【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及水利、地質(zhì)工程災(zāi)害預(yù)測，尤其是涉及一種基于阻礙侵蝕的堰塞湖潰壩分析系統(tǒng)及方法。
技術(shù)介紹
1、針對堰塞湖潰壩過程的預(yù)測，僅依靠經(jīng)驗(yàn)公式和比較分析等方法已經(jīng)不能滿足實(shí)際需要。在此基礎(chǔ)上，基于潰壩機(jī)理的模型得到了快速發(fā)展。
2、當(dāng)水流在堰塞壩前逐漸蓄水，直至庫容水位到達(dá)壩體高度時(shí)，發(fā)生漫頂潰決。潰決水流沿壩體向下演進(jìn)過程中，會(huì)侵蝕壩體。考慮潰壩水流的特點(diǎn)，能夠更為具體準(zhǔn)確的表述侵蝕過程變化，對潰壩過程的準(zhǔn)確預(yù)測有著重要意義。
3、堰塞壩潰壩水流流速較快，屬于快速水流，當(dāng)其侵蝕壩體時(shí)，表現(xiàn)為顆粒整體起動(dòng)，即泥沙頂層出層狀起動(dòng)。從力學(xué)角度看，起動(dòng)的泥沙層出現(xiàn)剪脹現(xiàn)象，孔隙率增大，滲流進(jìn)入土體孔隙中。由于這種滲透作用，泥沙不易被侵蝕。
4、然而，現(xiàn)有的侵蝕模型中均未考慮這種阻礙侵蝕效應(yīng)。因此，有必要提供一種新型侵蝕模型，考慮阻礙侵蝕探究堰塞湖潰壩過程，提高預(yù)測的準(zhǔn)確性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是提供一種基于阻礙侵蝕的堰塞湖潰壩分析系統(tǒng)及方法，能夠獲得高精度的潰壩參數(shù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)模塊間的參數(shù)交互和數(shù)據(jù)共享。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供一種基于阻礙侵蝕的堰塞湖潰壩分析系統(tǒng)及方法，包括：
3、用戶界面模塊，包括參數(shù)輸入、數(shù)據(jù)傳遞和接收、數(shù)據(jù)可視化、結(jié)果導(dǎo)出功能，允許用戶輸入?yún)?shù)、啟動(dòng)各個(gè)功能模塊及可視化結(jié)果；
4、數(shù)據(jù)處理模塊，包括湖面面積-水位曲線擬合模塊、潰壩過程模擬模塊，該模塊基于阻礙侵蝕
5、數(shù)據(jù)管理模塊，用于負(fù)責(zé)校驗(yàn)、存儲(chǔ)和導(dǎo)出數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)保存至結(jié)構(gòu)體中，在收到導(dǎo)出指令時(shí)生成文件，供用戶下載。
6、優(yōu)選的，湖面面積-水位曲線擬合模塊，用于調(diào)用湖面面積-水位數(shù)據(jù)，并使用擬合數(shù)據(jù)工具，生成水位-面積關(guān)系的擬合數(shù)據(jù)。
7、優(yōu)選的，潰壩過程模擬模塊，負(fù)責(zé)模擬不同時(shí)間內(nèi)的潰決過程，通過循環(huán)計(jì)算，得到基于時(shí)間序列的相關(guān)潰決參數(shù)。
8、優(yōu)選的，基于阻礙侵蝕效應(yīng)的堰塞湖潰壩模型包括建立基于阻礙侵蝕效應(yīng)的侵蝕模型、水力分析和潰口演化；
9、其中，基于阻礙侵蝕效應(yīng)的侵蝕模型，表達(dá)式如下：
10、；
11、式中，，為侵蝕率，為相對密度，為泥沙中值粒徑，為重力加速度，為無量綱數(shù)，為表征泥沙運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的參數(shù)；為反映砂粒濃度極高的近床區(qū)湍流的阻尼、運(yùn)動(dòng)黏度的增加以及砂床頂部的剪脹行為影響的系數(shù)；
12、在水力分析中，通過容量或面積曲線獲得水位表達(dá)式；
13、在潰口演化中，對連續(xù)侵蝕作用下的潰口演化進(jìn)行模擬，包括潰口底部高程變化和潰口側(cè)向變化。
14、優(yōu)選的，的表達(dá)式為：
15、；
16、式中，為無量綱水流剪切力。
17、優(yōu)選的，數(shù)據(jù)管理模塊包括數(shù)據(jù)校驗(yàn)、數(shù)據(jù)傳遞和保存和數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能；
18、其中，數(shù)據(jù)校驗(yàn)功能，用于對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行效性檢查，包括數(shù)值類型檢查、數(shù)值范圍檢查和數(shù)據(jù)異常檢查；
19、數(shù)據(jù)傳遞和保存功能，用于將接收的數(shù)據(jù)存入結(jié)構(gòu)體，供數(shù)據(jù)處理模塊、用戶界面模塊調(diào)用；
20、數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能，用于接收導(dǎo)出指令，建立與指令格式對應(yīng)的表格，提取結(jié)構(gòu)體中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，按類別分配到獨(dú)立工作表中，并保存至指定目錄。
21、一種基于阻礙侵蝕的堰塞湖潰壩分析方法，包括以下步驟：
22、s1、通過用戶界面模塊輸入相關(guān)參數(shù)，并將其打包為結(jié)構(gòu)體，傳遞給數(shù)據(jù)處理模塊；
23、s2、數(shù)據(jù)處理模塊調(diào)用輸入?yún)?shù)，首先利用湖面面積-水位曲線擬合模塊得到水位-面積關(guān)系的擬合數(shù)據(jù)，再將其輸出到潰壩過程模擬模塊，模擬不同時(shí)間內(nèi)的潰決過程，通過循環(huán)計(jì)算，得到基于時(shí)間序列的相關(guān)潰決參數(shù)；
24、s3、用戶界面模塊根據(jù)數(shù)據(jù)處理模塊的處理結(jié)果，生成相應(yīng)潰決參數(shù)的變化曲線并可視化。
25、優(yōu)選的，步驟s2，包括：
26、s21、讀取用戶界面模塊中的相關(guān)輸入?yún)?shù)，其中相關(guān)輸入?yún)?shù)包括湖水面積-水位數(shù)據(jù)、初始壩頂高度、初始水位、殘余壩高、初始潰口深度及寬度、背水坡角、迎水坡角、臨界背水坡腳、入流量、顆粒容重、d50、d90、內(nèi)摩擦角、粘聚力、時(shí)間步長、循環(huán)次數(shù)；
27、s22、根據(jù)時(shí)間步長更新時(shí)間步，判斷湖水水位是否大于潰口底部高程；若是，則通過寬頂堰堰流公式計(jì)算時(shí)間步內(nèi)水體通過潰口的流量，并根據(jù)水量平衡方程，計(jì)算時(shí)間步內(nèi)堰塞湖水位變化，并使用計(jì)算所得流量和水位進(jìn)行更新存儲(chǔ)；否則，設(shè)置潰口流量為0，根據(jù)水量平衡方程，計(jì)算時(shí)間步內(nèi)堰塞湖水位變化，返回重新進(jìn)行判斷；
28、s23、調(diào)用流量及相關(guān)輸入?yún)?shù)，使用侵蝕模型計(jì)算時(shí)間步內(nèi)潰口侵蝕量，并通過侵蝕量計(jì)算潰口底部下切量和潰口頂部及底部橫向展寬量，并計(jì)算出相應(yīng)潰口高程、寬度值；
29、s24、在每個(gè)時(shí)間步內(nèi)驗(yàn)證潰口邊坡穩(wěn)定性，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力小于等于阻力時(shí)，判斷潰口邊坡保持穩(wěn)定；當(dāng)驅(qū)動(dòng)力大于阻力時(shí)，判斷潰口邊坡失穩(wěn)，潰口邊坡坡角變?yōu)槠屏呀呛妥疃阜€(wěn)定坡角相加值的一半；
30、s25、判斷潰口底部高程是否小于臨界高程；若是，則令潰口底部高程等于臨界高程；否則，使用計(jì)算所得堰塞壩潰口尺寸進(jìn)行更新存儲(chǔ)；
31、s26、調(diào)用潰口底部高程，根據(jù)幾何關(guān)系計(jì)算背水坡坡腳及壩頂順河長寬度；
32、s27、判斷背水坡坡腳是否大于等于臨界坡腳；若是，則令背水坡坡腳等于臨界坡腳；否則，使用計(jì)算得到的背水坡坡腳及壩頂順河長寬度進(jìn)行更新存儲(chǔ)；
33、s28、按照設(shè)定的循環(huán)次數(shù)重復(fù)執(zhí)行步驟s21至s25，直至達(dá)到預(yù)定的循環(huán)條件，將儲(chǔ)存結(jié)果傳遞至數(shù)據(jù)管理模塊。
34、優(yōu)選的，驗(yàn)證潰口邊坡穩(wěn)定性時(shí)，通過安全系數(shù)判斷驅(qū)動(dòng)力與阻力的大小，表達(dá)式如下：
35、；
36、其中，
37、；
38、；
39、式中，為穩(wěn)定力，即阻力；為非穩(wěn)定力，即驅(qū)動(dòng)力；、分別為潰口斜坡破壞后、破壞前的斜坡坡度；為坡高，為失效塊的重量，為體積比，為摩擦角，為土壤黏聚力。
40、因此，本專利技術(shù)采用上述一種基于阻礙侵蝕的堰塞湖潰壩分析系統(tǒng)及方法，具有以下技術(shù)效果：
41、（1）考慮阻礙侵蝕效應(yīng)，建立侵蝕模型，能夠獲得較為精確的水位、潰口流量、壩體及潰口幾何變化數(shù)據(jù)，同時(shí)驗(yàn)證潰口邊坡穩(wěn)定性及判斷臨界高程和臨界坡腳，能夠保證數(shù)據(jù)的可靠性。
42、（2）通過模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)用戶界面模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)管理模塊之間流暢的參數(shù)交互和數(shù)據(jù)可視化，具有良好的災(zāi)害預(yù)警應(yīng)用前景。
43、下面通過附圖和實(shí)施例，對本專利技術(shù)的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
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1.一種基于阻礙侵蝕的堰塞湖潰壩分析系統(tǒng)，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于阻礙侵蝕的堰塞湖潰壩分析系統(tǒng)，其特征在于，湖面面積-水位曲線擬合模塊，用于調(diào)用湖面面積-水位數(shù)據(jù)，并使用擬合數(shù)據(jù)工具，生成水位-面積關(guān)系的擬合數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于阻礙侵蝕的堰塞湖潰壩分析系統(tǒng)，其特征在于，潰壩過程模擬模塊，負(fù)責(zé)模擬不同時(shí)間內(nèi)的潰決過程，通過循環(huán)計(jì)算，得到基于時(shí)間序列的相關(guān)潰決參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于阻礙侵蝕的堰塞湖潰壩分析系統(tǒng)，其特征在于，基于阻礙侵蝕效應(yīng)的堰塞湖潰壩模型包括建立基于阻礙侵蝕效應(yīng)的侵蝕模型、水力分析和潰口演化；
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于阻礙侵蝕的堰塞湖潰壩分析系統(tǒng)，其特征在于，的表達(dá)式為：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于阻礙侵蝕的堰塞湖潰壩分析系統(tǒng)，其特征在于，數(shù)據(jù)管理模塊包括數(shù)據(jù)校驗(yàn)、數(shù)據(jù)傳遞和保存和數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能；
7.一種基于阻礙侵蝕的堰塞湖潰壩分析方法，采用權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的一種基于阻礙侵蝕的堰塞湖潰壩分析系統(tǒng)，其特征在于，包
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于阻礙侵蝕的堰塞湖潰壩分析方法，其特征在于，步驟S2，包括：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于阻礙侵蝕的堰塞湖潰壩分析方法，其特征在于，驗(yàn)證潰口邊坡穩(wěn)定性時(shí)，通過安全系數(shù)判斷驅(qū)動(dòng)力與阻力的大小，表達(dá)式如下：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于阻礙侵蝕的堰塞湖潰壩分析系統(tǒng)，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于阻礙侵蝕的堰塞湖潰壩分析系統(tǒng)，其特征在于，湖面面積-水位曲線擬合模塊，用于調(diào)用湖面面積-水位數(shù)據(jù)，并使用擬合數(shù)據(jù)工具，生成水位-面積關(guān)系的擬合數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于阻礙侵蝕的堰塞湖潰壩分析系統(tǒng)，其特征在于，潰壩過程模擬模塊，負(fù)責(zé)模擬不同時(shí)間內(nèi)的潰決過程，通過循環(huán)計(jì)算，得到基于時(shí)間序列的相關(guān)潰決參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于阻礙侵蝕的堰塞湖潰壩分析系統(tǒng)，其特征在于，基于阻礙侵蝕效應(yīng)的堰塞湖潰壩模型包括建立基于阻礙侵蝕效應(yīng)的侵蝕模型、水力分析和潰口演化；
5.根據(jù)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：蔣先剛，文韜，
申請(專利權(quán))人：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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