无资料地区堰塞湖溃决灾害预警体系建立方法

摘要

本发明公开了一种无资料地区堰塞湖溃决灾害预警体系建立方法，属于灾害预警技术领域。本发明整合了洪水预报、下泄流量拟定、溃坝洪水演进、灾害预警四个主要过程。整个体系构建成一个完整的平台，可以实现基础资料输入、预警信号输出的过程，在系统内部进行洪水预报、溃坝预警、洪水演进等分析计算。其中，对于溃口峰顶流量的计算，通过对谢任之公式进行深入研究，结合物理模型实验，得出了不同组分堰塞体的土质系数与流量系数，增强了公式对堰塞湖的适用性。

主权项

无资料地区堰塞湖溃决灾害预警体系建立方法，其特征在于：灾害预警体系包括洪水预报、下泄流量拟定、溃坝洪水演进、灾害预警四大模块，具体步骤如下：步骤一：根据堰塞湖形成的区域位置，收集相应流域的基础资料，包括水文气象资料、数字高程数据DEM和土地覆盖数据；运用ArcGIS的水文分析模块提取水系，其步骤为：首先，依据流域出口所在的位置提取研究流域的DEM；其次，对DEM进行填洼处理；再次，利用无洼地DEM以此进行流向分析及汇流累积量计算；最后，通过详细考察流域的地形地貌，分析已有的测量资料、航测图确定集水面积阈值，提取符合流域地貌发育规律的河网；步骤二：利用各式水位计传感器对堰塞湖进行实时水位监测，在监测的同时进行实时资料的监测收集，为洪水预报提供数据；把距离坝顶1m时的水位定为警戒水位，根据水位计监测堰塞湖水位；根据之前所监测到的数据预报下一个时段的洪水过程，若此时能将库区蓄满，则之前所测得24h的累积降水量即是临界条件，拟定这个累积雨量的一半为临界雨量；当实时监测到该流域出现临界雨量时随即发出溃坝预警；若这一个时段的洪水过程未将库区填满，则依次向后进行洪水预报，直到达到堰塞湖能够蓄满时刻为止，取该时刻前24h所测得的累积雨量的一半为临界雨量，同理当实时监测流域累积降水达到该值时，即刻发布溃坝预警；步骤三：发出溃坝预警后，根据堰塞湖的组成成分选择合适的土质系数和流量系数，运用谢任之土石坝溃决溃口宽度公式和土石坝逐渐溃决的峰顶流量公式，计算出堰塞湖漫顶溃决的溃口宽度和洪峰流量，谢任之公式如下：$b_m=\frac{W_0{\mathrm{KH}}_0}{3E}$$q_m=\lambda \sqrt{g}{b}_m{H}_0$$\lambda ={\sigma }^{n_2}{m}^{n_4}{(1-f)}^{n_6}{\lambda }_e$${\beta }_m={\sigma }^{n_1}{m}^{n_3}{(1-f)}^{n_5}{\beta }_e$式中，b_m为峰值流量的溃口宽度(m)；W₀为堰塞湖库容(m³)；K为冲刷系数；H₀为堰塞湖洪水深(m)；E为坝体横断面面积(m²)；为土质系数；q_m流量为溃口峰值流量(m³/s)；λ为谢任之统一流量系数；n₁～n₆为系数；λ_e和β_e为矩形断面自由出流、溃口至河底、堰宽比为e的流量系数；β_m为非矩形断面形状指数为m的流量系数；g为重力加速度(9.81m/s²)；步骤4：选取将要进行洪水演进分析的河段，将计算得到的堰塞湖溃决峰顶流量运用于溃坝洪水的演进公式，计算出堰塞湖溃坝后洪水演进到所选河段始端的最大流量；运用水动力学软件Surface Water Modeling System的RMA2模块建立洪水演进模型，过程包括河段网格的划分、地形资料的输入、边界条件的确定、参数的调试；其中糙率、涡粘系数是该模型中至关重要的两个参数，根据实际资料的情况以及该模型运行的相关经验，直接设置这两个参数，将所选河段始端的最大流量代入到洪水演进模型中，即可计算出所选河段各个位置的洪水水位高程；溃坝洪水的演进公式如下：$Q_{LM}=\frac{W}{\frac{W}{Q_m}+\frac{L}{\upsilon K}}$式中Q_LM为溃坝洪峰流量演进至坝址下游L公里时，在该处可能的最大流量；W为水库溃坝时的库容；Q_m为坝址位置的溃坝洪峰流量；L为距坝址的距离；υ为河道洪水期断面的最大平均流速，山区3～5m/s；K为经验系数，山区1.1～1.5；步骤五：将洪水演进过程中淹没的最高高程称之为警戒高程，结合河道的实际地形资料及居民点的分布，预估下泄洪水的淹没范围以及淹没损失的严重程度，实时拟定发出撤离、转移的范围与线路，发出预警信号。