冲积河道深弘摆动预测及崩岸预警的方法

摘要

本发明提供一种冲积河道深弘摆动预测及崩岸预警的方法，能够准确地预测断面深泓摆动趋势对岸线稳定的影响，该方法包括以下步骤：步骤1.基于研究河段相应年份的汛期流量资料及河道断面地形资料，建立汛期流量参数与河道深泓摆动幅度的经验关系式；步骤2.利用步骤1得到的经验关系式和通过水文分析计算得到的汛期日均流量资料，对断面未来深泓摆动距离进行预测；步骤3.将断面深泓位置的变化反应到相应研究河段的卫星遥感图上，并在卫星遥感图上测量断面深泓点与坡脚、岸坡的距离；步骤4.根据断面深泓点与坡脚、岸坡的距离，预测深泓线的摆动趋势对河岸稳定所造成的影响，若深泓线接近坡脚，则对此段岸线进行崩岸预警。

说明书

技术领域

本发明涉及一种冲积河道深弘摆动预测及崩岸预警的方法。

技术背景

冲积河道深泓摆动在一定程度上可以反映主流线的摆动，进而反映其河势变化。目前预测河道深泓摆动的方法主要有3种：河床演变分析、河工模型试验及泥沙数学模型。河床演变分析以实测水沙及地形资料为基础，对河道深泓变化进行定量计算或宏观分析。河工模型试验和泥沙数学模型以水流、泥沙连续方程，水流运动方程，河床变形方程为基础推导出相应的比尺关系或离散方程，分别进行试验和数值模拟，从而对河道深泓变化进行预测。其中，河工模型实验的技术较为成熟，但因实验场地面积要求大、模型造价高等因素，其应用受到限制。而泥沙数学模型的控制方程复杂、模型参数的经验性强，故实际应用受限制。但河床演变分析法具有数据处理简单，耗费低，应用性强等优点。目前在文献中出现过基于BP神经网络法的深泓线最大相对摆幅的预测方法，但数据处理过程较为复杂。

崩岸是指河道岸坡受水流持续冲刷而崩退的物理过程。自20世纪90年代以来，仅长江中下游河道的崩岸就多达数百起，累计崩岸段长达1500多km，占两岸岸线总长的35.7％。近年来，受三峡水库清水下泄的影响，来沙量大幅减少，河段冲淤不平衡，以致崩岸险情屡屡发生，严重威胁了堤防安全和航道稳定。随着今后长江经济带战略的延伸推动，维护长江中下游河道的河床稳定显得尤为重要，崩岸预警作为预防崩岸灾害的一个重要手段，不容忽视。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种冲积河道深弘摆动预测及崩岸预警的方法，利用汛期流量资料和相应年份河道断面地形资料，结合卫星遥感资料对河道深泓摆动进行预测以及危险情况下对崩岸进行预警，将崩岸危害降低到最小程度。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

本发明提供一种冲积河道深弘摆动预测及崩岸预警的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.基于研究河段相应年份的汛期流量资料及河道断面地形资料，建立汛期流量参数与河道深泓摆动幅度的经验关系式；步骤2.利用步骤1得到的经验关系式和通过水文分析计算得到的汛期日均流量资料，对断面未来深泓摆动距离进行预测；步骤3.将断面深泓位置的变化反应到相应研究河段的卫星遥感图上，并在卫星遥感图上测量断面深泓点与坡脚、岸坡的距离；步骤4.根据断面深泓点与坡脚、岸坡的距离，预测深泓线的摆动趋势对河岸稳定所造成的影响，若深泓线接近坡脚，则对此段岸线进行崩岸预警。

本发明提供的冲积河道深弘摆动预测及崩岸预警的方法，还可以具有以下特征：步骤1包含以下子步骤：步骤1-1.根据研究河段的汛期流量资料计算相应年份的汛期流量参数P_f，表示为：将其进行逐年累加，得到累计值P；上式中q_j代表汛期日均流量(m³/s)，在缺少汛期日均流量资料的情况下也可以用汛期月均流量或旬均流量来代替，N_f代表汛期的总天数；步骤1-2.根据相应年份的河道断面地形资料，将研究断面向左及向右的深泓摆动距离X_左、X_右分别逐年进行累加得到深泓的累计左摆值S_左、累计右摆值S_右；步骤1-3.以汛期流量参数的逐年累计值P为自变量，深泓累计摆动值S为因变量，绘出P-S_左、P-S_右曲线，并对所得曲线进行拟合，得到P-S经验公式。

本发明提供的冲积河道深弘摆动预测及崩岸预警的方法，还可以具有以下特征：在步骤2中，是根据汛期流量资料计算得到汛期流量参数的逐年累加值P，再带入经验公式，计算得到对应年份的断面深泓摆动值。

发明的作用与效果

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

1、科学合理，贴近工程实际：

本发明根据深泓摆动幅度与汛期流量参数之间的联系，建立汛期流量参数逐年累计值与深泓摆动幅度逐年累计值的经验关系式，再利用经验关系式推求研究断面的深泓位置变化，进而预测深泓线的摆动趋势对岸线稳定造成的影响。该方法具有较强的理论与统计基础，能够充分反应深泓摆动与汛期流量的相关性。

2、可为断面深泓摆动预测及崩岸预警提供重要且可操作性强的参考：

本发明以建立经验关系式的形式，推求断面深泓摆动；结合卫星遥感图，测量深泓与岸坡、坡脚的距离；预测断面深泓摆动趋势对岸线稳定的影响，为崩岸预警提供重要参考。此种方法数据处理过程无障碍，结果唯一，可操作性及工程应用性较强。

附图说明

图1为本发明实施例中涉及的冲积河道深弘摆动预测及崩岸预警的方法的流程图；

图2为本发明实施例中涉及的荆37断面以汛期流量参数P_f逐年累计值P为自变量，以深泓累计左摆值S_左、累计右摆值S_右为因变量的曲线拟合图；

图3为本发明实施例中涉及的荆江河段荆37断面深泓位置遥感平面图；

图4为本发明实施例中涉及的崩岸预警示意图；

图中，1-荆36断面，2-荆37断面，3-岸线，4-2003年深泓线，5-2015年深泓线，6-提防，7-河岸，8-岸坡，9-坡脚，10-断面深泓点，11-水面。

具体实施方式

以下结合附图对本发明涉及的冲积河道深弘摆动预测及崩岸预警的方法的具体实施方案进行详细地说明。

<实施例>

如图1所示，本实施例所提供的冲积河道深弘摆动预测及崩岸预警的方法包括以下步骤：

步骤1.基于研究河段相应年份的汛期流量资料及河道断面地形资料，建立汛期流量参数与河道深泓摆动幅度的经验关系式：

步骤1-1.根据研究河段的汛期流量资料计算相应年份的汛期流量参数P_f，表示为：

将其进行逐年累加，得到累计值P；上式中q_j代表汛期日均流量(m³/s)，在缺少汛期日均流量资料的情况下也可以用汛期月均流量或旬均流量来代替，N_f代表汛期的总天数；

步骤1-2.根据相应年份的河道断面地形资料，将研究断面向左及向右的深泓摆动距离X_左、X_右分别逐年进行累加得到深泓的累计左摆值S_左和累计右摆值S_右；

步骤1-3.绘制以汛期流量参数P_f的逐年累计值P为自变量，以深泓累计左摆值S_左、累计右摆值S_右为因变量，绘出P-S_左、P-S_右曲线，并对所得曲线进行拟合，得到如图2所示的P-S经验公式。可以采用MATLAB、Excel等软件对P-S_左、P-S_右曲线进行拟合，本实施中是采用Excel软件进行拟合。

步骤2.利用步骤1得到的经验关系式和通过水文分析计算得到的未来年份汛期日均流量资料，对断面未来深泓摆动距离进行预测；在步骤2中，是根据汛期流量资料计算得到汛期流量参数的逐年累加值P，将其带入P-S经验公式中，结合卫星遥感图和经验判断，得到对应年份研究断面的深泓摆动值。未来年份的汛期日均流量资料采用水文方法进行预测。本步骤中预测汛期日均流量的技术为本技术领域内的常规技术，在此不做赘述。

步骤3.利用图形处理软件，处理卫星遥感影像，将断面深泓位置的变化准确的反应到相应研究河段的卫星遥感图上，并在卫星遥感图上测量断面深泓点与坡脚、岸坡的距离；可以利用ENVI5.1、ArcGIS10.2等图形软件来处理卫星遥感影像，本实施是采用ENVI5.1进行遥感平面图处理。

步骤4.根据断面深泓点与坡脚、岸坡的距离，预测深泓线的摆动趋势对河岸稳定所造成的影响，若深泓线接近坡脚，则对此段岸线进行崩岸预警，为采取工程和非工程措施稳定岸线或减少崩岸损失赢得时间，将崩岸危害降低到最小程度。

如图3所示，对于荆37断面2，2015年深泓线5相较2013年深泓线4整体向右岸偏移，逼近岸线3，威胁了岸线3的稳定。

若深泓线摆动如图4所示，断面深泓点10已经逼近坡脚9和岸坡8，并对河岸7和提防6产生了威胁，此时需要对崩岸进行预警，以便及时采取工程或是非工程措施，减少崩岸带来的损失。

综上，本实施例通过建立汛期流量参数逐年累计值与研究断面深泓摆动累计值的经验关系式，预测深泓位置变化，并将断面深泓位置变化较为准确的反应到研究河段的卫星遥感图上，以预测深泓线的未来走势对岸线稳定所造成的影响，进而为崩岸预警提供重要参考，本方法具有较强的理论与统计基础，能够充分反应研究断面深泓摆动与相应年份汛期流量的相关性。数据处理无障碍，结果唯一，可操作性及工程应用性较强。

以上实施例仅仅是对本发明技术方案所做的举例说明。本发明所涉及的冲积河道深弘摆动预测及崩岸预警的方法并不仅仅限定于在以上实施例中所描述的内容，而是以权利要求所限定的范围为准。本发明所属领域技术人员在该实施例的基础上所做的任何修改或补充或等效替换，都在本发明的权利要求所要求保护的范围内。