CN112214903A - 一种强降雨作用下山区岸滩浸润线求解方法 - Google Patents
一种强降雨作用下山区岸滩浸润线求解方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112214903A CN112214903A CN202011120324.0A CN202011120324A CN112214903A CN 112214903 A CN112214903 A CN 112214903A CN 202011120324 A CN202011120324 A CN 202011120324A CN 112214903 A CN112214903 A CN 112214903A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- beach
- water level
- rainfall
- river
- action
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 230000009471 action Effects 0.000 title claims abstract description 30
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 62
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 claims abstract description 25
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 claims abstract description 24
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 claims abstract description 24
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 11
- 238000009736 wetting Methods 0.000 claims description 6
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 3
- 230000003204 osmotic effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000009731 jinlong Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
- G06F2111/10—Numerical modelling
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Geometry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
本发明公开了一种强降雨作用下山区岸滩浸润线求解方法，包括：确定岸滩初始地下水位；确定岸滩表面平均降雨强度；计算降雨入渗作用下岸滩地下水位瞬态变幅；确定河道水位非匀速涨落函数；计算河道水位非匀速涨落作用下岸滩地下水位瞬态变幅；计算岸滩浸润线实时位置。本方法基于Boussinesq非稳定渗流控制方程，利用拉普拉斯变换分别得到了降雨入渗和河道水位非匀速涨落作用下岸滩地下水位瞬态变幅，将其与初始地下水位叠加，给出了强降雨作用下山区岸滩浸润线实时位置表达式。本发明能考虑降雨入渗和河道水位非匀速涨落对山区岸滩地下水位的影响，可快速确定强降雨过程山区岸滩浸润线实时位置，为山区岸滩渗流安全评价和崩岸预警提供了理论和技术支撑。
Description
技术领域
本发明属于岸滩浸润线求解方法技术领域，特别是涉及一种强降雨作用下山区岸滩浸润线求解方法。
背景技术
我国很多地区山脉纵横，河流遍布，由河流冲积形成的山区岸滩数量众多，可用于耕种作物，植树造林，建筑用地等，对人们的生产生活和环境保护具有重大意义。然而，强降雨作用下渗流场中浸润线的快速变化极易引发山区岸滩崩岸，崩岸常危及耕地、林地和岸边建筑安全，引发下游防洪隐患，并对生态环境造成巨大破坏。因此，揭示强降雨作用下山区岸滩浸润线演化情况，对山区岸滩渗流安全评价和崩岸预警具有十分重要的现实意义。
目前相关研究和专利技术中，常借助复杂的数值模拟方法或试验手段来求解浸润线，往往操作过程复杂、耗时长、成本高。而解析法求解浸润线是一种简单实用的方法，但现有研究中基于解析法只给出了计算河道水位非匀速涨落过程山区岸滩浸润线的方法（秦卫星,刘金龙，胡惠仁，等.一种水位非匀速涨落过程山区岸滩浸润线位置确定方法[P]．申请号：202010735963.1），无法用于确定降雨入渗和河道水位非匀速涨落共同作用下山区岸滩浸润线实时位置。
发明内容
针对现有确定山区岸滩浸润线实时位置存在的技术问题，本发明考虑降雨入渗和河道水位非匀速涨落对山区岸滩浸润线的影响，提供了一种简单实用的强降雨作用下山区岸滩浸润线实时位置求解方法。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：基于Boussinesq非稳定渗流控制方程，利用拉普拉斯变换，分别得到了降雨入渗和河道水位非匀速涨落作用下岸滩地下水位瞬态变幅，将其与初始地下水位叠加，给出了强降雨作用下山区岸滩浸润线实时位置表达式，获得了一种求解强降雨作用下山区岸滩浸润线实时位置的方法，所述方法步骤如下。
（1）确定岸滩初始地下水位：采用实测或数值模拟的渗压数据，以不透水层为基准确定距临河侧x米处岸滩初始地下水位hx,0，单位为m。
（2）确定岸滩表面平均降雨强度：采用实测或气象预测的降雨数据，确定岸滩表面的平均降雨强度w，单位为m/h。
（3）计算降雨入渗作用下岸滩地下水位瞬态变幅：雨水以均匀雨强w从岸滩表面入渗时，岸滩地下水位瞬态变幅计算公式为：
式中：f1（x，t）为降雨入渗引起的岸滩地下水位瞬态变幅，m；b=w/μ，m/h；w为降雨强度，m/h；μ为给水度，无量纲； t为降雨时间，h；x为岸滩距临河侧的水平距离，m；a=kHm/μ，m2/h；k为渗透系数，m/h； Hm为降雨过程任意t时刻含水层的平均厚度，m；erfc（y）为自变量y的互补误差函数，可由Excel软件内置的互补误差函数直接求得。
（4）确定河道水位非匀速涨落函数：通过拟合山区河道水位随时间变化特征曲线,得到水位非匀速涨落函数式为：
式中：g（t）为降雨过程任意t时刻的河道水位变幅，m，符号为正时表示河道水位上涨，为负时表示河道水位下降； c为拟合参数，m；d为拟合参数，h-1；其它参数意义同上。
（5）计算河道水位非匀速涨落作用下岸滩地下水位瞬态变幅：岸滩侧河水以函数式g（t）非匀速涨落时，岸滩地下水位瞬态变幅计算公式为：
（3）
式中： f2（x，t）为河道水位非匀速涨落引起的岸滩地下水位瞬态变幅，m，符号为正时表示地下水位上涨，为负时表示地下水位下降；其它参数意义同上。
（6）计算岸滩浸润线实时位置：叠加岸滩初始地下水位和地下水位瞬态变幅，得到强降雨过程山区岸滩浸润线实时位置，计算公式为：
式中：hx,t为任意t时刻距临河侧x米处岸滩浸润线位置，m；其它参数意义同上。
进一步地，所述步骤（3）和（5）中的Hm为强降雨过程任意t时刻含水层的平均厚度，计算公式为：
式中：参数意义同上。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在。
1、提供了降雨入渗和河道水位非匀速涨落作用下岸滩地下水位瞬态变幅解析解，反映了降雨入渗和河道水位非匀速涨落对岸滩地下水位波动的影响，确定了强降雨过程任意时刻山区岸滩地下水位瞬态变幅。
2、建立了强降雨作用下山区岸滩浸润线实时位置与降雨强度、降雨历时以及河道水位非匀速涨落速度之间的映射关系，为研究强降雨作用下山区岸滩浸润线位置演化规律提供了简单实用的分析手段。
附图说明
图1是本发明的计算流程图。
图2是山区岸滩浸润线计算示意图。
图3是山区河道水位非匀速涨落示意图。
图4是降雨入渗和河道水位非匀速上涨共同作用下山区岸滩浸润线位置演化图。
图5是降雨入渗和河道水位非匀速下降共同作用下山区岸滩浸润线位置演化图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1。
取某均质山区岸滩为研究对象，计算示意图如图2所示，为方便分析，假定岸滩不透水层和初始地下水位水平。根据当地水文地质资料，取岸滩土体饱和渗透系数k为0.021m/h，给水度μ为0.08。
强降雨过程山区岸滩浸润线实时位置计算过程如下。
（1）确定岸滩初始地下水位。采用降雨前岸滩实测渗压数据，以不透水层为基准确定距临河侧x米处岸滩初始地下水位hx,0为32.3m。
（2）确定岸滩表面平均降雨强度。采用实测的降雨数据，确定岸滩表面的平均降雨强度w为0.00417m/h。
（3）计算降雨入渗作用下岸滩地下水位瞬态变幅。根据式（5）计算强降雨过程任意t时刻含水层的平均厚度Hm，进而确定中间变量a、b，再将a、b代入式（1）得到降雨入渗作用下岸滩地下水位瞬态变幅f1（x，t），单位为m。
（4）确定河道水位非匀速涨落函数。通过式（2）拟合当地山区河道水位随时间变化特征曲线,确定拟合参数c=0.8 m、d=0.66 h-1，得到河道水位非匀速涨落函数式
，单位为m，如图3所示。
（5）计算河道水位非匀速涨落作用下岸滩地下水位瞬态变幅。根据式（5）计算强降雨过程任意t时刻含水层的平均厚度Hm，进而确定中间变量a，再将a，c，d代入
式（3）得到河道水位非匀速涨落作用下岸滩地下水位瞬态变幅f2（x，t），单位为m。
（6）确定岸滩浸润线实时位置：叠加岸滩初始地下水位hx,0和地下水位瞬态变幅
f1（x，t）、f2（x，t），得到强降雨过程任意t时刻岸滩浸润线实时位置。
根据以上步骤，降雨强度为0.00417m/h，河道水位以函数式g（t）非匀速涨落时，选取强降雨时刻t为0h、1h、2h、3h，距临河侧的距离x分别为0m、2m、4m、6m、8m、10m、12m、14m、16m、18m、20m的位置，可得到降雨入渗和河道水位非匀速上涨共同作用下山区岸滩浸润线位置演化图，如图4所示，以及降雨入渗和河道水位非匀速下降共同作用下山区岸滩浸润线位置演化图，如图5所示。
Claims (2)
1.一种强降雨作用下山区岸滩浸润线求解方法，其特征在于，所述方法步骤如下：
（1）确定岸滩初始地下水位：采用实测或数值模拟的渗压数据，以不透水层为基准确定距临河侧x米处岸滩初始地下水位hx,0，单位为m；
（2）确定岸滩表面平均降雨强度：采用实测或气象预测的降雨数据，确定岸滩表面的平均降雨强度w，单位为m/h；
（3）计算降雨入渗作用下岸滩地下水位瞬态变幅：雨水以均匀雨强w从岸滩表面入渗时，岸滩地下水位瞬态变幅计算公式为：
式中：f1（x，t）为降雨入渗引起的岸滩地下水位瞬态变幅，m；b=w/μ，m/h；w为降雨强度，m/h；μ为给水度，无量纲； t为降雨时间，h；x为岸滩距临河侧的水平距离，m；a=kHm/μ，m2/h；k为渗透系数，m/h； Hm为降雨过程任意t时刻含水层的平均厚度，m；erfc（y）为自变量y的互补误差函数，可由Excel软件内置的互补误差函数直接求得。
（4）确定河道水位非匀速涨落函数：通过拟合山区河道水位随时间变化特征曲线,得到水位非匀速涨落函数式为：
式中：g（t）为降雨过程任意t时刻的河道水位变幅，m，符号为正时表示河道水位上涨，为负时表示河道水位下降； c为拟合参数，m；d为拟合参数，h-1；其它参数意义同上。
（5）计算河道水位非匀速涨落作用下岸滩地下水位瞬态变幅：岸滩侧河水以函数式g（t）非匀速涨落时，岸滩地下水位瞬态变幅计算公式为：
（3）
式中： f2（x，t）为河道水位非匀速涨落引起的岸滩地下水位瞬态变幅，m，符号为正时表示地下水位上涨，为负时表示地下水位下降；其它参数意义同上。
（6）计算岸滩浸润线实时位置：叠加岸滩初始地下水位和地下水位瞬态变幅，得到强降雨过程山区岸滩浸润线实时位置，计算公式为：
式中：hx,t为任意t时刻距临河侧x米处岸滩浸润线位置，m；其它参数意义同上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（3）和（5）中的Hm为强降雨过程任意t时刻含水层的平均厚度，计算公式为：
式中：参数意义同上。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011120324.0A CN112214903B (zh) | 2020-10-19 | 2020-10-19 | 一种强降雨作用下山区岸滩浸润线求解方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011120324.0A CN112214903B (zh) | 2020-10-19 | 2020-10-19 | 一种强降雨作用下山区岸滩浸润线求解方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112214903A true CN112214903A (zh) | 2021-01-12 |
| CN112214903B CN112214903B (zh) | 2024-02-02 |
Family
ID=74055913
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011120324.0A Active CN112214903B (zh) | 2020-10-19 | 2020-10-19 | 一种强降雨作用下山区岸滩浸润线求解方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112214903B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112857505A (zh) * | 2021-02-23 | 2021-05-28 | 长江水利委员会水文局 | 一种急速涨落水位全过程应急递测方法 |
| CN113221334A (zh) * | 2021-04-21 | 2021-08-06 | 河海大学 | 库水位变化条件下岸坡浸润线的位置计算方法及其装置 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104046774A (zh) * | 2014-05-29 | 2014-09-17 | 赣州稀土矿业有限公司 | 裸脚式离子型稀土矿体的注液和收液工程布置优化方法 |
| CN104458529A (zh) * | 2014-11-21 | 2015-03-25 | 东华理工大学 | 一种多功能室内非饱和土雨水入渗模拟试验装置 |
| WO2018131787A1 (ko) * | 2017-01-16 | 2018-07-19 | 한국건설기술연구원 | 초단거리 이중 편파 레이더의 다중고도 관측자료를 이용한 강우강도 추정 방법 |
| CN109898489A (zh) * | 2019-03-18 | 2019-06-18 | 长沙理工大学 | 一种等雨强入渗作用下均质地基极限承载力计算方法 |
| CN109975522A (zh) * | 2019-04-28 | 2019-07-05 | 长沙理工大学 | 一种计算后峰型雨水入渗作用下均质地基基质吸力的方法 |
| CN110029647A (zh) * | 2019-05-10 | 2019-07-19 | 长沙理工大学 | 一种计算前峰型雨水入渗下均质地基极限承载力的方法 |
| CN110598936A (zh) * | 2019-09-17 | 2019-12-20 | 中国水利水电科学研究院 | 一种河流生态需水计算系统及信息传输方法 |
| CN110703360A (zh) * | 2019-10-16 | 2020-01-17 | 西北大学 | 一种基于降雨量雨强和阈值的滑坡预报的三维效应模型 |
-
2020
- 2020-10-19 CN CN202011120324.0A patent/CN112214903B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104046774A (zh) * | 2014-05-29 | 2014-09-17 | 赣州稀土矿业有限公司 | 裸脚式离子型稀土矿体的注液和收液工程布置优化方法 |
| CN104458529A (zh) * | 2014-11-21 | 2015-03-25 | 东华理工大学 | 一种多功能室内非饱和土雨水入渗模拟试验装置 |
| WO2018131787A1 (ko) * | 2017-01-16 | 2018-07-19 | 한국건설기술연구원 | 초단거리 이중 편파 레이더의 다중고도 관측자료를 이용한 강우강도 추정 방법 |
| CN109898489A (zh) * | 2019-03-18 | 2019-06-18 | 长沙理工大学 | 一种等雨强入渗作用下均质地基极限承载力计算方法 |
| CN109975522A (zh) * | 2019-04-28 | 2019-07-05 | 长沙理工大学 | 一种计算后峰型雨水入渗作用下均质地基基质吸力的方法 |
| CN110029647A (zh) * | 2019-05-10 | 2019-07-19 | 长沙理工大学 | 一种计算前峰型雨水入渗下均质地基极限承载力的方法 |
| CN110598936A (zh) * | 2019-09-17 | 2019-12-20 | 中国水利水电科学研究院 | 一种河流生态需水计算系统及信息传输方法 |
| CN110703360A (zh) * | 2019-10-16 | 2020-01-17 | 西北大学 | 一种基于降雨量雨强和阈值的滑坡预报的三维效应模型 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| SCHMERTMANN J H: "Estimating slope stability reduction due to rain infiltration mounding", 《JOURNAL OF GEOTECHNICAL AND GEOENVIRONMENTAL ENGINEERING》, pages 1219 - 1228 * |
| 秦卫星: "强降雨作用下山区岸滩稳定性演化分析", 《铁道科学与工程学报》, vol. 16, no. 05, pages 1170 - 1177 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112857505A (zh) * | 2021-02-23 | 2021-05-28 | 长江水利委员会水文局 | 一种急速涨落水位全过程应急递测方法 |
| CN112857505B (zh) * | 2021-02-23 | 2022-05-27 | 长江水利委员会水文局 | 一种急速涨落水位全过程应急递测方法 |
| CN113221334A (zh) * | 2021-04-21 | 2021-08-06 | 河海大学 | 库水位变化条件下岸坡浸润线的位置计算方法及其装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112214903B (zh) | 2024-02-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Massuel et al. | Managed aquifer recharge in South India: What to expect from small percolation tanks in hard rock? | |
| CN104732073B (zh) | 地表水‑地下水耦合模拟的计算方法 | |
| CN113610264B (zh) | 一种精细化电网台风洪涝灾害预测系统 | |
| CN112214903A (zh) | 一种强降雨作用下山区岸滩浸润线求解方法 | |
| Sofia et al. | Modification of artificial drainage networks during the past half-century: Evidence and effects in a reclamation area in the Veneto floodplain (Italy) | |
| Ashraf et al. | Impacts of climate and land-use change on groundwater recharge in the semi-arid lower Ravi River basin, Pakistan | |
| CN113239598B (zh) | 一种应用数值模拟的地下水污染源空间综合识别方法 | |
| CN104679985A (zh) | 一种dhsvm模型的改进方法 | |
| CN111859257B (zh) | 一种水位非匀速涨落过程山区岸滩浸润线位置确定方法 | |
| CN113962475A (zh) | 一种下穿岩溶天坑隧道暴雨期最大涌水量峰值估计方法 | |
| Bonacci et al. | Water losses from the Ričice reservoir built in the Dinaric karst | |
| CN112663760A (zh) | 基于lid措施的城市雨水径流调控方法 | |
| CN206146901U (zh) | 一种用于检测绿色屋顶截流调峰效果的试验装置 | |
| CN109724570B (zh) | 地下跌水的跌水量、跌水宽度、坎上水层厚度的计算方法 | |
| CN113836758A (zh) | 一种低影响开发设施的水量水质模拟计算方法 | |
| Yang et al. | Applicability evaluation of the SWIM at river basins of the black soil region in Northeast China: A case study of the upper and middle Wuyuer River basin | |
| Saliev et al. | Analysis of changes in moisture transport parameters in soils under waterlogged conditions | |
| Wang et al. | Impact of an artificial lake on the regional groundwater environment in urban area of northwest China | |
| Livingston | Bioretention establishment hydrologic characterization with drift correction and calibration of fine water level measurements | |
| CN107085632A (zh) | 弱/不透水层条件下地下工程水浮力计算方法 | |
| CN109002740A (zh) | 海岛雨洪资源高效利用系统 | |
| Goyal et al. | Simulation of groundwater recharge from an aquifer storage recovery well under shallow water-table condition | |
| Coenders-Gerrits et al. | The effect of spatial throughfall patterns on soil moisture patterns at the hillslope scale | |
| Vesterby et al. | Modelling groundwater flow in beach profiles for optimising stabilising measures | |
| Zhu et al. | Analysis of the influence of different control water levels on the upstream drainage of Hongze lake in flood season |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |