【技术实现步骤摘要】
本公开明属于泥石流防治工程、水利工程、地质灾害防灾减灾、冰冻圈灾害领域，尤其涉及一种冰湖稳定性评价方法、装置和存储介质。
技术介绍
1、冰湖溃决灾害会对下游村镇人员、基础设施及重大工程安全产生重大威胁，严重制约当地社会的经济发展，而冰湖稳定性评估是下游承载体风险防控体系建设的重要前提和基础。冰湖溃决的主要机制分为漫顶溢流与管涌溃决，但漫顶溢流与管涌溃决均为跨时空尺度、多物理过程综合作用结果，影响因素众多，如滑体规模、起滑位置与倾角、冰湖水深、坝体冰碛物密度与颗粒级配等。现有国内外对冰湖稳定性评价的研究主要从孕灾环境提取评价指标，运用统计模型对其稳定性进行评价分析，较少从冰湖溃决的具体物理过程分析影响冰湖溃决的主导因素。由此带来了两方面问题，一方面，基于统计模型稳定性评估结果的准确性较依赖于评价指标的选取，且由于评价方法大多缺少物理机理支撑，指标选取和统计参数的率定可能具有局地性限制；另一方面，冰湖溃决灾害对气候变化较为敏感，但缺乏基于物理过程的定量评估方法将众多影响因素联系起来，难以有效量化气候变化对冰湖稳定及溃决的长期影响。
2、现有冰湖溃决判定方法主要考虑了母冰川、坝体、冰湖形态地形参数以及气象要素与冰湖溃决风险之间的相关性，以此识别危险性冰湖并进行冰湖溃决洪水预警。但均忽略了气候变化诱发冰崩入湖、冰崩入湖产生涌浪、涌浪漫顶溢流等导致冰湖溃决各物理过程间的物质交换与能量传递以及各冰湖稳定性影响因素之间的相互作用，判定精度较低，难以有效量化气候变化对冰湖溃决的长期影响和冰湖溃决洪水灾害的发生。因此，需重点关注跨时间
技术实现思路
1、本公开旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
2、为此，本公开面向冰湖溃决洪水高发区域，提供了一种基于物理过程的冰湖稳定性评价方法、装置和存储介质，对冰湖管涌溃决与漫溢溃决的全物理过程进行研究，实现了对冰湖稳定性的定量评价。
3、为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
4、本公开第一方面提供的一种冰湖稳定性评价方法，包括如下步骤：
5、获取待评价冰湖所在区域的历史气象数据，计算不同年份的冰湖水量及冰湖平均水深；
6、计算滑体入湖产生的最大涌浪波幅、传播到坝前的涌浪波幅和涌浪平均流速，根据所述传播到坝前的涌浪波幅和涌浪平均流速分别计算坝前涌浪位能水头和涌浪流速水头，将所述坝前涌浪位能水头、所述坝前涌浪流速水头与所述冰湖平均水深之和作为滑体涌浪后的坝前漫溢水头；
7、根据所述坝前漫溢水头计算漫溢后坝体背水坡的单宽流量，根据所述单宽流量和坝体级配分布曲线计算漫顶后坝体背水坡的平均水深，以此确定坝体背水坡表面粗颗粒受到的水流剪切力，进而计算坝体背水坡水流无量纲shields数，当所述坝体背水坡水流无量纲shields数与坝体背水坡表面粗颗粒临界起动的无量纲shields数比值大于1时，认为达到漫顶溢流后坝体失稳的临界条件，进而确定冰湖漫顶溢流溃决的临界坝前水头；当所述坝体背水坡水流无量纲shields数与坝体背水坡表面粗颗粒临界起动的无量纲shields数比值小于或者等于1时，认为漫顶溢流后未达到坝体失稳的临界条件，即认为涌浪漫顶后坝体仍处于稳定状态；
8、根据坝体级配分布曲线利用土力学方程计算坝体内部侵蚀的临界起动粒径，将该临界粒径起动时对应的水力坡降作为冰湖管涌溃决的临界水力坡降，当冰湖坝前水力坡降与所述冰湖管涌溃决的临界水力坡降的比值大于1时，认为达到冰湖管涌溃决的临界条件，进而确定冰湖管涌溃决的临界坝前水头；当冰湖坝前水力坡降与所述冰湖管涌溃决的临界水力坡降的比值小于或者等于1时，认为未达到冰湖管涌溃决的临界条件，即认为管涌后坝体仍处于稳定状态；
9、将所述冰湖的坝前水头与所述冰湖漫顶溢流溃决的临界水头之比作为冰湖漫溢稳定性系数ro，将所述冰湖坝前平均水深与所述冰湖管涌溃决的临界坝前水头之比作为管涌稳定性系数rs，稳定系数与坝体的稳定性呈反比；当ro≥1时，认为冰湖发生漫溢溃决；当ro＜1且rs≥1时，认为冰湖发生管涌溃决；当ro＜1且rs＜1时，认为冰湖保持稳定状态。
10、在一些实施例中，设所述设滑体涌浪后的坝前漫溢水头为hl，计算公式如下：
11、hl＝hi+h′
12、
13、
14、
15、其中，hi为坝前涌浪作用水头；h′为坝前平均水深；v′为坝前涌浪平均流速；g为重力加速度；v′2/2g表示坝前涌浪流速水头；θ为涌浪传播方向与坝体垂线的夹角；ad为坝前涌浪波幅；f为坝前水位距坝顶的距离；ad-f表示涌浪超出坝顶的高度，即坝前位能水头，需满足ad＞f；x为滑体入湖点向坝体传播距离；h为冰湖平均水深；am为滑体入湖产生的涌浪最大波幅。
16、在一些实施例中，将滑体分为刚性滑体和散体滑体两类，
17、针对刚性滑体和散体滑体，所述滑体入湖产生的涌浪最大波幅am分别按照下式计算：
18、
19、
20、其中，ams为刚性滑体入湖产生的最大涌浪波幅；vms为刚性滑体体积；δz为滑体质心距水面的距离；δ为滑体滑动面的动摩擦角；α为滑体滑动面的倾角；w为冰湖的平均宽度；amf为散体滑体入湖产生的最大涌浪波幅；sf为散体滑体的最大厚度；lf为散体滑体长度。
21、在一些实施例中，设所述漫顶后坝体背水坡的平均水深为h′，按照下式计算：
22、
23、
24、其中，g为重力加速度；d90为坝体级配分布曲线中累积分布为90％的最大颗粒粒径；s为坝体背水坡坡度；q为漫溢后坝体背水坡的的单宽流量；δs为淹没系数；∈为侧向收缩系数；m为流量系数；hi为坝前涌浪作用水头；
25、设所述坝体背水坡水流无量纲shields数为τ*，按照下式计算：
26、
27、其中，β为坝体背水坡坡度，ρs为坝体颗粒密度；ρw为水的密度。
28、在一些实施例中，设所述冰湖漫顶溢流溃决的临界坝前水头为ho，按照下式计算：
29、
30、其中，hd为坝体高度；d90为坝体级配分布曲线中累积分布为90％的最大颗粒粒径；d50为级配分布曲线中累积分布为50％的最大颗粒粒径；s为坝体背水坡坡度；ρs为坝体颗粒密度；ρw为水的密度；δs为淹没系数；∈为侧向收缩系数；m为流量系数。
31、在一些实施例中，所述根据坝体级配分布曲线利用土力学方程计算坝体内部侵蚀的临界起动粒径，具体包括：
32、设坝体颗粒的不均匀系数为cu，按照下式计算：
33、cu＝d60/d10
34、其中，d60和d10分别为坝体级配分布曲线中累积分布为60％与10％的最大颗粒粒径。
35、设定级配阈值cu0，将cu＞cu0对应的坝体颗粒作为宽级配坝本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种冰湖稳定性评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的冰湖稳定性评价方法，其特征在于，设所述设滑体涌浪后的坝前漫溢水头为hl，计算公式如下：
3.根据权利要求2所述的冰湖稳定性评价方法，其特征在于，将滑体分为刚性滑体和散体滑体两类，
4.根据权利要求1所述的冰湖稳定性评价方法，其特征在于，设所述漫顶后坝体背水坡的平均水深为H′，按照下式计算：
5.根据权利要求1所述的冰湖稳定性评价方法，其特征在于，设所述冰湖漫顶溢流溃决的临界坝前水头为ho，按照下式计算：
6.根据权利要求1所述的冰湖稳定性评价方法，其特征在于，所述根据坝体级配分布曲线利用土力学方程计算坝体内部侵蚀的临界起动粒径，具体包括：
7.根据权利要求1所述的冰湖稳定性评价方法，其特征在于，设所述冰湖管涌溃决的临界水力坡降为Jc，按照下式计算：
8.根据权利要求7所述的冰湖稳定性评价方法，其特征在于，设所述冰湖管涌溃决的临界坝前水头为hs，按照下式计算：
9.一种冰湖稳定性评价装置，其特征在于，包括：<...
【技术特征摘要】
1.一种冰湖稳定性评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的冰湖稳定性评价方法，其特征在于，设所述设滑体涌浪后的坝前漫溢水头为hl，计算公式如下：
3.根据权利要求2所述的冰湖稳定性评价方法，其特征在于，将滑体分为刚性滑体和散体滑体两类，
4.根据权利要求1所述的冰湖稳定性评价方法，其特征在于，设所述漫顶后坝体背水坡的平均水深为h′，按照下式计算：
5.根据权利要求1所述的冰湖稳定性评价方法，其特征在于，设所述冰湖漫顶溢流溃决的临界坝前水头为ho，按照下式计算：
6.根据权利要求1所述的冰湖稳定性评...
【专利技术属性】
技术研发人员：张淼慧，崔鹏，张晨笛，
申请(专利权)人：中国科学院地理科学与资源研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。