一种冰崩的最大运动距离的计算方法及其应用与流程

本发明涉及高寒山区灾害防治工程技术领域，具体涉及一种冰崩的最大运动距离的计算方法及其应用。

背景技术：

冰崩是一种发生在高寒山区的自然现象。冰崩发生后，冰块运动到山坡下或路边，淤埋和冲击附近的居民住房、高压电线电塔等建筑设施或公路等，造成极大的破坏。冰崩产生的冰块也可能冲入山下的冰湖，形成巨大的涌浪，抬高冰湖水位，引发冰湖溃决，形成冰湖溃决泥石流，再冲入下游河道，堵塞河道，再溃决，形成次生灾害链。因此，冰崩不仅可能危害其附近的山坡下的范围，还有可能影响到河道上下游，造成巨大灾害。冰崩的发生往往由于冰川的前部上缘的拉张裂隙，在持续的张力作用下，由于气温的突变，使得冰川的前部完全脱离冰川体，形成冰崩。同时降雨也会加剧这类冰崩的发生。

目前，国内外学者对冰崩运动的研究非常少。禹精瑞等(禹精瑞，姜连杰，田文，等，《红旗泡水库冰的摩擦系数试验研究》，《水利测量技术论文选集》(第七集)，49-52，黄河水利出版社，2010，pp338)研究了不同底部材料在相同速度下对冰体的动摩擦系数，得出可以忽略接触材料对冰体摩擦力的影响的结论。孟广琳等(孟广琳，张明远，隋吉学，等，海冰与材料的摩擦系数试验分析，海洋环境科学，1995，14(1)，74-80)研究了不同冰体运动速度和不同正压力作用下的冰体摩擦系数，结果表明相同速度下动摩擦系数随正压力的增大减少较多。

滑坡和泥石流的研究中，常常采用运动高差h和运动距离l之比h/l来作为判断其危险范围的依据。salzmann等(assessmentofthehazardpotentialoficeavalanchesusingremotesensingandgis-modelling(利用遥感和重力模拟评估冰雪崩的潜在危险的方法)，journalofgeography，2004，vol.58，74–84)研究了冰崩的运动距离和高差的关系，采用阿尔卑斯山区的经验方法：最大运动距离为6km和h/l≥0.31为依据，划定冰崩危险范围。但是对于很高的山区，如我国西藏的山区可能有很大的高差，6km可能偏小；但是对于高差较小的冰崩，6km又太大。而最近发生的冰崩显示，h/l≥0.31这个判断依据过于低估了冰崩的运动距离。

阿尔等

阿尔卑斯山区的经验方法是基于较小体积(<100万立方米)的冰崩，当冰崩体积较大(>100万立方米)时，特别是在1000万立方米以上时，h/l≥0.31的值太大，其对应的危险范围就太小了。即使是崩塌的h/l，也可能在较大的体积下在冰川上运动达到h/l≤0.14的程度。lipovsky等(thejuly2007rockandiceavalanchesatmountsteele,st.eliasmountains,yukon,canada,landslides(2008)5:445–455)。eckerstorfer和christiansen(relatingmeteorologicalvariablestothenaturalslabavalancheregimeinhigharcticsvalbard，coldregionsscienceandtechnology69(2011)184–193)研究了块体雪崩的h/l值，从最小的0.035到0.7都有，在0.087以下的占20％。

这些研究中没有对冰崩的最大运动距离作出更详细的研究，而冰崩的最大运动距离，是判断冰崩最大危险范围的依据。正确地计算冰崩最大运动距离和划分最大危险范围，可以为减小冰崩灾害提供有力的依据。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种冰崩的最大运动距离的计算方法，解决目前没有现有技术对冰崩的最大运动距离作出更详细的研究的问题。本发明建立了更精确的冰崩的最大运动距离计算方法，也是判断冰崩最大危险范围计算方法，其能确定冰崩体的最大运动距离与冰崩堆积点最前缘，划分最大危险范围；并全面考虑了冰崩的运动特征及特殊地貌的影响因素，以定量的方式精确划分冰崩的最大运动距离，极大的提高了防灾适用性；同时无需冰崩发生的大量历史观测数据就能够对冰崩的危险范围进行判断，极大的提高了防灾适用性。

本发明通过下述技术方案实现：

一种冰崩的最大运动距离的计算方法，包括如下步骤：

a、根据所要分析的潜在冰崩体的位置，并结合地理知识判断存在冰崩危险的冰川的属性为大陆性冰川、海洋性冰川还是悬冰川；

具有气候干燥、降雪量少、负温较低而雪线又较高，且收入少支出也少，活动性弱，同时冰舌一般较短、冰川地质地貌作用也较弱的属性的冰川属于大陆性冰川，反之，则属于海洋性冰川；悬贴于山坡上的冰川而不下降到山麓，且冰川规模小、冰体厚度薄，冰川面积通常不足1km²的冰川为悬冰川。

b、调查测绘确定潜在冰崩体的基本数据，基本数据包括测绘得出的潜在冰崩体的后端位置、潜在冰崩体的前端位置、潜在冰崩体的平均长度和平均宽度以及计算得出的潜在冰崩体的面积a，单位为m²以及冰崩体体积v，单位为m3，冰崩体的厚度d由下面公式计算出；

上述中，潜在冰崩体的后端位置即为冰崩裂缝的位置，也就是冰崩体从冰川上断裂开的位置；冰崩体的面积a的计算由现有的计算公式得出；

调查测绘确定具备潜在冰崩体的冰川的基本数据，基本数据包括冰川的长度与宽度以及计算得出的冰川面积f，单位为km²，并由冰川面积f计算潜在冰崩体的厚度d，单位为m；冰川面积f的计算由现有的计算公式得出；

其中，大陆性冰川、海洋性冰川以及悬冰川的潜在冰崩体的厚度d的计算公式如下：

对于海洋性冰川：

d＝5.2+15.4f^0.5公式一

对于大陆性冰川：

d＝-11.32+53.21f^0.3公式二

对于冰川面积不足1km²的悬冰川：

d＝34.4f^0.45公式三

上述中冰川厚度的计算公式来源于《天山冰川厚度及其储量计算》(《新疆地理》杂志第二期第七卷，坐着苏珍、丁良福、刘朝海)。

c、确定冰崩的最大运动距离的主要参数高程差h，单位为m和水平路程l，单位为m；

其中，某处的高程差h为冰崩体的最后端(也为潜在冰崩体的最高处)的高程(也叫海拔高度)和该处的高程之差；

某处的水平路程l为冰崩体的最后端(也为潜在冰崩体的最高处)的位置(此位置也叫冰崩体的起始点)到该处的水平面路程，即某处距离冰崩体起始点的水平面路程；

h/l的最小值对应为冰崩运动的最大距离，相对应的是冰崩的最大危险范围；最小的h/l值的计算方法为：

h/l＝3.5(logv)^-1.7公式四

式中log为常用对数，底数为10的对数；

冰崩体体积v，由公式五计算：

v＝ad公式五

d、从冰崩体的最前端开始，确定冰崩体冰崩时的运动轨迹；

e、沿着冰崩运动轨迹线上确定若干个测算点，测量每一个测算点的高程(海拔高度)，并计算出高程差h；测量各个测算点与冰崩最后端的水平路程l，并计算各测算点的h/l值；

当运动轨迹到达冰湖、河流、反向山坡时，仍然按照运动轨迹设定测算点，在冰湖内、跨越河流范围、反向山坡上设定测算点，计算h/l值。

f、由公式四计算的最小h/l值，对比各测算点的h/l值，从冰崩体的下端开始沿着冰崩体运动轨迹往下游，各测算点的h/l值逐渐减小，当测算点的值与式四计算的最小h/l值相等时，所处测算点位置即为冰崩堆积的最前缘位置，运动水平路程l为冰崩最大运动距离，也可以由此位置确定冰崩最大危险范围。

冰崩在山区由于重力的驱动下，可以运动很远的距离，其主要原因是冰雪等在山区地形起伏下的阻力依然非常小。由于是重力驱动，受地面因素影响相对较小，因此其运动的距离与其下降高程关联程度更高，即h/l是一个相对较小的范围。冰崩不像山体滑坡和崩塌由于地形和底部阻力的原因导致h/l有较大的范围。

目前的国内外研究并没有获得较为一致的冰崩体的h/l值范围。其主要原因如下：1.冰崩运动最前端为冰湖，导致冰崩运动距离l减小，h/l增大；2.冰崩运动最前端为河流，导致冰崩运动距离l减小，h/l增大；3.冰崩运动最前端为山脉，导致冰崩运动距离l减小，h/l增大。这些原因使得大多数冰崩案例的h/l值都较大，增加了h/l值得范围。本发明在充分考虑冰崩体运动的特征下，滤掉上述原因对h/l值的影响，最终获得的最小h/l值计算方法。这个最小h/l值就是确定冰崩体最大运动距离的关键，也是确定冰崩最大危险范围的关键。

当确定实际的冰崩最大运动距离时，上述原因也会被考虑：即冰湖、河流、山脉等成为冰崩危险范围的最后区域。这样既可以确定准确的冰崩最大运动距离，又不会错误判断有冰湖、河流和山脉地区的最大运动距离。通过全面考虑冰崩的运动特征及特殊地貌的影响因素，以定量的方式精确计算冰崩最大运动距离，准确划分冰崩的危险范围，极大的提高了防灾适用性。

本发明通过调查测绘确定冰崩体及冰川的长度、宽度和面积，计算冰崩体的厚度及体积，并由该体积计算出冰崩的最小h/l值；接着通过确定冰崩体的最后端的高程和位置、冰崩体沿着山坡面运动或沿着山谷运动的轨迹，测量沿着轨迹的测算点的高程与水平路程，计算的测算点的h/l值与计算的最小h/l值相等时，即可确定冰崩体的最大运动距离与冰崩堆积点最前缘，划分出山川冰崩时最大危险范围。

同时本发明对于在冰崩运动范围内的冰湖、河流、山脉等特殊地貌，也可以考虑其最大运动距离。作为一个完整的技术方案，通过全面考虑冰崩的运动特征及特殊地貌的影响因素，以定量的方式精确划分冰崩的最大运动距离，极大的提高了防灾适用性。

基于权利要求1-5中任一项所述的一种冰崩的最大运动距离的计算方法的应用，所述计算方法应用于确定冰川上的冰崩体冰崩时的最大危险范围。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种冰崩的最大运动距离的计算方法，既可以确定准确的冰崩最大运动距离，又不会错误判断有冰湖、河流和山脉地区的最大运动距离。通过全面考虑冰崩的运动特征及特殊地貌的影响因素，以定量的方式精确计算冰崩最大运动距离，准确划分冰崩的危险范围，极大的提高了防灾适用性；

2、本发明一种冰崩的最大运动距离的计算方法，建立了更精确的冰崩的最大运动距离计算方法，也是判断冰崩最大危险范围计算方法，其能确定冰崩体的最大运动距离与冰崩堆积点最前缘，划分最大危险范围；并全面考虑了冰崩的运动特征及特殊地貌的影响因素，以定量的方式精确划分冰崩的最大运动距离，极大的提高了防灾适用性；

3、本发明一种冰崩的最大运动距离的计算方法，无需冰崩发生的大量历史观测数据就能够对冰崩的危险范围进行判断，极大的提高了防灾适用性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为冰川冰崩前的影像图；

图2为冰川冰崩后的影像图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本发明一种冰崩的最大运动距离的计算方法，包括如下步骤：

a、根据所要分析的潜在冰崩体的位置，并结合地理知识判断存在冰崩危险的冰川的属性为大陆性冰川、海洋性冰川还是悬冰川；

具有气候干燥、降雪量少、负温较低而雪线又较高，且收入少支出也少，活动性弱，同时冰舌一般较短、冰川地质地貌作用也较弱的属性的冰川属于大陆性冰川，反之，则属于海洋性冰川；悬贴于山坡上的冰川而不下降到山麓，且冰川规模小、冰体厚度薄，冰川面积通常不足1km²的冰川为悬冰川。

b、调查测绘确定潜在冰崩体的基本数据，基本数据包括测绘得出的潜在冰崩体的后端位置、潜在冰崩体的前端位置、潜在冰崩体的平均长度和平均宽度以及计算得出的潜在冰崩体的面积a，单位为m²以及冰崩体体积v，单位为m3，冰崩体的厚度d由下面公式计算出；

上述中，潜在冰崩体的后端位置即为冰崩裂缝的位置，也就是冰崩体从冰川上断裂开的位置；冰崩体的面积a的计算由现有的计算公式得出；

调查测绘确定具备潜在冰崩体的冰川的基本数据，基本数据包括冰川的长度与宽度以及计算得出的冰川面积f，单位为km²，并由冰川面积f计算潜在冰崩体的厚度d，单位为m；冰川面积f的计算由现有的计算公式得出；

其中，大陆性冰川、海洋性冰川以及悬冰川的潜在冰崩体的厚度d的计算公式如下：

对于海洋性冰川：

d＝5.2+15.4f^0.5公式一

对于大陆性冰川：

d＝-11.32+53.21f^0.3公式二

对于冰川面积不足1km²的悬冰川：

d＝34.4f^0.45公式三

上述中冰川厚度的计算公式来源于《天山冰川厚度及其储量计算》(《新疆地理》杂志第二期第七卷，坐着苏珍、丁良福、刘朝海)。

c、确定冰崩的最大运动距离的主要参数高程差h，单位为m和水平路程l，单位为m；

其中，某处的高程差h为冰崩体的最后端(也为潜在冰崩体的最高处)的高程(也叫海拔高度)和该处的高程之差；

某处的水平路程l为冰崩体的最后端(也为潜在冰崩体的最高处)的位置(此位置也叫冰崩体的起始点)到该处的水平面路程，即某处距离冰崩体起始点的水平面路程；

h/l的最小值对应为冰崩运动的最大距离，相对应的是冰崩的最大危险范围；最小的h/l值的计算方法为：

h/l＝3.5(logv)^-1.7公式四

式中log为常用对数，底数为10的对数；

冰崩体体积v，由公式五计算：

v＝ad公式五

d、从冰崩体的最前端开始，确定冰崩体冰崩时的运动轨迹；

e、沿着冰崩运动轨迹线上确定若干个测算点，测量每一个测算点的高程(海拔高度)，并计算出高程差h；测量各个测算点与冰崩最后端的水平路程l，并计算各测算点的h/l值；

当运动轨迹到达冰湖、河流、反向山坡时，仍然按照运动轨迹设定测算点，在冰湖内、跨越河流范围、反向山坡上设定测算点，计算h/l值，直到测算点的h/l值与式四计算的最小h/l值相等为止。

f、由公式四计算的最小h/l值，对比各测算点的h/l值，从冰崩体的下端开始沿着冰崩体运动轨迹往下游，各测算点的h/l值逐渐减小，当测算点的值与式四计算的最小h/l值相等时，所处测算点位置即为冰崩堆积的最前缘位置，运动水平路程l为冰崩最大运动距离，也可以由此位置确定冰崩最大危险范围。

冰崩在山区由于重力的驱动下，可以运动很远的距离，其主要原因是冰雪等在山区地形起伏下的阻力依然非常小。由于是重力驱动，受地面因素影响相对较小，因此其运动的距离与其下降高程关联程度更高，即h/l是一个相对较小的范围。冰崩不像山体滑坡和崩塌由于地形和底部阻力的原因导致h/l有较大的范围。

目前的国内外研究并没有获得较为一致的冰崩体的h/l值范围。其主要原因如下：1.冰崩运动最前端为冰湖，导致冰崩运动距离l减小，h/l增大；2.冰崩运动最前端为河流，导致冰崩运动距离l减小，h/l增大；3.冰崩运动最前端为山脉，导致冰崩运动距离l减小，h/l增大。这些原因使得大多数冰崩案例的h/l值都较大，增加了h/l值得范围。本发明在充分考虑冰崩体运动的特征下，滤掉上述原因对h/l值的影响，最终获得的最小h/l值计算方法。这个最小h/l值就是确定冰崩体最大运动距离的关键，也是确定冰崩最大危险范围的关键。

当确定实际的冰崩最大运动距离时，上述原因也会被考虑：即冰湖、河流、山脉等成为冰崩危险范围的最后区域。这样既可以确定准确的冰崩最大运动距离，又不会错误判断有冰湖、河流和山脉地区的最大运动距离。通过全面考虑冰崩的运动特征及特殊地貌的影响因素，以定量的方式精确计算冰崩最大运动距离，准确划分冰崩的危险范围，极大的提高了防灾适用性。

本发明通过调查测绘确定冰崩体及冰川的长度、宽度和面积，计算冰崩体的厚度及体积，并由该体积计算出冰崩的最小h/l值；接着通过确定冰崩体的最后端的高程和位置、冰崩体沿着山坡面运动或沿着山谷运动的轨迹，测量沿着轨迹的测算点的高程与水平路程，计算的测算点的h/l值与计算的最小h/l值相等时，即可确定冰崩体的最大运动距离与冰崩堆积点最前缘，划分出山川冰崩时最大危险范围。

同时本发明对于在冰崩运动范围内的冰湖、河流、山脉等特殊地貌，也可以考虑其最大运动距离。作为一个完整的技术方案，通过全面考虑冰崩的运动特征及特殊地貌的影响因素，以定量的方式精确划分冰崩的最大运动距离，极大的提高了防灾适用性。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上，对本发明作出进一步说明。

本发明一种冰崩的最大运动距离的计算方法，还包括位于步骤f后的步骤g：当有2以上的测算点h/l值等于式四计算的最小h/l值时，以最上游端(即最靠近冰崩体位置)的测算点为最终的冰崩堆积点。

实施例3

本实施例是在实施例1的基础上，对本发明作出进一步说明。

本发明一种冰崩的最大运动距离的计算方法，还包括位于步骤f后的步骤g’：当测算点间距较大，从上到下的两个相邻测算点的h/l值分别为大于式四计算的最小h/l值以及小于式四计算的最小h/l值时，则在这两个测算点之间加密测算点，直到获得与式四计算的最小h/l值相等的测算点为止。

实施例4

本实施例是在实施例1-3的基础上，对本发明作出进一步说明。

本发明一种冰崩的最大运动距离的计算方法，还包括设置在步骤e之后步骤h：当冰崩体运动轨迹到达冰湖、河流、反向山坡时，仍然按照运动轨迹设定测算点，在冰湖内、跨越河流范围、反向山坡上设定测算点，计算h/l值，直到测算点的h/l值与式四计算的最小h/l值相等为止。

步骤h可位于步骤e和f之间或者f和g之间或者f和g’之间或者g之后亦或者g’之后。

因此本发明中计算方法根据实际的冰川地理环境，可以采用方法abcdef、或者abcdefg、或者abcdefg’、或者abcdehf、或者abcdefhg、或者abcdefhg’、或者abcdefgh、或者abcdefg’h。

实施例5

所述步骤d中，运动轨迹的确定为：有山谷就沿着山谷的中间最低连线运动(即冰崩体滚落的运动中心线)，无山谷的开阔斜坡就沿着冰崩下落方向直线运动。

实施例6

基于权利要求1-5中任一项所述的一种冰崩的最大运动距离的计算方法的应用，所述计算方法应用于确定冰川上的冰崩体冰崩时的最大危险范围。

进一步地，所述冰崩体底部的坡度α为：25°≤α≤65°。本发明适用于冰崩体底坡坡度在25°～65°的冰崩危险范围划分。对于不同底坡坡度的冰崩，其形成冰崩的原因和初始运动模式也会不一样，本发明的适用冰崩底坡坡度范围为25°～65°

进一步地，所述冰崩体体积为1万立方米～10亿立方米。本发明适用于冰崩体体积在1万立方米～10亿立方米的冰崩最大运动距离计算。在这个范围内的冰崩最大运动距离都可以通过公式四计算得到。

实施例7

本实施例关于采用本方法计算西藏的阿里地区阿鲁错附近冰崩的最大运动距离进行实施说明。

位于我国西藏阿里地区阿鲁错西边的北冰川和南冰川分别在2016年7月17日和9月21日发生冰崩，图1为冰崩前google影像，图2为冰崩后影像。

区域的冰川属于大陆性冰川，因此计算冰崩厚度采用公式二。发生在西藏的阿里地区阿鲁错附近冰崩的最大运动距离的计算如下：

表1为这两个冰崩的测量及计算参数。

表1给出了计算的最大冰崩运动距离，与图2中实际的最终堆积前端一致。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。