[發(fā)明專利]基于度日模型的冰水泥石流清水流量計算方法

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• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN107832580A
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 潘華利;歐國強;鄧明楓;鄭志山
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院;水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11246
• 代理人: 夏艷

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于度日模型的冰水泥石流清水流量計算方法。

背景技術(shù)

泥石流流量計算方法的研究在前蘇聯(lián)始于上世紀30年代， 40～60年代比較活躍，提出的計算公式有很多。本世紀50年代我國 大量采用蘇聯(lián)學者的計算方法，以適應(yīng)公路和鐵路建設(shè)的迫切需要， 當時一般采用配方法和形態(tài)調(diào)查法進行峰值流量的估算，但是這些方 法誤差較大，通過修改參數(shù)改進了一些，但計算結(jié)果仍有較大的偏差。 70年代蘇聯(lián)和中國根據(jù)野外觀測資料，提出了泥石流峰值流量計算 成因法。這種方法比較切合實際，但是泥石流的觀測難度系數(shù)太大， 使得計算十分困難。目前主要采用的方法有配方法、經(jīng)驗公式法、實 測法和形態(tài)調(diào)查法等。

由于泥石流性質(zhì)、類型以及溝谷形態(tài)的差異，試圖采用某一種方 法來評價各類泥石流流量指標，都是不可能的。所以在進行泥石流峰 值流量設(shè)計時，首先要確定泥石流溝的類型和性質(zhì)，然后選取合理的 計算公式。在大多數(shù)的情況下，配方法結(jié)合形態(tài)調(diào)查法，可以較為有 效的計算泥石流峰值流量。配方法的立論和假設(shè)雖然比較粗糙，對固 相物質(zhì)參與運動后對匯流運動過程的影響等問題都尚未考慮，但它比 較簡明直觀。由于目前對固相產(chǎn)流強度很難作定量的估計，無法建立 完整的兩相體產(chǎn)匯流計算方法，繁復(fù)的計算式不但無益于計算精度， 反而可能導入很大的誤差。因此只要能對泥石流濃度做出恰當?shù)墓烙嫞?配方法不失為一個現(xiàn)實的方法。表1中給出了常用的幾種泥石流流量 計算公式及其所適用的條件。

表1各類泥石流流量的計算公式及適用條件

從表1的公式可以看出，泥石流流量計算的關(guān)鍵是流域清水流量 的計算。對于暴雨泥石流，清水流量主要由降雨、產(chǎn)匯流而形成。而 對于西藏地區(qū)的泥石流溝，由于海洋性冰川活動性強，積水量大，消 融率高，特別在雨季消融十分強烈，對徑流的補給和洪峰的形成起了 重要作用。因此，對于冰水型泥石流的流量計算，其清水流量的計算 除了同暴雨泥石流溝一樣考慮降雨產(chǎn)匯流外，冰川消融徑流也是產(chǎn)生 冰水泥石流的重要條件。而適量降雨及其潛熱會加劇冰川消融，因此， 在冰水泥石流溝清水流量計算時，不能簡單的將降雨產(chǎn)生的清水流量 和沒有降雨時冰川消融清水流量簡單疊加，而需要考慮降雨對冰川消 融的放大效應(yīng)。

鑒于上述的缺陷，本設(shè)計人積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種基 于度日模型的冰水泥石流清水流量計算方法，使其更具有產(chǎn)業(yè)上的利 用價值。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種運算量少、結(jié)果 較為精確的基于度日模型的冰水泥石流清水流量計算方法。

本發(fā)明基于度日模型的冰水泥石流清水流量計算方法，包括： 利用度日模型建立無降雨過程下冰川消融徑流模型，計算在沒有降雨 的情況下冰川融水量；采用小流域暴雨洪峰流量計算方法推求不同頻 率暴雨條件下清水洪峰流量；建立冰川流徑觀測點，獲取冰川流徑觀 測數(shù)據(jù)，利用冰川徑流觀測數(shù)據(jù)對降雨對冰川消融影響系數(shù)進行了率 定；根據(jù)配方法，計算冰水泥石流溝的峰值流量。

進一步地，度日模型其形式為：

M＝DDF×PDD

式中：M為某時段內(nèi)冰川或雪的消融水當量(mm w.e.)；DDF為 冰川或雪的度日因子(mm·d^-1·℃^-1)，PDD為某一時段內(nèi)的正積溫，為 小時平均氣溫的正值累加，以流域內(nèi)冰川面積平分點相應(yīng)高程處的氣 溫為準，由下式獲取：

式中，T_t為某天(t)的日平均氣溫(℃)；H_t為邏輯變量，當T_t≥0 時，H_t＝1.0，當T_t≤0時，H_t＝0。

對于海洋型冰川，冰的密度宜取0.9g/cm³，則冰川消融徑流深h 為0.9M；最后，根據(jù)冰川面積計算無降雨影響下某時段內(nèi)冰川的消 融徑流流量Q₁：

進一步地，采用配方法進行峰值流量的計算，對于暴雨泥石流， 假定泥石流與暴雨洪水同頻率發(fā)生，以設(shè)計洪峰流量進行配方，即按 比例加上泥石流所挾帶的固體物質(zhì)體積來計算泥石流流量，由此，計 算得到不同頻率條件下的設(shè)計泥石流洪峰流量，泥石流流體容重根據(jù) 實地調(diào)查訪問，及流域內(nèi)松散固體物質(zhì)可能補給形成泥石流的條件， 并結(jié)合泥石流堆積扇特征和堆積物的物質(zhì)組成來綜合確定，其計算公 式為：