专利摘要

一种河段阻隔性特征识别及阻隔程度分类方法，其特征在于，所述河段阻隔性特征识别及阻隔程度分类方法包括： 步骤一，基于丁坝头部的分离旋涡及其诱导流速计算方法，分析节点挑流对断流流速分布的影响，识别出阻隔性河段的节点分布特征；基于数理统计方法，分析同一水位下河相系数的沿程变化规律以及同一断面河相系数随水位升降的变化规律，识别出阻隔性河段的横断面形态特征； 节点多分布于河段的尾部而非中上部；河相系数小于4的断面连续长度至少为3200m，不同水位下各断面河相系数标准差均小于15；进而总结出漫滩临界流量及持续时长、进口深泓摆动相对位移、节点挑流强度、河道宽深比、河漫滩相对宽度、希尔兹数指标影响深泓摆动，建立历次深泓摆动距离与深泓摆动限制指标的经验关系，对长江中下游河道的27个单一河段的阻隔性程度进行分类，共划分为4个阻隔性河段；5个阻隔性向非阻隔性转化的过渡型河段；10个非阻隔性向阻隔性转化的过渡型河段；8个非阻隔性河段； 步骤二，基于Fukuoka方法计算河道两岸的上层黏性土临界挂空长度与下层砂性土冲退距离的对比关系，识别出阻隔性河段的河岸物质组成特征； 步骤三，基于阻隔性河段特征，建立各河段历年实测深泓摆动距离与同期深泓摆动限制指标的经验关系，来划分河段阻隔性程度，并提出不同阻隔性程度的河段的河势控制方法； 步骤一，节点挑流能计算式的建立及河相系数标准差计算式的建立： 1)、节点挑流能计算式的建立 节点挑流作用主要体现在两方面，一方面，上游河势或流量级变化导致节点入流角度变化，根据作用力与反作用力的关系，节点出流的主流方向也将发生变化，以此表示节点挑流幅度；另一方面，节点挑流影响范围内的水体动量、节点对河宽的束窄程度以及节点物质组成的抗冲性决定了改变方向的水体所携带的能量，进而决定了节点出流中发生转向的水体的惯性在向下游输移过程中的持续时长及影响距离，以此表示节点挑流强度；取节点迎流面与来流的主流方向的平均夹角作为节点入流角；通过计算确定诱导流速变化率趋近于 0的位置，作为节点对断面流速分布的影响范围；对节点挑流机理的研究思路如下：(1)根据节点上游实测流速资料，连接主流线并量取其与节点迎流面平均切线方向的夹角θ，根据作用力与反作用力的关系，近似认为节点挑流角度为2θ；(2)统计节点物质组成的岩性，计算节点抗冲性系数η；(3)节点挑流导致节点头部附近水体产生诱导速度，使节点断面流速分布重新分配，分析水流流态并计算旋涡诱导流速，从而获得挑流作用下的合成流速；(4)判断节点影响范围，此范围内水体均参加了水流流向的偏转，沿水流方向取单位河长的水体作为研究对象，确定节点影响宽度，根据节点所在断面地形计算该影响宽度范围的过水面积，从而获得参与偏转水体的质量；将上述因子带入式1中，则节点挑流引起的偏转水体的变形位能，节点挑流能表示为： 式中，W为因节点挑流而贮藏于水流内部的变形位能；P为广义力偶；Δ为广义角位移；F为水流受节点挑流的作用力，分为挑流影响下的水体质量和合成流速、节点抗冲性系数几个部分；R为力偶臂，到节点挑流导致其所在断面的各流线层的水体围绕节点根部发生偏转，其中，节点头部处流线偏转的力偶臂恰为节点在垂直于来流方向上投影长度LD，因此B‑LD范围内的流线偏转的力偶臂应为流线所在位置到节点根部的距离；v为各点考虑节点挑流影响下的合成流速Vθ1；m为节点所在断面B‑LD范围内受节点挑流影响的水体质量，mi＝ρbihi，bi为相邻两点之间的间距，hi为相邻两点之间的平均水深，沿水流方向取单位河长；θ为来流与节点迎流面平均切线的夹角，Δ＝2θ；η为节点抗冲性系数，采用组成节点的山体岩石或护岸块石的抗侵蚀系数来表示； 根据以往丁坝试验观测和理论分析成果，参照丁坝坝头水流边界层分离产生竖轴旋涡及其引起的丁坝过水断面主流区诱导流速分布情况，根据流体力学斯托克斯定律，得到丁坝所在断面的距离旋涡中心为r处的旋涡诱导流速为： 式中，U——旋涡诱导流速；D——丁坝头部中心线分离区宽度；r——旋涡中心到节点过水断面某点距离；根据丁坝坝头旋涡尺度和强度的试验资料分析成果，坝头中心线分离区宽度可表示为： 坝头绕流最大流速可表示为： 式中：Vθ1max——坝头最大绕流流速；LD——以垂直流向计的丁坝阻水长度；B——天然河槽宽度；V——河槽天然断面平均流速；因此，在丁坝以外的B‑LD范围内，各点合成流速Vθ1可表示为： Vθ1＝VD+U                     (式5) 式中：VD——各点天然流速；由于长江节点突出于岸线长度远小于河道宽度，节点阻水长度LD范围内流速变化可忽略； 计算得到的在不同流量级下，节点挑流前后的断面流速分布变化情况；以及坝头最大绕流流速、旋涡诱导流速、节点影响相对河宽、节点挑流能指标随着流量增加的变化情况； 对同一节点而言，越靠近节点头部的流线，受旋涡影响的诱导流速U越大，使挑流前后合成流速的变化越明显；对同一流量下的不同节点而言，节点长度相对于河宽越大，节点抗冲性越强，则最大绕流流速Vθ1max越大，产生的U越大，节点对所在断面的相对影响宽度Rb/B越大，越多的水体参与了流向偏转，即节点挑流强度越大；上游来流主流线与节点迎流面的法向切线的夹角越大，则节点导致出流偏转角度越大，即节点挑流幅度越大；对于不同流量下的同一节点而言，流量级越大，节点相对长度有所减小，但节点所在断面各处的天然流速越大，导致Vθ1max和U越大，节点挑流强度及相对影响宽度Rb/B 越大；揭示节点挑流导致主流线发生偏转的作用机理，即中上部存在节点的河段对流量变化及上游河势调整导致的主流平面位置及方向的变化均较为敏感，因此难以长期维持阻隔性特征； 2)、河相系数标准差计算式的建立 基于同一河段的不同断面的河槽形态之间也存在显著差异，特定断面的河槽形态难以代表整个河段的平均河槽形态特征，而河段阻隔性的发挥需要通过一系列连续的具有约束主流摆动能力的断面来实现；从这一角度而言，阻隔性断面应具有两方面特征：一是，断面形态单一且窄深，不同水位下平均河相系数始终小于某一值，从而排除部分断面随着水位上涨而河相系数骤然变大、河道突然扩宽、主流摆动空间突然增大的现象；二是，窄深型断面形态必须能够维持足够长的距离，仅有局部范围内的断面窄深是不够的，主流线尚未有效集中之前即进入下游宽浅断面，难以充分归顺上游不同方向的来流，突然失去约束的主流线更易发生摆动；因此采用数理统计方法分析河段内部沿程各断面河相系数的变化情况对河段阻隔性的影响；阻隔性与非阻隔性河段的河相系数临界值平均为4，因此以4为数学期望，计算河段内部各个断面在不同水位条件下的河相系数标准差，如式6所示： 某断面的河相系数标准差能够反映该断面在不同水位条件下的离散程度，判断河段内部是否存在特殊断面，其河相系数随水位上升骤然增大、引起主流剧烈摆动的情况；其次，统计各个河段的平均河相系数小于4的连续长度，确定形成阻隔性河段所必须的窄深型断面的最小临界连续长度，从上述两方面衡量河段内部沿程各断面的河相系数在不同水位下的波动情况对阻隔性的影响； 非阻隔性河段的河相系数标准差存在大于15的断面，河相系数小于4的断面的最大连续长度3020m；阻隔性河段河相系数标准差均小于15，河相系数小于4的断面最小连续长度为3256m；阻隔性河段的河相系数小于4的断面最小连续长度为3200m； 步骤二，河岸稳定性判别公式的建立： 采用Fukuoka对混合土河岸冲刷及崩塌的计算方法，仅考虑发生绕轴崩塌的情况，主要分两个步骤；首先确定某一时段Δt内，河岸下部非黏性土层冲刷后退距离L： L＝f(τ,τc,γbk2,Δt)                    (式7) 从上式看，非黏性土层的冲刷距离与近岸水流切应力τ、非黏性土的抗冲力τc、以及容重γbk2因素有关；然后判断冲刷距离L是否大于黏性土层的临界挂空长度Lc； 假设河岸崩塌时在断裂面上弯曲应力分布；当断裂面上缘的应力达到抗拉强度时，则混合土河岸中挂空部分自重W产生的外力矩与断裂面上产生的抗拉力矩相平衡，此时河岸中凸出部分的长度即为临界的挂空长度；根据悬壁梁的力学平衡原理，建立如下关系式： 式中H、γbk1、T0分别为黏性土层的高度、容重及抗拉强度；B粘为黏性土层宽度； 1)、黏性土临界挂空长度 化简式8，得混合土河岸临界挂空长度的表达式： 根据非黏性土层的冲刷距离L以及黏性土层的临界挂空长度Lc的大小，判断黏性土层是否崩塌：当L≥Lc时，河岸上部的黏性土层受拉发生崩塌，即发生绕轴破坏；当L 以往大量实验成果表明，黏性土的抗拉强度T0主要与干密度ρd和天然含水率ω有关，采用南京大学基于实验成果建立的经验关系来推求抗拉强度T0： T0＝1153ωρd‑2140.6ω‑366.65ρd+674.97         (式10) 2)、非黏性土最大横向冲刷距离计算方法 以往诸多学者对黏性土河岸的横向冲刷展宽距离进行分析；非黏性土的横向冲刷距离由近岸水流切应力与河岸土体抵抗冲刷的临界起动切应力决定，采用Lane提出的根据临界切应力方法确定河宽的方法，在一定流量、比降及糙率条件下，结合曼宁公式，可得： 当河岸下层砂性土的临界起动切应力τc小于水流切应力τ时，即τc≤τ，根据上式有Bc≥B，说明非黏性土河岸在该水流条件下难以维持较小河宽，将因水流冲刷而发生横向展宽，横向冲刷后退的最大距离为L＝Bc‑B；下文重点介绍砂性土临界起动切应力及近岸水流切应力的方法； 采用殷成胜通过进行无散体泥沙颗粒起动受力分析，推导出砂粒临界起动切应力与颗粒平均粒径的关系，来推求砂性土的临界起动切应力： 式中，χ为矫正参变数，位于粗糙区时，χ＝1；根据张瑞瑾整理实测资料得到的成果，C1＝ 34，由式13，τc正比于颗粒平均粒径；近岸水流切应力用τ＝γhJ来表示，应根据纵向流速的垂向分布，利用对数流速分布公式导出近岸水流切应力： 上式中，κ为卡门常数，U近岸为近岸垂线平均流速，ks为床面粗糙度，当河床组成为非均匀沙时，ks≈d50，h为水深； 3)、河岸稳定性判别成果 在长江中游27个单一河段中，按2km为间距选取典型断面，以滩顶高程向下30m范围内的岸坡土体作为研究对象；以造床流量作为代表量级，上荆江、下荆江、城陵矶～汉口，汉口 3 3 3 3 ～湖口的造床流量分别取22000m/s、27000m/s、35500m/s、40500m/s；归槽临界流量分别 3 3 3 3 取13000m/s、11000m/s、14000m/s、16000m /s；结合以往节点挑流研究成果，长江中游节 3 点挑流临界流量在19000～35000m /s之间；根据河道地形绘制初始主流线，量取主流线与河岸夹角θ，带入上述断面流速分布计算式中进行反复计算，确定近岸流速；再根据式14计算近岸水流切应力、式13计算下层非黏性土的临界起动切应力，根据式9计算上层黏性土的临界挂空长度，衡量各断面上层挂空长度是否超过下层冲刷后退距离，从而判断该断面是否发生崩岸； 步骤三，阻隔性程度划分方法包括： 1)、深泓累计摆动距离计算式的建立 首先，流量反映了水流惯性力的作用，流量变化是深泓摆动的主要动因；深泓摆动有渐变和突变两种形式，前者与洪峰期间洪水引起的撇弯取直流路变化有关，后者与落水时局部流路的淤塞有关；漫滩临界流量以上的平均流量Q> 漫滩越大，水流漫滩后冲刷动力越强，有利于新槽的逐渐冲开；漫滩临界流量以下的平均流量Q 其次，上游河势调整带来的进口深泓位移是本河段深泓摆动的直接动因，河段内部的深泓摆动距离应与进口深泓位移呈正比，采用 表征上游河势调整对进口的 扰动；对于进口存在节点的河段，采用 作为流量项的指数，来表征节点挑流作用对下游深泓摆动、河势调整的影响；再次，河道断面地形对垂线平均流速沿河宽方向的分布情况影响很大；滩槽高差可表征水流漫滩的难度，滩槽高差越小，冲刷同样宽度带走的土方量越小，所需时间也越短，河岸抗冲能力越弱，越有利于深泓摆动，因此采用平滩水位下的宽深比的倒数h/B来表征断面地形对深泓摆动的约束作用；另外，河漫滩宽度越大，主流漫滩后摆动空间越为宽广、流路越多，因此用平滩水位下河宽与历史最高水位下河宽的比值B/Bmax来表征滩地宽度对深泓摆动的作用；最后，河床可动性越大，主流越容易横向侧移，采用希尔兹数 表征河床可动性，建立深泓摆动限制指标为： 如式15所示，θ的影响因素可以被分为两部分，前者表征流量变化及上游河势调整引起深泓摆动的强度，以a为指数；后者表征河道边界抑制深泓摆动的能力，以b为指数；钱宁认为，一次洪峰过程中深泓摆动累计距离与游荡指标呈正比例关系，通过整理实测深泓摆动资料，统计两个测次之间，各河段进口及内部典型断面的深泓摆动相对距离，与式15计算的深泓摆动限制指标建立反比例关系，从而率定深泓摆动项及边界约束项的指数a和b；考虑到河段阻隔性主要通过河道自身限制主流摆动的能力上体现出来，因此阻隔性指标可以表示为： 2)、阻隔性河段分类指标的提取 (1)来水来沙条件 根据监利、螺山、汉口站1958～2013年日均流量、含沙量过程，统计计算两个相邻的实际深泓测次之间时段的漫滩临界流量以上及以下的平均流量值及持续天数，以及该时段内平均流量及含沙量； (2)上游河势及节点挑流指标 两个测次之间的河段进口深泓摆动相对距离δ，可在历年深泓摆动套汇图中进行直接量取；考虑到研究时段内山矶、胶泥咀节点突出于岸线的程度可认为基本不变，因此根据实测1:10000河道地形图量取各节点突出于岸线的实际长度，与平滩河宽相比计算节点挑流系数； (3)宽深比条件 只要河型及河道边界条件不变，考虑到主槽两岸坡比比较均匀，在不发生大幅度河岸崩塌情况下，可认为平滩水位河宽与‘0m’线宽度存在正比关系，因此根据实测断面地形资料，建立平滩河宽与0m线河宽的相关关系，进而可根据平滩河宽与0m线河宽的相关关系的拟合计算式，计算各实际深泓测次年份的平滩河宽； 任意两个年份之间平滩水位下降值与河道断面地形的平均冲深值存在正比关系，而平滩水位下降值可通过历年水位流量关系变化曲线获得；可根据实测断面地形资料，计算平滩河床冲刷深度，进而建立相应年份平滩流量下的水位下降幅度与各河段平滩水位下的河床冲刷深度的相关关系，再根据历年水位流量关系式，计算各深泓测次年份平滩流量下的水位下降值，从而依据上述水位流量关系式求得各实测年份的平滩冲刷深度，再根据实测平滩河床高程反推出各年平滩高程，进而计算实测年份平滩水位下的宽深比； (4)河漫滩相对宽度条件 大洪水能够在河宽较大、岸线不受限制的河段重塑出宽广的河漫滩；研究认为，滩槽间水流条件差异、掺混区紊动扩散以及流线弯曲时离心惯性力引起的横向水沙交换都促使滩地迅速淤高，从而构成主流摆动的边界约束条件；长江中下游洪水期河宽受两岸堤防限制，堤防间距作为最大河宽，平滩河宽参照宽深比条件成果； (5)希尔兹数条件 床沙粒径对深泓的横向迁移有重要影响；床沙中值粒径越粗、希尔兹倒数越大，泥沙抵抗运动的摩阻力大于水流作用于泥沙的拖曳力，导致泥沙运动强度减弱，河床因水流变化产生的变形越小，深泓摆动的侧移阻力增大，有利于塑造出稳定、收缩的河道形态；反之，床沙粒径越细，希尔兹倒数越小，深泓摆动的侧移阻力减小，河道将趋于宽浅，河床因水流变化产生的变形越大，而难以形成阻隔性河段； 根据部分实测年份监利、螺山、汉口三站的悬移质含沙量与各典型河段的床沙中值粒径资料，建立相关关系，利用上述经验关系，可根据实测深泓年份的平均含沙量近似获得其床沙中值粒径；河道纵比降与流量呈反比，与含沙量及床沙中值粒径呈正比，考虑各家公式形式差异较大且适用河流不同，采用李保如根据长江资料建立的经验关系，计算实测深泓年份的各河段纵比降： 1/2 0.59 J＝0.00455·[(S/J) ·D50]          (式17) 3 式中，J以万分率计；Q为平滩流量,单位为m/s；S为平滩流量时的悬移质含沙量,单位为 3 kg/m；D50为床沙质中值粒径,单位为mm； 3)、阻隔性河段分类成果 长江中游27个单一河段中，每个河段取2～3个典型断面作为对象，根据实测深泓平面摆动套汇图，量取相邻两个测次的深泓摆动距离，建立其与深泓摆动限制指标的反比例关系，从而率定式15的指数a、b； 将长江中游27个单一河段按照其阻隔性程度划分为塔市驿、汉金关、黄石、搁排矶4个阻隔性河段，斗湖堤、调关、砖桥、反咀、龙口5个阻隔性向非阻隔性转化的过渡型河段；石首、河口、莱家铺、七弓岭、石头关、簰洲湾、阳逻、湖广、牯牛沙、九江10个非阻隔性向阻隔性转化的过渡型河段；碾子湾、大马洲、铁铺、螺山、沌口、武桥、巴河、武穴8个非阻隔性河段。 2.如权利要求1所述的河段阻隔性特征识别及阻隔程度分类方法，其特征在于，对于非阻隔性向阻隔性转化的过渡性河段，消除破坏阻隔性的原因，塑造出阻隔性河段效果；对于阻隔性向非阻隔性转化的过渡性河段，维护原有的阻隔性河段特征，防止不利变化导致阻隔性丧失；对于非阻隔性河段之间的长河段，河道治理从上至下进行系统规划整治，上、下游河势平顺衔接；对于阻隔性河段，防止人为工程破坏河道天然阻隔性。

一种河段阻隔性特征识别及阻隔程度分类的方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。