[发明专利]一种泥石流灾害模拟方法及装置

权利要求书

1.一种泥石流灾害模拟方法，其特征在于，

获取泥石流所在研究区域的原始数据，根据泥石流的流深h和固体物质体积浓度C_v的两种主要效应控制参量：冲蚀沉积运动状态，以及运动过程中的物质交换；根据流速变化的四种效应控制参量：流加速度、流动阻力、总水头、由冲蚀和沉积引起的动量交换，建立体积守恒算法模拟泥石流运动和性质变化，预测泥石流规模与危害范围，具体包括以下步骤：

步骤一，将研究区域划分为网格，每个网格作为一个单元，赋予每个单元原始数据信息；

步骤二，对泥石流运动模拟分析：预设泥石流运动过程的时间长，时间长包括多个时间步，在每个时间步中，根据原始数据信息，首先获取每个单元由冲蚀或者沉积引起的流深和固体物质体积浓度变化；然后获取通过所有单元每个流动边界的流速、流量以及交换物质的密度，得到由单元间物质交换引起的流深和固体物质体积浓度变化，模拟泥石流启动到运动再到最后坡脚沉积的变化过程；其中，

通过建立下式沿深度积分的质量守恒方程，来计算每个单元的流深和固体物质体积浓度：

通过建立下式沿深度积分的动量守恒方程来模拟泥石流运动，并利用该式子计算通过每个流动边界的物质的流速：

式中，h是流深；t是时间；v_x和v_y分别是x和y方向沿深度坡面的平均速度；i是冲蚀速率或沉积速率；A是因沟床岸边材料崩塌或者滑坡体导致的表面物质夹带率；C_v*和C_vA分别是沟床和表面夹带物质的固体物质体积浓度；s_b和s_A分别是沟床和表面夹带物质的饱和度；C_v是泥石流的固体物质体积浓度；g是重力加速度；S_fx和S_fy分别是x和y方向的阻力坡度；z_b是沟床高程；sgn函数用于确保阻力方向和流动方向相反。

2.根据权利要求1所述的一种泥石流灾害模拟方法，其特征在于，在每个时间步中，获取每个单元由冲蚀或者沉积引起的流深h_predi和固体物质体积浓度C_vpredi变化前，先计算每个单元的冲蚀速率或沉积速率i：

其中，z_b是沟床高程，t是时间。

3.根据权利要求2所述的一种泥石流灾害模拟方法，其特征在于，在获取当前时间步中每个单元的流深h_predi和固体物质体积浓度C_vpredi后，更新沟床高程z_b和流动物质的密度ρ_predi，准备下一个时间步的运动分析。

4.根据权利要求1所述的一种泥石流灾害模拟方法，其特征在于，在所述步骤二中，每个单元具体选择8个流动方向通过相应的流动边界，流动方向的朝向分别为：东、西、南、北、东南、西南、东北、西北。

5.根据权利要求1所述的一种泥石流灾害模拟方法，其特征在于，在所述步骤二中，考虑摩擦效应、粘性效应、紊流效应外加固体颗粒接触产生的流动阻力，采用二次流变模型：

其中，τ_y是泥石流的屈服应力；ρ是泥石流的密度；K是层流阻力参数；μ是动力粘度；|v|是沿深度坡面平均速度的绝对值；n_td是等效曼宁系数，描述边界糙率和固体颗粒接触产生的流动阻力；g是重力加速度；h是流深。