CN108681651B - 一种无冰芯的冰碛堤冰湖溃决的早期识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无冰芯的冰碛堤冰湖溃决的早期识别方法，其特征在于：包括以下步骤：a、判断冰碛堤内无冰芯的冰碛湖；b、通过谷歌地球确定无冰芯的冰碛湖的基本参数；c、计算无冰芯冰碛湖的早期识别综合判别因子T；d、根据无冰芯冰碛湖的早期识别综合判别因子T判断无冰芯冰碛湖的危险性。本发明通过分析各影响因子对冰碛堤内无冰芯的冰碛湖的溃决机理进行研究，作出综合判断，建立了无冰芯冰碛湖溃决早期识别计算模型，以定量的方式精确地早期识别无冰芯危险冰碛湖，极大的提高了判断准确性。

Description

一种无冰芯的冰碛堤冰湖溃决的早期识别方法

技术领域

本发明涉及到泥石流防治工程技术领域，尤其涉及一种无冰芯的冰碛堤冰湖溃决的早期识别方法。

背景技术

冰水泥石流是一种发生在高山冰雪分布区的自然现象。冰水泥石流发生后，泥石流运动到下游堆积扇上，冲毁城镇、破坏农田和森林、冲毁桥梁道路、阻断交通。

冰水泥石流的发生往往是由于当地温度升高，冰雪融化形成沟道径流，起动沟道中的固体物源，形成冰水泥石流。形成冰水泥石流需要具备两个条件：一是有利于发生冰水泥石流的地形条件；二是一定的温度条件导致冰雪融化并最终诱发冰水泥石流的发生。

这些条件综合影响并决定冰水泥石流发生的可能性。其中，地形条件对冰水泥石流的影响主要由坡度控制，即泥石流形成区的坡度。冰湖溃决形成泥石流是冰水泥石流中的一种特殊的形式，其危害往往较大。

冰湖泥石流指由于冰湖溃决，暴发特大洪水侵蚀流域内松散固体物质，形成的泥石流。能够溃决的冰湖一般是冰坝湖和冰碛湖。冰坝湖和在冰碛堤内有巨大冰芯的冰碛湖的溃决往往由于温度升高造成，但因为温度升高过程较长，溃决过程也较长，因此溃决流量较小，造成的危害相对较小。冰碛堤内无冰芯的冰碛湖的溃决是由于温度升高或地震的作用，造成冰崩进入冰湖，形成涌浪和冰湖水位上涨，侵蚀冰碛堤的溢流口并形成冰碛堤溃决，这类冰碛湖的溃决流量大，峰值流量达到数千甚至上万立方米每秒，暴发的巨大洪水侵蚀流域内松散固体物质，形成的泥石流往往是稀性泥石流；由于流量巨大，在堆积区横扫一切，并很可能堵塞主河，在主河道上游蓄水到一定程度时再溃决，形成下游更大的洪水，造成下游灾害链，有时灾害链可以长达上百公里。

目前，国内外对冰湖溃决形成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；CanGeotech，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。

公开号为CN105513285A，公开日为2016年04月20日的中国专利文献公开了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。

公开号为CN105740616A，公开日为2016年07月06日的中国专利文献公开了一种冰湖溃决的危险性判断方法，其特征在于，包括以下步骤：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：冰湖后缘冰舌坡度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。

以上述专利文献为代表的现有技术，采用了冰湖后缘冰舌坡度、冰川的坡向、潜在冰崩体质心至冰湖垂直高度、潜在冰崩体质心至冰湖运动距离、溃决口宽度、溃决口厚度、溃决前冰湖宽度、溃决前冰湖长宽比、溃决前冰湖岸边斜坡和连续性冰川的面积这些参数来识别危险性冰湖与预警冰湖的发生。但均没有全面考虑冰川与冰湖之间的关系以及冰碛堤的特征，特别是潜在冰崩体积与冰湖体积关系、冰湖面积与冰碛堤宽度和长度的比例关系、冰碛堤背水坡坡度这些关键参数，因此对冰碛湖的早期识别还有较大的欠缺。而且也没有明确的定义冰湖是哪类冰湖，这样在不同类型的冰湖的判断上，极易出现误判。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种无冰芯的冰碛堤冰湖溃决的早期识别方法，本发明通过分析各影响因子对冰碛堤内无冰芯的冰碛湖的溃决机理进行研究，作出综合判断，建立了无冰芯冰碛湖溃决早期识别计算模型，以定量的方式精确地早期识别无冰芯危险冰碛湖，极大的提高了判断准确性。

本发明通过下述技术方案实现：

一种无冰芯的冰碛堤冰湖溃决的早期识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、判断冰碛堤内无冰芯的冰碛湖；

通过谷歌地球影像来区别，若表面圆滑并有分层的弯曲山脊冰碛堤，则为有冰芯的冰碛湖；若小的冰川前有一个不成比例的大冰碛堤，则为有冰芯的冰碛湖；若有狭窄的尖顶或横断面为三角形的冰碛堤，则为无冰芯的冰碛湖；

b、通过谷歌地球确定无冰芯的冰碛湖的基本参数；

包括冰湖后缘冰舌坡度α、母冰川坡向θ、母冰川面积F、冰舌面积A_S、冰舌质心至冰湖垂直高度差H、冰舌质心至冰湖运动距离L、冰碛湖面积A、冰碛湖溢流口宽度W、冰碛湖溢流口长度C、冰碛堤背水坡坡度β；

c、计算无冰芯冰碛湖的早期识别综合判别因子T，依式1计算确定；

T＝X+D+S+0.5R+0.17Log(MV) 式1

式中，T为无冰芯冰碛湖的早期识别综合判别因子；X为母冰川坡向因子，由式2计算；D为冰碛堤背水坡坡度因子，由式3计算；S为冰舌坡度因子，由式4计算；R为冰崩运动因子，由式5计算，若R＞1，取R＝1；M为冰碛湖因子，由式6计算；V为体积比因子，由式7计算；

X＝sin(θ/2) 式2

D＝tanβ 式3

S＝tanα 式4

R＝H/L 式5

M＝A/(WC) 式6

V＝V_G/V_L 式7

式中，θ为母冰川坡向，单位°，适用于北半球，是指母冰川的平面法线在平面投影指向与正北方向夹角，0°＜θ≤360°；β为冰碛堤背水坡坡度，单位°；α为冰湖后缘冰舌坡度，单位°；H为冰舌质心至冰湖垂直高度差，单位m；L为冰舌质心至冰湖运动距离，单位m；A为冰碛湖面积，单位m²；W为冰碛湖溢流口宽度，单位m；C为冰碛湖溢流口长度，单位m；V_G为冰舌体积，单位m³，由式8计算；V_L为冰碛湖体积，单位m³，由式9计算；

V_G＝A_Sh 式8

V_L＝0.104A^1.42 式9

式中，A_S为冰舌面积，单位m²；h为冰舌厚度，单位m；

若为海洋性冰川，则冰舌厚度h通过式10计算；

h＝5.2+15.4F^0.5 式10

若为大陆性冰川，则冰舌厚度h通过式11计算；

h＝-11.32+53.21F^0.3 式11

若为悬冰川，则冰舌厚度h通过式12计算；

h＝34.4F^0.45 式12

d、根据无冰芯冰碛湖的早期识别综合判别因子T判断无冰芯冰碛湖的危险性；

当无冰芯冰碛湖的早期识别综合判别因子T≥1.41时，确定为有危险的无冰芯冰碛湖；

当无冰芯冰碛湖的早期识别综合判别因子T＜1.41时，确定为无危险的无冰芯冰碛湖。

所述步骤a中，有冰芯的冰碛湖通过冰碛堤的渗流进行排水，无冰芯的冰碛湖通过冰碛堤表面的溢流口进行排水。

本发明的基本原理如下：

无冰芯的冰碛湖溃决，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之一，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。随着气候的干湿冷暖波动，在气候转向湿冷或干热年代，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。温度升高可以造成冰崩或冰滑坡，地震也可以造成冰崩或冰滑坡。

由于母冰川的坡向不同，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，坡向与正北方向夹角越大，越有利于冰川内部裂隙的产生，越有利于冰崩或冰滑坡的产生。

冰崩运动因子代表了冰崩可能运动的距离，与冰舌质心与冰湖的高差和冰舌质心与冰湖的距离有关。冰崩运动因子R越大，代表冰崩体进入冰碛湖的可能性越大，造成冰碛湖溃决的可能性越大。

冰碛堤的背水坡坡度代表冰碛湖被侵蚀、拉槽并溃决的难易程度。冰碛湖溃决机理是冰崩或冰滑坡进入冰湖，形成涌浪和冰湖水位抬升，侵蚀冰碛湖溢流口的表面粗大块石，因为溢流口表面坡度较小，而背水坡坡度较大，因此侵蚀从溢流口表面与背水坡结合部开始，沿着溢流口从下游往上游逐渐侵蚀，直到侵蚀到迎水坡，完成溃决。因此背水坡的坡度对冰碛湖的溃决影响很大。

以往的研究表明，较大的冰碛湖体积不会发生溃决，这是因为太大的冰碛湖容量太大，因为冰崩造成的水位上涨太小而不能造成足够的冰碛堤侵蚀形成冰湖溃决，因此有冰碛湖面积在100000-1000000m²范围内最有利于冰碛湖溃决的研究结果。但实际上在这个范围之外仍然有冰碛湖溃决的案例。事实上，冰碛湖的体积较大是一个相对值，即相对于一定的冰崩体积而言可能会太大，造成水位上涨太小；如果冰崩体积较大，即使较大的冰碛湖体积仍然可能有较大的水位上涨并形成足够的冰碛堤侵蚀，形成冰碛湖溃决。因此冰崩体体积与冰湖体积的比值才具有评价的意义。因为冰崩体体积很难确定，而冰崩体体积与冰舌体积相关，因此本发明采用冰舌体积与冰湖体积比因子V用于危险冰碛湖的早期识别，可以很好地用于冰碛湖的早期识别：冰舌体积与冰湖体积比因子V越大，越有利于冰碛湖溃决。

如前所述，冰碛湖的面积太小，也不容易发生冰碛湖溃决，这是因为太小的冰碛湖面积，在溢流口有大量的溢流水流流出情况下，水位下降很快，还没有侵蚀到冰碛堤的迎水坡时，水位就下降到无法侵蚀溢流口粗大块石的程度，因此发生冰碛湖溃决也很困难。但该冰碛湖面积也是一个相对值，相对于溢流口溢流水的总量，即溢流流量与溢流时间的乘积：流量，与溢流口的宽度成正比；形成溃决需要侵蚀的时间，由冰碛堤的长度决定。因此冰崩运动因子R用于评估冰碛湖面积与溢流口宽度及长度的比例关系，可以很好地早期识别危险冰碛湖：冰崩运动因子R越大，越有利于冰碛湖溃决。

本发明的有益效果主要表现在以下方面：

一、本发明，“a、判断冰碛堤内无冰芯的冰碛湖；b、通过谷歌地球确定无冰芯的冰碛湖的基本参数；c、计算无冰芯冰碛湖的早期识别综合判别因子T，依式1计算确定；d、根据无冰芯冰碛湖的早期识别综合判别因子T判断无冰芯冰碛湖的危险性”，通过分析各影响因子对冰碛堤内无冰芯的冰碛湖的溃决机理进行研究，作出综合判断，建立了无冰芯冰碛湖溃决早期识别计算模型，以定量的方式精确地早期识别无冰芯危险冰碛湖，极大的提高了判断准确性。

二、本发明，区别无冰芯冰碛湖和有冰芯冰碛湖的溃决机理，首先判断出无冰芯冰碛湖，再进行冰碛湖早期识别判断，使得早期识别判断更有目的性，更加准确。

三、本发明，早期识别判断全面考虑冰川条件，母冰川坡向因子X、冰舌坡度因子S；冰川与冰湖之间的条件，体积比因子V、冰崩运动因子R；冰湖条件，冰碛堤背水坡坡度因子D、冰碛湖因子M的影响因素，能够以定量的方式精确地早期识别无冰芯危险冰碛湖。

四、本发明，对于冰湖后缘冰舌坡度α不设下限值，在无冰芯冰碛湖的早期识别综合判别因子T中就考虑到了冰湖后缘冰舌坡度α的作用，使早期识别判断更简单，更合理。

五、本发明，对于冰崩运动因子R不设下限值，在无冰芯冰碛湖的早期识别综合判别因子T中就考虑到了冰崩运动因子R的作用，使早期识别判断更简洁，更合理。

六、本发明，对于冰崩运动因子R设定上限值，避免了在冰舌处于冰碛湖上方，冰舌质心至冰湖运动距离L为0，冰崩运动因子R无穷大而无法判断的情况，使早期识别判断更合理，更可靠。

七、本发明，综合考虑冰湖体积大小的影响机理与原因，将冰舌与冰湖体积比因子用于早期识别危险冰碛湖，避免了单一冰碛湖体积判断的片面性，使得早期识别判断更加严谨和准确。

八、本发明，综合考虑冰湖体积大小的影响机理与原因，将冰碛湖面积与冰碛湖溢流口宽度和长度比因子用于早期识别危险冰碛湖，避免了单一冰碛湖面积判断的片面性，使得早期识别判断更加合理可靠。

九、本发明，考虑了对冰碛堤侵蚀有很大影响的冰碛堤背水坡坡度β，将主要的冰碛堤溃决影响因素完全考虑在内，使得早期识别的判断更全面，更可靠。

十、本发明，计算无冰芯冰碛湖的早期识别综合判别因子T所涉及的母冰川坡向因子X、冰碛堤背水坡坡度因子D、冰舌坡度因子S、冰崩运动因子R、冰碛湖因子M和体积比因子V均为无量纲参数，在各种无冰芯冰碛湖溃决条件下都可以使用，适用性强。

附图说明

图1是无冰芯的冰碛湖的基本参数的获取示意图；

图2是图1中A-A示意图；

图3是图1中B-B示意图；

其中：1、母冰川面积F，2、母冰川坡向θ，3、冰舌面积A_S，4、冰湖后缘冰舌坡度α，5、冰舌质心至冰湖垂直高度差H，6、冰舌质心至冰湖运动距离L，7、冰碛湖面积A，8、冰碛堤背水坡坡度β，9、冰碛湖溢流口长度C，10、冰碛湖溢流口宽度W。

具体实施方式

实施例1

一种无冰芯的冰碛堤冰湖溃决的早期识别方法，包括以下步骤：

a、判断冰碛堤内无冰芯的冰碛湖；

通过谷歌地球影像来区别，若表面圆滑并有分层的弯曲山脊冰碛堤，则为有冰芯的冰碛湖；若小的冰川前有一个不成比例的大冰碛堤，则为有冰芯的冰碛湖；若有狭窄的尖顶或横断面为三角形的冰碛堤，则为无冰芯的冰碛湖；

b、通过谷歌地球确定无冰芯的冰碛湖的基本参数；

包括冰湖后缘冰舌坡度α、母冰川坡向θ、母冰川面积F、冰舌面积A_S、冰舌质心至冰湖垂直高度差H、冰舌质心至冰湖运动距离L、冰碛湖面积A、冰碛湖溢流口宽度W、冰碛湖溢流口长度C、冰碛堤背水坡坡度β；

c、计算无冰芯冰碛湖的早期识别综合判别因子T，依式1计算确定；

T＝X+D+S+0.5R+0.17Log(MV) 式1

式中，T为无冰芯冰碛湖的早期识别综合判别因子；X为母冰川坡向因子，由式2计算；D为冰碛堤背水坡坡度因子，由式3计算；S为冰舌坡度因子，由式4计算；R为冰崩运动因子，由式5计算，若R＞1，取R＝1；M为冰碛湖因子，由式6计算；V为体积比因子，由式7计算；

X＝sin(θ/2) 式2

D＝tanβ 式3

S＝tanα 式4

R＝H/L 式5

M＝A/(WC) 式6

V＝V_G/V_L 式7

式中，θ为母冰川坡向，单位°，适用于北半球，是指母冰川的平面法线在平面投影指向与正北方向夹角，0°＜θ≤360°；β为冰碛堤背水坡坡度，单位°；α为冰湖后缘冰舌坡度，单位°；H为冰舌质心至冰湖垂直高度差，单位m；L为冰舌质心至冰湖运动距离，单位m；A为冰碛湖面积，单位m²；W为冰碛湖溢流口宽度，单位m；C为冰碛湖溢流口长度，单位m；V_G为冰舌体积，单位m³，由式8计算；V_L为冰碛湖体积，单位m³，由式9计算；

V_G＝A_Sh 式8

V_L＝0.104A^1.42 式9

式中，A_S为冰舌面积，单位m²；h为冰舌厚度，单位m；

若为海洋性冰川，则冰舌厚度h通过式10计算；

h＝5.2+15.4F^0.5 式10

若为大陆性冰川，则冰舌厚度h通过式11计算；

h＝-11.32+53.21F^0.3 式11

若为悬冰川，则冰舌厚度h通过式12计算；

h＝34.4F^0.45 式12

d、根据无冰芯冰碛湖的早期识别综合判别因子T判断无冰芯冰碛湖的危险性；

当无冰芯冰碛湖的早期识别综合判别因子T≥1.41时，确定为有危险的无冰芯冰碛湖；

当无冰芯冰碛湖的早期识别综合判别因子T＜1.41时，确定为无危险的无冰芯冰碛湖。

“a、判断冰碛堤内无冰芯的冰碛湖；b、通过谷歌地球确定无冰芯的冰碛湖的基本参数；c、计算无冰芯冰碛湖的早期识别综合判别因子T，依式1计算确定；d、根据无冰芯冰碛湖的早期识别综合判别因子T判断无冰芯冰碛湖的危险性”，通过分析各影响因子对冰碛堤内无冰芯的冰碛湖的溃决机理进行研究，作出综合判断，建立了无冰芯冰碛湖溃决早期识别计算模型，以定量的方式精确地早期识别无冰芯危险冰碛湖，极大的提高了判断准确性。

实施例2

一种无冰芯的冰碛堤冰湖溃决的早期识别方法，包括以下步骤：

a、判断冰碛堤内无冰芯的冰碛湖；

通过谷歌地球影像来区别，若表面圆滑并有分层的弯曲山脊冰碛堤，则为有冰芯的冰碛湖；若小的冰川前有一个不成比例的大冰碛堤，则为有冰芯的冰碛湖；若有狭窄的尖顶或横断面为三角形的冰碛堤，则为无冰芯的冰碛湖；

b、通过谷歌地球确定无冰芯的冰碛湖的基本参数；

包括冰湖后缘冰舌坡度α、母冰川坡向θ、母冰川面积F、冰舌面积A_S、冰舌质心至冰湖垂直高度差H、冰舌质心至冰湖运动距离L、冰碛湖面积A、冰碛湖溢流口宽度W、冰碛湖溢流口长度C、冰碛堤背水坡坡度β；

c、计算无冰芯冰碛湖的早期识别综合判别因子T，依式1计算确定；

T＝X+D+S+0.5R+0.17Log(MV) 式1

式中，T为无冰芯冰碛湖的早期识别综合判别因子；X为母冰川坡向因子，由式2计算；D为冰碛堤背水坡坡度因子，由式3计算；S为冰舌坡度因子，由式4计算；R为冰崩运动因子，由式5计算，若R＞1，取R＝1；M为冰碛湖因子，由式6计算；V为体积比因子，由式7计算；

X＝sin(θ/2) 式2

D＝tanβ 式3

S＝tanα 式4

R＝H/L 式5

M＝A/(WC) 式6

V＝V_G/V_L 式7

式中，θ为母冰川坡向，单位°，适用于北半球，是指母冰川的平面法线在平面投影指向与正北方向夹角，0°＜θ≤360°；β为冰碛堤背水坡坡度，单位°；α为冰湖后缘冰舌坡度，单位°；H为冰舌质心至冰湖垂直高度差，单位m；L为冰舌质心至冰湖运动距离，单位m；A为冰碛湖面积，单位m²；W为冰碛湖溢流口宽度，单位m；C为冰碛湖溢流口长度，单位m；V_G为冰舌体积，单位m³，由式8计算；V_L为冰碛湖体积，单位m³，由式9计算；

V_G＝A_Sh 式8

V_L＝0.104A^1.42 式9

式中，A_S为冰舌面积，单位m²；h为冰舌厚度，单位m；

若为海洋性冰川，则冰舌厚度h通过式10计算；

h＝5.2+15.4F^0.5 式10

若为大陆性冰川，则冰舌厚度h通过式11计算；

h＝-11.32+53.21F^0.3 式11

若为悬冰川，则冰舌厚度h通过式12计算；

h＝34.4F^0.45 式12

d、根据无冰芯冰碛湖的早期识别综合判别因子T判断无冰芯冰碛湖的危险性；

当无冰芯冰碛湖的早期识别综合判别因子T≥1.41时，确定为有危险的无冰芯冰碛湖；

当无冰芯冰碛湖的早期识别综合判别因子T＜1.41时，确定为无危险的无冰芯冰碛湖。

所述步骤a中，有冰芯的冰碛湖通过冰碛堤的渗流进行排水，无冰芯的冰碛湖通过冰碛堤表面的溢流口进行排水。

对于冰湖后缘冰舌坡度α不设下限值，在无冰芯冰碛湖的早期识别综合判别因子T中就考虑到了冰湖后缘冰舌坡度α的作用，使早期识别判断更简单，更合理。

对于冰崩运动因子R不设下限值，在无冰芯冰碛湖的早期识别综合判别因子T中就考虑到了冰崩运动因子R的作用，使早期识别判断更简洁，更合理。

对于冰崩运动因子R设定上限值，避免了在冰舌处于冰碛湖上方，冰舌质心至冰湖运动距离L为0，冰崩运动因子R无穷大而无法判断的情况，使早期识别判断更合理，更可靠。

综合考虑冰湖体积大小的影响机理与原因，将冰舌与冰湖体积比因子用于早期识别危险冰碛湖，避免了单一冰碛湖体积判断的片面性，使得早期识别判断更加严谨和准确。

综合考虑冰湖体积大小的影响机理与原因，将冰碛湖面积与冰碛湖溢流口宽度和长度比因子用于早期识别危险冰碛湖，避免了单一冰碛湖面积判断的片面性，使得早期识别判断更加合理可靠。

考虑了对冰碛堤侵蚀有很大影响的冰碛堤背水坡坡度β，将主要的冰碛堤溃决影响因素完全考虑在内，使得早期识别的判断更全面，更可靠。

计算无冰芯冰碛湖的早期识别综合判别因子T所涉及的母冰川坡向因子X、冰碛堤背水坡坡度因子D、冰舌坡度因子S、冰崩运动因子R、冰碛湖因子M和体积比因子V均为无量纲参数，在各种无冰芯冰碛湖溃决条件下都可以使用，适用性强。

下面采用本发明方法对加拿大不列颠哥伦比亚省的无冰芯冰碛湖进行分析：

加拿大不列颠哥伦比亚省广泛分布有冰碛湖，其中有相当部分为无冰芯冰碛湖。在该省的海岸山区区域共发现有20处无冰芯冰碛湖，采用本发明的公式对无冰芯冰碛湖溃决进行早期识别计算，本发明所用早期识别判断计算方法选用的无冰芯冰碛湖的基本参数包括：冰湖后缘冰舌坡度α、母冰川坡向θ、母冰川面积F、冰舌面积A_S、冰舌质心至冰湖垂直高度差H、冰舌质心至冰湖运动距离L、冰碛湖面积A、冰碛湖溢流口宽度W、冰碛湖溢流口长度C、冰碛堤背水坡坡度β。

根据式1-12，计算出早期识别的参数母冰川坡向因子X、冰舌坡度因子S；冰川与冰湖之间的条件，体积比因子V、冰崩运动因子R；冰湖条件，冰碛堤背水坡坡度因子D、冰碛湖因子M，并计算出无冰芯冰碛湖的早期识别综合判别因子T，20处无冰芯的冰碛湖参数计算情况、早期识别结果以及无冰芯的冰碛湖溃决的实际发生情况如表1所示。

表1

根据无冰芯冰碛湖的早期识别综合判别因子T判断无冰芯冰碛湖的危险性；当无冰芯冰碛湖的早期识别综合判别因子T≥1.41时，确定为有危险的无冰芯冰碛湖；当无冰芯冰碛湖的早期识别综合判别因子T＜1.41时，确定为无危险的无冰芯冰碛湖。

表1中T值计算结果显示：23处潜在无冰芯的冰碛湖冰湖中，确定为有危险的无冰芯冰碛湖15处，确定为无危险的无冰芯冰碛湖8处。

对比实际发生情况，15个有危险的无冰芯冰碛湖有3个发生了冰湖溃决；8个无危险的无冰芯冰碛湖，都没有发生冰湖溃决。说明采用本发明的方法对冰湖溃决早期识别的判断具有极高的准确性。

Claims (2)

1.一种无冰芯的冰碛堤冰湖溃决的早期识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、判断冰碛堤内无冰芯的冰碛湖；

通过谷歌地球影像来区别，若表面圆滑并有分层的弯曲山脊冰碛堤，则为有冰芯的冰碛湖；若小的冰川前有一个不成比例的大冰碛堤，则为有冰芯的冰碛湖；若有狭窄的尖顶或横断面为三角形的冰碛堤，则为无冰芯的冰碛湖；

b、通过谷歌地球确定无冰芯的冰碛湖的基本参数；

包括冰湖后缘冰舌坡度α、母冰川坡向θ、母冰川面积F、冰舌面积A_S、冰舌质心至冰湖垂直高度差H、冰舌质心至冰湖运动距离L、冰碛湖面积A、冰碛湖溢流口宽度W、冰碛湖溢流口长度C、冰碛堤背水坡坡度β；

c、计算无冰芯冰碛湖的早期识别综合判别因子T，依式1计算确定；

T＝X+D+S+0.5R+0.17Log(MV) 式1

式中，T为无冰芯冰碛湖的早期识别综合判别因子；X为母冰川坡向因子，由式2计算；D为冰碛堤背水坡坡度因子，由式3计算；S为冰舌坡度因子，由式4计算；R为冰崩运动因子，由式5计算，若R＞1，取R＝1；M为冰碛湖因子，由式6计算；V为体积比因子，由式7计算；

X＝sin(θ/2) 式2

D＝tanβ 式3

S＝tanα 式4

R＝H/L 式5

M＝A/(WC) 式6

V＝V_G/V_L 式7

式中，θ为母冰川坡向，单位°，适用于北半球，是指母冰川的平面法线在平面投影指向与正北方向夹角，0°＜θ≤360°；β为冰碛堤背水坡坡度，单位°；α为冰湖后缘冰舌坡度，单位°；H为冰舌质心至冰湖垂直高度差，单位m；L为冰舌质心至冰湖运动距离，单位m；A为冰碛湖面积，单位m²；W为冰碛湖溢流口宽度，单位m；C为冰碛湖溢流口长度，单位m；V_G为冰舌体积，单位m³，由式8计算；V_L为冰碛湖体积，单位m³，由式9计算；

V_G＝A_Sh 式8

V_L＝0.104A^1.42 式9

式中，A_S为冰舌面积，单位m²；h为冰舌厚度，单位m；

若为海洋性冰川，则冰舌厚度h通过式10计算；

h＝5.2+15.4F^0.5 式10

若为大陆性冰川，则冰舌厚度h通过式11计算；

h＝-11.32+53.21F^0.3 式11

若为悬冰川，则冰舌厚度h通过式12计算；

h＝34.4F^0.45 式12

d、根据无冰芯冰碛湖的早期识别综合判别因子T判断无冰芯冰碛湖的危险性；

当无冰芯冰碛湖的早期识别综合判别因子T≥1.41时，确定为有危险的无冰芯冰碛湖；

当无冰芯冰碛湖的早期识别综合判别因子T＜1.41时，确定为无危险的无冰芯冰碛湖。

2.根据权利要求1所述的一种无冰芯的冰碛堤冰湖溃决的早期识别方法，其特征在于：所述步骤a中，有冰芯的冰碛湖通过冰碛堤的渗流进行排水，无冰芯的冰碛湖通过冰碛堤表面的溢流口进行排水。

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