变形高程确定方法的流程图；

图3B是本申请实施例三提供的一种河床泥沙的不同冲刷时刻累计的最终冲刷坑状态示意图；

图4是本申请实施例四提供的一种河床变形高程确定装置的结构图；

图5是本申请实施例五提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例一

图1A为本申请实施例一提供的一种河床变形高程确定方法的流程图，本实施例可适用于确定河流的河床变形高程的情况，该方法可以由一种河床变形高程确定装置来执行，该河床变形高程确定装置可以采用硬件和/或软件的形式实现，并具体配置于电子设备中，例如服务器中。

如图1A所示，该方法包括：

S101、根据待测河流的河流深度、圆柱雷诺数、圆柱半径、河床泥沙半径和河床泥沙密度，确定待测河流中的河床泥沙相对于水流交接面处，在不同冲刷时刻下的摩擦阻挡参数。

本实施例中，圆柱雷诺数可以是立于待测河流中的圆柱的雷诺数；圆柱半径可以是立于待测河流中的圆柱的半径；河床泥沙半径可以是待测河流的河床泥沙颗粒的粒径；河床泥沙密度可以是待测河流的河床泥沙颗粒在待测河流中的密度；摩擦阻挡参数可以用于表征河床泥沙的可动性；摩擦阻挡参数越大，则河床泥沙的可动性越强。在一个可选实施例中，圆柱可以是立于待测河流中的桥墩。

S102、根据待测河流的泥沙休止角和河床处水流方向，确定摩擦阻挡临界值。

本实施例中，泥沙休止角可以是河床泥沙平面与水平面之间的夹角；摩擦阻挡临界值可以是待测河流的河床泥沙恰好开始运动时的摩擦阻挡参数。

具体的，将河床泥沙平面与河床处水流方向的夹角，作为第一夹角；根据第一夹角、泥沙休止角和静态摩擦系数，分别确定参考值乘积和参考比值；确定参考乘积与参考比值之间的差值；将该差值与泥沙休止角为0时的参考摩擦阻挡临界值的乘积，作为摩擦阻挡临界值；其中，泥沙休止角为0时的摩擦阻挡临界值和静态摩擦系数可以由技术人员根据实际需求或实际经验自主设定，本申请对此不做限定。在一个具体实施方式中，泥沙休止角为0时的摩擦阻挡临界值为0.05。示例性的，摩擦阻挡临界值可以通过以下公式确定：

其中，θ_c表示摩擦阻挡临界值；θ_c0表示泥沙休止角为0时的参考摩擦阻挡临界值；

表示参考乘积；

表示参考比值；β表示泥沙休止角；α表示第一夹角；μ_s表示静态摩擦系数。

可选的，图1B是一种河床中的泥沙颗粒的受力示意图。如图1B所示，河床面即是待测河流的河床泥沙平面；河床面与水平面之间的夹角即是泥沙休止角，角度大小为β；F_D是泥沙颗粒所受拖曳力和升力的合力；wsinβ是泥沙颗粒与河床相切的重力分量；u_τ是泥沙颗粒的摩擦速度；u_b是泥沙颗粒的平均速度；与河床相切的重力分量wsinβ与摩擦速度u_τ之间的夹角即是第一夹角，角度大小为α；其中，泥沙颗粒的摩擦速度与平均速度的方向相同。

S103、根据各摩擦阻挡参数与摩擦阻挡临界值的相对大小，分别确定各摩擦阻挡参数对应的冲刷模式。

本实施例中，冲刷模式可以是待测河流的水流对河床泥沙颗粒进行冲刷的模式。示例性的，可以针对不同摩擦阻挡参数，设置至少一个冲刷模式，不同冲刷模式对应的占比确定方式不同。

S104、采用相应冲刷模式对应占比确定方式，确定不同冲刷时刻下各摩擦阻挡参数对应的运动泥沙颗粒占比。

本实施例中，占比确定方式可以是运动泥沙颗粒占比的确定方式；运动泥沙颗粒占比可以是河床泥沙颗粒中运动泥沙颗粒，与所有河床泥沙颗粒的之间的比值。其中，不同冲刷模式所对应的占比确定方式不同，以提高不同冲刷模式下的运动泥沙颗粒占比确定结果的准确度。具体的，针对任一冲刷模式，根据该冲刷模式的占比确定方式，确定该冲刷模式下不同冲刷时刻下各摩擦阻挡参数，所对应的运动泥沙颗粒占比。

需要说明的是，通过不同占比确定方式，分别确定相应冲刷模式下不同冲刷时刻的运动泥沙颗粒占比，替代整个冲刷过程机械的采用单一占比确定方式的方式，提高了不同冲刷模式下运动泥沙颗粒占比确定结果准确度。

S105、根据不同冲刷时刻的运动泥沙颗粒占比，确定相应冲刷时刻下待测河流的河床变形高程。

本实施例中，河床变形高程可以是待测河流的河床泥沙，受水流冲刷变形后，以水平面为基准的河床高程。具体的，根据不同冲刷时刻的运动泥沙颗粒占比，和流体动力学泥沙输送平衡方程，确定相应冲刷时刻下的待测河流的河床变形高程。

本申请实施例通过根据待测河流的河流深度、圆柱雷诺数、圆柱半径、河床泥沙粒径和河床泥沙密度，确定待测河流中的河床泥沙相对于水流交接面处，在不同冲刷时刻下的摩擦阻挡参数；根据待测河流的泥沙休止角和河床处水流方向，确定摩擦阻挡临界值；根据各摩擦阻挡参数与摩擦阻挡临界值的相对大小，分别确定各摩擦阻挡参数对应的冲刷模式；采用相应冲刷模式对应占比确定方式，确定不同冲刷时刻下各摩擦阻挡参数对应的运动泥沙颗粒占比；根据不同冲刷时刻的运动泥沙颗粒占比，确定相应冲刷时刻下待测河流的河床变形高程。本申请的技术方案，根据摩擦阻挡参数和摩擦阻挡临界值的相对大小，确定各摩擦阻挡参数对应的冲刷模式，并根据冲刷模式对占比确定方式加以区分，从而不同冲刷模式采用不同的占比确定方式，进行相应模式下不同冲刷时刻下的运动泥沙颗粒占比的确定，提高了不同冲刷模式下的运动泥沙颗粒占比的准确度，进而提高了基于运动泥沙颗粒占比所确定的河床变形高程的准确度。

实施例二

图2A为本申请实施例二提供的一种河床变形高程确定方法的流程图，本实施例在上述各实施例的基础上，进行了追加优化。

进一步地，追加“冲刷模式为清水冲刷模式或动床冲刷模式；其中，不同冲刷模式对应占比确定方式不同”，以丰富冲刷模式的多样性，进而提高确定冲刷模式的灵活性。

需要说明的是，在本申请实施例中未详述部分，可参见前述实施例的表述。

如图2A所示的方法，该方法包括：

S201、根据待测河流的河流深度、圆柱雷诺数、圆柱半径、河床泥沙半径和河床泥沙密度，确定待测河流中的河床泥沙相对于水流交接面处，在不同冲刷时刻下的摩擦阻挡参数。

S202、根据待测河流的泥沙休止角和河床处水流方向，确定摩擦阻挡临界值。

S203、根据各摩擦阻挡参数与摩擦阻挡临界值的相对大小，分别确定各摩擦阻挡参数对应的冲刷模式；冲刷模式为清水冲刷模式或动床冲刷模式；其中，不同冲刷模式对应占比确定方式不同。

本实施例中，清水冲刷模式可以是水流未使河床泥沙颗粒运动的冲刷模式；动床冲刷模式可以是水流使河床泥沙颗粒进行运动的冲刷模式。

在一个可选实施例中，若摩擦阻挡参数大于摩擦阻挡临界值，则冲刷模式为动床冲刷模式；若摩擦阻挡参数不大于摩擦阻挡临界值，则冲刷模式为清水冲刷模式。

可以理解的是，采用上述技术方案，根据摩擦阻挡参数与摩擦阻挡临界值的大小关系，确定冲刷模式为动床冲刷模式或清水冲刷模式，提高了冲刷模式的灵活性，提高了确定冲刷模式的准确度，进而提高了确定运动泥沙颗粒占比的准确度，以及确定河床变形高程的准确度。

S204、采用相应冲刷模式对应占比确定方式，确定不同冲刷时刻下各摩擦阻挡参数对应的运动泥沙颗粒占比。

在一个可选实施例中，若相应冲刷时刻对应冲刷模式为清水冲刷模式，则采用相应冲刷模式对应占比确定方式，确定不同冲刷时刻下各摩擦阻挡参数对应的运动泥沙颗粒占比，包括：将相应冲刷时刻的运动泥沙颗粒占比，设置为预设占比阈值。其中，预设占比阈值可以由技术人员根据实际需求或实践经验自主设定，本申请对此不做限定。

可以理解的是，采用上述技术方案，将相应冲刷时刻对应冲刷模式为清水冲刷模式下的运动泥沙颗粒占比设置为预设占比阈值，可以使清水冲刷模式下的运动泥沙颗粒占比相对固定，以符合清水冲刷模式下，水流基本未改变河床泥沙颗粒的运动状态的特点，提高了根据运动泥沙颗粒占比确定的河床变形高程的准确度。

可选的，预设占比阈值为0。可以理解的是，将冲刷模式为清水冲刷模式下运动泥沙颗粒占比的预设占比阈值确定为0，即清水冲刷模式下，河床泥沙颗粒中不存在运动泥沙颗粒。

在另一个可选实施例中，若相应冲刷时刻对应阻挡冲刷为动床冲刷模式，则采用相应冲刷模式对应占比确定方式，确定不同冲刷时刻下各摩擦阻挡参数对应的运动泥沙颗粒占比，包括：根据相应冲刷时刻的摩擦阻挡参数、摩擦阻挡临界值、以及待测河流在预设泥沙休止角下的动摩擦系数，确定相应冲刷时刻下的运动泥沙颗粒占比。

其中，预设泥沙休止角可以由技术人员根据实际需求或实践经验自主设定，本申请对此不做限定。在一个具体实施方式中，预设泥沙休止角的大小为27°，待测河流在该预设泥沙休止角下的动摩擦系数为0.62。

具体的，确定摩擦阻挡参数和摩擦阻挡临界值之间的差值；根据动摩擦系数与该差值的比值，确定动床冲刷模式下的运动泥沙颗粒占比：

示例性的，可以通过以下公式确定动床冲刷模式下的运动泥沙颗粒占比：

其中，P_EF表示运动泥沙颗粒占比；μ_d表示动摩擦系数；θ表示摩擦阻挡参数；θ_c表示摩擦阻挡临界值。

可以理解的是，采用上述技术方案，根据相应冲刷时刻的摩擦阻挡参数、摩擦阻挡临界值、以及待测河流在预设泥沙休止角下的动摩擦系数，确定相应冲刷时刻下的运动泥沙颗粒占比，提高了动床冲刷模式下，确定的运动泥沙颗粒占比的准确度，进而提高了根据运动泥沙颗粒占比确定的河床变形高程的准确度。

可选的，可以通过以下公式确定相应冲刷时刻对应冲刷模式为清水冲刷模式或动床冲刷模式下，各摩擦阻挡参数的运动泥沙颗粒占比：

其中，P_EF表示运动泥沙颗粒占比；μ_d表示动摩擦系数；θ表示摩擦阻挡参数；θ_c表示摩擦阻挡临界值。

可选的，图2B是一种运动泥沙颗粒占比随摩擦阻挡参数变化的规律变化示意图。如图2B所示。其中，原始模型为应用现有技术中确定运动泥沙颗粒占比的技术方案的模型，对应的变化规律曲线为虚线曲线；修正模型为应用本申请中确定运动泥沙颗粒占比的技术方案的模型，对应的变化规律曲线为实线曲线；左侧规律变化图(a)为动摩擦系数μ_d为0.15时运动泥沙颗粒占比P_EF的规律变化图；右侧规律变化图(b)为动摩擦系数μ_d为1时运动泥沙颗粒占比P_EF的规律变化图。如图所示，原始模型对应曲线在摩擦阻挡参数θ等于摩擦阻挡临界值θ_c时，存在奇点，并且曲线关于摩擦阻挡参数θ等于摩擦阻挡临界值θ_c时的直线左右对称，由于θ≤θ_c时，运动泥沙颗粒占比同样会随着θ的变化而剧烈变化，因此该曲线表示的运动泥沙颗粒占比P_EF随摩擦阻挡参数θ变化的规律准确度较差；修正模型对应的曲线在摩擦阻挡参数θ等于摩擦阻挡临界值θ_c时，不存在奇点，且摩擦阻挡参数θ小于摩擦阻挡临界值θ_c时，运动泥沙颗粒占比为0，能够适用于河床在清水冲刷模式下达到稳定状态使得床载运输速率的计算。

S205、根据不同冲刷时刻的运动泥沙颗粒占比，确定相应冲刷时刻下待测河流的河床变形高程。

可选的，图2C是一种本申请与现有技术在清水冲刷模式下相同时刻河床泥沙初始冲刷状态的对照图。如图2C所示，其中，(a)是应用现有技术确定的清水冲刷模式下河床泥沙初始冲刷状态；(b)是应用本申请实施例的运动泥沙颗粒占比的确定方法确定的清水冲刷模式下河床泥沙初始冲刷状态，并且保持了河床的平整。

本申请实施例根据待测河流的河流深度、圆柱雷诺数、圆柱半径、河床泥沙半径和河床泥沙密度，确定待测河流中的河床泥沙相对于水流交接面处，在不同冲刷时刻下的摩擦阻挡参数；根据待测河流的泥沙休止角和河床处水流方向，确定摩擦阻挡临界值；根据各摩擦阻挡参数与摩擦阻挡临界值的相对大小，分别确定各摩擦阻挡参数对应的冲刷模式；冲刷模式为清水冲刷模式或动床冲刷模式；其中，不同冲刷模式对应占比确定方式不同；采用相应冲刷模式对应占比确定方式，确定不同冲刷时刻下各摩擦阻挡参数对应的运动泥沙颗粒占比；根据不同冲刷时刻的运动泥沙颗粒占比，确定相应冲刷时刻下待测河流的河床变形高程。本申请实施例的技术方案中，冲刷模式为清水冲刷模式或动床冲刷模式，提高了冲刷模式的灵活性，提高了冲刷模式的准确度，不同冲刷模式对应占比确定方式不同，提高了运动泥沙颗粒占比的准确度，以及河床变形高程的准确度。

实施例三

图3A为本申请实施例三提供的一种河床变形高程确定方法的流程图，本申请实施例在上述实施例的技术方案的基础上，对摩擦阻挡参数的确定操作进行了优化改进。

进一步地，将“根据待测河流的河流深度、圆柱雷诺数、圆柱半径、河床泥沙粒径和河床泥沙密度，确定待测河流中的河床泥沙相对于水流交接面处，在不同冲刷时刻下的摩擦阻挡参数”细化为“根据待测河流的河流深度、圆柱雷诺数、圆柱半径、河床泥沙粒径和河床泥沙密度，确定待测河流中的河床泥沙相对于水流交接面处，在不同冲刷时刻下的摩擦速度；根据不同冲刷时刻下的摩擦速度，确定相应冲刷时刻下的摩擦阻挡参数”，以完善摩擦阻挡参数的确定操作。

需要说明的是，在本申请实施例中未详述部分，可参见前述实施例的表述。

如图3A所示的方法，该方法包括：

S301、根据待测河流的河流深度、圆柱雷诺数、圆柱半径、河床泥沙半径和河床泥沙密度，确定待测河流中的河床泥沙相对于水流交接面处，在不同冲刷时刻下的摩擦速度。

本实施例中，摩擦速度可以是河床泥沙颗粒的摩擦速度。

具体的，根据河流深度、圆柱雷诺数、圆柱半径、河床泥沙半径和河床泥沙密度，通过Navier-Stokes(纳维-斯托克斯)方程，确定河床泥沙颗粒的速度场；将水流在竖直方向和水平方向按照网格进行划分；将水流速度为0时，最下层网格的中心到河床的距离作为理想网格距离；根据速度场、河流深度和理想网格距离和速度分布对数定律确定河床泥沙与水流交接面处，不同冲刷时刻下的摩擦速度。本实施例中，速度分布对数定律可以理解为，速度场与摩擦速度之间的速度比值等于河流深度与理想网格距离之间的距离比值的2.5倍。其中，本申请对网格的具体划分方式不作任何限定，可以由技术人员根据实际需求或实践经验自主设定。

示例性的，可以通过以下公式确定摩擦速度：

其中，u_τ表示摩擦速度；z表示河流深度；<U>表示河床泥沙颗粒的速度场；z₀表示理想网格距离。

在一个具体实施方式中，以垂直方向取96层网格，水平方向圆柱周围取206个网格，对待测河流的水流进行划分，以保证第一层网格落在速度分布对数定律的粘性层。

S302、根据不同冲刷时刻下的摩擦速度，确定相应冲刷时刻下的摩擦阻挡参数。

本实施例中，将待测河流的河床泥沙密度和待测河流的水密度之间的比值，作为密度量纲常数；根据密度量纲常数、重力加速度和中值粒径，确定第一参考值；将不同时刻下摩擦速度与该第一参考值之间的比值，确定为相应冲刷时刻下的摩擦阻挡参数；其中，中值粒径可以是所有河床泥沙颗粒中预设颗粒数量的泥沙颗粒之间的平均粒径；示例性的，可以通过以下公式确定摩擦阻挡参数：

其中，θ表示摩擦阻挡参数；u_τ表示摩擦速度；s表示密度量常数；g表示重力加速度；d₅₀表示中值粒径；(s-1)gd₅₀表示第一参考值；ρ_s表示河床泥沙密度；ρ表示水密度。

S303、根据待测河流的泥沙休止角和河床处水流方向，确定摩擦阻挡临界值。

S304、根据各摩擦阻挡参数与摩擦阻挡临界值的相对大小，分别确定各摩擦阻挡参数对应的冲刷模式。

S305、采用相应冲刷模式对应占比确定方式，确定不同冲刷时刻下各摩擦阻挡参数对应的运动泥沙颗粒占比。

S306、根据不同冲刷时刻的运动泥沙颗粒占比，确定相应冲刷时刻下待测河流的河床变形高程。

可选的，根据摩擦阻挡临界值，以及不同冲刷时刻下的摩擦速度和摩擦阻挡参数，确定相应冲刷时刻下的运动泥沙颗粒平均速度；根据不同冲刷时刻下的运动泥沙颗粒平均速度和运动泥沙颗粒占比，确定相应冲刷时刻下待测河流的床载运输速率；根据不同冲刷时刻下的床载运输速率，确定相应冲刷时刻下待测河流的河床变形高程。

其中，床载运输速率可以是在水流冲刷作用下，河床泥沙颗粒的运动速率。

具体的，根据摩擦阻挡参数和摩擦阻挡临界值，确定摩擦阻挡参考值；将摩擦阻挡参考值与经验常数和摩擦速度三者之间的乘积，确定为运动泥沙颗粒平均速度；其中，经验常数可以由技术人员根据实际需求或实践经验自主设定。在一个具体实施方式中，经验常数为10；示例性的，可以通过以下公式确定运动泥沙颗粒平均速度：

其中，u_b表示运动泥沙颗粒平均速度；θ_c表示摩擦阻挡临界值；θ表示摩擦阻挡参数；u_τ表示摩擦速度；

表示摩擦阻挡参考值；a表示经验常数。

根据不同冲刷时刻下的运动泥沙平均速度、运动泥沙颗粒占比和河床泥沙颗粒粒径，确定相应冲刷时刻下待测河流的床载运输速率；示例性的，可以通过以下公式确定床载运输速率：

其中，q_b表示床载运输速率；P_EF表示运动泥沙颗粒占比；u_b表示运动泥沙颗粒平均速度。

根据流体动力学泥沙输送平衡方程、床载运输速率和河床泥沙的孔隙度，确定相应冲刷时刻下的河床变形高程；其中，孔隙度可以由技术人员根据实际需求或实践经验自主设定；在一个具体实施方式中，孔隙度为0.4；示例性的，可以通过以下公式确定相应冲刷时刻下待测河流的河床变形高程：

其中，η表示河床泥沙的孔隙度；Z_b表示河床变形高程；t表示冲刷时刻；q_b表示床载运输速率。

可选的，图3B是本申请实施例三提供的一种河床泥沙的不同冲刷时刻累计的最终冲刷坑状态示意图。如图3B所示，其中，最终冲刷坑状态可以是河床高程在清水冲刷模式下变化，最终保持稳定后形成的冲刷坑状态；(a)对应的最终冲刷坑状态是在实验中确定的清水冲刷模式下的实际最终冲刷坑状态；(b)对应的最终冲刷坑状态是应用本申请实施例的河床变形高程确定方法确定的清水冲刷模式下的理论最终冲刷坑状态。理论最终冲刷坑状态中，圆柱局部冲刷及来自上游的马蹄涡，也来自桥墩下游的尾流涡，与实验中确定的清水冲刷模式下实际最终冲刷坑状态保持一致。

本申请实施例根据待测河流的河流深度、圆柱雷诺数、圆柱半径、河床泥沙半径和河床泥沙密度，确定待测河流中的河床泥沙相对于水流交接面处，在不同冲刷时刻下的摩擦速度；根据不同冲刷时刻下的摩擦速度，确定相应冲刷时刻下的摩擦阻挡参数；根据摩擦阻挡临界值，以及不同冲刷时刻下的摩擦速度和摩擦阻挡参数，确定相应冲刷时刻下的运动泥沙颗粒平均速度；根据不同冲刷时刻下的运动泥沙颗粒平均速度和运动泥沙颗粒占比，确定相应冲刷时刻下待测河流的床载运输速率；根据不同冲刷时刻下的床载运输速率，确定相应冲刷时刻下待测河流的河床变形高程。本申请实施例的技术方案，确定不同冲刷时刻下的摩擦速度，并根据摩擦速度确定摩擦阻挡参数，提高了摩擦阻挡参数的准确度；确定运动泥沙颗粒平均速度和床载运输速率，并确定相应冲刷时刻下的河床变形高程，提高了河床变形高程的准确度。

实施例四

图4为本申请实施例四提供的一种河床变形高程确定装置的结构图，本实施例可适用于对河床变形高程进行确定的情况，该河床变形高程确定装置可以采用硬件和/或软件的形式实现，并具体配置于电子设备中，例如服务器中。

如图4所示的河床变形高程确定装置，该装置包括参数确定模块401、临界值确定模块402、冲刷模式确定模块403、占比确定模块404和高程确定模块405。其中，

参数确定模块401，用于根据待测河流的河流深度、圆柱雷诺数、圆柱半径、河床泥沙半径和河床泥沙密度，确定待测河流中的河床泥沙相对于水流交接面处，在不同冲刷时刻下的摩擦阻挡参数；

临界值确定模块402，用于根据待测河流的泥沙休止角和河床处水流方向，确定摩擦阻挡临界值；

冲刷模式确定模块403，用于根据各摩擦阻挡参数与摩擦阻挡临界值的相对大小，分别确定各摩擦阻挡参数对应的冲刷模式；

占比确定模块404，用于采用相应冲刷模式对应占比确定方式，确定不同冲刷时刻下各摩擦阻挡参数对应的运动泥沙颗粒占比；

高程确定模块405，用于根据不同冲刷时刻的运动泥沙颗粒占比，确定相应冲刷时刻下待测河流的河床变形高程。

本申请实施例通过参数确定模块根据待测河流的河流深度、圆柱雷诺数、圆柱半径、河床泥沙半径和河床泥沙密度，确定待测河流中的河床泥沙相对于水流交接面处，在不同冲刷时刻下的摩擦阻挡参数；通过临界值确定模块根据待测河流的泥沙休止角和河床处水流方向，确定摩擦阻挡临界值；通过冲刷模式确定模块根据各摩擦阻挡参数与摩擦阻挡临界值的相对大小，分别确定各摩擦阻挡参数对应的冲刷模式；通过占比确定模块采用相应冲刷模式对应占比确定方式，确定不同冲刷时刻下各摩擦阻挡参数对应的运动泥沙颗粒占比；通过高程确定模块根据不同冲刷时刻的运动泥沙颗粒占比，确定相应冲刷时刻下待测河流的河床变形高程。本申请的技术方案，根据摩擦阻挡参数和摩擦阻挡临界值的相对大小，确定各摩擦阻挡参数对应的冲刷模式，并根据冲刷模式对占比确定方式加以区分，从而不同冲刷模式采用不同的占比确定方式，进行相应模式下不同冲刷时刻下的运动泥沙颗粒占比的确定，提高了不同冲刷模式下的运动泥沙颗粒占比的准确度，进而提高了基于运动泥沙颗粒占比所确定的河床变形高程的准确度。

可选的，该河床变形高程确定装置，其中，所述冲刷模式为清水冲刷模式或动床冲刷模式；其中，不同冲刷模式对应占比确定方式不同。

可选的，冲刷模式确定模块403，包括：

动床冲刷模式确定单元，用于若所述摩擦阻挡参数大于所述摩擦阻挡临界值，则冲刷模式为动床冲刷模式；

清水冲刷模式确定单元，用于若摩擦阻挡参数不大于摩擦阻挡临界值，则冲刷模式为清水冲刷模式。

可选的，占比确定模块404，具体用于：

若相应冲刷时刻对应冲刷模式为清水冲刷模式，将相应冲刷时刻的运动泥沙颗粒占比，设置为预设占比阈值。

可选的，该河床变形高程确定装置，其中，预设占比阈值为0。

可选的，占比确定模块404，具体用于：

若相应冲刷时刻对应冲刷模式为动床冲刷模式，根据相应冲刷时刻的摩擦阻挡参数、摩擦阻挡临界值、以及待测河流在预设泥沙休止角下的动摩擦系数，确定相应冲刷时刻下的运动泥沙颗粒占比。

可选的，参数确定模块401，包括：

摩擦速度确定单元，用于根据待测河流的河流深度、圆柱雷诺数、圆柱半径、河床泥沙粒径和河床泥沙密度，确定所述待测河流中的河床泥沙相对于水流交接面处，在不同冲刷时刻下的摩擦速度；

参数确定单元，用于根据不同冲刷时刻下的摩擦速度，确定相应冲刷时刻下的摩擦阻挡参数；

相应的，高程确定模块405，包括：

平均速度确定单元，用于根据所述摩擦阻挡临界值，以及不同冲刷时刻下的摩擦速度和摩擦阻挡参数，确定相应冲刷时刻下的运动泥沙颗粒平均速度；

床载运输速率确定单元，用于根据不同冲刷时刻下的运动泥沙颗粒平均速度和运动泥沙颗粒占比，确定相应冲刷时刻下所述待测河流的床载运输速率；

高程确定单元，用于根据不同冲刷时刻下的床载运输速率，确定相应冲刷时刻下所述待测河流的河床变形高程。

上述河床变形高程确定装置可执行本申请任意实施例所提供的河床变形高程确定方法，具备执行各河床变形高程确定方法相应的功能模块和有益效果。

实施例五

图5示出了可以用来实施本申请的实施例的电子设备510的结构示意图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备(如头盔、眼镜、手表等)和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本申请的实现。

如图5所示，电子设备510包括至少一个处理器511，以及与至少一个处理器511通信连接的存储器，如只读存储器(ROM)512、随机访问存储器(RAM)513等，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，处理器511可以根据存储在只读存储器(ROM)512中的计算机程序或者从存储单元518加载到随机访问存储器(RAM)513中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 513中，还可存储电子设备510操作所需的各种程序和数据。处理器511、ROM 512以及RAM 513通过总线514彼此相连。输入/输出(I/O)接口515也连接至总线514。

电子设备510中的多个部件连接至I/O接口515，包括：输入单元516，例如键盘、鼠标等；输出单元517，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元518，例如磁盘、光盘等；以及通信单元519，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元519允许电子设备510通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。

处理器511可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。处理器511的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。处理器511执行上文所描述的各个方法和处理，例如河床变形高程确定方法。

在一些实施例中，河床变形高程确定方法可被实现为计算机程序，其被有形地包含于计算机可读存储介质，例如存储单元518。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 512和/或通信单元519而被载入和/或安装到电子设备510上。当计算机程序加载到RAM 513并由处理器511执行时，可以执行上文描述的河床变形高程确定方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，处理器511可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行河床变形高程确定方法。

本文中以上描述的***和技术的各种实施方式可以在数字电子电路***、集成电路***、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上***的***(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程***上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储***、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储***、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。

用于实施本申请的方法的计算机程序可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些计算机程序可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，使得计算机程序当由处理器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。计算机程序可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。

在本申请的上下文中，计算机可读存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行***、装置或设备使用或与指令执行***、装置或设备结合地使用的计算机程序。计算机可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体***、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。备选地，计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。

为了提供与用户的交互，可以在电子设备上实施此处描述的***和技术，该电子设备具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给电子设备。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。

可以将此处描述的***和技术实施在包括后台部件的计算***(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算***(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算***(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的***和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算***中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将***的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)、区块链网络和互联网。

计算***可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与VPS服务中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本申请中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本申请的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本申请保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本申请的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请保护范围之内。

Claims (10)

1.一种河床变形高程确定方法，其特征在于，包括：

根据待测河流的河流深度、圆柱雷诺数、圆柱半径、河床泥沙半径和河床泥沙密度，确定所述待测河流中的河床泥沙相对于水流交接面处，在不同冲刷时刻下的摩擦阻挡参数；

根据所述待测河流的泥沙休止角和河床处水流方向，确定摩擦阻挡临界值；

根据各所述摩擦阻挡参数与所述摩擦阻挡临界值的相对大小，分别确定各所述摩擦阻挡参数对应的冲刷模式；

采用相应冲刷模式对应占比确定方式，确定不同冲刷时刻下各所述摩擦阻挡参数对应的运动泥沙颗粒占比；

根据不同冲刷时刻的运动泥沙颗粒占比，确定相应冲刷时刻下所述待测河流的河床变形高程。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冲刷模式为清水冲刷模式或动床冲刷模式；其中，不同冲刷模式对应占比确定方式不同。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据各所述摩擦阻挡参数与所述摩擦阻挡临界值的相对大小，分别确定各所述摩擦阻挡参数对应的冲刷模式，包括：

若所述摩擦阻挡参数大于所述摩擦阻挡临界值，则所述冲刷模式为动床冲刷模式；

若所述摩擦阻挡参数不大于所述摩擦阻挡临界值，则所述冲刷模式为清水冲刷模式。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，若相应冲刷时刻对应冲刷模式为清水冲刷模式，则所述采用相应冲刷模式对应占比确定方式，确定不同冲刷时刻下各所述摩擦阻挡参数对应的运动泥沙颗粒占比，包括：

将相应冲刷时刻的运动泥沙颗粒占比，设置为预设占比阈值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预设占比阈值为0。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，若相应冲刷时刻对应冲刷模式为动床冲刷模式，则所述采用相应冲刷模式对应占比确定方式，确定不同冲刷时刻下各所述摩擦阻挡参数对应的运动泥沙颗粒占比，包括：

根据相应冲刷时刻的摩擦阻挡参数、所述摩擦阻挡临界值、以及所述待测河流在预设泥沙休止角下的动摩擦系数，确定相应冲刷时刻下的运动泥沙颗粒占比。

7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述根据待测河流的河流深度、圆柱雷诺数、圆柱半径、河床泥沙粒径和河床泥沙密度，确定所述待测河流中的河床泥沙相对于水流交接面处，在不同冲刷时刻下的摩擦阻挡参数，包括：

根据待测河流的河流深度、圆柱雷诺数、圆柱半径、河床泥沙半径和河床泥沙密度，确定所述待测河流中的河床泥沙相对于水流交接面处，在不同冲刷时刻下的摩擦速度；

根据不同冲刷时刻下的摩擦速度，确定相应冲刷时刻下的摩擦阻挡参数；

相应的，所述根据不同冲刷时刻的运动泥沙颗粒占比，确定相应冲刷时刻下所述待测河流的河床变形高程，包括：

根据所述摩擦阻挡临界值，以及不同冲刷时刻下的摩擦速度和摩擦阻挡参数，确定相应冲刷时刻下的运动泥沙颗粒平均速度；

根据不同冲刷时刻下的运动泥沙颗粒平均速度和运动泥沙颗粒占比，确定相应冲刷时刻下所述待测河流的床载运输速率；

根据不同冲刷时刻下的床载运输速率，确定相应冲刷时刻下所述待测河流的河床变形高程。

8.一种河床变形高程确定装置，其特征在于，包括：

参数确定模块，用于根据待测河流的河流深度、圆柱雷诺数、圆柱半径、河床泥沙半径和河床泥沙密度，确定所述待测河流中的河床泥沙相对于水流交接面处，在不同冲刷时刻下的摩擦阻挡参数；

临界值确定模块，用于根据所述待测河流的泥沙休止角和河床处水流方向，确定摩擦阻挡临界值；

冲刷模式确定模块，用于根据各所述摩擦阻挡参数与所述摩擦阻挡临界值的相对大小，分别确定各所述摩擦阻挡参数对应的冲刷模式；

占比确定模块，用于采用相应冲刷模式对应占比确定方式，确定不同冲刷时刻下各所述摩擦阻挡参数对应的运动泥沙颗粒占比；

高程确定模块，用于根据不同冲刷时刻的运动泥沙颗粒占比，确定相应冲刷时刻下所述待测河流的河床变形高程。

9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

至少一个处理器；以及

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-中任一项所述的河床变形高程确定方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现权利要求1-中任一项所述的河床变形高程确定方法。

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