【技术实现步骤摘要】
一种泥石流灾害模拟方法及装置
本专利技术涉及灾害防治领域，特别是一种泥石流灾害模拟方法及装置。
技术介绍
泥石流的体积会因夹带固体物质而增加，因沉积而减少。由于固体物质浓度的改变，泥石流可能会经历几个流态：由清水流演变为高含沙水流，再演变为发育完全的泥石流，最后在堆积扇上演变为沉积物。如图1是冲蚀和沉积过程。当固体物质体积浓度Cv小于对应沟床坡度的平衡浓度Cv∞，并且剪切应力足够大时，泥石流会从沟床夹带固体物质。当固体物质体积浓度大于对应沟床坡度的平衡浓度，并且泥石流流速太小不足以带走所有固体物质时，一部分物质会从泥石流中分离出来沉积在沟床或堆积扇上。泥石流性质会随着冲蚀和沉积过程显著变化。如图2a-图2d是固体物质体积浓度的变化。当流动体是清水流时，如图2a，只有一小部分固体物质随着流动体运动；此时的屈服应力可以忽略不计，动力粘度接近水的动力粘度。当固体物质由于冲蚀而被夹带进流动体，流动体可能演变为高含沙水流，如图2b；显著的屈服应力会形成，动力粘度也上升到较高水平。当足够多的固体物质被夹带进流动体后，泥石流会完全...
【技术保护点】
1.一种泥石流灾害模拟方法，其特征在于，/n获取泥石流所在研究区域的原始数据，根据泥石流的流深h和固体物质体积浓度C
【技术特征摘要】
1.一种泥石流灾害模拟方法，其特征在于，
获取泥石流所在研究区域的原始数据，根据泥石流的流深h和固体物质体积浓度Cv的两种主要效应控制参量：冲蚀沉积运动状态，以及运动过程中的物质交换；根据流速变化的四种效应控制参量：流加速度、流动阻力、总水头、由冲蚀和沉积引起的动量交换，建立体积守恒算法模拟泥石流运动和性质变化，预测泥石流规模与危害范围，具体包括以下步骤：
步骤一，将研究区域划分为网格，每个网格作为一个单元，赋予每个单元原始数据信息；
步骤二，对泥石流运动模拟分析：预设泥石流运动过程的时间长，时间长包括多个时间步，在每个时间步中，根据原始数据信息，首先获取每个单元由冲蚀或者沉积引起的流深和固体物质体积浓度变化；然后获取通过所有单元每个流动边界的流速、流量以及交换物质的密度，得到由单元间物质交换引起的流深和固体物质体积浓度变化，模拟泥石流启动到运动再到最后坡脚沉积的变化过程。
2.根据权利要求1所述的一种泥石流灾害模拟方法，其特征在于，在每个时间步中，获取每个单元由冲蚀或者沉积引起的流深hpredi和固体物质体积浓度Cvpredi变化前，先计算每个单元的冲蚀速率或沉积速率i：
其中，zb是沟床高程，t是时间。
3.根据权利要求2所述的一种泥石流灾害模拟方法，其特征在于，在获取当前时间步中每个单元的流深hpredi和固体物质体积浓度Cvpredi后，更新沟床高程zb和流动物质的密度ρpredi，准备下一个时间步的运动分析。
4.根据权利要求1所述的一种泥石流灾害模拟方法，其特征在于，在所述步骤二中，建立下式沿深度积分的质量守恒方程：
利用质量守恒方程计算每个单元的流深和固体物质体积浓度；
其中，h是流深；t是时间；vx和vy分别是x和y方向沿深度坡面的平均速度；i是冲蚀速率或沉积速率；A是因沟床岸边材料崩塌或者滑坡体导致的表面物质夹带率；Cv*和CvA分别是沟床和表面夹带物质的固体物质体积浓度；sb和sA分别是沟床和表面夹带物质的饱和度；Cv是泥石流的固体物质体积浓度。
5.根据权利要求1所述的一种泥石流灾害模拟方法，其特征在于，在所述步骤二中，每个单元具体选择8个流动方向通过相应的流动边界，流动方向的朝向分别为：东、西、南、北、东南、西南、东北、西北。
6.根据权利要求1所述的一种泥石流灾害模拟方法，其特征在于，在所述步骤二中，建立下式沿深度积分的动量守恒方程模拟泥石流运动：
利用动量守恒方程计算通过每个流动边界的物质的流速；
其中，h是流深；t是时间；vx和vy分别是x和y方向沿深度坡面的平均速度；i是冲蚀速率或沉积速率；A是因沟床岸边材料崩塌或者滑坡体导致的表面物质夹带率；Cv*和CvA分别是沟床和表面夹带物质的固体物质体积浓度；sb和sA分别是沟...
【专利技术属性】
技术研发人员：向波，何云勇，周立荣，王义鑫，龚臻，
申请(专利权)人：四川省公路规划勘察设计研究院有限公司，西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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