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申请/专利权人：中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所

摘要：本发明属于流体仿真技术领域，涉及考虑径流和泥石流相互作用的动力学模拟方法，包括构建降雨空间分布模型；构建植被拦截模型；构建土壤入渗耦合模型；确定降雨数据、植被拦截雨水数据、土壤入渗雨水数据；确定剩余雨水数据；获取径流和泥石流的特征数据；基于泥石流对径流的吸水率参数，构建径流和泥石流传播的双层深度平均模型；双层深度平均模型进行空间离散化，得到动力学模型；模拟径流和泥石流的行为与相互作用过程。本发明考虑了降雨、植被拦截、土壤渗透、径流产生和泥石流传播的过程，提出一种描述径流和泥石流动力学的深度平均双层模型，并引入了吸水率参数，利用动力学模型准确有效地模拟径流和泥石流的行为与相互作用过程。

主权项：1.考虑径流和泥石流相互作用的动力学模拟方法，其特征在于，包括：构建降雨空间分布模型，用于表征海拔和降雨量之间的关系；构建植被拦截模型，用于表征植物拦截降雨过程的动力学表达式；构建土壤入渗耦合模型，用于表征降雨入渗土壤的过程；根据降雨空间分布模型确定降雨数据，根据植被拦截模型确定植被拦截雨水数据，根据土壤入渗耦合模型确定土壤入渗雨水数据；根据降雨数据、植被拦截数据与土壤入渗数据确定剩余雨水数据；将径流和泥石流的混合物作为泥石流的组成，获取径流和泥石流的特征数据；利用径流和泥石流的特征数据，基于泥石流对径流的吸水率参数，构建径流和泥石流传播的双层深度平均模型，用于表征径流和泥石流的质量守恒过程以及河床沉积物的质量守恒过程；采用具有二阶精度的分数步长方法对径流和泥石流传播的双层深度平均模型进行空间离散化，求解通量项与偏微分项，得到动力学模型；利用动力学模型模拟径流和泥石流的行为与相互作用过程；构建降雨空间分布模型，包括：设为高程，为最大降雨强度的海拔高度，为变大时的参考降雨强度，初始降雨强度为，、为降雨量数据拟合参数，则： ；构建植被拦截模型的过程中，设为累积的降雨拦截损失，为累计降雨量，为校正因子，为叶面积指数，是最大冠层储存量； ； ；植物拦截降雨过程的降雨拦截损失动力学表达式为： ；构建土壤入渗耦合模型的过程中，设为距土壤表面的深度，为土壤含水量，为水力扩散率，为每时间单位的渗透损失率，为时间，为导水率；为植物根系的水槽项，为根分布函数，为蒸腾减少量，为最大蒸腾速率，为初始土壤含水量，则： ； ；利用径流和泥石流的特征数据，基于泥石流对径流的吸水率参数，构建径流和泥石流传播的双层深度平均模型，包括：设为径流的深度，为泥石流的深度，为径流流体密度，为泥石流流体密度，为径流的速度，为泥石流的速度，为干土的密度，为流入泥石流的流体的密度，，为深度平均固体体积分数，为床面高程，为径流与泥石流的密度比，，为重力加速度，为时间，为基底摩擦角，为泥石流与径流界面处的剪应力，为泥石流剪切应力，为泥石流相遇时对径流中水分的吸水率，为沉积物孔隙度，为泥石流与河床表面之间的侵蚀率，、为笛卡尔坐标系中坐标轴轴向，为径流和泥石流的交界面，为径流沿方向上的速度分量，为泥石流沿方向上的速度分量； ； ；径流的质量守恒方程为： ；泥石流的质量守恒方程为： ；径流在x方向上的动量守恒方程的表达式为： ；径流在y方向上的动量守恒方程的表达式为： ；泥石流在x方向上的动量守恒方程的表达式为： ；泥石流在y方向上的动量守恒方程的表达式为： ；泥石流单位体积内的固相体积分数演化控制方程为： ；河床沉积物的质量守恒方程为：。

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百度查询： 中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所 考虑径流和泥石流相互作用的动力学模拟方法