一种冰碛湖溃决洪水峰值流量预测的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种冰碛湖溃决洪水峰值流量预测的计算方法，包括以下步骤：测量初始涌浪高度、冰碛湖水深、冰碛湖的长度、冰碛坝坝体鞍部沿水流方向长度和冰碛坝坝体组成物质的分选系数；将各因子进行组合并消除量纲，与峰值流量进行多元回归方程分析，确定各因子式的影响系数；得到冰碛湖溃决洪水峰值流量Qm的预测计算公式：

A glacial lake outburst flood peak flow forecast method

The invention discloses a glacial lake outburst flood peak flow forecast method, which comprises the following steps: sorting coefficient measurement of initial surge height, water depth, glacial moraine lake, moraine dam length, saddle length along the flow direction and the moraine dam material; the combination of factor analysis and eliminate dimension. The multiple regression equation and peak flow, determine the influence coefficient of each factor; calculation formula of prediction of moraine lake outburst flood peak flow Qm:

【技术实现步骤摘要】
一种冰碛湖溃决洪水峰值流量预测的计算方法
本专利技术属于水利工程领域，具体地说，涉及一种冰碛湖溃决洪水峰值流量预测的计算方法。
技术介绍
近半个世纪以来，随着全球气候变化，世界各高山地区冰碛湖溃决事件频繁发生，造成严重的经济损失和人员伤亡，如喜马拉雅山、天山、阿尔卑斯山脉、高加索山脉、科迪勒拉山系和斯堪的纳维亚山脉等地区。中国是冰湖分布较多的国家之一，冰碛湖溃决主要发生在西藏的喜马拉雅山脉，所形成的洪水和泥石流在该地区造成严重的危害。同时，前人的科学研究发现，冰崩入湖造成湖水涌浪过流漫顶诱发冰碛坝的失效破坏，是冰碛湖溃决的重要成因机制。在我国西藏地区，历史上先后发生的12次冰碛湖溃决事件，涌浪是导致冰湖溃决最直接的诱发因素。目前，国内外可以直接应用于冰碛湖溃决流量计算的公式较少，且均未考虑涌浪条件的特征参数。现有洪峰流量计算一般借鉴简单的回归公式或已有的土石坝溃决模型，计算方法主要通过已发生溃决的各种坝体(混凝土和土石水工坝，滑坡坝，泥石流坝，冰川侧碛、冰碛坝等)的坝高和库容得出溃决峰值流量的回归公式。如Kirkpatrick(Kirkpatrick,GA.1977.Evaluationguidelinesforspillwayadequacy.IntheEvaluationofdamsafety,Proc.Eng.Found.Conf.,NewYork,Am.Soc.Civ.Eng.,pp:395-414.)根据21个历史上和假设的溃决事件中的坝体高度，得出溃决峰值流量的计算公式：Qm＝2.297(H+1)2.5，H为坝高，美国水土保持学会(刘宁,程尊兰,崔鹏和陈宁生等.2013.堰塞湖及其风险控制.北京：科学出版社.pp:141-142.)通过另外的13次溃决将上述公式修订为：Qm＝65H1.85，又通过31次坝高在1.8-84m范围的溃决事件将公式修订为：Qm＝48H1.63。实践证明，现有此类峰值流量计算方法很难应用于冰碛湖溃决的案例预测中，归咎于不同的学者依据不同的资料得出不同经验公式，且计算误差较大，适用性较低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术针对涌浪条件对冰碛湖溃决形成机制的影响，提高冰碛湖溃决洪水峰值流量预测计算依据的科学性和准确性，提供了一种冰碛湖溃决洪水峰值流量预测的计算方法，该计算方法根据野外案例调查和室内模型试验对冰碛湖溃决形成机制影响的研究结果，计算参数中包括初始涌浪高度、冰碛湖水深、冰碛湖的长度、冰碛坝坝体鞍部沿水流方向长度和冰碛坝坝体组成物质的分选系数5个因子，提高冰碛湖溃决洪水峰值流量预测的科学性和准确性。为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种冰碛湖溃决洪水峰值流量预测的计算方法，包括以下步骤：步骤1、测量初始涌浪高度A0、冰碛湖水深H0、冰碛湖的长度L、冰碛坝坝体鞍部沿水流方向长度Ld和冰碛坝坝体组成物质的分选系数Cu；步骤2、将各因子进行组合并消除量纲，与峰值流量进行多元回归方程分析，确定各因子式的影响系数；步骤3、根据各因子式的影响系数，得到冰碛湖溃决洪水峰值流量Qm的预测计算公式：式中，Qm为冰碛湖溃决洪水峰值流量，m3/s；A0为初始涌浪高度，m；Ld为冰碛坝坝体鞍部沿水流方向长度，m；H0为冰碛湖水深，m；L为冰碛湖长度，m；Cu为分选系数，表征冰碛坝坝体组成的均匀程度，无量纲。进一步地，步骤2中的将各因子进行组合并消除量纲，与峰值流量进行多元回归方程分析，确定各因子式的影响系数具体为：步骤2.1、建立峰值流量与诸因素之间的基础关系式，根据基础关系式建立初始峰值流量的预测公式；步骤2.2、利用多元线性回归分析对初始峰值流量的预测公式进行求解。进一步地，步骤2.1中的建立峰值流量与诸因素之间的基础关系式具体为：步骤2.1.1、此式表示以初始涌浪波幅为表征的涌浪条件与坝体鞍部沿水流方向长度的对比关系；组合式分母采用坝体鞍部沿水流方向长度Ld，单位与涌浪波幅一致以消去量纲；步骤2.1.2、此式表示作为湖水冲刷能力主要影响因素的湖区水深H0与作为坝体抗冲能力主要影响因素的鞍部横截面积E之间的比例关系；分母采用横截面积E的平方根形成，从而分子分母单位一致以消去量纲；步骤2.1.3、此式表示作为湖水冲刷能力主要影响因素的湖区长度L与作为坝体抗冲能力主要影响因素的鞍部横截面积E之间的比例关系；分母采用横截面积E的平方根形成，从而分子分母单位一致以消去量纲；步骤2.1.4、Cu：此因子表征坝体组成的均匀程度，拣选系数Cu是过筛质量占75％的粒径D75与过筛质量占25％的粒径D25比值的平方根，其表达式为Cu＝(D75/D25)1/2，为无量纲参数；步骤2.1.5、将上述4个基础关系式，按照其之间的相关性，列出构成涌浪溢流溃坝峰值流量预测公式的一般表达式(1)：将公式(1)进行转换得到公式(2)：其中，Qm为冰碛湖溃决洪水峰值流量，m3/s；A0为初始涌浪高度，m；Ld为冰碛坝坝体鞍部沿水流方向长度，m；H0为冰碛湖水深，m；L为冰碛湖长度，m；Cu为分选系数，表征冰碛坝坝体组成的均匀程度，无量纲；a，α，β，γ和δ为经验公式未知系数，无量纲；将公式(2)中各组合式取对数构成直线方程，得式变换式(3)如下：设Y＝logQm，b＝loga，X4＝logCu，代入式(3)得到多元直线方程转换式(4)如下：Y＝b+αX1+βX2+γX2+δX4(4)。进一步地，步骤2.2中利用多元线性回归分析对建立峰值流量的预测公式进行求解计算得出b＝2.766，α＝0.244，β＝1.307，γ＝0.538和δ＝0.592。进一步地，步骤3中根据各因子式的影响系数，得到冰碛湖溃决洪水峰值流量Qm的预测计算公式具体为：根据b＝2.766，α＝0.244，β＝1.307，γ＝0.538和δ＝0.592，从而得到方程的表达式(5)如下：Y＝2.766+0.244X1+1.307X2+0.538X3+0.592X4(5)将Y＝logQm，b＝loga，X4＝logCu代入公式(5)得到转换式(6)如下：将公式(6)等式两边的各组合式去对数，得到方程转换式(7)如下：将公式(7)等式两边参数因子合并简化，得到方程转换式(8)如下：公式(8)即为涌浪溢流溃坝的峰值流量预测公式；其中，Qm是无量纲峰值流量，其单位与因子式单位一致；将Ld＝2E/H0代入公式(8)，将指数小数点保留2位，得到计算公式(9)：式中，Qm为冰碛湖溃决洪水峰值流量，m3/s；A0为初始涌浪高度，m；Ld为冰碛坝坝体鞍部沿水流方向长度，m；H0为冰碛湖水深，m；L为冰碛湖长度，m；Cu为分选系数，表征冰碛坝坝体组成的均匀程度，无量纲。与现有技术相比，本专利技术可以获得包括以下技术效果：1)本专利技术通过野外案例调查和室内模型试验对冰碛湖溃决形成机制影响的研究发现，涌浪是冰碛湖溃决形成的直接原因：当初始涌浪高度越大时，溃决发展速率快，产生的峰值流量偏大；当初始涌浪高度越小时，溃决发展速率慢，产生的峰值流量偏小。基于上述研究分析，本专利技术针对涌浪条件对冰碛湖溃决形成机制的影响，计算参数中包括初始涌浪高度、冰碛湖水深、冰碛湖的长度、冰碛坝坝体鞍部沿水流方向长度和冰碛坝坝体组成物质的分选系数5个因子，提出一种冰碛湖溃决洪水峰值流量预测的计算方法。2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冰碛湖溃决洪水峰值流量预测的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、测量初始涌浪高度A0、冰碛湖水深H0、冰碛湖的长度L、冰碛坝坝体鞍部沿水流方向长度Ld和冰碛坝坝体组成物质的分选系数Cu；步骤2、将各因子进行组合并消除量纲，与峰值流量进行多元回归方程分析，确定各因子式的影响系数；步骤3、根据各因子式的影响系数，得到冰碛湖溃决洪水峰值流量Qm的预测计算公式：

【技术特征摘要】
1.一种冰碛湖溃决洪水峰值流量预测的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、测量初始涌浪高度A0、冰碛湖水深H0、冰碛湖的长度L、冰碛坝坝体鞍部沿水流方向长度Ld和冰碛坝坝体组成物质的分选系数Cu；步骤2、将各因子进行组合并消除量纲，与峰值流量进行多元回归方程分析，确定各因子式的影响系数；步骤3、根据各因子式的影响系数，得到冰碛湖溃决洪水峰值流量Qm的预测计算公式：式中，Qm为冰碛湖溃决洪水峰值流量，m3/s；A0为初始涌浪高度，m；Ld为冰碛坝坝体鞍部沿水流方向长度，m；H0为冰碛湖水深，m；L为冰碛湖长度，m；Cu为分选系数，表征冰碛坝坝体组成的均匀程度，无量纲。2.根据权利要求1所述的冰碛湖溃决洪水峰值流量预测的计算方法，其特征在于，步骤2中的将各因子进行组合并消除量纲，与峰值流量进行多元回归方程分析，确定各因子式的影响系数具体为：步骤2.1、建立峰值流量与诸因素之间的基础关系式，根据基础关系式建立初始峰值流量的预测公式；步骤2.2、利用多元线性回归分析对初始峰值流量的预测公式进行求解。3.根据权利要求2所述的冰碛湖溃决洪水峰值流量预测的计算方法，其特征在于，所述步骤2.1中的建立峰值流量与诸因素之间的基础关系式具体为：步骤2.1.1、此式表示以初始涌浪波幅为表征的涌浪条件与坝体鞍部沿水流方向长度的对比关系；组合式分母采用坝体鞍部沿水流方向长度Ld，单位与涌浪波幅一致以消去量纲；步骤2.1.2、此式表示作为湖水冲刷能力主要影响因素的湖区水深H0与作为坝体抗冲能力主要影响因素的鞍部横截面积E之间的比例关系；分母采用横截面积E的平方根形成，从而分子分母单位一致以消去量纲；步骤2.1.3、此式表示作为湖水冲刷能力主要影响因素的湖区长度L与作为坝体抗冲能力主要影响因素的鞍部横截面积E之间的比例关系；分母采用横截面积E的平方根形成，从而分子分母单位一致以消去量纲；步骤2.1.4、Cu：此因子表征坝体组成的均匀程度，拣选系数Cu是过筛质量占75％的粒径D75与过筛质量占25％的粒径D25比值的平方根，其表达式为Cu＝(D75/D25)1/2，为无量纲参数；步...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建康，张佳佳，杨东旭，王军朝，
申请(专利权)人：中国地质科学院探矿工艺研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51