CN105513285A - 冰湖溃决预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于泥石流防治工程、水利工程领域，涉及一种冰湖溃决预警方法，以潜在溃决冰湖为预警监测区域，测量确定潜在溃决冰湖的冰舌坡度α和冰川坡向θ，查看气象资料确定潜在冰湖溃决点前两年的平均正积温T_y2、多年平均正积温T_y，实时监测某个时间之前的正积温T₀及该时间前7天平均温度和T₇，以所述预警监测区域冰湖溃决临界值Cr为监测值，根据监测值大小划分冰湖溃决的预警级别。本发明提供的冰湖溃决预警方法，通过研究温度因子和地形因子对冰湖溃决发生程度进行内部机理研究，建立了冰湖溃决预警预报模型；全面考虑冰湖溃决的温度因素和地形影响因素，以定量的方式对冰湖溃决进行预报。

Description

冰湖溃决预警方法

技术领域

本发明属于泥石流防治工程、水利工程领域，涉及一种冰湖溃决预警方法。

背景技术

冰湖包括冰蚀湖、冰面湖、冰下湖、冰碛阻塞湖和冰川阻塞湖等。由于冰蚀湖的湖口为岩坎，流水只能逐渐而缓慢的切割，所以难以突然溃决。而冰面湖与冰下湖虽在冰川区多见，但因其面积小，储水量少，即使发生溃决，流水量亦小。所以在各类冰湖发生溃决洪水的事例中，绝大多数为冰碛阻塞湖和冰川阻塞湖溃决，在论述冰湖溃决时，应以它们为重点。一般而言，冰碛阻塞湖溃决的形成要湖后的现代冰川能因滑动和崩落有大冰体突然坠入湖中，从而引起湖水暴涨与湖堤溃决。通常在冰湖溃决之前，其后上方分布有斜贴或悬挂在陡坡上的巨大冰舌。它们裂隙纵横，摇摇欲坠，处于极不稳定的状态，一到夏季，由于冰川融水的活跃和降水量的增加，水流量渗入冰床，从而引起冰川底部快速滑动，导致冰舌大范围滑崩。大量的冰体突然坠入湖中，引起湖水位暴涨。同时冰块在湖中还产生高大的水浪和猛烈的冲击波，湖堤在刹那之间即被击溃，大量水体夹带着冰块破湖而出，便爆发汹涌澎湃的冰湖溃决洪水。本发明研究主要针对由冰滑坡或冰崩引起的冰湖溃决，未考虑由降水引起的冰湖溃决。

目前国内外对冰湖溃决的预测预报主要是采用积温作为考量指标，通过比较溃决当年与溃决前一年的正积温与积温拟合曲线指数，发现溃决事件的积温和积温指数几乎都在曲线T＝1686.4a^-5.4401以上，并将此曲线作为冰湖溃决的积温临界条件。但此种预测方法没有考虑导致冰湖溃决的地形因子，导致预测精准度低，而冰崩或冰滑坡引起的冰湖溃决为西藏冰湖溃决的主要形式，发生往往造成重大损失与人员伤亡，地形因子对此类冰湖溃决的影响不可忽略。减轻、防止这类冰湖溃决需要深入地了解冰湖溃决的发生规律，并预测冰湖溃决的发生。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种冰湖溃决预警方法，该方法的核心是以冰湖溃决的形成机理为基础，以溃决点溃决时的温度对比溃决点当年及前二年未发生溃决的较大温度，得出冰湖溃决发生临界温度阈值的方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

冰湖溃决预警方法，包括以下步骤：

首先，调查确定某个区域潜在溃决冰湖的位置，以潜在溃决冰湖为预警监测区域，测量确定潜在溃决冰湖的冰舌坡度α和冰川坡向θ，查看气象资料确定潜在冰湖溃决点前两年的平均正积温T_y2、多年平均正积温T_y，实时监测某个时间之前的正积温T₀及该时间前7天平均温度和T₇，包括当天；正积温是指高于0℃的日平均气温的总和；

其次，以所述预警监测区域冰湖溃决临界值Cr为监测值，根据监测值大小划分冰湖溃决的预警级别，当Cr＜1.34，发出绿色安全信号，当1.34≤Cr＜1.66，发出冰湖溃决橙色预警信号，当Cr≥1.66，发出冰湖溃决红色预警信号，所述临界值Cr依式(1)确定：

$Cr=\frac{(T_0+0.5T_7+0.9T_{y2})*S^{0.5}}{T_y}---\left(1\right)$

式中：

Cr——预警监测区域冰湖溃决临界值；

T₀——当日温度之前正积温，观测确定；

T₇——当日温度前7天温度和，包括当天，观测确定；

T_y2——当年之前两年平均正积温，观测确定；

T_y——多年平均正积温，观测确定；

S——地形因子，依式2确定：

S＝tan(α)+0.5sin(θ/2)(2)

式中：

α——冰舌坡度，°，谷歌地球量取确定；

θ——坡向，°，谷歌地球量取确定，式(2)中sin(θ/2)适用于北半球。

该方法中Cr值的确定充分考虑了既定冰湖溃决产生的因素，在没有大量前期监测数据的基础上也能确定该冰湖所在地的临界温度。当冰湖温度确定时，通过实时获取温度数据中当日温度之前正积温T₀及当日温度前7天(包括当天)温度和T₇，采用上述方法实时或短周期循环计算Cr值作为监测指标，根据运算结果进行条件判别：

当Cr＜1.34，冰湖溃决发生概率低，发出绿色安全信号；

当1.34≤Cr＜1.66，冰湖溃决发生概率中等，发出冰湖溃决橙色预警信号；

当Cr≥1.66，冰湖溃决发生概率高，发出冰湖溃决红色预警信号。

通过上述Cr值的二阈值1.34、1.66判断冰湖溃决发生可能性的技术原理在于：通过谷歌地球Googleearth对比发生冰湖溃决和没有发生冰湖溃决冰湖的温度和地形条件及计算的判断值，确定当Cr＜1.34，几乎没有冰湖溃决发生；1.34≤Cr＜1.66，有少量冰湖溃决发生；Cr≥1.66，有很多冰湖溃决发生。该判断值用在其他地区的冰湖溃决中，也能很好地判断冰湖溃决的发生与否。

为提高预警准确性，冰湖溃决预警方法可加以优化，具体是：

以所述预警监测区域冰湖溃决临界值Cr与T₀+0.5T₇的和T*为监测值，根据监测值大小划分冰湖溃决预警级别；计算Cr值时，分别依式(5)计算确定对应的T*：

T*＝T₀+0.5T₇＝CrT_y/S^0.5-0.9T_y2(5)

T*有2个固定T*_min值，即T*_min1.34与T*_min1.66，分别对应Cr的两个阈值1.34与1.66；

冰湖溃决预警信号判断条件为：

当Cr＜1.34，发出绿色安全信号；

当1.34≤Cr＜1.66，发出冰湖溃决橙色预警信号；

当Cr≥1.66，冰湖溃决发生概率非常高，发出冰湖溃决红色预警信号。

通过实时监测T₀和T₇，获得每个冰湖的T*值，通过对比T*与T*_min1.34和T*_min1.66的大小对冰湖溃决进行预警，将公式1得出的Cr值和公式5得出的T*值两者共同进行预警，只有同时满足Cr超过阈值，且T*＞T*_min时，才能判定冰湖溃决的发生可能性，从而提高预警的准确性。

优化后的预警方法可以避免在当年之前两年平均正积温和多年平均正积温很大而当日温度之前正积温T₀及当日温度前7天(包括当天)温度和T₇很小的条件下发出橙色或红色预警信号。

经优化的冰湖溃决预警方法在应用于潜在溃决冰湖发生预警时，监测指标是循环计算下不断变化的Cr值与T*值。

本发明提供的冰湖溃决预警方法，通过研究温度因子和地形因子对冰湖溃决发生程度进行内部机理研究，建立了冰湖溃决预警预报模型；全面考虑冰湖溃决的温度因素和地形影响因素，以定量的方式对冰湖溃决进行预报；所采用的T、S均为无量纲参数，在各种冰湖溃决条件下都可以使用，适用性更强。

附图说明

图1是实施例的坡向测量图；

图2是本发明的技术流程示意图。

具体实施方式

下面结合优选实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。

图2是技术流程示意图。用本发明方法对西藏定结县扎日错冰湖实施溃决预警。

如图1所示，通过Googleearth量测扎日错冰湖如下基础数据：

扎日错冰湖：α＝9°，θ＝305°。

以上基础参数数据α和θ代入式(2)中，计算确定扎日错地形因子S＝0.39。

当扎日错冰湖温度较大时，通过气象站温度获取冰湖处实时温度数据。反复将当日温度之前正积温T₀及当日温度前7天(包括当天)温度和T₇代入式5中计算等效温度，并将实时等效温度T*与各参数代入式1计算冰湖溃决临界值Cr。

计算确定，在扎日错冰湖：当T*_min1.34＝19.76时，Cr＝1.34，若此时T*≥19.76，应发出冰湖溃决橙色预警信号。当T*_min1.66＝27.88时，Cr＝1.66，若此时T*≥27.88，应发出冰湖溃决红色预警信号。

1981年6月24日，西藏洛扎县扎日错冰湖T₇＝11.48℃，T₀＝23.56℃，计算得出T*＝29.30℃，大于红色预警阈值27.88℃，发生了冰湖溃决。

Claims (2)

1.冰湖溃决预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先，调查确定某个区域潜在溃决冰湖的位置，以潜在溃决冰湖为预警监测区域，测量确定潜在溃决冰湖的冰舌坡度α和冰川坡向θ，查看气象资料确定潜在冰湖溃决点前两年的平均正积温T_y2、多年平均正积温T_y，实时监测某个时间之前的正积温T₀及该时间前7天平均温度和T₇，包括当天；正积温是指高于0℃的日平均气温的总和；

其次，以所述预警监测区域冰湖溃决临界值Cr为监测值，根据监测值大小划分冰湖溃决的预警级别，当Cr＜1.34，发出绿色安全信号，当1.34≤Cr＜1.66，发出冰湖溃决橙色预警信号，当Cr≥1.66，发出冰湖溃决红色预警信号，所述临界值Cr依式(1)确定：

$Cr=\frac{(T_0+0.5T_7+0.9T_{y2})*S^{0.5}}{T_y}---\left(1\right)$

式中：

Cr——预警监测区域冰湖溃决临界值；

T₀——当日温度之前正积温，观测确定；

T₇——当日温度前7天温度和，包括当天，观测确定；

T_y2——当年之前两年平均正积温，观测确定；

T_y——多年平均正积温，观测确定；

S——地形因子，依式2确定：

S＝tan(α)+0.5sin(θ/2)(2)

式中：

α——冰舌坡度，°，谷歌地球量取确定；

θ——坡向，°，谷歌地球量取确定，式(2)中sin(θ/2)适用于北半球。

2.根据权利要求1所述的冰湖溃决预警方法，其特征在于，以所述预警监测区域冰湖溃决临界值Cr与T₀+0.5T₇的和T*为监测值，根据监测值大小划分冰湖溃决预警级别；计算Cr值时，分别依式(5)计算确定对应的T*：

T*＝T₀+0.5T₇＝CrT_y/S^0.5-0.9T_y2(5)

T*有2个固定T*_min值，即T*_min1.34与T*_min1.66，分别对应Cr的两个阈值1.34与1.66；

冰湖溃决预警信号判断条件为：

当Cr＜1.34，发出绿色安全信号；

当1.34≤Cr＜1.66，发出冰湖溃决橙色预警信号；

当Cr≥1.66，冰湖溃决发生概率非常高，发出冰湖溃决红色预警信号。