一种河道岸坡崩塌风险评估方法技术

本发明专利技术提出了一种河道岸坡崩塌风险评估方法，包括以下步骤：步骤一、选取河段并布置索引线，计算近岸断面线的起点坐标和终点坐标；步骤二、提取近岸地形及近岸断面数据；步骤三、根据近岸断面数据，计算坡比和滩槽高程差；步骤四、建立岸坡稳定系数与坡比及滩槽高程差的经验函数关系；步骤五、采用经验函数关系依次计算每个断面的岸坡稳定系数值，并形成岸坡崩塌风险图；该方法还包括步骤六、依据河道各个年份的地形图，重复步骤一至步骤五，形成对应年份的岸坡崩塌风险图，进行对比就可知道河道岸坡近年来的演变情况及风险逐渐累积的过程。该方法贴合实际，结果形象直观，对预防岸坡崩塌和后续岸坡治理提供了科学依据和技术支持。塌和后续岸坡治理提供了科学依据和技术支持。塌和后续岸坡治理提供了科学依据和技术支持。

【技术实现步骤摘要】
一种河道岸坡崩塌风险评估方法


[0001]本专利技术属于水利工程
，更具体地涉及一种河道岸坡崩塌 风险评估方法。

技术介绍

[0002]岸坡崩塌失稳是河道内的主要灾害形式之一，岸坡的崩塌不仅改 变河道平面形态，引起上下游河势的调整变化，而且更是直接影响到 堤防护岸工程、航道治理工程、涉水建筑物的安全与岸线的保护和利 用。
[0003]河道内的岸坡崩塌具有特殊性和复杂性，特殊性体现在河道岸坡 在水流泥沙运动的作用下处于时刻变化的状态，这与一般的边坡是完 全不同的；而复杂性则体现在引起河道岸坡失稳的因素较多，大类的 影响因素包括岸坡形状及河势条件、水流运动情况、岸坡地质条件、 岸坡守护情况、历史岸坡崩塌情况及人类活动影响。这些大类的影响 因素又可以进一步细分为深泓贴岸的距离、近岸综合坡比、近岸滩槽 高程差、流速大小、流速与岸坡的夹角、基岩、土质、有无护岸工程、 护岸工程运行年限、护岸工程损毁情况、近期崩岸发生段、历史险工 险段、未发生险情段、城市段、非城市段等。但是岸坡地质条件在一 定的空间范围内是固定不变的，岸坡现状及守护情况、历史岸坡崩塌 情况及人类活动情况等在短时间段内也基本不会发生变化，而岸坡形 状及河势条件、水流泥沙运动情况则是时刻变化的，水流泥沙运动引 起河床及岸坡演变，河床及岸坡演变的效果最终会体现在形态的变化 上，当岸坡形态达到某一临界状态时，就可能发生岸坡崩塌。
[0004]传统的岸坡崩塌风险评估方法有两种：第一种是针对某个点的， 通过岸坡形态、地质条件等的分析来确定该点的崩岸风险；第二种是 采用层次分析法通过对各种影响因素进行评分赋值来确定。第一种方 法相对较为精确，但系统性和直观性不够；第二种方法考虑的因素较 为全面，但评分赋值随意性较强。因此，研究基于岸坡形态变化的岸 坡崩塌风险评估方法对于预测预警岸坡的稳定状态及减小岸坡崩塌 带来的损失具有重要意义，如授权公告号为CN111549716B的专利技术专 利，提出了一种二元结构河岸崩退模式的计算和描述方法，先通过计 算河岸初始参数,分析断面水位资料,土体特性等基本参数，再根据上 部粘性土层的临界力矩平衡状态界定其临界崩塌宽度，再根据下层非 粘性土侵蚀宽度,判断上部粘性土层发生绕轴崩塌形成的条件、规模 和崩退过程，然后根据层厚比与岸坡坡度关系界定崩塌体岸坡堆积形 式,并分别采用不同的模式考虑崩塌体的防护作用，最后当崩塌体在 水流的作用下分解且坡面上堆积物被挟带至下游后，修改断面地形并 进入下个侵蚀过程。该专利技术可以对崩塌过程进行动态模拟,与实际更 为吻合,且计算结果可以为崩岸预测及预警提供科学依据和技术支撑， 但是该专利技术的侧重点是河岸崩塌的理论计算模式和方法，技术方案中 涉及的参数较多，这些参数在实际生产过程中是很难确定的，而且参 数变化范围也较大，这些参数对计算结果的影响均比较明显，该专利技术 的技术方案可以模拟个别断面的岸坡崩塌过程，但是无法对整个河段 的岸坡崩塌模式进行评价，该专利技术的技术方案也并未对岸坡崩塌的风 险值本身进行量化，不能生成河段的岸坡崩塌风险图，对实际的生产 实践指导意义不大。

技术实现思路

[0005]为解决
技术介绍
中所述的问题，本专利技术提出了一种河道岸坡崩塌 风险评估方法。
[0006]该方法包括以下步骤：
[0007]步骤一、选取河道河段并布置索引线，计算近岸断面线的起点坐 标和终点坐标；
[0008]步骤二、提取近岸地形及近岸断面数据；
[0009]步骤三、根据近岸断面数据，计算坡比和滩槽高程差；
[0010]步骤四、建立岸坡稳定系数与坡比及滩槽高程差的经验函数关系；
[0011]步骤五、采用经验函数关系依次计算每个断面的岸坡稳定系数值， 并形成岸坡崩塌风险图。
[0012]所述的步骤一中，将索引线按照一定间距进行等分，索引线的等 分点即为断面线的起点，令断面线的起点坐标为(x
i
,y
i
)，断面线的长 度为l，断面线均与索引线的切线垂直，索引线的切线斜率则断面线的终点坐标 (x
iz
,y
iz
)中，x
iz
＝x
i
‑
l*cos(arctank
i
)，y
iz
＝y
i
+l*sin(arctank
i
)，其 中i＝1,2,3
…
n。
[0013]所述的步骤二中，依据授权公开号为CN106503154B的专利技术专利 所述的批量河道断面形态数据的自动化提取方法，提取近岸地形及近 岸断面数据。
[0014]所述的步骤三中，近岸断面包括滩地段、岸坡段和河床段，所述 的岸坡段的陡峻的程度为坡比f，岸坡段的高度差为滩槽高程差h。
[0015]所述的岸坡段是对应断面线函数两个拐点之间的区域，也即断面 线函数的导数值出现明显变化的两个点之间的区域，断面线函数每个 点的前导数fq`(x
ij
)＝(z
ij+1
‑
z
ij
)/(x
ij+1
‑
x
ij
)，断面线函数每 个点的后导数fh`(x
ij
)＝(z
ij
‑
z
ij
‑1)/(x
ij
‑
x
ij
‑1)，则拐点的 具体判别条件为：
[0016]当fq`(x
ij
)＞0、fh`(x
ij
)＜0或fq`(x
ij
)＜0、fh`(x
ij
)＞ 0时，该点为断面线的拐点；
[0017]当fq`(x
ij
)＞＞fh`(x
ij
)或fq`(x
ij
)＜＜fh`(x
ij
)时，该点也为断 面线的拐点；
[0018]由此即可提取出断面线上属于岸坡段的那一部分(xl
ij
,zl
ij
)，从而 通过计算可得出坡比f和滩槽高程差h，其中i＝1,2,3
…
n，j＝1,2,3
…
k。
[0019]所述的坡比f和滩槽高程差h的计算方法为采用最小二乘法对岸 坡段(xl
ij
,zl
ij
)进行线性回归，直线斜率的导数就是坡比f，直线起点 与终点高程的差值就是滩槽高程差h，其中i＝1,2,3
…
n，j＝1,2,3
…
k。
[0020]所述的最小二乘法的原理为：
[0021]z＝bx+a、
[0022][0023]a＝zl
iv
‑
bxl
iv
、
[0024][0025][0026]则坡比f为直线斜率b的导数：则滩槽高程差h为直线 起点和终点高程的差值：h＝|本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种河道岸坡崩塌风险评估方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、选取河段并布置索引线，计算近岸断面线的起点坐标和终点坐标；步骤二、提取近岸地形及近岸断面数据；步骤三、根据近岸断面数据，计算坡比和滩槽高程差；步骤四、建立岸坡稳定系数与坡比及滩槽高程差的经验函数关系；步骤五、采用经验函数关系依次计算每个断面的岸坡稳定系数值，并形成岸坡崩塌风险图。2.根据权利要求1所述的一种河道岸坡崩塌风险评估方法，其特征在于：所述的步骤一中，将索引线按照一定间距进行等分，索引线的等分点即为断面线的起点，令断面线的起点坐标为(x
i
，y
i
)，断面线的长度为l，断面线均与索引线的切线垂直，索引线的切线斜率则断面线的终点坐标(x
iz
，y
iz
)中，x
iz
＝x
i
‑
l*cos(arctank
i
)，y
iz
＝y
i
+l*sin(arctank
i
)，其中i＝1，2，3
…
n。3.根据权利要求1所述的一种河道岸坡崩塌风险评估方法，其特征在于：所述的步骤三中，近岸断面包括滩地段(1)、岸坡段(2)和河床段(3)，所述的岸坡段(2)的陡峻的程度为坡比f，岸坡段(2)的高度差为滩槽高程差h。4.根据权利要求3所述的一种河道岸坡崩塌风险评估方法，其特征在于：所述的岸坡段(2)是对应断面线函数两个拐点之间的区域，也即断面线函数的导数值出现明显变化的两个点之间的区域，断面线函数每个点的前导数fq`(x
ij
)＝(z
ij+1
‑
z
ij
)/(x
ij+1
‑
x
ij
)，断面线函数每个点的后导数fh`(x
ij
)＝(z
ij
‑
z
ij
‑1)/(x
ij
‑
x
ij
‑1)，则拐点的具体判别条件为...

【专利技术属性】
技术研发人员：江磊，侯卫国，陈前海，陶雷，唐金武，望思强，郭大卫，
申请(专利权)人：张家港市长江生态保护发展有限公司，
类型：发明
国别省市：