河道型水库滑坡涌浪安全评估系统设计与实现

(整期优先)网络出版时间:2020-10-12
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河道型水库滑坡涌浪安全评估系统设计与实现

徐传锦

山东农业大学勘察设计研究院 山东 泰安 211018

摘要:河道型水库容易发生滑坡涌浪,对过往行人和船只造成安全威胁,落实滑坡涌浪灾害治理工作,完善安全评估系统具有重要意义。本文主要对安全评估系统设计内容进行简要分析,提出安全评估系统的实现策略,希望能够为我国河道型水库健全安全评估系统有所帮助。

关键字:河道型水库;滑坡涌浪;安全评估系统;设计与实现

前言:由于河道型水库地质环境复杂,特殊的地理位置特殊为滑坡等地质灾害的形成提高提供了良好的条件,严重危害水库周边居民的生命财产安全,其次生灾害涌浪的危害也十分巨大,需要相关人员合理控制滑坡浪涌浪风险,建立完善的水库滑坡浪涌浪安全评估体系。通过技术人员的不断努力,当前我国在滑坡涌浪计算工作中已经取得了一定的成就,通过使用先进计算机技术以及GIS软件能够对致灾因素、灾害形成环境和受灾地区建立计算模型,构建滑坡涌浪灾害易损性指标体系,对于滑坡涌浪各项数据进行分析和预测,为灾害预警和水库环境安全评估奠定良好基础。

1安全评估系统设计内容

河道型水库滑坡涌浪安全评估系统是以满足基本功能的平台作为基础,在此之上使用软件原型法进行设计和建设工作。安全评估系统以滑坡涌浪的搭建模拟特征值为主,通过特征值大小综合评估该次滑坡灾害对河道及周边环境的危害程度,并逐步开发其他功能模块。整个安全评估系统的实现需要从业人员熟练掌握先进技术,提升软件可靠性和实用性,降低操作门槛,为后续功能添加预留接口,确保系统需求调查、软件开发和系统总调等满足标准化和范化要求。涌浪安全评估系统除其他平台常有的地图导航和图层管理等标准工具外,还需要有关人员设计并开发涌浪高度、爬高、传播和衰减等数据计算和安全评估功能。

2.涌浪安全评价系统的实现策略

2.1设计涌浪高度计算功能

滑坡在入水点产生的最大波高被称为初始涌浪高度,能够在一定程度上反应滑坡涌浪的能量大小和破坏程度,受到滑坡体大小、坡度、入水前缘角等因素的影响,需要技术人员根据相关因素建立试验模型,有效开展滑坡初始涌浪高度计算工作。涌浪高度计算功能具体实现操作需要将输入滑坡体的厚度、宽度和入水前缘角大小,针对河段网格计算还需要输入网格点的水深和坡度,相关数据输入完毕后点击计算即可得到初始涌浪高度。计算过程中坡度和角度值可以直接输入测量单位,系统自动对角度和弧度进行转换,保障计算结果的准确性。

2.2设计涌浪传播与衰减模拟功能

在进行涌浪传播与衰减模拟功能设计时,技术人员可以依据实验结果,对将涌浪传播和衰减过程分为滑坡体宽度范围内、范围外直道、弯曲河道和过弯后河道等四个区域,根据每个区域的实际情况以及传播和衰减规律调整相关数据算法。在实际功能操作过程中,工作人员需要将发生滑坡的坡度、该处的初始涌浪高度值、水深和涌浪传播距离等数据依次输入到模拟系统中,最后确定的分区类型,点击计算按钮即可得到衰减系数。当需要对传播与衰减系数进行多次计算时,可以使用软件地图功能直接确定滑坡点的滑落位置和方向,通过弯道按钮快速确定弯道位置,随后输入滑坡涌浪各项参数并使用地图分布功能,系统后台依据所输入的数据自动进行空间分区,计算相应区域内的衰减系数,快速渲染出涌浪高度和系数衰减分布图。

2.3设计涌浪能量交换系数计算功能

涌浪能量交换系数的大小反应了滑坡体入水前的势能和涌浪波能转化率及充分程度。滑坡体势能主要由其重力和重心高度决定,重力可以由滑坡体体积和密度进行测量,高度可以直接使用重心高程;涌浪的波能包括了水面的势能和动能,需要技术人员提前录入波能间的交换系数计算公式。在进行涌浪能量交换系数计算时,需要操作人员输入坡度和厚度,再根据计算模式的不同调整数据输入顺序,如果只需要对交换系数进行单值计算,则输入水深后即可开始计算工作,得到相应能量交换系数;如果需要进行系数批量计算,就要进行水位值设置,利用地图分布功能获取河段高程,再与水位值相减得到水深值后利用交换系数计算公式获取所需数据。

2.4设计滑坡涌浪爬高计算功能

波浪在堤坝上的上爬高度到静水面的距离称为爬高,是确定堤坝建设高度的指标之一,对于保障堤坝周围环境安全关系密切。涌浪爬高在安全评估系统中占据重要地位,直接影响着滑坡涌浪危害程度预测的准确性,直接决定着堤坝及其岸坡的强度安全性和稳定性。在进行涌浪爬高计算时,操作人员首先需要输入初始高度、测点距离、岸坡坡度,输入水深值后即可计算出一个涌浪岸坡爬高值;若需要进行多个涌浪爬高值计算,输入水位值的同时还需设置滑坡点,利用地图分布系统输入空间数据,自动依据爬高计算公式进行分布计算。

2.5设计横摇角度计算功能

部分河道型水库承担着航行运输功能,在建设涌浪安全评估体系时应对船只航行安全指标进行计算,当船只在风浪中横倾角大于40°时稳定性就会发生破坏,引发安全事故,所以涌浪安全评估系统应对涌浪区域过往和停泊的船只横摇角度进行计算,保障航运人员生命财产安全。在进行横摇角度计算时,操作人员需要将涌浪的侧面波长值输入到系统中,随后将船只位置水深和侧面波高输入到系统中即可得到一个横摇数据,若需要进行多个横摇角度值计算,则需要使用地图分布系统得到对应水位值,依据相应公式对每个网格横摇角度值分布计算。

2.6设计涌浪安全评估功能

在得到滑坡涌浪灾害相关数据后,需要对横摇角度和涌浪高度综合分析,评定涌浪灾害的破坏程度,有效进行灾害预警和应对策略。通过以上数据计算得到涌浪初始和传播区域各河段高度以及横摇角度值后,安全评估系统应根据涌浪高度和横摇角度大小对研究区域安全程度进行区分,认定船舶横摇角度大于15°或涌浪高度大于1.5m的河段为不安全区域,对于不同安全等级的区域在地图上用不同颜色标明,直观反映受灾区域及破坏程度,帮助管理人员确定灾害应对措施。

3结束语

水库安全评估系统是否完善直接决定了当地滑坡灾害自然预警能力的高低,需要管理人员进行工程化管理,确保信息系统标准化,系统操作规范化,提高数据正确性,为当地人民群众的生命财产安全提供有效保障。

参考文献

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