一种强降雨作用下山区岸滩浸润线求解方法

摘要

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。

说明书

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h

（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：f

（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

（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：

式中： f

（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：h

进一步地，所述步骤（3）和（5）中的H

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h

（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H

（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

（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H

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f

（6）确定岸滩浸润线实时位置：叠加岸滩初始地下水位h

f

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。