[发明专利]泥石流流量和容重沿程变化预测方法

说明书

本发明提供一种泥石流流量和容重沿程变化预测方法，包括：由物理机制的分布式水文模型划分子流域并计算每个子流域沟坡系统降雨产汇流形成的水动力；基于无限边坡模型或可移动固体物质判别模型，计算水动力作用下可移动固体物质的厚度、储量及其分布；采用容重和流量沿程变化预测模型，计算子流域出口水土动力匹配后形成的水土混合物的容重和流量过程；按子流域的分级次序和拓扑关系，由各子流域容重和流量过程反演计算整个流域出口或者沿程设定断面的容重和流量过程。本发明排除了传统经验公式中泥石流流量和规模计算的人为经验的主观性和不确定性，可以广泛应用关于泥石流监测预警、防治工程关键参数设计、风险分析等方面。

技术领域

本发明涉及自然灾害探索技术领域，尤其涉及一种基于水土动力匹配原理的泥石流流量和容重沿程变化预测方法。

背景技术

泥石流流量和容重是泥石流防治工程和灾害评估的一个重要参数，决定着泥石流的规模，其过程研究历来是泥石流及其工程防治的难点和重点。到目前为止，国内外泥石流学者已着手从多方面进行了研究(崔鹏等. 1992；Iverson.1997；Whipple.1992；陈宁生等.2001；唐邦兴等.2000；罗德富,1995)，其基本出发点都是认为泥石流流量是由流域的暴雨洪水流量与携带的固相泥沙叠加而成，而且固相泥沙流量的大小与液相雨洪流量直接相关，综合考虑堵塞系数等特征，以雨洪流量乘上一个与泥石流特征指标有关的修正系数来估计泥石流的流量，即：

Q_C＝(1+φ)×Q_P×D_C (1)

φ＝(γ_C-γ_W)/(γ_H-γ_C) (2)

Q_C为泥石流的洪峰流量(m³/s)；Q_P为暴雨洪峰流量(m³/s)；φ为泥沙修正系数；γ_C和γ_W分别为泥石流和清水容重(t/m³)；γ_H为泥石流中固体物质比重(t/m³)；D_C为泥石流沟道堵塞系数。

那么，上述计算方法中清水流量Q_P是根据水文频率法或者由水文模型计算得到；泥石流容重γ_C和堵塞系数D_C是根据野外调查及沟道堵塞程度而人为设定的经验值，不同的人可能取值不同，人为性是相当大的，其根本原因是没有基于泥石流的物理过程和机制，因此，由上述方法计算的泥石流流量过程及峰值流量也具随意性和经验性，与实际情况差距很大。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，基于泥石流的物理过程和机制，提出一种基于水土动力匹配原理的泥石流流量和容重沿程变化预测新方法，为泥石流防治工程关键参数设计等提供一种新的思路和方法。该方法由降雨→产汇流→流域沟坡系统水动力→水土动力匹配→泥石流流量和容重沿程变化过程，物理过程明晰、动力机制耦合。本发明可广泛应用关于泥石流监测预警、防治工程关键参数设计、风险分析及管理等等方面。

一种泥石流流量和容重沿程变化预测方法，包括以下步骤：

步骤一：由物理基础的分布式水文模型划分子流域并计算每个子流域沟坡系统降雨产汇流形成的水动力；

步骤二：基于无限边坡模型或可移动固体物质判别模型，计算水动力作用下可移动固体物质的厚度、储量及其分布；

步骤三：采用容重和流量沿程变化预测模型，计算子流域出口水土动力匹配后形成的水土混合物的容重和流量过程；

步骤四：按子流域的分级次序和拓扑关系，由各子流域容重和流量过程反演计算整个流域出口或者沿程设定断面的容重和流量过程。