CN113987811B - 一种河流漂木总量的计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是提供一种从汇集机制出发，可以提高计算准确性的河流漂木总量的计算方法，涉及漂木灾害技术领域。一种河流漂木总量的计算方法，所述计算方法包括：来自河岸侵蚀的体积输入量LWin,FC的计算和来自河岸坡面的体积输入量LWin,HS的计算；所述LWin,HS的计算包括：坡面林木的死亡砍伐量Im的计算，外界因素作用导致的林木倾倒量If的计算以及滑坡崩塌泥石流引起的物源补充量Is的计算；所述LWin,FC的计算包括：洪水诱发的河岸侵蚀量Ibe的计算以及洪水运动过程中对堆积木材的挟带量Ie的计算。该计算方法对于准确估计山区小流域内漂木储量，构建漂木在桥涵处的堆积堵塞预测分析模型，量化漂木堵塞桥涵诱发的回水上升高度具有重要作用。

Description

一种河流漂木总量的计算方法
技术领域
本发明涉及漂木灾害技术领域，具体涉及一种河流漂木总量的计算方法。
背景技术
漂木是指存在于山地系统中由滑坡崩塌、河岸侵蚀、火灾、风力作用、自然死亡或人为砍伐等各种因素产生的大量枯倒木。在河流运动过程中，漂木多以单个或批量的形式出现，会造成巨大危害，特别是在洪水期间，漂木的堆积或堵塞对桥梁、涵洞等河流基础设施造成严重威胁。漂木在结构物前的堆积将堵塞过水通道，减小过流断面，导致回水上升，从而导致洪水泛滥面积增大、持续时间延长；并伴随河床淤高、河道撕裂和局部冲刷侵蚀，对结构稳定性十分不利。因此，漂木量的估计对于评价漂木危害及河道防护结构的设计说至关重要的作用。如何估计流域内漂木储量，是研究漂木灾害效应的基础，对于山区小流域暴雨洪峰灾害风险评估及山区工程设施有效防灾减灾具有至关重要作用，对判断桥涵上游漂木数量以及桥涵孔径设计有重要指导性意义。
现阶段流域内漂木储量大多采用经验公式来获取漂木源的估计，存在准确性不够的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种从汇集机制出发，可以提高计算准确性的河流漂木总量的计算方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种河流漂木总量的计算方法，所述计算方法包括：
来自河岸坡面的体积输入量LWin,HS的计算和和来自河岸侵蚀的体积输入量LWin,FC的计算；
所述LWin,HS的计算包括：坡面林木的死亡砍伐量Im的计算、外界因素作用导致的林木倾倒量If的计算以及滑坡崩塌泥石流引起的物源补充量Is的计算；
所述LWin,FC的计算包括：洪水诱发的河岸侵蚀量Ibe的计算以及洪水运动过程中对堆积木材的挟带量Ie的计算。
进一步地，所述Im的计算包括：确定河岸单位面积坡面上成活和死亡林木的体积BL、坡面林木的死亡率M、坡面林木的平均高度H以及坡面林木因自然死亡或零星砍伐而倾倒于河道中的体积或长度分数Pm；
所述Im＝(BL×M×H×Pm)N1；其中，N1取1或2。
进一步地，所述If的计算包括：确定外界因素作用前单位面积河岸坡面上成活的林木的体积Bf、一定时期内的坡面上林木倾倒率Tf、成活林木的平均高度Hf以及坡面上林木因外界因素作用而倾倒于河道中的体积或长度分数Pf；
所述If＝(Bf×Tf×Hf×Pf)N2；其中，N2取1或2。
进一步地，所述Is的计算包括：确定河岸坡面崩塌区域内成活和死亡的林木体积Ss、与河道相交的滑坡崩塌或泥石流区的个数NS、滑坡崩塌或泥石流区域面积AS以及滑坡崩塌或泥石流的平均重现期TS；
所述Is＝(Ss×NS×AS×TS -1)RC，其中，RC为夹带比例。
进一步地，所述Ibe的计算包括：确定河岸侵蚀前单位面积坡面上成活和死亡的林木体积BL、河岸(横向距离)侵蚀率E以及河道侧坡面上林木因河岸侵蚀而倾倒于河道中的体积或长度分数Pbe；
所述Ibe＝(BL×E×Pbe)N3，其中，N3取1或2。
本发明的有益效果是：本发明将河流流域内漂木汇集来源划分为坡面源和河岸源两大类，分别基于不同汇集机制建立评估模型，实现了对漂木源的定量计算，可以更为准确地计算出河流流域内可能产生的漂木总量。该计算方法对于准确估计山区小流域内漂木储量，构建漂木在桥涵处的堆积堵塞预测分析模型，量化漂木堵塞桥涵诱发的回水上升高度具有重要作用。
附图说明
图1是本发明的计算流程图；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，本发明的一种河流漂木总量的计算方法，所述计算方法包括：来自河岸坡面的体积输入量LWin,HS的计算和来自河岸侵蚀的体积输入量LWin,FC的计算。
所述LWin,HS的计算包括：河岸坡面上因自然死亡和零星砍伐带来的死亡砍伐量Im的计算，外界因素作用导致的林木倾倒量If的计算以及滑坡崩塌泥石流引起的物源补充量Is的计算；
所述LWin,FC的计算包括：确定洪水诱发的河岸侵蚀量Ibe的计算以及洪水运动过程中对堆积木材的挟带量Ie的计算。
计算出上述参数后，可以计算出河流可以产生的漂木总量LWin，LWin＝Im+If+Is+Ibe+Ie。
本发明将河流流域内漂木汇集来源划分为坡面源和河岸源两大类，分别基于不同汇集机制建立评估模型，实现了对漂木源的定量计算，可以更为准确地计算出河流流域内可能产生的漂木总量。该计算方法对于准确估计山区小流域内漂木储量，构建漂木在桥涵处的堆积堵塞预测分析模型，量化漂木堵塞桥涵诱发的回水上升高度具有重要作用。
本发明中的外界因素包括但不限于火灾因素、暴风雨因素和风力因素。
Im可通过如下方式计算：确定河岸单位面积坡面上成活和死亡林木的体积BL、坡面林木的死亡率M、坡面林木的平均高度H以及坡面林木因自然死亡或零星砍伐而倾倒于河道中的体积或长度分数Pm；所述Im＝(BL×M×H×Pm)N1；其中，N1取1或2。当河道两侧坡面均有森林覆盖时N1取2，单侧森林覆盖时N1取1。
一般情况下，0<Pm<0.5。Pm的计算需要考虑河道宽度、林木高度、林木的倾倒角度及其与河道的距离，可采用Sickle和Gregory提出的衰减模型来进行估计。例如：采用该方法得到对于15m宽的河道河道，平均高度为50m的林木其平均Pm约为0.1，而对于5m宽的河道，其平均Pm约为0.05。此外，Pm值随距离河道的距离而急剧下降，且与树高有关。在不适用随机衰减模型假设的地形或在相对较短的长度范围内进行研究的地形当中，可使用实地测量来定义上述参数值。
河岸坡面上林木的平均高度H、河岸单位面积坡面上成活和死亡林木的体积BL可基于LiDAR DSM和实地调查进行联合估计，取得每个径阶的株数及树高曲线(可通过林分生长曲线表或Richards生长曲线模型获取)，根据每个径阶的中值和树高曲线上查出的该径阶的平均高值，即可从二元材积表中查出各径阶的单株平均材积，乘以株数得到该径阶的林木材积。各径阶林木材积相加即为该区域内林分体积。坡面林木的死亡率M可通过当地林业部门获取数据。
If可通过如下方式计算：确定外界因素作用前单位面积坡面上成活的林木体积Bf、一定时期(如：一年、两年、一月)内坡面林木倾倒率Tf、成活林木的平均高度Hf以及坡面林木因外界因素作用而倾倒于河道中的体积或长度分数Pf；所述If＝(Bf×Tf×Hf×Pf)N2；其中，N2取1或2。当河道两侧坡面均有森林覆盖时N2取2，单侧森林覆盖时N2取1。
Hf、Bf也可基于LiDAR DSM和实地调查进行联合估计，方法同H及BL。Tf也可通过基于多期遥感数据和长期定位观察获取数据。一般情况下，0<Pf<0.5，Pf的确定方法与也可采用Sickle和Gregory提出的衰减模型来进行估计，同Pm。
Is可通过如下方式计算：确定河岸坡面崩塌区域内成活和死亡的林木体积Ss、与河道相交的滑坡崩塌或泥石流区的个数NS、滑坡崩塌或泥石流区域面积AS以及滑坡崩塌或泥石流的平均重现期TS；所述Is＝(Ss×NS×AS×TS)RC，其中，RC为夹带比例。一般认为坡面产生崩塌后，整个崩塌区域内林木全部进入河道河道，即RC＝1。
Ss也可基于LiDAR DSM和实地调查进行联合估计，方法同BL和Bf。NS和AS也可通过基于多期遥感数据和长期定位观察获取数据。TS可依据该河流流域历史数据。
Ibe可通过如下方式计算：确定河岸侵蚀前单位面积坡面上成活和死亡的林木体积BL、河岸侵蚀率E以及河道侧坡面上林木因河岸侵蚀而倾倒于河道中的体积或长度分数Pbe；所述Ibe＝(BL×E×Pbe)N3，其中，N3取1或2。当河道两侧坡面均有森林覆盖时N3取2，单侧森林覆盖时N3取1。河岸侵蚀率E主要指河道宽度方向(横向距离)
一般来讲，Pbe要比Pf和Pm的值要大，因为所有被河岸侵蚀的林木都紧挨着河道，而被侵蚀的林木则倾向于向河道内倾倒，所以有，0<Pbe<1.0。Pbe也可采用Sickle和Gregory提出的衰减模型来进行估计。BL计算方法如上所述。E也可基于多期遥感数据和长期定位观察获取数据。
对于Ie，由于该部分漂木源输入缺乏调查数据且很难量化，因此一般情况下认为Ie＝0。

Claims (2)

1.一种河流漂木总量的计算方法，其特征在于，所述计算方法包括：
来自河岸侵蚀的体积输入量LWin,FC的计算和来自河岸坡面的体积输入量LWin,HS的计算；
所述LWin,HS的计算包括：坡面林木的死亡砍伐量Im的计算，外界因素作用导致的林木倾倒量If的计算以及滑坡崩塌泥石流引起的物源补充量Is的计算；
所述LWin,FC的计算包括：洪水诱发的河岸侵蚀量Ibe的计算以及洪水运动过程中对堆积木材的挟带量Ie的计算；
所述Im的计算包括：确定河岸单位面积坡面上成活和死亡林木的体积BL、坡面林木的死亡率M、坡面林木的平均高度H以及坡面林木因自然死亡或零星砍伐而倾倒于河道中的体积或长度分数Pm；
所述Im＝(BL×M×H×Pm)N1；其中，N1取1或2；
所述If的计算包括：确定外界因素作用前单位面积河岸坡面上成活的林木的体积Bf、一定时期内的坡面林木倾倒率Tf、坡面成活林木的平均高度Hf以及坡面林木因外界因素作用而倾倒于河道中的体积或长度分数Pf；
所述If＝(Bf×Tf×Hf×Pf)N2；其中，N2取1或2；
所述Is的计算包括：确定河岸坡面崩塌区域内成活和死亡的林木体积Ss、与河道相交的滑坡崩塌或泥石流区的个数NS、滑坡崩塌或泥石流区域面积AS以及滑坡崩塌或泥石流的平均重现期TS；
所述Is＝(Ss×NS×AS×TS)RC，其中，RC为夹带比例；
所述Ibe的计算包括：确定河岸侵蚀前单位面积坡面上成活和死亡的林木体积BL、河岸侵蚀率E以及河道侧坡面上林木因河道侵蚀而倾倒于河道中的体积或长度分数Pbe；
所述Ibe＝(BL×E×Pbe)N3，其中，N3取1或2。
2.如权利要求1所述的一种河流漂木总量的计算方法，其特征在于，所述外界因素包括火灾因素、暴风雨因素和风力因素。
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