[发明专利]基于度日模型的冰水泥石流清水流量计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于度日模型的冰水泥石流清水流量计算方法。

背景技术

泥石流流量计算方法的研究在前苏联始于上世纪30年代， 40～60年代比较活跃，提出的计算公式有很多。本世纪50年代我国 大量采用苏联学者的计算方法，以适应公路和铁路建设的迫切需要， 当时一般采用配方法和形态调查法进行峰值流量的估算，但是这些方 法误差较大，通过修改参数改进了一些，但计算结果仍有较大的偏差。 70年代苏联和中国根据野外观测资料，提出了泥石流峰值流量计算 成因法。这种方法比较切合实际，但是泥石流的观测难度系数太大， 使得计算十分困难。目前主要采用的方法有配方法、经验公式法、实 测法和形态调查法等。

由于泥石流性质、类型以及沟谷形态的差异，试图采用某一种方 法来评价各类泥石流流量指标，都是不可能的。所以在进行泥石流峰 值流量设计时，首先要确定泥石流沟的类型和性质，然后选取合理的 计算公式。在大多数的情况下，配方法结合形态调查法，可以较为有 效的计算泥石流峰值流量。配方法的立论和假设虽然比较粗糙，对固 相物质参与运动后对汇流运动过程的影响等问题都尚未考虑，但它比 较简明直观。由于目前对固相产流强度很难作定量的估计，无法建立 完整的两相体产汇流计算方法，繁复的计算式不但无益于计算精度， 反而可能导入很大的误差。因此只要能对泥石流浓度做出恰当的估计， 配方法不失为一个现实的方法。表1中给出了常用的几种泥石流流量 计算公式及其所适用的条件。

表1各类泥石流流量的计算公式及适用条件

从表1的公式可以看出，泥石流流量计算的关键是流域清水流量 的计算。对于暴雨泥石流，清水流量主要由降雨、产汇流而形成。而 对于西藏地区的泥石流沟，由于海洋性冰川活动性强，积水量大，消 融率高，特别在雨季消融十分强烈，对径流的补给和洪峰的形成起了 重要作用。因此，对于冰水型泥石流的流量计算，其清水流量的计算 除了同暴雨泥石流沟一样考虑降雨产汇流外，冰川消融径流也是产生 冰水泥石流的重要条件。而适量降雨及其潜热会加剧冰川消融，因此， 在冰水泥石流沟清水流量计算时，不能简单的将降雨产生的清水流量 和没有降雨时冰川消融清水流量简单叠加，而需要考虑降雨对冰川消 融的放大效应。

鉴于上述的缺陷，本设计人积极加以研究创新，以期创设一种基 于度日模型的冰水泥石流清水流量计算方法，使其更具有产业上的利 用价值。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种运算量少、结果 较为精确的基于度日模型的冰水泥石流清水流量计算方法。

本发明基于度日模型的冰水泥石流清水流量计算方法，包括： 利用度日模型建立无降雨过程下冰川消融径流模型，计算在没有降雨 的情况下冰川融水量；采用小流域暴雨洪峰流量计算方法推求不同频 率暴雨条件下清水洪峰流量；建立冰川流径观测点，获取冰川流径观 测数据，利用冰川径流观测数据对降雨对冰川消融影响系数进行了率 定；根据配方法，计算冰水泥石流沟的峰值流量。

进一步地，度日模型其形式为：

M＝DDF×PDD

式中：M为某时段内冰川或雪的消融水当量(mm w.e.)；DDF为 冰川或雪的度日因子(mm·d^-1·℃^-1)，PDD为某一时段内的正积温，为 小时平均气温的正值累加，以流域内冰川面积平分点相应高程处的气 温为准，由下式获取：

式中，T_t为某天(t)的日平均气温(℃)；H_t为逻辑变量，当T_t≥0 时，H_t＝1.0，当T_t≤0时，H_t＝0。

对于海洋型冰川，冰的密度宜取0.9g/cm³，则冰川消融径流深h 为0.9M；最后，根据冰川面积计算无降雨影响下某时段内冰川的消 融径流流量Q₁：

进一步地，采用配方法进行峰值流量的计算，对于暴雨泥石流， 假定泥石流与暴雨洪水同频率发生，以设计洪峰流量进行配方，即按 比例加上泥石流所挟带的固体物质体积来计算泥石流流量，由此，计 算得到不同频率条件下的设计泥石流洪峰流量，泥石流流体容重根据 实地调查访问，及流域内松散固体物质可能补给形成泥石流的条件， 并结合泥石流堆积扇特征和堆积物的物质组成来综合确定，其计算公 式为：