[發(fā)明專利]基于不同潰決模式的堰塞壩潰決危險(xiǎn)性分級和預(yù)警方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111314030.6
• 申請日: 2021-11-08
• 公開（公告）號: CN114120590B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣先剛;程海光;邱海軍;楊校輝;徐文財(cái)
• 申請（專利權(quán)）人: 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G08B21/10
• 分類號: G08B21/10;G08B31/00
• 代理公司: 北京中創(chuàng)博騰知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11636
• 代理人: 戴鵬

1.基于不同潰決模式的堰塞壩潰決危險(xiǎn)性分級和預(yù)警方法，其特征在于：包括以下步驟：

S101：獲取參數(shù)：獲取堰塞壩的初始潰口頂部寬度、底部寬度、高度、潰口斜坡角度、初始水面高程、初始潰口底部高程、初始庫容、中值粒徑以及河道或溝道坡降參數(shù)；

S102：堰塞壩潰決模式的判別：利用堰塞壩潰決模式的判別式判斷堰塞壩的潰決模式；

S103：建立堰塞壩潰決數(shù)學(xué)模型：基于潰決模式的不同，重新獲取堰塞壩的基本參數(shù)，并建立不同潰決模式下的堰塞壩潰決數(shù)學(xué)模型；

S104：計(jì)算各潰決參數(shù)：基于堰塞壩潰決數(shù)學(xué)模型，通過MacCormark有限差分計(jì)算出不同時(shí)刻下的流速、水深各潰決參數(shù)，并選擇出最大值；

S105：基于不同潰決模式堰塞壩潰決的危險(xiǎn)性分級及預(yù)警：對堰塞壩潰決的危險(xiǎn)性分級，根據(jù)壩體潰決參數(shù)數(shù)據(jù)，進(jìn)行堰塞壩潰決的危險(xiǎn)性分級及預(yù)警；

所述S102中：首先選取合適的堰塞壩潰決模式的判別式，再根據(jù)堰塞壩的初始參數(shù)確定堰塞壩的潰決模式：

選取公式(1)、(2)、(3)，如下：

其中k₁＝0.4007，k₂＝-1.7442，k₃＝-2.6785，k₄＝-2.9792×10^-9，k₅＝3.55589，k₆＝0.1029，k₇＝-0.0663，k₈＝80.8072，k₉＝-211.7417；

其中l(wèi)₁＝0.2456，l₂＝-0.8568，l₃＝7.7789，l₄＝0.0013，

l₅＝2.0493，l₆＝0.5359，l₇＝0.0741，l₈＝-0.0447，l₉＝1.3995；

其中m₁＝-3.4944，m₂＝5.0656，m₃＝0.0009，m₄＝772454.1004，m₅＝-8.1238，m₆＝35.0389，m₇＝3.9047，m₈＝-9.1301，m₉＝0.9461；

將公式(1)、(2)、(3)作為潰決模式判別多項(xiàng)式，若臨界水位滿足式(1)，則堰塞壩可能發(fā)生漸進(jìn)式潰決；若臨界水位滿足式(2)，則堰塞壩可能發(fā)生滑動潰決；若臨界水位滿足式(3)，則堰塞壩可能發(fā)生漫頂潰決；

所述S103中，先針對不同的潰決模式進(jìn)行參數(shù)的重新獲取；

當(dāng)為漫頂潰決模式，潰決模型的建立所需的堰塞壩參數(shù)直接以初始狀態(tài)時(shí)的參數(shù)為準(zhǔn)，建立堰塞壩潰決的數(shù)學(xué)模型；

當(dāng)為滑動潰決模式和漸進(jìn)式潰決模式，先確定壩體滑移的滑移面，從而確定滑移體的體積，最終根據(jù)滑移過后的背水坡角度為并依據(jù)壩體體積滑移前后相等的原則，重新計(jì)算壩體的幾何參數(shù)，最后根據(jù)滑移過后的壩體參數(shù)建立堰塞壩潰決的數(shù)學(xué)模型；

所述S104中，通過MacCormark有限差分進(jìn)行數(shù)值求解，其中水力參數(shù)流速、流深通過淺水方程計(jì)算：

其中守恒向量U、通量向量F和源項(xiàng)向量S由下式給出：

式中：h為水深；q為單寬流量；B為渠道寬度，為沿渠道方向變化的函數(shù)，g為重力加速度，取9.81；S₀為底坡，取z為壩體高程；gh²/2為矩形斷面情況下靜水壓力項(xiàng)，-qB′/B，-q²B′/Bh分別表述矩形河道寬度變化對守恒向量h、q的影響，B′為渠道寬度在渠道長度方向上的變化率；

其中S_f為摩阻坡降，由曼寧公式確定：

式中：n為曼寧粗糙系數(shù)；R為水力半徑，矩形斷面時(shí)R≈h；

潰口發(fā)展近似為矩形，潰口的高程變化通過侵蝕方程計(jì)算：

式中：dε/dt為侵蝕速率，k_d為侵蝕系數(shù)，τ_b為水流剪切應(yīng)力，τ_c為壩料顆粒臨界起動切應(yīng)力；

潰決水流的剪切應(yīng)力選下式表示：

τ_b＝γhJ；

式中：γ為水的重度，γ＝ρwg；h為水深；J為坡降；

顆粒臨界起動切應(yīng)力選下式表示：

式中：n為孔隙率；d為顆粒尺寸；ρ_s為顆粒密度；g重力加速度；

潰口展寬按照下式：

式中：n_loc為潰口位置參數(shù)，當(dāng)潰口位于壩體中部取2，當(dāng)潰口位于壩肩取1，β為潰口邊坡坡腳角度，Δz_b為侵蝕深度增量；

通過有通過MacCormark有限差分對上述方程進(jìn)行求解，計(jì)算水深、流速并選出最大值。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于不同潰決模式的堰塞壩潰決危險(xiǎn)性分級和預(yù)警方法，其特征在于：所述堰塞壩危險(xiǎn)性分級、預(yù)警如下：當(dāng)水深、流速乘積大于1.2m²/s，屬于高風(fēng)險(xiǎn)，為紅色預(yù)警；當(dāng)水深、流速乘積小于1.2m²/s，大于0.3m²/s屬于中風(fēng)險(xiǎn)，為橙色預(yù)警；當(dāng)水深、流速乘積小于0.3m²/s，屬于低風(fēng)險(xiǎn)，為黃色預(yù)警。