一种水库泥沙淤积风险二维评估方法与流程

1.本发明涉及水库淤积风险评估方法，尤其是一种水库泥沙淤积风险二维评估方法。

背景技术：

2.水库泥沙淤积是国内外水库普遍存在的问题，我国尤为突出。我国水库平均年淤积率为2.3％，为世界平均值的2～3倍，不仅大大影响了水库防洪和兴利效益的发挥，也严重威胁着水利枢纽的正常运行和下游河湖的生态健康。
3.拦减水库上游来沙、水动力排沙减淤和淤损库容清淤已成为主要的水库淤积控制与功能恢复方式，避免了新建水库带来的工程占地、移民、环境等不利影响，也节省了新建同功能工程的巨额投资。然而，哪些水库需要进行淤积控制，如何确定最佳的淤积控制时机，如何选择合适的淤积控制方式，如何明确恰当的淤积控制与库容恢复工程量，需要进行水库泥沙淤积风险评估。
4.目前对于自然状态下的水库泥沙淤积风险，大多采用来水来沙、水库调度方式等单因子因素影响之下水库淤积量或年淤积速率的大小加以表达。然而，单因素影响之下水库淤积量或年淤积速率远不能反映不同水库自然条件下的淤积风险，因此也就无法有效地指导水库淤积防治。

技术实现要素：

5.发明目的：本发明的目的是提供一种水库泥沙淤积风险二维评估方法，用于量化水库淤积的风险程度，准确识别出淤积控制与库容恢复需求最为迫切的水库，并且给出降低水库淤积风险的最佳方案，作为水库淤积控制和库容恢复工作的重要依据。
6.技术方案：本发明的一种水库泥沙淤积风险二维评估方法，包括以下步骤：
7.(1)根据水库淤积量、来水来沙条件、水库淤积形态和泥沙粒径分布情况，确定水库泥沙淤积风险评价指标，包括：冲淤平衡水库和评价水库的设计库容v0、评价年现状库容v、多年平均汛期入库输沙率q
sin
、多年平均汛期入库流量q
in
、水库河床比降j、多年平均汛期入库泥沙中值粒径d
50
；
8.(2)根据水库淤积调查数据，计算评价年水库淤积程度r，对水库泥沙淤积现状进行评估；
9.(3)根据冲淤平衡水库参数拟合水库冲淤平衡线，计算水库冲淤平衡系数k，对水库泥沙淤积未来发展趋势进行评估；
10.(4)构建水库泥沙淤积风险二维评估图，进行水库泥沙淤积风险分区评价，并确定水库泥沙淤积风险等级；
11.(5)对评价区域内所有水库淤积指标进行统计，计算水库泥沙淤积风险等级分布，对评价区域内水库泥沙淤积风险进行区域性特征分析，确定淤积风险控制水库；
12.(6)初步拟定水库泥沙淤积风险控制方案，计算各方案实施后水库在二维评估图
中的位置，对各方案进行对比，确定水库泥沙淤积风险控制措施与工程量方案。
13.进一步的，步骤(1)中水库河床比降j缺少实测资料的情况下，根据水库调度资料计算多年平均汛期坝前水深h和多年平均汛期回水长度l来计算，计算公式为：
14.j＝h/l。
15.进一步的，步骤(2)具体为：
16.根据步骤(1)中得到的设计库容v0、评价年现状库容v，计算评价年水库淤积程度r；
[0017][0018]
当r≥r0时，水库泥沙淤积现状较为严重；当r《r0时，则水库泥沙淤积现状不严重，其中，r0为水库淤积程度阈值。
[0019]
进一步的，步骤(3)包括以下步骤：
[0020]
(31)将步骤(1)中选取的多年平均汛期入库输沙率q
sin
、多年平均汛期入库流量q
in
、水库河床比降j、多年平均汛期入库泥沙中值粒径d
50
等评价指标代入河道冲淤平衡公式qj～gd
50
，得到水库冲淤平衡关系式：
[0021]qsind50
～q
inj[0022]
(32)根据步骤(1)中的水库资料筛选出冲淤平衡水库的多年平均汛期入库输沙率q
sin
、多年平均汛期入库流量q
in
、水库河床比降j、多年平均汛期入库泥沙中值粒径d
50
，拟合得到水库冲淤平衡线；
[0023]qsind50
＝k0q
inj[0024]
其中，k0为水库冲淤平衡系数的阈值；
[0025]
(33)根据步骤(1)中得到的多年平均汛期入库输沙率q
sin
、多年平均汛期入库流量q
in
、水库河床比降j、多年平均汛期入库泥沙中值粒径d
50
指标，以q
in
j为横坐标，q
sind50
为纵坐标，计算水库冲淤平衡系数k，绘制水库淤积发展趋势评估点；
[0026][0027]
其中，水库冲淤平衡系数k＝k0时，水库达到冲淤平衡状态；当k》k0时，水库趋向于持续淤积，淤积风险较高；当k《k0时，水库仍在向冲淤平衡状态发展，淤积风险较低。
[0028]
进一步的，步骤(4)包括以下步骤：
[0029]
(41)综合考虑水库泥沙淤积现状评估和水库泥沙淤积未来发展趋势评估，以水库冲淤平衡系数k为横坐标，水库淤积程度r为纵坐标，构建水库泥沙淤积风险二维评估图；
[0030]
在水库泥沙淤积风险二维评估图中，冲淤平衡系数阈值k0和水库淤积程度阈值r0将水库分为四类：ⅰ高风险水库，ⅱ现状淤积风险高、未来淤积发展风险低水库，iii低风险水库，ⅳ现状淤积风险低、未来淤积发展风险高水库；
[0031]
(42)根据步骤(2)水库泥沙淤积现状评估结果和步骤(3)水库泥沙淤积未来发展趋势评估结果，在水库泥沙淤积风险评估图中绘制水库泥沙淤积风险评估点；
[0032]
(43)根据步骤(42)中得到的水库淤积风险评估点的位置，确定评价水库的泥沙淤积风险分区。
[0033]
进一步的，步骤(5)包括以下步骤：
[0034]
(51)对评价区域中的所有水库，计算各水库的泥沙淤积风险评价指标q
sin
、q
in
、j、d
50
、h、l，以及各水库的淤积程度r和冲淤平衡系数k；
[0035]
(52)根据各水库的淤积程度r和冲淤平衡系数k，在水库泥沙淤积风险二维评估图中绘制评价区域内所有水库的泥沙淤积风险评估点；
[0036]
(53)据步骤(52)中所有水库的泥沙淤积风险评估点的位置，确定评价区域中各个水库在ⅰ区、ⅱ区、iii区、ⅳ区的分布情况，分析水库泥沙淤积风险的区域性特征规律；
[0037]
(54)根据步骤(53)中的水库泥沙淤积风险的区域性特征规律，确定ⅰ区内水库为亟需进行泥沙淤积风险控制和功能恢复的工程对象。
[0038]
进一步的，步骤(6)包括以下步骤：
[0039]
(61)针对步骤(5)中确定的淤积风险控制水库，初步拟定若干泥沙淤积风险控制和功能恢复方案；
[0040]
(62)计算淤积风险控制水库在实施各泥沙淤积风险控制和功能恢复方案后的泥沙淤积风险评价指标q
sin
、q
in
、j、d
50
、h、l，以及淤积程度r和冲淤平衡系数k；
[0041]
(63)根据步骤(62)计算的淤积程度r和冲淤平衡系数k，在水库泥沙淤积风险二维评估图中绘制不同方案实施后水库的泥沙淤积风险评估点；
[0042]
(64)根据步骤(63)中不同方案实施后水库的泥沙淤积风险评估点位置，判断不同水库泥沙淤积风险控制和功能恢复方案的效果；
[0043]
(65)根据步骤(64)中各方案的实施效果，结合水库管理单位实施水库泥沙淤积风险控制和功能恢复方案的预算，选择水库泥沙淤积风险控制措施与工程量方案。
[0044]
本发明的一种水库泥沙淤积风险二维评估系统，包括：
[0045]
评价指标确定模块，用于根据水库淤积量、来水来沙条件、水库淤积形态和泥沙粒径分布情况，确定水库泥沙淤积风险评价指标，包括：冲淤平衡水库和非冲淤平衡水库的设计库容v0、评价年现状库容v、多年平均汛期入库输沙率q
sin
、多年平均汛期入库流量q
in
、水库河床比降j、多年平均汛期入库泥沙中值粒径d
50
；
[0046]
评估模块，用于根据水库淤积调查数据，计算评价年水库淤积程度r，对水库泥沙淤积现状进行评估；根据冲淤平衡水库参数拟合水库冲淤平衡线，计算水库冲淤平衡系数k，对水库泥沙淤积未来发展趋势进行评估；
[0047]
评估图绘制模块，用于以水库冲淤平衡系数k为横坐标，水库淤积程度r为纵坐标，构建水库泥沙淤积风险二维评估图，并根据评估图确定水库泥沙淤积风险等级；
[0048]
区域性特征分析模块，用于对评价区域内所有水库进行泥沙淤积风险等级确定，并确定淤积风险控制水库；
[0049]
控制措施与工程量方案确定模块，用于初步拟定水库泥沙淤积风险控制方案，计算各方案实施后淤积风险控制水库在二维评估图中的位置，对各方案进行对比，确定水库泥沙淤积风险控制措施与工程量方案。
[0050]
本发明的一种装置设备，包括存储器和处理器，其中：
[0051]
存储器，用于存储能够在处理器上运行的计算机程序；
[0052]
处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行如上述一种水库泥沙淤积风险二维评估方法的步骤。
[0053]
本发明的一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被
至少一个处理器执行时实现如上述一种水库泥沙淤积风险二维评估方法的步骤。
[0054]
有益效果：与现有技术相比，本发明方法可以获得以下有益效果：第一，通过综合考虑水库泥沙淤积现状、来水来沙条件、泥沙粒径分布、坡降等多因素影响，量化水库泥沙淤积风险，形成了一套完整科学的水库泥沙淤积风险评估方法；第二，通过对水库泥沙淤积风险的区域性特征进行分析，准确识别淤积风险最为严重的水库，指导工程投资，恢复和维持水库有效库容，产生最大化的经济、社会效益和生态环境效益；第三，指导水库淤积控制与库容恢复方案的科学制定，最大程度地节约清淤工程本身的投资，产生直接的经济效益。
附图说明
[0055]
图1是本发明方法的流程图；
[0056]
图2是水库泥沙淤积风险二维评估图；
[0057]
图3是龙羊峡水库泥沙淤积风险评估结果；
[0058]
图4是黄河流域水库泥沙淤积风险评估结果；
[0059]
图5是不同方案实施后三门峡水库的泥沙淤积风险控制效果。
具体实施方式
[0060]
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0061]
现阶段，亟需将影响水库泥沙淤积风险的自然因素从单因子扩展到多因子，从淤积现状和未来淤积趋势预测两方面切入，构建综合考虑多影响因子的水库泥沙淤积风险二维评估方法。在水库泥沙淤积风险评估之前，首先提出水库泥沙淤积风险的概念：水库自然状态下的淤积风险是指水库在较长一段时间内淤积量增加的可能性大小。水库泥沙淤积风险与流域的自然条件和水库的自身条件等因素相关，采用风险调查列举的方法进行水库淤积风险影响因子识别，主要考虑水库库容、入库水沙条件、泥沙粒径分布和水库淤积形态四种风险因素对水库淤积风险大小的影响。
[0062]
如图1所示，本发明的水库泥沙淤积风险二维评估方法主要包括以下步骤：
[0063]
(1)确定水库泥沙淤积风险评价指标；
[0064]
从水库淤积量、来水来沙条件、水库淤积形态、泥沙粒径分布四方面确定水库泥沙淤积风险评价指标：
①
水库淤积量。水库泥沙淤积侵占水库调节库容，降低水库的调节能力，因此水库库容是最常用的描述水库淤积的指标。水库淤积量越大，水库库容越小，水库容纳泥沙能力越弱，水库泥沙淤积风险越大。
②
来水来沙条件。水库来水量越多，在库区断面形态不发生变化的条件下，水库断面平均流速越大，水流挟沙能力越强，水库泥沙淤积风险越低。水库来沙量越大，水流输沙的负担越重，水流不具备相应输沙能力时即会产生淤积，水库泥沙淤积风险越高。
③
水库淤积形态。水库坡降越小，水库的回水距离越长，同时水库的排沙效益越低，水库的淤积风险越高。
④
泥沙粒径分布。泥沙粒径分布同样是决定水流挟沙力的重要因子，在其他条件不变的情况下，泥沙粒径越大，泥沙颗粒沉速越大，同样的水流条件下能够输送的泥沙越少，淤积风险越高。
[0065]
以设计库容v0(亿m3)、评价年现状库容v(亿m3)表征水库淤积量情况，以多年平均汛期入库输沙率q
sin
(t/s)、多年平均汛期入库流量q
in
(m3/s)表征水库来水来沙条件，以水库河床比降j表征水库淤积形态，以多年平均汛期入库泥沙中值粒径d
50
(mm)表征水库泥沙
粒径分布情况。其中，设计库容v0通过查阅水库设计参数得到，评价年现状库容v和水库河床比降j通过水库地形测量得到，其余各指标的计算公式为：
[0066][0067][0068][0069]
其中，水库资料共计n年，q
sin
(i)为第i年的汛期平均入库输沙率，q
in
(i)为第i年的汛期平均入库流量，d
50
(i)为第i年的汛期入库泥沙中值粒径，数据由水文年鉴资料查询。
[0070]
在水库河床比降j缺少实测资料的情况下，根据水库调度资料计算多年平均汛期坝前水深h(m)、多年平均汛期回水长度l(m)，计算水库河床比降，计算公式为：
[0071]
j＝h/l
[0072]
(2)水库泥沙淤积现状评估；
[0073]
(21)根据步骤(1)中得到的设计库容v0(亿m3)、评价年现状库容v(亿m3)，计算评价年水库泥沙淤积程度r；
[0074][0075]
评价年水库泥沙淤积程度r计算值越大，水库泥沙淤积越严重；相反，r计算值越小，水库泥沙淤积越不严重。
[0076]
(22)根据步骤(21)中计算得到的评价年水库泥沙淤积程度r值大小，将水库泥沙淤积现状分为严重与不严重两种评价结果，评价年水库泥沙淤积程度阈值为r0。当r≥r0时，水库泥沙淤积现状较为严重；当r《r0时，则水库泥沙淤积现状不严重。评价年水库泥沙淤积程度阈值按照国际大坝委员会147号公告《sedimentation and sustainable use of reservoirs and river systems》规定取值。对于发电水库，r0＝80％；对于非发电水库，r0＝70％。
[0077]
(3)水库泥沙淤积未来发展趋势评估；
[0078]
(31)将河床演变学中河道冲淤平衡公式qj～gd
50
引入水库淤积演变中，其中q为河道流量(m3/s)，j为河道比降，g为河道输沙率(t/s)，d
50
为河道来沙中值粒径(mm)。对于水库来说，冲淤平衡状态即在一段时间内，水库入库沙量与出库沙量几近相等，未出现明显的淤积增长，由此类比可构建水库冲淤平衡公式。根据步骤(1)中选取的多年平均汛期入库输沙率q
sin
(t/s)、多年平均汛期入库流量q
in
(m3/s)、水库河床比降j、多年平均汛期入库泥沙中值粒径d
50
(mm)等评价指标代入河道冲淤平衡公式qj～gd
50
，得到水库冲淤平衡关系式：
[0079]qsind50
～q
inj[0080]
(32)根据步骤(1)中水库资料筛选出万家寨、青铜峡、闹德海等冲淤平衡水库冲淤平衡期的多年平均汛期入库输沙率q
sin
(t/s)、多年平均汛期入库流量q
in
(m3/s)、水库河床比降j、多年平均汛期入库泥沙中值粒径d
50
(mm)，拟合水库冲淤平衡线；
[0081]qsind50
＝k0q
inj[0082]
其中，k0为水库冲淤平衡系数的阈值；
[0083]
(33)根据步骤(1)中得到的多年平均汛期入库输沙率q
sin
(t/s)、多年平均汛期入库流量q
in
(m3/s)、水库河床比降j、多年平均汛期入库泥沙中值粒径d
50
(mm)指标，以q
in
j为横坐标，q
sind50
为纵坐标，计算水库冲淤平衡系数k，绘制水库泥沙淤积未来发展趋势评估点；
[0084][0085]
其中，水库冲淤平衡系数k＝k0时，水库达到冲淤平衡状态；当k》k0时，水库趋向于持续淤积，淤积风险较高；当k《k0时，水库仍在向冲淤平衡状态发展，淤积风险较低。
[0086]
(4)构建水库泥沙淤积风险二维评估图；
[0087]
(41)综合考虑水库泥沙淤积现状评估和水库泥沙淤积未来发展趋势评估，以水库冲淤平衡系数k为横坐标，水库泥沙淤积程度r为纵坐标，构建水库泥沙淤积风险二维评估图(图2)。在水库泥沙淤积风险二维评估图中，水库冲淤平衡系数阈值k0和水库泥沙淤积程度阈值r0将水库划分为四个风险等级：ⅰ高风险水库，ⅱ现状淤积风险高、未来淤积发展风险低水库，iii低风险水库，ⅳ现状淤积风险低、未来淤积发展风险高水库，如图2所示，水库冲淤平衡系数k大于其阈值k0且水库泥沙淤积程度r大于其阈值r0的区域划分为ⅰ高风险水库，水库冲淤平衡系数k小于其阈值k0且水库泥沙淤积程度r大于其阈值r0的区域划分为ⅱ现状淤积风险高、未来淤积发展风险低水库，水库冲淤平衡系数k小于其阈值k0且水库泥沙淤积程度r小于其阈值r0的区域划分为iii低风险水库，水库冲淤平衡系数k大于其阈值k0且水库泥沙淤积程度r小于其阈值r0的区域划分为ⅳ现状淤积风险低、未来淤积发展风险高水库。
[0088]
(42)根据步骤(2)水库泥沙淤积现状评估结果和步骤(3)水库泥沙淤积未来发展趋势评估结果，在水库泥沙淤积风险二维评估图中绘制水库泥沙淤积风险评估点。
[0089]
(43)根据步骤(42)中得到的水库淤积风险评估点的位置，确定评价水库所属的泥沙淤积风险等级。
[0090]
(5)水库泥沙淤积风险区域性特征分析；
[0091]
(51)不同水库运用阶段不同，水库的泥沙淤积风险评价指标也各不相同。根据步骤(1)方法统计评价区域内各水库的泥沙淤积风险评价指标，包括q
sin
、q
in
、j、d
50
、h、l；
[0092]
(52)根据步骤(21)计算评价区域内所有水库的淤积程度r；
[0093]
(53)根据步骤(33)计算评价区域内所有水库的冲淤平衡系数k；
[0094]
(54)根据步骤(52)和步骤(53)的计算结果，在水库泥沙淤积风险评估图中绘制评价区域内所有水库的泥沙淤积风险评估点；
[0095]
(55)根据步骤(54)中所有水库的泥沙淤积风险评估点的位置，确定各个水库在ⅰ区、ⅱ区、iii区、ⅳ区的分布情况，分析水库泥沙淤积风险的区域性特征规律；
[0096]
(56)根据(55)中的分析结果，确定ⅰ区内水库为亟需进行泥沙淤积风险控制和功能恢复的工程对象。
[0097]
(6)水库泥沙淤积风险控制措施与工程量方案确定；
[0098]
(61)针对(56)中确定的泥沙淤积风险控制和功能恢复的工程对象，初步拟定各对象的若干泥沙淤积风险控制和功能恢复方案；
[0099]
(62)根据步骤(1)方法，计算ⅰ区内各水库在(61)中不同泥沙淤积风险控制和功能
恢复方案实施后的q
sin
、q
in
、j、d
50
、h、l；
[0100]
(63)根据步骤(21)，计算ⅰ区内各水库在(61)中不同泥沙淤积风险控制和功能恢复方案实施后水库的淤积程度r；
[0101]
(64)根据步骤(33)，计算ⅰ区内各水库在(61)中不同泥沙淤积风险控制和功能恢复方案实施后水库的冲淤平衡系数k；
[0102]
(65)根据步骤(63)和步骤(64)的计算结果，在水库泥沙淤积风险二维评估图中绘制不同方案实施后ⅰ区内各水库的泥沙淤积风险评估点；
[0103]
(66)根据(65)中不同方案实施后水库的泥沙淤积风险评估点位置，判断不同水库水库泥沙淤积风险控制和功能恢复方案的效果，泥沙淤积风险评估点在iii区的效果最佳；
[0104]
(67)根据(66)中各方案的实施效果，结合水库管理单位实施水库泥沙淤积风险控制和功能恢复方案的预算，选择水库泥沙淤积风险控制措施与工程量方案。
[0105]
本发明的一种水库泥沙淤积风险二维评估系统，包括：
[0106]
评价指标确定模块，用于根据水库淤积量、涞水来沙条件、水库淤积形态和泥沙粒径分布情况，确定水库泥沙淤积风险评价指标，包括：冲淤平衡水库和非冲淤平衡水库的设计库容v0、评价年现状库容v、多年平均汛期入库输沙率qs、多年平均汛期入库流量q
in
、水库河床比降j、多年平均汛期入库泥沙中值粒径d
50
；
[0107]
评估模块，用于根据水库淤积调查数据，计算评价年水库淤积程度r，对水库泥沙淤积现状进行评估；根据冲淤平衡水库参数拟合水库冲淤平衡线，计算水库冲淤平衡系数k，对水库泥沙淤积未来发展趋势进行评估；
[0108]
评估图绘制模块，用于以水库冲淤平衡系数k为横坐标，水库淤积程度r为纵坐标，构建水库泥沙淤积风险二维评估图，并根据评估图确定水库泥沙淤积风险等级；
[0109]
区域性特征分析模块，用于对评价区域内所有水库进行泥沙淤积风险等级确定，并确定淤积风险控制水库；
[0110]
控制措施与工程量方案确定模块，用于初步拟定水库泥沙淤积风险控制方案，计算各方案实施后淤积风险控制水库在二维评估图中的位置，对各方案进行对比，确定水库泥沙淤积风险控制措施与工程量方案。
[0111]
本发明的一种装置设备，包括存储器和处理器，其中：
[0112]
存储器，用于存储能够在处理器上运行的计算机程序；
[0113]
处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行如上述一种水库泥沙淤积风险二维评估方法的步骤，并达到如上述方法一致的技术效果。
[0114]
本发明的一种存储介质，存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被至少一个处理器执行时实现如上述一种水库泥沙淤积风险二维评估方法的步骤，并达到如上述方法一致的技术效果。
[0115]
实施例：
[0116]
以龙羊峡水库为例进行水库泥沙淤积风险二维评估，主要包括以下步骤：
[0117]
(1)确定龙羊峡水库泥沙淤积风险评价指标；
[0118]
通过查阅水库设计参数资料、水库地形测量资料和水文年鉴资料可知，设计库容v0为247.0亿m3，2019年现状库容v为242.9亿m3，评价指标统计时段为2006-2017年，多年平均汛期入库输沙率q
sin
为0.5936t/s，多年平均汛期入库流量q
in
为933m3/s，多年平均汛期坝
前水深为115.68m，多年平均汛期回水长度为98km，则水库河床比降j为0.00118，多年平均汛期入库泥沙中值粒径d
50
为0.02mm。
[0119]
(2)水库泥沙淤积现状评估；
[0120]
根据步骤(1)中得到的设计库容v0(亿m3)、评价年现状库容v(亿m3)，计算评价年水库泥沙淤积程度r＝(247.0-242.9)/247.0＝1.66％；根据国际大坝委员会147号公告《sedimentation and sustainable use of reservoirs and river systems》规定，龙羊峡水库为发电水库，r0＝80％，则r《r0，水库泥沙淤积现状不严重。
[0121]
(3)水库泥沙淤积未来发展趋势评估；
[0122]
梳理万家寨、青铜峡、闹德海等冲淤平衡水库在冲淤平衡期的多年平均汛期入库输沙率q
sin
(t/s)、多年平均汛期入库流量q
in
(m3/s)、水库河床比降j、多年平均汛期入库泥沙中值粒径d
50
(mm)等参数，拟合得到水库冲淤平衡关系式：
[0123]qsind50
＝0.0291q
inj[0124]
根据步骤(1)中龙羊峡水库多年平均汛期入库输沙率q
sin
(t/s)、多年平均汛期入库流量q
in
(m3/s)、水库河床比降j、多年平均汛期入库泥沙中值粒径d
50
(mm)指标，以q
in
j＝1.101为横坐标，q
sind50
＝0.012为纵坐标，计算水库冲淤平衡系数k＝q
sind50
/q
in
j＝0.0109，水库冲淤平衡系数k《0.0291，水库在向冲淤平衡状态发展，淤积风险较低。
[0125]
(4)构建水库泥沙淤积风险二维评估图；
[0126]
综合考虑水库泥沙淤积现状评估和水库泥沙淤积未来发展趋势评估，以水库冲淤平衡系数k为横坐标，水库泥沙淤积程度r为纵坐标，构建水库泥沙淤积风险二维评估图。在水库泥沙淤积风险二维评估图中，水库冲淤平衡系数阈值k0和水库泥沙淤积程度阈值r0将水库划分为四个风险等级：ⅰ高风险水库，ⅱ现状淤积风险高、未来淤积发展风险低水库，iii低风险水库，ⅳ现状淤积风险低、未来淤积发展风险高水库，如图3所示，水库冲淤平衡系数k大于其阈值k0且水库泥沙淤积程度r大于其阈值r0的区域划分为ⅰ高风险水库，水库冲淤平衡系数k小于其阈值k0且水库泥沙淤积程度r大于其阈值r0的区域划分为ⅱ现状淤积风险高、未来淤积发展风险低水库，水库冲淤平衡系数k小于其阈值k0且水库泥沙淤积程度r小于其阈值r0的区域划分为iii低风险水库，水库冲淤平衡系数k大于其阈值k0且水库泥沙淤积程度r小于其阈值r0的区域划分为ⅳ现状淤积风险低、未来淤积发展风险高水库。
[0127]
根据步骤(2)水库泥沙淤积现状评估结果和步骤(3)水库泥沙淤积未来发展趋势评估结果，在水库泥沙淤积风险二维评估图中绘制龙羊峡水库泥沙淤积风险评估点，确定评价水库所属的泥沙淤积风险等级，如图3。
[0128]
(5)黄河流域水库泥沙淤积风险区域性特征分析；
[0129]
以黄河流域水库为例，进行水库泥沙淤积风险区域性特征分析(表1)。不同水库运用阶段不同，水库的泥沙淤积风险评价指标也各不相同。根据步骤(1)方法统计黄河流域内各水库的泥沙淤积风险评价指标，包括q
sin
、q
in
、j、d
50
、h、l，计算所有水库的淤积程度r和冲淤平衡系数k。
[0130]
表1黄河流域泥沙淤积风险评估研究水库信息表
[0131][0132]
根据淤积程度r和冲淤平衡系数k的计算结果，在水库泥沙淤积风险评估图中绘制所有水库的泥沙淤积风险评估点，确定各个水库在ⅰ区、ⅱ区、iii区、ⅳ区的分布情况，分析水库泥沙淤积风险的区域性特征规律，确定ⅰ区内三门峡水库、天桥水库为亟需进行泥沙淤积风险控制和功能恢复的工程对象，见图4。
[0133]
(6)水库泥沙淤积风险控制措施与工程量方案确定；
[0134]
针对(5)中确定的泥沙淤积风险控制和功能恢复的工程对象，以三门峡水库为例，初步拟定三个泥沙淤积风险控制和功能恢复方案(表2)，计算三门峡水库在不同泥沙淤积风险控制和功能恢复方案实施后的q
sin
、q
in
、j、d
50
、h、l；计算不同泥沙淤积风险控制和功能恢复方案实施后水库的淤积程度r和冲淤平衡系数k，在水库泥沙淤积风险二维评估图中绘制不同方案实施后三门峡水库的泥沙淤积风险评估点，见图5。图5显示，方案三实施后三门峡水库位于iii区内，因此方案三的泥沙淤积风险控制和功能恢复效果最好，即采取机械清淤与植树种草两种方式相结合的工程方案。
[0135]
表2三门峡水库泥沙淤积风险控制和功能恢复方案
[0136][0137]
本发明的一种水库泥沙淤积风险二维评估方法，综合考虑水库淤积量、来水来沙条件、泥沙粒径分布、坡降等因素，从水库淤积现状和未来发展趋势两方面量化评估水库泥沙淤积风险，准确识别出淤积控制与库容恢复需求最为迫切的水库，并给出水库泥沙淤积风险控制方案，作为水库淤积控制与功能恢复的重要依据。

技术特征：

1.一种水库泥沙淤积风险二维评估方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据水库淤积量、来水来沙条件、水库淤积形态和泥沙粒径分布情况，确定水库泥沙淤积风险评价指标，包括：冲淤平衡水库和评价水库的设计库容v0、评价年现状库容v、多年平均汛期入库输沙率q
sin
、多年平均汛期入库流量q
in
、水库河床比降j、多年平均汛期入库泥沙中值粒径d
50
；(2)根据水库淤积调查数据，计算评价年水库淤积程度r，对水库泥沙淤积现状进行评估；(3)根据冲淤平衡水库参数拟合水库冲淤平衡线，计算水库冲淤平衡系数k，对水库泥沙淤积未来发展趋势进行评估；(4)构建水库泥沙淤积风险二维评估图，进行水库泥沙淤积风险分区评价，并确定水库泥沙淤积风险等级；(5)对评价区域内所有水库淤积指标进行统计，计算水库泥沙淤积风险等级分布，对评价区域内水库泥沙淤积风险进行区域性特征分析，确定淤积风险控制水库；(6)初步拟定水库泥沙淤积风险控制方案，计算各方案实施后水库在二维评估图中的位置，对各方案进行对比，确定水库泥沙淤积风险控制措施与工程量方案。2.根据权利要求1所述的一种水库泥沙淤积风险二维评估方法，其特征在于，步骤(1)中水库河床比降j缺少实测资料的情况下，根据水库调度资料计算多年平均汛期坝前水深h和多年平均汛期回水长度l来计算，计算公式为：j＝h/l。3.根据权利要求1所述的一种水库泥沙淤积风险二维评估方法，其特征在于，步骤(2)具体为：根据步骤(1)中得到的设计库容v0、评价年现状库容v，计算评价年水库淤积程度r；当r≥r0时，水库泥沙淤积现状较为严重；当r<r0时，则水库泥沙淤积现状不严重，其中，r0为水库淤积程度阈值。4.根据权利要求1所述的一种水库泥沙淤积风险二维评估方法，其特征在于，步骤(3)包括以下步骤：(31)将步骤(1)中选取的多年平均汛期入库输沙率q
sin
、多年平均汛期入库流量q
in
、水库河床比降j、多年平均汛期入库泥沙中值粒径d
50
代入河道冲淤平衡公式qj～gd
50
，得到水库冲淤平衡关系式：q
sin
d
50
～q
in
j(32)根据步骤(1)中的水库资料筛选出冲淤平衡水库的多年平均汛期入库输沙率q
sin
、多年平均汛期入库流量q
in
、水库河床比降j、多年平均汛期入库泥沙中值粒径d
50
，拟合水库冲淤平衡线；q
sin
d
50
＝k0q
in
j其中，k0为水库冲淤平衡系数的阈值；(33)根据步骤(1)中得到的多年平均汛期入库输沙率q
sin
、多年平均汛期入库流量q
in
、
水库河床比降j、多年平均汛期入库泥沙中值粒径d
50
指标，以q
in
j为横坐标，q
sin
d
50
为纵坐标，计算水库冲淤平衡系数k，绘制水库淤积发展趋势评估点；其中，水库冲淤平衡系数k＝k0时，水库达到冲淤平衡状态；当k>k0时，水库趋向于持续淤积，淤积风险较高；当k<k0时，水库仍在向冲淤平衡状态发展，淤积风险较低。5.根据权利要求1所述的一种水库泥沙淤积风险二维评估方法，其特征在于，步骤(4)包括以下步骤：(41)综合考虑水库泥沙淤积现状评估和水库泥沙淤积未来发展趋势评估，以水库冲淤平衡系数k为横坐标，水库淤积程度r为纵坐标，构建水库泥沙淤积风险二维评估图；在水库泥沙淤积风险二维评估图中，冲淤平衡系数阈值k0和水库淤积程度阈值r0将水库分为四类：ⅰ高风险水库，ⅱ现状淤积风险高、未来淤积发展风险低水库，iii低风险水库，ⅳ现状淤积风险低、未来淤积发展风险高水库；(42)根据步骤(2)水库泥沙淤积现状评估结果和步骤(3)水库泥沙淤积未来发展趋势评估结果，在水库泥沙淤积风险评估图中绘制水库泥沙淤积风险评估点；(43)根据步骤(42)中得到的水库淤积风险评估点的位置，确定评价水库的泥沙淤积风险分区。6.根据权利要求1所述的一种水库泥沙淤积风险二维评估方法，其特征在于，步骤(5)包括以下步骤：(51)对评价区域中的所有水库，计算各水库的泥沙淤积风险评价指标q
sin
、q
in
、j、d
50
、h、l，以及各水库的淤积程度r和冲淤平衡系数k；(52)根据各水库的淤积程度r和冲淤平衡系数k，在水库泥沙淤积风险二维评估图中绘制评价区域内所有水库的泥沙淤积风险评估点；(53)据步骤(52)中所有水库的泥沙淤积风险评估点的位置，确定评价区域中各个水库在ⅰ区、ⅱ区、iii区、ⅳ区的分布情况，分析水库泥沙淤积风险的区域性特征规律；(54)根据步骤(53)中的水库泥沙淤积风险的区域性特征规律，确定ⅰ区内水库为亟需进行泥沙淤积风险控制和功能恢复的工程对象。7.根据权利要求1所述的一种水库泥沙淤积风险二维评估方法，其特征在于，步骤(6)包括以下步骤：(61)针对步骤(5)中确定的淤积风险控制水库，初步拟定若干泥沙淤积风险控制和功能恢复方案；(62)计算淤积风险控制水库在实施各泥沙淤积风险控制和功能恢复方案后的泥沙淤积风险评价指标q
sin
、q
in
、j、d
50
、h、l，以及淤积程度r和冲淤平衡系数k；(63)根据步骤(62)计算的淤积程度r和冲淤平衡系数k，在水库泥沙淤积风险二维评估图中绘制不同方案实施后水库的泥沙淤积风险评估点；(64)根据步骤(63)中不同方案实施后水库的泥沙淤积风险评估点位置，判断不同水库泥沙淤积风险控制和功能恢复方案的效果；(65)根据步骤(64)中各方案的实施效果，结合水库管理单位实施水库泥沙淤积风险控制和功能恢复方案的预算，选择水库泥沙淤积风险控制措施与工程量方案。
8.一种水库泥沙淤积风险二维评估系统，其特征在于，包括：评价指标确定模块，用于根据水库淤积量、来水来沙条件、水库淤积形态和泥沙粒径分布情况，确定水库泥沙淤积风险评价指标，包括：冲淤平衡水库和非冲淤平衡水库的设计库容v0、评价年现状库容v、多年平均汛期入库输沙率q
sin
、多年平均汛期入库流量q
in
、水库河床比降j、多年平均汛期入库泥沙中值粒径d
50
；评估模块，用于根据水库淤积调查数据，计算评价年水库淤积程度r，对水库泥沙淤积现状进行评估；根据冲淤平衡水库参数拟合水库冲淤平衡线，计算水库冲淤平衡系数k，对水库泥沙淤积未来发展趋势进行评估；评估图绘制模块，用于以水库冲淤平衡系数k为横坐标，水库淤积程度r为纵坐标，构建水库泥沙淤积风险二维评估图，并根据评估图确定水库泥沙淤积风险等级；区域性特征分析模块，用于对评价区域内所有水库进行泥沙淤积风险等级确定，并确定淤积风险控制水库；控制措施与工程量方案确定模块，用于初步拟定水库泥沙淤积风险控制方案，计算各方案实施后淤积风险控制水库在二维评估图中的位置，对各方案进行对比，确定水库泥沙淤积风险控制措施与工程量方案。9.一种装置设备，其特征在于，包括存储器和处理器，其中：存储器，用于存储能够在处理器上运行的计算机程序；处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行如权利要求1-7任一项所述一种水库泥沙淤积风险二维评估方法的步骤。10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被至少一个处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述一种水库泥沙淤积风险二维评估方法的步骤。

技术总结

本发明公开了一种水库泥沙淤积风险二维评估方法，包括以下步骤：确定水库泥沙淤积风险评价指标；水库泥沙淤积现状评估；水库泥沙淤积未来发展趋势评估；构建水库泥沙淤积风险二维评估图，进行水库泥沙淤积风险分区评价；水库泥沙淤积风险区域性特征分析；水库泥沙淤积风险控制措施与工程量方案确定。本发明综合考虑水库淤积量、来水来沙条件、泥沙粒径分布、坡降等因素，从水库淤积现状和未来发展趋势两方面量化评估水库泥沙淤积风险，准确识别出淤积控制与库容恢复需求最为迫切的水库，并给出水库泥沙淤积风险控制方案，作为水库淤积控制与功能恢复的重要依据。制与功能恢复的重要依据。制与功能恢复的重要依据。