[发明专利]基于不同溃决模式的堰塞坝溃决危险性分级和预警方法

权利要求书

1.基于不同溃决模式的堰塞坝溃决危险性分级和预警方法，其特征在于：包括以下步骤：

S101：获取参数：获取堰塞坝的初始溃口顶部宽度、底部宽度、高度、溃口斜坡角度、初始水面高程、初始溃口底部高程、初始库容、中值粒径以及河道或沟道坡降参数；

S102：堰塞坝溃决模式的判别：利用堰塞坝溃决模式的判别式判断堰塞坝的溃决模式；

S103：建立堰塞坝溃决数学模型：基于溃决模式的不同，重新获取堰塞坝的基本参数，并建立不同溃决模式下的堰塞坝溃决数学模型；

S104：计算各溃决参数：基于堰塞坝溃决数学模型，通过MacCormark有限差分计算出不同时刻下的流速、水深各溃决参数，并选择出最大值；

S105：基于不同溃决模式堰塞坝溃决的危险性分级及预警：对堰塞坝溃决的危险性分级，根据坝体溃决参数数据，进行堰塞坝溃决的危险性分级及预警；

所述S102中：首先选取合适的堰塞坝溃决模式的判别式，再根据堰塞坝的初始参数确定堰塞坝的溃决模式：

选取公式(1)、(2)、(3)，如下：

其中k₁＝0.4007，k₂＝-1.7442，k₃＝-2.6785，k₄＝-2.9792×10^-9，k₅＝3.55589，k₆＝0.1029，k₇＝-0.0663，k₈＝80.8072，k₉＝-211.7417；

其中l₁＝0.2456，l₂＝-0.8568，l₃＝7.7789，l₄＝0.0013，

l₅＝2.0493，l₆＝0.5359，l₇＝0.0741，l₈＝-0.0447，l₉＝1.3995；

其中m₁＝-3.4944，m₂＝5.0656，m₃＝0.0009，m₄＝772454.1004，m₅＝-8.1238，m₆＝35.0389，m₇＝3.9047，m₈＝-9.1301，m₉＝0.9461；

将公式(1)、(2)、(3)作为溃决模式判别多项式，若临界水位满足式(1)，则堰塞坝可能发生渐进式溃决；若临界水位满足式(2)，则堰塞坝可能发生滑动溃决；若临界水位满足式(3)，则堰塞坝可能发生漫顶溃决；

所述S103中，先针对不同的溃决模式进行参数的重新获取；

当为漫顶溃决模式，溃决模型的建立所需的堰塞坝参数直接以初始状态时的参数为准，建立堰塞坝溃决的数学模型；

当为滑动溃决模式和渐进式溃决模式，先确定坝体滑移的滑移面，从而确定滑移体的体积，最终根据滑移过后的背水坡角度为并依据坝体体积滑移前后相等的原则，重新计算坝体的几何参数，最后根据滑移过后的坝体参数建立堰塞坝溃决的数学模型；

所述S104中，通过MacCormark有限差分进行数值求解，其中水力参数流速、流深通过浅水方程计算：

其中守恒向量U、通量向量F和源项向量S由下式给出：

式中：h为水深；q为单宽流量；B为渠道宽度，为沿渠道方向变化的函数，g为重力加速度，取9.81；S₀为底坡，取z为坝体高程；gh²/2为矩形断面情况下静水压力项，-qB′/B，-q²B′/Bh分别表述矩形河道宽度变化对守恒向量h、q的影响，B′为渠道宽度在渠道长度方向上的变化率；

其中S_f为摩阻坡降，由曼宁公式确定：

式中：n为曼宁粗糙系数；R为水力半径，矩形断面时R≈h；

溃口发展近似为矩形，溃口的高程变化通过侵蚀方程计算：

式中：dε/dt为侵蚀速率，k_d为侵蚀系数，τ_b为水流剪切应力，τ_c为坝料颗粒临界起动切应力；

溃决水流的剪切应力选下式表示：

τ_b＝γhJ；

式中：γ为水的重度，γ＝ρwg；h为水深；J为坡降；

颗粒临界起动切应力选下式表示：

式中：n为孔隙率；d为颗粒尺寸；ρ_s为颗粒密度；g重力加速度；

溃口展宽按照下式：

式中：n_loc为溃口位置参数，当溃口位于坝体中部取2，当溃口位于坝肩取1，β为溃口边坡坡脚角度，Δz_b为侵蚀深度增量；

通过有通过MacCormark有限差分对上述方程进行求解，计算水深、流速并选出最大值。

2.根据权利要求1所述的基于不同溃决模式的堰塞坝溃决危险性分级和预警方法，其特征在于：所述堰塞坝危险性分级、预警如下：当水深、流速乘积大于1.2m²/s，属于高风险，为红色预警；当水深、流速乘积小于1.2m²/s，大于0.3m²/s属于中风险，为橙色预警；当水深、流速乘积小于0.3m²/s，属于低风险，为黄色预警。