CN110909293B - 一种冰湖涌浪高度的计算方法 - Google Patents

一种冰湖涌浪高度的计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种冰湖涌浪高度的计算方法，属于灾害防治工程领域，其特征在于，包括以下步骤：a、通过冰崩体的位置，区别冰川的属性；通过调查测绘确定冰崩体的基本数据；b、确定冰崩在冰湖中形成涌浪高度H的参数，包括冰崩体与冰湖湖面的高程差H0、冰崩体与冰湖末端之间的距离J、冰湖末端宽度b、冰湖面积Ag、冰湖平均水深h和冰湖末端前地表坡度P；c、冰崩在冰湖中形成涌浪高度H通过式七计算获得。本发明建立了更精确的冰崩在冰湖中形成的涌浪计算方法，为判断冰湖是否溃决提供依据，极大的提高了主动防灾适用性。

Description

一种冰湖涌浪高度的计算方法
技术领域
本发明涉及到高寒山区灾害防治工程技术领域，尤其涉及一种冰湖涌浪高度的计算方法。
背景技术
冰崩是一种发生在高寒山区的自然现象，冰崩的下游往往还有冰湖存在。冰崩发生后，冰块运动到冰湖中，往往形成巨大的涌浪，抬高冰湖水位，引发冰湖溃决，形成冰湖溃决泥石流，再冲入下游河道，堵塞河道，再溃决，形成次生灾害链。因此，冰崩不仅可能危害其附近山坡下的范围，还有可能影响到河道上下游。
冰崩的发生往往由于冰川的前部上缘的拉张裂隙，在持续的张力作用下，由于气温的突变，使得冰川的前部完全脱离冰川体，形成冰崩。降雨也会加剧这类冰崩的发生。
滑坡、崩塌、泥石流、雪崩或冰川运动入水冲击海洋、海湾、河湖及水库区水体时都能产生涌浪波。该类型波是非周期性长波，并且有强烈的非线性，介于中等水波至浅水波之间。目前，国内外学者对冰崩在冰湖中形成的涌浪高度的研究非常少，主要是研究滑坡入水造成的涌浪高度计算。黄波林等(黄波林，陈小婷，殷跃平，张衡，滑坡崩塌涌浪计算方法研究，工程地质学报，2012，20(6)：909-915)总结了滑坡涌浪高度及传播距离的计算方法，并给出了危岩体入水的涌浪高度计算方法。Zweifel(Zweifel A，Zuccala D，GattiD.Comparison between computed and experimentally generated impulsewaves.Journal of Hydraulic Engineering，2007，133(2):208-216.)研究了不同滑坡体入水滑体的密度变化对涌浪高度的影响，给出了滑坡入水的涌浪高度计算方法；Panizzo等(Panizzo A.，Girolamo P.De，Petaccia A.Forecasting impulse waves generated bysubaerial landslides.Journal of Geophysical Research.2005，110(C12025)，doi:10.1029/2004JC002778)；Evers和Hager(Evers F.M.，Hager W.H.Spatial impulsewaves:wave height decay experiments at laboratory scale.Landslides，2016，13:1395-1403.)都计算了涌浪随传播距离衰减的涌浪高度。这些研究对于冰崩进入冰湖形成的涌浪计算主要存在的问题有：
1、滑坡体与冰崩体在质量上有很大的不同：滑坡体容重大，直接进入水体并下沉；冰崩体容重小，小于水的比重；冰崩体进入冰湖后，先下沉再上浮，因此形成的涌浪高度差别很大。
2、涌浪高度计算中没有考虑滑入角度的影响。
3、冰崩体一般体积较大，不仅仅体现在长度长，厚度厚，其宽度也较宽，尤其是对于长条形，宽度比长度小很多的冰湖，冰崩体的宽度的影响不可忽略，对涌浪高度有影响；而一般滑坡进入开阔水面，湖面宽度往往远大于滑坡宽度时，滑坡宽度的影响可以忽略。
4、冰崩体可能在冰湖上方垂直落入冰湖，而滑坡和崩塌很少有这种现象，即使有，其体积往往很小。
5、滑坡的传播过程中的衰减计算在传播开始时的短距离，运动距离与冰湖水深之比小于1时，会出现非常大的误差，甚至于无穷大，如刚开始时，运动距离约等于0时，计算方法有缺陷。
申请号为CN201610630522.9的中国专利文献公开了一种冰湖溃决型泥石流的防治方法及其应用，该方法结合流域的地形地貌特征参数、降雨特征参数、以及流域内物源特征参数和主河的输移能力等，确定溃决洪水泥石流的洪峰流量阈值；然后基于对冰碛坝体的现场调查、取样、室内测试获得的基本参数，判断每个计算区域内的冰碛坝体的稳定性并进行危险性分类；在此基础上确定冰碛坝体中桩柱结构体的体型参数及其分布方式。该专利文献公开的冰湖溃决型泥石流的防治方法及其应用，针对冰碛坝内埋藏冰消融、冰滑坡和冰崩入湖导致的冰湖突然溃决易形成特大型泥石流灾害，能有效控制坝体下切速度，延长溃决洪水下泄时间，削弱溃决洪水峰值流量，减小和调控溃决洪水形成泥石流的规模。但是，由于不能计算冰崩在冰湖中形成的涌浪，因而不能从根本上判断冰湖是否溃决，不能提供相应依据，致使主动防灾性较差。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种冰湖涌浪高度的计算方法，本发明建立了更精确的冰崩在冰湖中形成的涌浪计算方法，为判断冰湖是否溃决提供依据，极大的提高了主动防灾适用性。
本发明通过下述技术方案实现：
一种冰湖涌浪高度的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、通过冰崩体的位置，区别冰川的属性；大陆性冰川或海洋性冰川气候干燥、降雪量少与负温低而雪线又高，收入少支出也少，活动性弱，冰舌短，冰川地质地貌作用弱，这属于大陆性冰川；反之，属于海洋性冰川；若悬贴于山坡上而不下降到山麓，冰川规模小，冰体厚度薄，冰川面积不足1km2，则为悬冰川；通过调查测绘确定冰崩体的基本数据，包括冰崩后端冰裂缝的位置、冰崩的前端位置、冰崩的平均长度L和冰崩的平均宽度W，计算冰崩面积A和冰崩体积V；测量冰川的长度与冰川的宽度，计算冰川面积，并由冰川面积计算潜在冰崩体的厚度D；
对于海洋性冰川
D＝5.2+15.4F0.5 式一
对于大陆性冰川
D＝-11.32+53.21F0.3 式二
对于悬冰川
D＝34.4F0.45 式三
A＝LW 式四
V＝AD 式五
式中，D为潜在冰崩体的厚度，单位m；F为冰川面积，单位km2；A为冰崩面积，单位m2；L为冰崩的平均长度，单位m；W为冰崩的平均宽度，单位m；V为冰崩体积，单位m3；
b、确定冰崩在冰湖中形成涌浪高度H的参数，包括冰崩体与冰湖湖面的高程差H0、冰崩体与冰湖末端之间的距离J、冰湖末端宽度b、冰湖面积Ag、冰湖平均水深h和冰湖末端前地表坡度P；冰崩体与冰湖湖面的高程差H0是指冰崩体的质心和冰湖湖面的高程之差，通过调查测绘确定冰崩体及冰崩体质心位置与高程及冰湖湖面高程后获得；冰崩体与冰湖末端之间的距离J是指冰崩体从冰崩体质心位置运动进入冰湖之前的距离，通过调查测绘确定冰崩体及冰崩体质心位置从上到下顺冰崩运动到冰湖之前的路程后获得；冰湖末端前地表坡度P是指冰湖上游临近冰湖段地表坡度，通过调查测绘确定；冰湖末端宽度b是指冰湖最靠近上游端的湖面宽度，通过调查测绘测量；冰湖面积Ag通过调查测绘测量；冰湖平均水深h通过式六计算；
h＝0.104Ag0.42 式六
式中，H为涌浪高度，单位m；H0为冰崩体与冰湖湖面的高程差，单位m；J为冰崩体与冰湖末端之间的距离，单位km；b为冰湖末端宽度，单位m；Ag为冰湖面积Ag，单位m2；h为冰湖平均水深，单位m；P为冰湖末端前地表坡度，单位rad；
c、冰崩在冰湖中形成涌浪高度H通过式七计算获得；
H＝c0c1E0.4W0.5[1-0.15(x/h)0.3]/[(γg)0.4b0.5P0.55h0.6] 式七
式中：
c0为相对水深系数，当h/D＞0.7时，c0＝0.16；当h/D＜0.7时，c0＝0.12；
c1为冰崩体与冰湖距离系数，通过式八计算；
c1＝1-0.2J0.5 式八
E为冰崩体势能，单位J，通过式九计算；
E＝ρVgH0 式九
ρ为冰的比重，ρ＝900kg/m3，g为重力加速度，g＝9.81m/s2；
x为涌浪传播距离，是指从冰湖上游端开始往下游的距离，单位m；
γ为水的比重，γ＝1000kg/m3。
本发明适用于冰崩体进入冰湖末端前地表坡度0＜P≤π/2的冰崩在冰湖中形成涌浪高度的计算。
进一步，本发明适用于冰崩的平均宽度与冰湖末端宽度之比W/b在0.05-1之间的冰崩在冰湖中形成涌浪高度的计算。
本发明的基本原理如下：
冰崩在冰湖中形成涌浪由于冰崩体巨大的动能，由冰崩体势能转化而来，巨大的入水面积推动冰湖中的水体形成涌浪，可以形成较高的涌浪高度并传播很远的距离。冰崩的主体是冰，因此其比重是固定的ρ＝900kg/m3。冰崩体积越大，冰崩与冰湖的高差越大，其势能越大，在冰湖中形成的涌浪高度越大；冰湖上游地形越缓，坡度越小，进入冰湖的冰崩体沿水平方向运动速度越大，形成的涌浪高度越大；冰湖水深越大，冰崩体在冰湖内的影响范围越小，冰崩体在冰湖中形成的涌浪高度越小；冰湖的宽度越小，冰崩体在冰湖内所影响的范围越大，冰崩体进入冰湖推动和挤压湖水体越严重，冰崩体在冰湖中形成的涌浪高度越大；冰崩体在冰湖中形成的涌浪传播距离越远，其能量衰减越多，涌浪高度越小；当冰湖水深与冰崩体的厚度之比较小，在0.7以下时，冰崩体的巨大厚度作用在冰湖上并产生涌浪的作用有限，涌浪高度较小；冰崩体距离冰湖越远，进入冰湖形成涌浪的冰体越少，涌浪高度越小。
本发明在充分考虑冰崩体的尺度特征和冰崩体与冰湖之间的高差情况下，综合考虑冰湖及其周围地形特征，最终获得冰崩引起的冰湖涌浪高度计算方法。
本发明的有益效果主要表现在以下方面：
一、本发明，“a、通过冰崩体的位置，区别冰川的属性；通过调查测绘确定冰崩体的基本数据，包括冰崩后端冰裂缝的位置、冰崩的前端位置、冰崩的平均长度L和冰崩的平均宽度W，计算冰崩面积A和冰崩体积V；测量冰川的长度与冰川的宽度，计算冰川面积，并由冰川面积计算潜在冰崩体的厚度D；b、确定冰崩在冰湖中形成涌浪高度H的参数，包括冰崩体与冰湖湖面的高程差H0、冰崩体与冰湖末端之间的距离J、冰湖末端宽度b、冰湖面积Ag、冰湖平均水深h和冰湖末端前地表坡度P；c、冰崩在冰湖中形成涌浪高度H通过式七计算获得”，通过调查测绘确定冰崩体的长度、宽度和面积，由冰川面积计算冰崩体的厚度及体积，通过确定冰崩体的质心的高程，冰湖水面高程得到冰崩体与冰湖的高程差，能够计算出冰崩体进入冰湖时的势能，以及转化为进入冰湖的动能，较现有技术而言，通过考虑冰崩体的体积以及与冰湖的高差，冰崩体与冰湖之间的位置关系，冰湖后缘地形特征及冰湖形态特征，建立了更精确的冰崩在冰湖中形成的涌浪计算方法，为判断冰湖是否溃决提供依据，极大的提高了主动防灾适用性。
二、本发明，考虑到冰湖水深对涌浪高度的影响，通过全面考虑冰崩形成涌浪的冰湖水深影响因素，以定量的方式精确计算出涌浪的高度，极大的保障了防灾适用性。
三、本发明，考虑到冰湖上游地形坡度对入水冰崩体运动和进入冰湖的角度的影响，通过全面考虑冰崩形成涌浪的地形坡度影响因素，以定量的方式精确计算出涌浪的高度，极大的保障了防灾适用性。
四、本发明，考虑到冰湖上端冰湖宽度对冰崩体形成涌浪的影响，通过全面考虑冰崩形成涌浪的冰湖宽度影响因素，以定量的方式精确计算出涌浪的高度，极大的保障了防灾适用性。
五、本发明，考虑到冰湖水深和冰崩体厚度的关系及其影响，通过全面考虑冰崩形成涌浪的冰崩体厚度及冰湖水深影响因素，以定量的方式精确计算出涌浪的高度，极大的保障了防灾适用性。
六、本发明，考虑到冰崩体与冰湖之间的距离以及冰崩体运动中部分冰体会停留在运动通道上，通过全面考虑冰崩体的运动过程以及对涌浪的影响，以定量的方式精确计算出涌浪的高度，极大的保障了防灾适用性。
七、本发明，考虑到涌浪在冰湖上传播时，传播距离对涌浪的影响，通过全面考虑冰崩形成涌浪的传播距离影响因素，以定量的方式精确计算出涌浪的高度，极大的保障了防灾适用性。
具体实施方式
实施例1
一种冰湖涌浪高度的计算方法，包括以下步骤：
a、通过冰崩体的位置，区别冰川的属性；大陆性冰川或海洋性冰川气候干燥、降雪量少与负温低而雪线又高，收入少支出也少，活动性弱，冰舌短，冰川地质地貌作用弱，这属于大陆性冰川；反之，属于海洋性冰川；若悬贴于山坡上而不下降到山麓，冰川规模小，冰体厚度薄，冰川面积不足1km2，则为悬冰川；通过调查测绘确定冰崩体的基本数据，包括冰崩后端冰裂缝的位置、冰崩的前端位置、冰崩的平均长度L和冰崩的平均宽度W，计算冰崩面积A和冰崩体积V；测量冰川的长度与冰川的宽度，计算冰川面积，并由冰川面积计算潜在冰崩体的厚度D；
对于海洋性冰川
D＝5.2+15.4F0.5 式一
对于大陆性冰川
D＝-11.32+53.21F0.3 式二
对于悬冰川
D＝34.4F0.45 式三
A＝LW 式四
V＝AD 式五
式中，D为潜在冰崩体的厚度，单位m；F为冰川面积，单位km2；A为冰崩面积，单位m2；L为冰崩的平均长度，单位m；W为冰崩的平均宽度，单位m；V为冰崩体积，单位m3；
b、确定冰崩在冰湖中形成涌浪高度H的参数，包括冰崩体与冰湖湖面的高程差H0、冰崩体与冰湖末端之间的距离J、冰湖末端宽度b、冰湖面积Ag、冰湖平均水深h和冰湖末端前地表坡度P；冰崩体与冰湖湖面的高程差H0是指冰崩体的质心和冰湖湖面的高程之差，通过调查测绘确定冰崩体及冰崩体质心位置与高程及冰湖湖面高程后获得；冰崩体与冰湖末端之间的距离J是指冰崩体从冰崩体质心位置运动进入冰湖之前的距离，通过调查测绘确定冰崩体及冰崩体质心位置从上到下顺冰崩运动到冰湖之前的路程后获得；冰湖末端前地表坡度P是指冰湖上游临近冰湖段地表坡度，通过调查测绘确定；冰湖末端宽度b是指冰湖最靠近上游端的湖面宽度，通过调查测绘测量；冰湖面积Ag通过调查测绘测量；冰湖平均水深h通过式六计算；
h＝0.104Ag0.42 式六
式中，H为涌浪高度，单位m；H0为冰崩体与冰湖湖面的高程差，单位m；J为冰崩体与冰湖末端之间的距离，单位km；b为冰湖末端宽度，单位m；Ag为冰湖面积Ag，单位m2；h为冰湖平均水深，单位m；P为冰湖末端前地表坡度，单位rad；
c、冰崩在冰湖中形成涌浪高度H通过式七计算获得；
H＝c0c1E0.4W0.5[1-0.15(x/h)0.3]/[(γg)0.4b0.5P0.55h0.6] 式七
式中：
c0为相对水深系数，当h/D＞0.7时，c0＝0.16；当h/D＜0.7时，c0＝0.12；
c1为冰崩体与冰湖距离系数，通过式八计算；
c1＝1-0.2J0.5 式八
E为冰崩体势能，单位J，通过式九计算；
E＝ρVgH0 式九
ρ为冰的比重，ρ＝900kg/m3，g为重力加速度，g＝9.81m/s2；
x为涌浪传播距离，是指从冰湖上游端开始往下游的距离，单位m；
γ为水的比重，γ＝1000kg/m3。
“a、通过冰崩体的位置，区别冰川的属性；通过调查测绘确定冰崩体的基本数据，包括冰崩后端冰裂缝的位置、冰崩的前端位置、冰崩的平均长度L和冰崩的平均宽度W，计算冰崩面积A和冰崩体积V；测量冰川的长度与冰川的宽度，计算冰川面积，并由冰川面积计算潜在冰崩体的厚度D；b、确定冰崩在冰湖中形成涌浪高度H的参数，包括冰崩体与冰湖湖面的高程差H0、冰崩体与冰湖末端之间的距离J、冰湖末端宽度b、冰湖面积Ag、冰湖平均水深h和冰湖末端前地表坡度P；c、冰崩在冰湖中形成涌浪高度H通过式七计算获得”，通过调查测绘确定冰崩体的长度、宽度和面积，由冰川面积计算冰崩体的厚度及体积，通过确定冰崩体的质心的高程，冰湖水面高程得到冰崩体与冰湖的高程差，能够计算出冰崩体进入冰湖时的势能，以及转化为进入冰湖的动能，较现有技术而言，通过考虑冰崩体的体积以及与冰湖的高差，冰崩体与冰湖之间的位置关系，冰湖后缘地形特征及冰湖形态特征，建立了更精确的冰崩在冰湖中形成的涌浪计算方法，为判断冰湖是否溃决提供依据，极大的提高了主动防灾适用性。
实施例2
一种冰湖涌浪高度的计算方法，包括以下步骤：
a、通过冰崩体的位置，区别冰川的属性；大陆性冰川或海洋性冰川气候干燥、降雪量少与负温低而雪线又高，收入少支出也少，活动性弱，冰舌短，冰川地质地貌作用弱，这属于大陆性冰川；反之，属于海洋性冰川；若悬贴于山坡上而不下降到山麓，冰川规模小，冰体厚度薄，冰川面积不足1km2，则为悬冰川；通过调查测绘确定冰崩体的基本数据，包括冰崩后端冰裂缝的位置、冰崩的前端位置、冰崩的平均长度L和冰崩的平均宽度W，计算冰崩面积A和冰崩体积V；测量冰川的长度与冰川的宽度，计算冰川面积，并由冰川面积计算潜在冰崩体的厚度D；
对于海洋性冰川
D＝5.2+15.4F0.5 式一
对于大陆性冰川
D＝-11.32+53.21F0.3 式二
对于悬冰川
D＝34.4F0.45 式三
A＝LW 式四
V＝AD 式五
式中，D为潜在冰崩体的厚度，单位m；F为冰川面积，单位km2；A为冰崩面积，单位m2；L为冰崩的平均长度，单位m；W为冰崩的平均宽度，单位m；V为冰崩体积，单位m3；
b、确定冰崩在冰湖中形成涌浪高度H的参数，包括冰崩体与冰湖湖面的高程差H0、冰崩体与冰湖末端之间的距离J、冰湖末端宽度b、冰湖面积Ag、冰湖平均水深h和冰湖末端前地表坡度P；冰崩体与冰湖湖面的高程差H0是指冰崩体的质心和冰湖湖面的高程之差，通过调查测绘确定冰崩体及冰崩体质心位置与高程及冰湖湖面高程后获得；冰崩体与冰湖末端之间的距离J是指冰崩体从冰崩体质心位置运动进入冰湖之前的距离，通过调查测绘确定冰崩体及冰崩体质心位置从上到下顺冰崩运动到冰湖之前的路程后获得；冰湖末端前地表坡度P是指冰湖上游临近冰湖段地表坡度，通过调查测绘确定；冰湖末端宽度b是指冰湖最靠近上游端的湖面宽度，通过调查测绘测量；冰湖面积Ag通过调查测绘测量；冰湖平均水深h通过式六计算；
h＝0.104Ag0.42 式六
式中，H为涌浪高度，单位m；H0为冰崩体与冰湖湖面的高程差，单位m；J为冰崩体与冰湖末端之间的距离，单位km；b为冰湖末端宽度，单位m；Ag为冰湖面积Ag，单位m2；h为冰湖平均水深，单位m；P为冰湖末端前地表坡度，单位rad；
c、冰崩在冰湖中形成涌浪高度H通过式七计算获得；
H＝c0c1E0.4W0.5[1-0.15(x/h)0.3]/[(γg)0.4b0.5P0.55h0.6] 式七
式中：
c0为相对水深系数，当h/D＞0.7时，c0＝0.16；当h/D＜0.7时，c0＝0.12；
c1为冰崩体与冰湖距离系数，通过式八计算；
c1＝1-0.2J0.5 式八
E为冰崩体势能，单位J，通过式九计算；
E＝ρVgH0 式九
ρ为冰的比重，ρ＝900kg/m3，g为重力加速度，g＝9.81m/s2；
x为涌浪传播距离，是指从冰湖上游端开始往下游的距离，单位m；
γ为水的比重，γ＝1000kg/m3。
本发明适用于冰崩体进入冰湖末端前地表坡度0＜P≤π/2的冰崩在冰湖中形成涌浪高度的计算。
实施例3
一种冰湖涌浪高度的计算方法，包括以下步骤：
a、通过冰崩体的位置，区别冰川的属性；大陆性冰川或海洋性冰川气候干燥、降雪量少与负温低而雪线又高，收入少支出也少，活动性弱，冰舌短，冰川地质地貌作用弱，这属于大陆性冰川；反之，属于海洋性冰川；若悬贴于山坡上而不下降到山麓，冰川规模小，冰体厚度薄，冰川面积不足1km2，则为悬冰川；通过调查测绘确定冰崩体的基本数据，包括冰崩后端冰裂缝的位置、冰崩的前端位置、冰崩的平均长度L和冰崩的平均宽度W，计算冰崩面积A和冰崩体积V；测量冰川的长度与冰川的宽度，计算冰川面积，并由冰川面积计算潜在冰崩体的厚度D；
对于海洋性冰川
D＝5.2+15.4F0.5 式一
对于大陆性冰川
D＝-11.32+53.21F0.3 式二
对于悬冰川
D＝34.4F0.45 式三
A＝LW 式四
V＝AD 式五
式中，D为潜在冰崩体的厚度，单位m；F为冰川面积，单位km2；A为冰崩面积，单位m2；L为冰崩的平均长度，单位m；W为冰崩的平均宽度，单位m；V为冰崩体积，单位m3；
b、确定冰崩在冰湖中形成涌浪高度H的参数，包括冰崩体与冰湖湖面的高程差H0、冰崩体与冰湖末端之间的距离J、冰湖末端宽度b、冰湖面积Ag、冰湖平均水深h和冰湖末端前地表坡度P；冰崩体与冰湖湖面的高程差H0是指冰崩体的质心和冰湖湖面的高程之差，通过调查测绘确定冰崩体及冰崩体质心位置与高程及冰湖湖面高程后获得；冰崩体与冰湖末端之间的距离J是指冰崩体从冰崩体质心位置运动进入冰湖之前的距离，通过调查测绘确定冰崩体及冰崩体质心位置从上到下顺冰崩运动到冰湖之前的路程后获得；冰湖末端前地表坡度P是指冰湖上游临近冰湖段地表坡度，通过调查测绘确定；冰湖末端宽度b是指冰湖最靠近上游端的湖面宽度，通过调查测绘测量；冰湖面积Ag通过调查测绘测量；冰湖平均水深h通过式六计算；
h＝0.104Ag0.42 式六
式中，H为涌浪高度，单位m；H0为冰崩体与冰湖湖面的高程差，单位m；J为冰崩体与冰湖末端之间的距离，单位km；b为冰湖末端宽度，单位m；Ag为冰湖面积Ag，单位m2；h为冰湖平均水深，单位m；P为冰湖末端前地表坡度，单位rad；
c、冰崩在冰湖中形成涌浪高度H通过式七计算获得；
H＝c0c1E0.4W0.5[1-0.15(x/h)0.3]/[(γg)0.4b0.5P0.55h0.6] 式七
式中：
c0为相对水深系数，当h/D＞0.7时，c0＝0.16；当h/D＜0.7时，c0＝0.12；
c1为冰崩体与冰湖距离系数，通过式八计算；
c1＝1-0.2J0.5 式八
E为冰崩体势能，单位J，通过式九计算；
E＝ρVgH0 式九
ρ为冰的比重，ρ＝900kg/m3，g为重力加速度，g＝9.81m/s2；
x为涌浪传播距离，是指从冰湖上游端开始往下游的距离，单位m；
γ为水的比重，γ＝1000kg/m3。
进一步，本发明适用于冰崩的平均宽度与冰湖末端宽度之比W/b在0.05-1之间的冰崩在冰湖中形成涌浪高度的计算。
考虑到冰湖水深对涌浪高度的影响，通过全面考虑冰崩形成涌浪的冰湖水深影响因素，以定量的方式精确计算出涌浪的高度，极大的保障了防灾适用性。
考虑到冰湖上游地形坡度对入水冰崩体运动和进入冰湖的角度的影响，通过全面考虑冰崩形成涌浪的地形坡度影响因素，以定量的方式精确计算出涌浪的高度，极大的保障了防灾适用性。
考虑到冰湖上端冰湖宽度对冰崩体形成涌浪的影响，通过全面考虑冰崩形成涌浪的冰湖宽度影响因素，以定量的方式精确计算出涌浪的高度，极大的保障了防灾适用性。
考虑到冰湖水深和冰崩体厚度的关系及其影响，通过全面考虑冰崩形成涌浪的冰崩体厚度及冰湖水深影响因素，以定量的方式精确计算出涌浪的高度，极大的保障了防灾适用性。
考虑到冰崩体与冰湖之间的距离以及冰崩体运动中部分冰体会停留在运动通道上，通过全面考虑冰崩体的运动过程以及对涌浪的影响，以定量的方式精确计算出涌浪的高度，极大的保障了防灾适用性。
考虑到涌浪在冰湖上传播时，传播距离对涌浪的影响，通过全面考虑冰崩形成涌浪的传播距离影响因素，以定量的方式精确计算出涌浪的高度，极大的保障了防灾适用性。
以室内模拟方法，采用本发明对冰崩在冰湖中产生的涌浪高度计算方法进行验证。
室内实验水池长8m，高0.5m，宽度有0.26m和0.5m两种。实验前在水池中蓄水水深h＝0.15m、0.2m、0.25m、0.35m。采用接近长方体的塑料桶装水的方法，使其整体比重为900kg/m3，即与冰的比重相同。实验采用的塑料桶冰体有3种规格：冰体1：体积V＝0.0058m3，宽度W＝0.195m，厚度D＝0.115m；冰体2：体积V＝0.0113m3，宽度W＝0.24m，厚度D＝0.15m；冰体3：体积V＝0.0237m3，宽度W＝0.31m，厚度D＝0.185m。实验时冰体在水池水面上方高差0.11m-0.14m范围，分别以15度和30度，弧度分别为0.262和0.524的坡度滑入水池中，测量冰体滑入水池中产生的涌浪高度以及沿传播方向1m，2m，3m位置的涌浪高度H’(m)。因为涌浪在水池远端的阻挡作用，涌浪高度在靠近水池远端会出现增加的现象，因此靠近远端的数据不能用于本发明验证，仅仅3m范围内数据可以用于验证。
表1为实验中的参数以及采用本发明的计算公式计算结果及误差表。
表1实验参数及计算结果和误差表
Figure GDA0003531251140000111
实验测试结果与本发明计算结果对比，最大误差约30％，有16个的误差在10％以内。可见本发明可以得到较准确的冰崩在冰湖内造成涌浪高度计算结果，能够为判断冰湖是否溃决提供依据，极大的提高了主动防灾适用性。

Claims (3)

1.一种冰湖涌浪高度的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、通过冰崩体的位置，区别冰川的属性；大陆性冰川或海洋性冰川气候干燥、降雪量少与负温低而雪线又高，收入少支出也少，活动性弱，冰舌短，冰川地质地貌作用弱，这属于大陆性冰川；反之，属于海洋性冰川；若悬贴于山坡上而不下降到山麓，冰川规模小，冰体厚度薄，冰川面积不足1km2，则为悬冰川；通过调查测绘确定冰崩体的基本数据，包括冰崩后端冰裂缝的位置、冰崩的前端位置、冰崩的平均长度L和冰崩的平均宽度W，计算冰崩面积A和冰崩体积V；测量冰川的长度与冰川的宽度，计算冰川面积，并由冰川面积计算潜在冰崩体的厚度D；
对于海洋性冰川
D＝5.2+15.4F0.5 式一
对于大陆性冰川
D＝-11.32+53.21F0.3 式二
对于悬冰川
D＝34.4F0.45 式三
A＝LW 式四
V＝AD 式五
式中，D为潜在冰崩体的厚度，单位m；F为冰川面积，单位km2；A为冰崩面积，单位m2；L为冰崩的平均长度，单位m；W为冰崩的平均宽度，单位m；V为冰崩体积，单位m3；
b、确定冰崩在冰湖中形成涌浪高度H的参数，包括冰崩体与冰湖湖面的高程差H0、冰崩体与冰湖末端之间的距离J、冰湖末端宽度b、冰湖面积Ag、冰湖平均水深h和冰湖末端前地表坡度P；冰崩体与冰湖湖面的高程差H0是指冰崩体的质心和冰湖湖面的高程之差，通过调查测绘确定冰崩体及冰崩体质心位置与高程及冰湖湖面高程后获得；冰崩体与冰湖末端之间的距离J是指冰崩体从冰崩体质心位置运动进入冰湖之前的距离，通过调查测绘确定冰崩体及冰崩体质心位置从上到下顺冰崩运动到冰湖之前的路程后获得；冰湖末端前地表坡度P是指冰湖上游临近冰湖段地表坡度，通过调查测绘确定；冰湖末端宽度b是指冰湖最靠近上游端的湖面宽度，通过调查测绘测量；冰湖面积Ag通过调查测绘测量；冰湖平均水深h通过式六计算；
h＝0.104Ag0.42 式六
式中，H为涌浪高度，单位m；H0为冰崩体与冰湖湖面的高程差，单位m；J为冰崩体与冰湖末端之间的距离，单位km；b为冰湖末端宽度，单位m；Ag为冰湖面积Ag，单位m2；h为冰湖平均水深，单位m；P为冰湖末端前地表坡度，单位rad；
c、冰崩在冰湖中形成涌浪高度H通过式七计算获得；
H＝c0c1E0.4W0.5[1-0.15(x/h)0.3]/[(γg)0.4b0.5P0.55h0.6] 式七
式中：
c0为相对水深系数，当h/D＞0.7时，c0＝0.16；当h/D＜0.7时，c0＝0.12；
c1为冰崩体与冰湖距离系数，通过式八计算；
c1＝1-0.2J0.5 式八
E为冰崩体势能，单位J，通过式九计算；
E＝ρVgH0 式九
ρ为冰的比重，ρ＝900kg/m3，g为重力加速度，g＝9.81m/s2；
x为涌浪传播距离，是指从冰湖上游端开始往下游的距离，单位m；
γ为水的比重，γ＝1000kg/m3。
2.根据权利要求1所述的一种冰湖涌浪高度的计算方法，其特征在于：适用于冰崩体进入冰湖末端前地表坡度0＜P≤π/2的冰崩在冰湖中形成涌浪高度的计算。
3.根据权利要求1所述的一种冰湖涌浪高度的计算方法，其特征在于：适用于冰崩的平均宽度与冰湖末端宽度之比W/b在0.05-1之间的冰崩在冰湖中形成涌浪高度的计算。
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