CN105740616B - 冰湖溃决的危险性判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于泥石流防治工程、水利工程领域，涉及冰湖溃决的危险性判断方法，通过谷歌地球确定溃决冰湖及周边未溃决冰湖的基本地形数据：冰湖后援冰舌坡度α，冰川的坡向θ；计算冰湖溃决的地形综合判别因子S：由冰舌坡度、冰川坡向：S＝tan(α)+0.5sin(θ/2)，以冰川的地形综合判别因子S对冰湖溃决的危险性等级进行划分。本发明提供的冰湖溃决的危险性判断方法，通过研究地形因子对冰湖溃决发生程度进行内部机理研究，建立了冰湖溃决易发计算模型；全面考虑冰湖溃决的地形影响因素，以定量的方式精确划分冰湖溃决危险性区域；公式1中S、tan(α)、sin(θ/2)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。

Description

冰湖溃决的危险性判断方法

技术领域

本发明属于泥石流防治工程、水利工程领域，涉及冰湖溃决的危险性判断方法。

背景技术

冰湖溃决是一种发生在高山冰川分布区的自然现象。冰湖溃决发生后，大量水体突然释放，冲毁城镇、掩埋人畜、破坏农田和森林、冲毁桥梁道路、阻断交通。

冰湖溃决的发生往往是由于冰湖后援的冰川发生冰崩或冰滑坡，而产生冰崩或冰滑坡需要具备二个条件：1)有利于发生冰崩或冰滑坡的地形条件；2)一定的温度条件导致冰川内部产生裂隙并最终诱发冰崩或冰滑坡的发生。这些条件综合影响并决定冰川的稳定性。其中，地形条件对冰崩或冰滑坡的影响因素包括：冰湖后援冰舌的坡度、冰川的坡向。

目前，国内外对冰湖溃决形成之地形条件的研究主要集中于冰舌坡度的研究，是对其发育分布规律的简单数据统计，没有深入研究其内在机理(西藏泥石流与环境，1999：71-78；水文地质工程地质，2006，3：88-92；冰川冻土，2004，26：397-402；山地学报，2003，21：128-132；冰川冻土，1986，8：61-71；地理学报，1989，44:343-352；冰川冻土，1987，9:23-34；Can Geotech，2004，41:1068-1083；Nat Hazards，2007，41:131-157；QuaternaryInternational，2000，65:31-47.)，研究成果很难用于其他区域；其次还有学者对冰湖面积进行了研究(西藏泥石流与环境，1999：71-78；第四纪研究，2003，23：621-628；)，研究表明冰湖面积在1.89×10⁵m³-6.3×10⁵m³最有利于冰湖溃决。除了以上因素对冰湖溃决的影响外，冰川坡向因为日照和辐射的不同而影响冰崩或冰滑坡的产生，从而间接对冰湖溃决产生影响，但目前针对冰川坡向对冰崩或冰滑坡影响的研究鲜有见到。上述粗略的冰舌坡度判断方法和单一的地形因素研究对于冰崩或冰滑坡导致的冰湖溃决危险性判断准确性较差。对冰崩或冰滑坡的影响因素全面的研究，目前还未见报道。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，针对导致冰崩或冰滑坡形成的地形条件进行研究，并作出综合判断。研究主要包括冰湖后援冰舌的坡度与冰川坡向的关系研究，结合两个影响因素在冰崩或冰滑坡中的作用机理，最终建立更精确的冰湖溃决危险性计算模型，得到地形综合判别因子S，确定冰湖溃决的危险性划分级别。

具体的技术方案为：

冰湖溃决的危险性判断方法，包括以下步骤：

(1)通过谷歌地球确定溃决冰湖及周边未溃决冰湖的基本地形数据：冰湖后援冰舌坡度α，冰川的坡向θ；

(2)计算冰湖溃决的地形综合判别因子S：由冰舌坡度、冰川坡向，依公式1计算确定：

S＝tan(α)+0.5sin(θ/2)(1)

式中：

S——地形综合判别因子；

α——冰湖后援冰舌坡度，α≥3°；

θ——冰川的坡向，0°＜θ≤360°，公式1中sin(θ/2)适用于北半球。

(3)以冰川的地形综合判别因子S对冰湖溃决的危险性等级进行划分：地形综合判别因子S值可以有效地判别冰川危险性，S值越大，危险性越大；相反，S值越小，危险性越小：危险性可以分4个等级：当S＞0.64时，危险性大；当0.49＜S≤0.64时，危险性中等；当0.38＜S≤0.49时，危险性小；当S≤0.38时，危险性很小。

冰湖溃决，是因为补给其水源的冰川前部，特别是伸入冰湖内或距冰湖很近的冰舌部位运动速度瞬间发生了突变，由缓慢前进变为瞬间高速运动造成。

冰舌坡度是影响冰崩和冰滑坡发生的最主要因素，冰舌坡度的陡缓不仅影响着冰体的运动形式，而且影响着冰舌段的汇流条件，大多数冰湖溃决发生在冰舌坡度为3°以上的坡度上。随着气候的干湿冷暖波动，在气候转向湿冷或干热(暖)年代，随着年平均温度的不断上升，冰川的温度也慢慢提高，冻结粘滞力慢慢变小，冰川的塑性增强，运动速度逐渐加快。特别在冰川前部和冰舌地段，由于海拔较低，温度较高，冰川温度相应较上部要高，塑性更强，运动速度更快。当冰川的活动性提高到一定水平，盛夏或秋天的消融水流沿着冰裂隙、孔隙下渗，缓慢地暖切割冰体，润滑底床，不断地减小冰川向下前进运动的阻力。当这种阻力减小到一定程度时，冰川内部积累的应力就像箭在紧扣的弦上，瞬间释放，将冰川前部、特别是冰舌地段的冰体一齐挤推入湖。冰舌地段如果坡度很大，则以冰崩形式发生；冰舌地段如果坡度稍小，则以快速运动的冰滑坡形式发生。由于冰川的坡向不同，日照和辐射条件各异，导致气温有明显的差异。在我国，一般地，位于北坡的温度最低，因此在地形上，坡向越靠近南方越有利于冰川内部裂隙的产生，相反，越靠近北方，越不利于冰川内部裂隙的产生，也就不利于冰崩或冰滑坡的产生。因此冰舌坡度和冰川坡向都会在冰湖溃决中发挥作用，但冰舌坡度的影响更大。公式1将坡度、坡向条件完整地结合在一起，综合地考虑了地形因素的作用，体现出各影响因子相互关系和重要性。

本发明提供的冰湖溃决的危险性判断方法，通过研究地形因子对冰湖溃决发生程度进行内部机理研究，建立了冰湖溃决易发计算模型；全面考虑冰湖溃决的地形影响因素，以定量的方式精确划分冰湖溃决危险性区域；公式1中S、tan(α)、sin(θ/2)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是实施例的西藏聂拉木县次仁玛错冰湖溃决危险性划分图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的实施方式进行详细说明。

西藏聂拉木县的小流域遥感影像图如图2。该流域共发育有10处冰湖，采用本发明的公式对冰湖溃决危险性进行计算划分，本发明所用危险性分区计算方法选用的地形参数是冰舌坡度和坡向，这两个因素并未直接影响冰湖溃决，而是通过影响冰崩或冰滑坡间接影响冰湖溃决，而与冰湖自身相关的地形因素，尤其是冰湖的面积大小与冰湖溃决的具体关系，本发明并未考虑，仅考虑流域内冰湖是否处于最有利于溃决的冰湖面积范围内。除了10号冰湖面积不在1.89×10⁵m³-6.3×10⁵m³最有利溃决范围内，其余9处均在范围内，因此选取9处冰湖进行危险性分区计算。

参与计算的单元包括选取的坡度较大的冰湖及地形因子较大的冰湖共9处。首先分别量取各冰湖的冰舌坡度α，再确定各冰川的坡向θ，如图1所示；由公式1计算出各冰湖的地形因子S，9处冰湖地形因素测量值及S值计算情况、危险性分级以及冰湖溃决的实际发生情况如表1所示。

表1冰湖地形因素测量值、S值计算及危险性划分表

编号	α(°)	θ(°)	S	危险等级	溃决
						1	21	290	0.67	大	是
2	10	340	0.26	很小	否
						3	6	360	0.11	很小	否
4	13	330	0.36	很小	否
						5	14	315	0.44	小	否
6	15	310	0.48	小	否
						7	12	335	0.32	很小	否
8	4	320	0.24	很小	否
						9	6	320	0.28	很小	否

根据危险性划分标准：当S＞0.64时，危险性大；当0.49＜S≤0.64时，危险性中等；当0.38＜S≤0.49时，危险性小；当S≤0.38时，危险性很小。表1中S值计算结果显示：9处潜在溃决冰湖中，危险性大的冰湖1处，危险性中等的冰湖0处，危险性小的冰湖2处，危险性很小的冰湖6处。

对比实际发生情况，1个危险性大的冰湖，见表1中编号1，发生了冰湖溃决；2个危险性小的冰湖，没有发生冰湖溃决，见表1中编号5、6；6个危险性很小的冰湖，见表1中编号2、3、4、7、8、9，都没有发生冰湖溃决。综上所述，应用本发明所述方法对冰湖溃决危险性划分的准确性较高。

Claims (1)

1.冰湖溃决的危险性判断方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)通过谷歌地球确定溃决冰湖及周边未溃决冰湖的基本地形数据：冰湖后援冰舌坡度α，冰川的坡向θ；

(2)计算冰湖溃决的地形综合判别因子S：由冰舌坡度、冰川坡向，依公式1计算确定：

S＝tan(α)+0.5sin(θ/2) (1)

式中：

S——地形综合判别因子；

α——冰湖后援冰舌坡度，α≥3°；

θ——冰川的坡向，0°＜θ≤360°，公式1中sin(θ/2)适用于北半球；

(3)以冰川的地形综合判别因子S对冰湖溃决的危险性等级进行划分：地形综合判别因子S值可以有效地判别冰川危险性，S值越大，危险性越大；相反，S值越小，危险性越小：危险性可以分4个等级：当S＞0.64时，危险性大；当0.49＜S≤0.64时，危险性中等；当0.38＜S≤0.49时，危险性小；当S≤0.38时，危险性很小。