一种江河崩岸预警方法及系统

技术特征：
1.一种江河崩岸预警方法，其特征在于，包括：选定崩岸危险段，连续监测崩岸危险段的岸壁高度，近岸流速和水深，并采集崩岸危险段的河岸土样，测量所述土样的土工参数；开展物理模型实验，根据土工参数重塑岸壁，获得不同岸壁高度、近岸水深情况下崩岸引起的后退距离和坍塌贡献率；开展数值模拟，通过模拟崩岸过程，获得不同岸壁高度、近岸水深情况下崩岸引起的后退距离和坍塌贡献率；根据物理模型实验和数值模拟结果，建立后退距离与岸壁高度、近岸水深的拟合曲线，以及坍塌贡献率与岸壁高度、近岸水深的拟合曲线；基于后退距离的拟合曲线、坍塌贡献率的拟合曲线、岸壁高度和近岸流速计算河岸安全系数；判断所述河岸安全系数是否大于预设的安全系数阈值，若判断结果为是，则进行崩岸预警提示，若判断结果为否，则返回计算河岸安全系数。2.如权利要求1所述的江河崩岸预警方法，其特征在于，根据土工参数重塑岸壁，获得不同岸壁高度、近岸水深情况下崩岸引起的后退距离的方法包括：在岸壁顶部安装拍摄设备，利用所述拍摄设备定时拍摄崩岸过程中的照片，并在岸壁顶部涂刷网格线，在网格线的四个角落放置棋盘格；采用棋盘格对拍摄的照片进行畸变修正，根据网格线在拍摄照片上建立坐标系；描绘崩岸后的岸线，根据坐标系换算，计算崩岸引起的后退距离。3.如权利要求1所述的江河崩岸预警方法，其特征在于，根据土工参数重塑岸壁，获得不同岸壁高度、近岸水深情况下崩岸引起的坍塌贡献率的方法包括：在岸壁附近安装旋桨式流速仪和测深仪，测量近岸水深和中间层流速的实时变化；根据近岸中间层流速计算岸壁侵蚀速率；根据岸壁侵蚀速率计算坍塌贡献率如下：式中，为实验开始至崩岸发生所经历的时间，为近岸水深，为岸壁侵蚀速率，为岸壁高度，表示崩岸引起的后退距离。4.如权利要求1所述的江河崩岸预警方法，其特征在于，在开展数值模拟时，分别采用应力-应变分析法和极限平衡法模拟崩岸过程，获得不同岸壁高度、近岸水深情况下崩岸引起的后退距离和坍塌贡献率。5.如权利要求1所述的江河崩岸预警方法，其特征在于，建立后退距离与岸壁高度、近岸水深的拟合曲线的方法包括：根据物理模型实验和数值模拟结果，建立拟合曲线如下：式中，b和d为拟合系数，d
r
为崩岸引起的后退距离，h
b
为岸壁高度、h
w
为近岸水深。
6.如权利要求1所述的江河崩岸预警方法，其特征在于，建立坍塌贡献率与岸壁高度、近岸水深的拟合曲线的方法包括：根据物理模型实验和数值模拟结果，建立拟合曲线如下：式中，a和c为拟合系数，为坍塌贡献率，h
b
为岸壁高度，h
w
为近岸水深。7.如权利要求3所述的江河崩岸预警方法，其特征在于，计算河岸安全系数的方法包括：根据崩岸引起的后退距离和坍塌贡献率，计算引发崩岸所需的侵蚀泥沙体积如下：式中，d
r
为崩岸引起的后退距离，为坍塌贡献率，h
b
为岸壁高度；基于引发崩岸所需的侵蚀泥沙体积计算河岸安全系数如下：式中，为崩岸预警时长，为近岸水深，为岸壁侵蚀速率。8.一种江河崩岸预警系统，其特征在于，包括：数据采集模块，所述数据采集模块用于选定崩岸危险段，连续监测崩岸危险段的岸壁高度，近岸流速和水深，并采集崩岸危险段的河岸土样，测量所述土样的土工参数；物理模型实验模块，所述物理模型实验模块用于开展物理模型实验，根据土工参数重塑岸壁，获得不同岸壁高度、近岸水深情况下崩岸引起的后退距离和坍塌贡献率；数值模拟模块，所述数值模拟模块用于开展数值模拟，通过模拟崩岸过程，获得不同岸壁高度、近岸水深情况下崩岸引起的后退距离和坍塌贡献率；拟合曲线建立模块，所述拟合曲线建立模块用于根据物理模型实验和数值模拟结果，建立后退距离与岸壁高度、近岸水深的拟合曲线，以及坍塌贡献率与岸壁高度、近岸水深的拟合曲线；安全系数计算模块，所述安全系数计算模块用于基于后退距离的拟合曲线、坍塌贡献率的拟合曲线、岸壁高度和近岸流速计算河岸安全系数；预警判断模块，所述预警判断模块用于判断所述河岸安全系数是否大于预设的安全系数阈值，若判断结果为是，则进行崩岸预警提示，若判断结果为否，则返回计算河岸安全系数。9.如权利要求8所述的江河崩岸预警系统，其特征在于，所述拟合曲线建立模块建立后退距离与岸壁高度、近岸水深的拟合曲线的方法包括：根据物理模型实验和数值模拟结果，建立拟合曲线如下：式中，b和d为拟合系数，d
r
为崩岸引起的后退距离，h
b
为岸壁高度、h
w
为近岸水深。10.如权利要求8所述的江河崩岸预警系统，其特征在于，建立坍塌贡献率与岸壁高度、近岸水深的拟合曲线的方法包括：
根据物理模型实验和数值模拟结果，建立拟合曲线如下：式中，a和c为拟合系数，为坍塌贡献率，h
b
为岸壁高度，h
w
为近岸水深。

技术总结
本发明涉及一种江河崩岸预警方法，包括监测崩岸危险段的岸壁高度，近岸流速和水深，并采集河岸土样的土工参数；开展物理模型实验，获得不同岸壁高度、近岸水深情况下的后退距离和坍塌贡献率；开展数值模拟，获得不同岸壁高度、近岸水深情况下的后退距离和坍塌贡献率；建立后退距离与岸壁高度、近岸水深的拟合曲线以及坍塌贡献率与岸壁高度、近岸水深的拟合曲线；基于拟合曲线、岸壁高度和近岸流速计算河岸安全系数；判断河岸安全系数是否大于预设的安全系数阈值，若判断结果为是，则进行崩岸预警提示，若判断结果为否，则返回计算河岸安全系数。本发明耦合土力学和水沙运动力学建立崩岸拟合公式，提供可靠的条崩型崩岸预警方法。提供可靠的条崩型崩岸预警方法。提供可靠的条崩型崩岸预警方法。


技术研发人员：赵堃 龚政 张凯丽 唐帅 康彦彦
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：2022.10.27
技术公布日：2022/11/25