基于河床比降与水沙耦合水位的山洪灾害类型预测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于河床比降与水沙耦合水位的山洪灾害类型预测方法，首先选定需要进行山洪灾害类型预测的山区河流河段作为目标河段，根据目标河段的河床比降，选出目标河段的陡缓衔接河段，陡缓衔接河段由上游河段和下游河段组成，上游河段的河床比降大于下游河段的河床比降；再依据公式计算水沙耦合作用引起的水深变化比例，同时计算上游河段的河床比降值；根据和与山洪灾害类型判定范围作比较，判断目标河段发生山洪灾害的类型。本发明专利技术可准确判别山洪灾害类型，为山洪灾害防治提供更科学和可靠的指导，填补该领域的研究空白。填补该领域的研究空白。填补该领域的研究空白。

【技术实现步骤摘要】
基于河床比降与水沙耦合水位的山洪灾害类型预测方法


[0001]本专利技术属于监督或预测目的的数据处理方法
，涉及山洪灾害数据处理及灾害类型预测及防治，涉及基于河床比降与水沙耦合水位的山洪灾害类型预测方法。

技术介绍

[0002]山洪是指由于暴雨、拦洪设施溃决等原因，在山区沿河流及溪沟形成的暴涨暴落的洪水及伴随发生的滑坡、崩塌、泥石流的总称。山洪灾害则是由山洪暴发而给人们带来的危害，包括溪河洪水泛滥、泥石流、山体滑坡等造成的人员伤亡、财产损失、基础设施毁坏及环境资源破坏等。
[0003]人们过去对山洪灾害发育的山区环境认识不足，对山洪形成机理及致灾机制研究不深入，特别是对泥沙在山洪灾害中扮演的角色认识不足，导致山洪预报精度不高，准确性低，时效性差。从近年频发的重大山洪灾害事件分析可知：山洪灾害不仅与降雨强度（雨量、降雨时长等）和河道水流条件（流速、水深等）有关，同时与流域内可动泥沙储量有关。可动泥沙一般来自于河床、两侧岸滩和山体表面松散土体。
[0004]根据山洪发生时不同水沙条件，山洪水沙灾害可划分为：（1）山洪洪水灾害；（2）山洪水沙灾害；（3）山洪泥石流灾害。不同种类山洪灾害的成灾机制与破坏力有显著区别，对发生区域造成的人员伤亡与经济损失程度也各不相同。准确预测山区流域山洪灾害类型，对有效进行山洪灾害防洪减灾工作十分重要。但是，目前现有技术还缺少能够准确判断山洪水沙灾害类型的方法。因此，研发山洪水沙灾害类型的预测方法对于本领域山洪灾害防治方面具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于河床比降与水沙耦合水位的山洪灾害类型预测方法，以提高山洪灾害类型识别的准确性，为山洪灾害防治提供更科学和可靠的指导，填补该领域的研究空白。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供的基于河床比降与水沙耦合水位的山洪灾害类型预测方法，包括以下步骤：（1）选定需要进行山洪灾害类型预测的山区河流河段作为目标河段，根据目标河段的河床比降，选出目标河段的陡缓衔接河段，陡缓衔接河段由上游河段和下游河段组成，通常情况下，上游河段的河床比降大于下游河段的河床比降；上、下游河段河床比降具体计算公式为，式中，为河床比降以千分率表示，、为河段起点和终点的河床标高，L为河段起点和终点之间的长度；（2）依据以下公式计算水沙耦合作用引起的水深变化比例，同时计算上游河段比降值：
；式中，为水沙耦合引起的水深变化，为上游河段的水深，为泥沙的容重，为水的容重，为可动泥沙粒径；（3）根据步骤（2）中得到的和与山洪灾害类型判定范围作比较，判断目标河段发生山洪灾害的类型：山洪灾害类型判定范围是：当且时，灾害类型为山洪洪水灾害；当且时，灾害类型为山洪水沙灾害；当且时，灾害类型为山洪泥石流灾害。
[0007]上述基于河床比降与水沙耦合水位的山洪灾害类型预测方法，当目标河段较长含有多个陡缓衔接河段时，则针对每一个陡缓衔接河段进行计算并判定该陡缓衔接河段的灾害类型。
[0008]为了让本领域技术人员对本专利技术有更深入的了解，以下对本专利技术的技术方案的获得过程作以下说明。首先基于理论分析，揭示了山区流域河道比降与水沙耦合作用引起的水位变化是造成不同类型山洪灾害的关键要素；其次，通过室内试验验证理论分析的合理性；再次，通过调查典型山洪灾害现场的河床比降、水沙耦合作用引起的水深变化比例与灾害类型，验证理论分析结果；再次，通过大量的山洪灾害数据，总结山洪灾害类型的判定条件。更详细的过程如下。
[0009]（1）山区流域河床比降与水沙耦合水位变化致灾分析。
[0010]①
山洪水沙耦合是否导致灾害，其关键判断标准是水沙耦合运动是否引起河床淤积，进而抬高水位。水沙耦合河床水深采用式（1）描述：
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（1）其中，为水沙耦合后的河道水深，为河道中运动泥沙上方的水深，为水沙耦合引起的水深变化。
[0011]②
水沙耦合作用引起的水深变化与河床冲淤高度变化的关系（参见《河床演变学》，钱宁，1987）可采用式（2）表示为：
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（2）其中，为河床冲淤高度，为泥沙的容重，为水的容重，表示泥沙输移强度，表示时间，表示水流与泥沙运动方向，式（2）表示河床冲淤演变随时间的变化（）与泥沙输移强度（）直接相关。
[0012]式（2）的离散化差分表达形式如式（3）所示：
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（3）式中，为水沙耦合引起的水深变化，泥沙输移强度的变化，表示泥沙运动距离的变化，表示泥沙运动的时间变化。
[0013]③
将目标河段中的上游河段的水深（指运动泥沙上方的水深）与河床比降分别记作和，将与上游河段相邻的下游河段的水深（指运动泥沙上方的水深）与河床比降分别记作和，上游河段的河床比降总是大于下游河段的河床比降，即；上游河段与下游河段断面的泥沙输移强度分别记作和，则式（3）可调整为：
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（4）。
[0014]泥沙输移强度（参见《泥沙运动力学》，钱宁和万兆惠，1981）采用式（5）计算：
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（5）式中，为泥沙输移强度，为泥沙的容重，为水的容重，为重力加速度，为河床比降。
[0015]结合式（5），式（4）可调整为如式（6）所示：
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（6）其中，表示泥沙运动速度。
[0016]公式（6）进一步可调整为：
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（7）根据谢才公式，其中，为水流平均流速，为河床粗糙系数。通常一条河流即使比降发生变化，沿程的河床粗糙系数几乎不变（即，）。
[0017]基于，和，公式（7）可变形为：
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（8）上游、下游河段单宽流量分别为（）和（），若无支流入汇，。本专利技术专利只考虑上游、下游河段无支流入汇的情况。因此，
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（9）在水流中，泥沙运动速度（）约等于泥沙沉速的2倍（参见《泥沙运动力学》，钱宁和万兆惠，1981），即，，其中，为泥沙拖曳力系数（通常认为），为泥沙平均粒径。
[0018]将式（9）改写为无量纲形式：
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（10）式（10）中，表示水沙耦合作用引发的水深变化比例，即，的数值越大表示因水沙耦合造成的水位增加越大。
[0019]由河流动力学输沙理论，在饱和来沙条件下，若上游河段的输沙能力大于下游河
段的输沙能力时，将会导致下游河段淤积，抬高河床即水位陡增，同时减缓下游河床比降，进一步扩大上游河段和下游河段输沙能力的差距，产生更为严重的淤积和水位雍高，在此过程中易造成淤埋和淹没的山洪水沙灾害或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于河床比降与水沙耦合水位的山洪灾害类型预测方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）选定需要进行山洪灾害类型预测的山区河流河段作为目标河段，根据目标河段的河床比降，选出目标河段的陡缓衔接河段，陡缓衔接河段由上游河段和下游河段组成，上游河段的河床比降大于下游河段的河床比降；（2）依据以下公式计算水沙耦合作用引起的水深变化比例，同时计算上游河段的河床比降值：；式中，为水沙耦合作用引起的水深变化，为上游河段的水深，为上游河段的河床比降，为下游河段的河床比降，为泥沙的容重，为水的容重，为泥沙平均粒径；（3）根据步骤（2）中得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兴年，刘超，单钰淇，许唯临，黄尔，聂锐华，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：