[发明专利]泥石流堰塞坝溃口下切速率计算方法

说明书

本发明提供了一种泥石流堰塞坝溃口下切速率计算方法，包括：步骤1，通过测量得到溃口发展过程中溃口流速v及溃口底床坡度θ；步骤2，计算侵蚀率系数k；步骤3，计算溃口的下切速率E。本发明考虑了二者对侵蚀速率的影响，可采用该公式对泥石流堰塞坝溃决过程中，溃口下切速率全过程进行计算，本发明提供的计算方法所需参数少，易于获取，计算过程简洁。

技术领域

本发明涉及水利灾害领域，特别涉及一种泥石流堰塞坝溃口下切速率计算方法。

背景技术

近年来，全球气候不断暖化，高烈度地震频发，内外营力耦合作用下崩塌、滑坡事件逐渐增多，为泥石流的形成提供了有利的水文条件和丰富的物源，极易暴发大规模泥石流堵江事件，形成泥石流堰塞坝，迅速雍高上游水位；与人工土石坝相比，泥石流堰塞坝未经专门设计、几何形态、物质组成、内部结构更加复杂，溃决可能性远高于人工土石坝；即使与其它类型的堰塞坝(滑坡坝、冰碛坝等)相比，泥石流堰塞坝仍具有明显差异。泥石流堰塞坝一旦溃决，产生的非常规模洪水将对下游的生命财产安全造成严重危害。因此深入开展泥石流堰塞坝的研究具有重要意义。

溃口的下切速率作为堰塞坝溃决过程中的一个重要参数，直接决定了溃口的演化过程，进而改变着溃决洪水特性(洪峰流量、流速、下游洪水演进、致灾程度等)，故溃口的下切速率是堰塞坝溃决机理研究中的关键内容之一。

目前，关于泥石流堰塞坝的研究主要集中于泥石流堵江的过程及机理方面，建立了多种泥石流堵江判别式及预测模型，在泥石流堵江的防灾减灾方面发挥了重要作用。而在泥石流堰塞坝溃决机理方面的研究较少，有现有技术通过模型试验，分析了泥石流堰塞坝溃决时，坝体颗粒粒径对启动流速的影响，以及泥石流堰塞坝坡面的破坏情况；调查了西藏西南部4个河谷地区的7条大型泥石流，结合室内试验，建立了溃决洪水流量的计算公式，公式中关于溃口的参数仅考虑了始末形态。因此，还尚未见到能合理描述泥石流堰塞坝溃口下切速率的理论计算模型。

此外，现有技术中还通过水槽模型试验，研究了滑坡堰塞坝溃决过程中溃口的纵向演化过程，并采用了土壤侵蚀率计算公式形式对溃口的下切速率进行计算分析，所述公式为：E＝k(τ-τ_c)，其中，E为侵蚀率(m/s)，k为侵蚀率系数，τ为水流切应力(pa)，τ_c为土体临界切应力(pa)，为一定值。但是，其研究对象仅属于滑坡堰塞坝，未涉及泥石流堰塞坝，且其采用的公式类型为土壤侵蚀率计算，仅适用于滑坡坝溃决过程中的两个阶段，并且未考虑溃口底坡对土体临界切应力的影响(视为定值)。

发明内容

本发明提供了一种泥石流堰塞坝溃口下切速率计算方法，以解决至少一个上述技术问题。

为解决上述问题，作为本发明的一个方面，提供了一种泥石流堰塞坝溃口下切速率计算方法，包括：

步骤1，通过测量得到溃口发展过程中溃口流速v及溃口底床坡度θ；

步骤2，通过式1计算侵蚀率系数k；

步骤3，通过式2计算溃口的下切速率E；

E＝0.01·k·v·sin(0.85+θ)³ 式2

式中，E——溃口下切速率，指单位时间内的溃口下切深度，单位cm/s；

k——侵蚀率系数，无量纲参数；

v——溃口流速，单位m/s；

θ——溃口底床坡度，单位rad；

D_c——颗粒的变化范围，D_c值越大，坝体密度越大，粗颗粒含量越多；

μ——刻画了细颗粒的结构和行为，与土体的孔隙度有关。

优选地，在步骤3之前还包括，通过式3确定坝体材料的颗粒级配：