[发明专利]岩溶隧道暗河暴雨涌水洪峰峰值及峰值时间的预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及地下岩溶隧道暗河暴雨径流过程以及涌水预警领域，尤其涉及一种岩溶隧道暗河暴雨涌水洪峰峰值及峰值时间的预测方法。

背景技术

铁路隧道施工时，通常会遭遇岩溶地下河系统。岩溶地下河系统通常以岩溶洞穴等多种岩溶空隙介质体为主，其形态结构和地表河流具有一定的相似性，符合地表水系的发育、形成和演化规律，地下河流量动态变化特征与地表水流也具有很好的相似性，都具有流量大、流速快、洪峰在数小时内完成的特点。在隧道施工的过程中，隧道袭夺了地下河原径流途径，岩溶地下河水成为隧道涌水最主要的水源。因而，在隧道施工的过程中，实时进行涌水洪水预报、提高洪水预报系统的精度和增长预见期是施工阶段防洪减灾和安全生产的核心。

目前，常用的对隧道涌水量进行预测的方法是降雨入渗法、地下水动力学法等传统方法。然而，采用传统的水文地质隧道涌水量预测方法来实现岩溶隧道涌水洪峰峰值及峰值时间时，无论在理论、方法和技术手段等方面都遇到了挑战。

因此，有必要提供一种岩溶隧道暗河暴雨涌水洪峰峰值及峰值时间的预测方法克服上述缺陷。 

发明内容

本发明的目的是提供一种岩溶隧道暗河暴雨涌水洪峰峰值及峰值时间的预测方法，能准确预测隧道内涌水洪峰峰值以及洪峰到达时间，从而根据预测的洪峰峰值和洪峰到达时间，安排隧道施工时间，进而保证施工人员的生命安全以及施工机械设备的安全，为隧道的安全快速掘进和保证隧道如期贯通创造条件。

为了实现上述目的，本发明提供了一种岩溶隧道暗河暴雨涌水洪峰峰值及峰值时间的预测方法，包括如下步骤：（1）计算点雨量；（2）根据点雨量确定面雨量；（3）根据面雨量计算净雨量；（4）计算时段单位线；（5）根据时段单位线计算净雨时段单位线；（6）根据净雨量和净雨时段单位线计算地面径流；（7）计算地下径流；（8）将各时段的地面径流与相应时段的地下径流相加得到洪水量；（9）对洪水量的值进行拟合得到洪水过程线；（10）从洪水过程线上获得洪峰峰值及其对应的峰值时间，并根据洪峰峰值及其对应的峰值时间确定岩溶隧道的施工时间。

较佳地，所述步骤（1）具体为：根据公式计算点雨量，其中，为1、6、24小时的点暴雨量均值，k_p为皮尔逊Ⅲ型频率曲线的模比系数。

较佳地，所述步骤（2）包括：（21）根据地形图按照1:5000的比例量算出岩溶隧道附近流域的流域面积；（22）当流域面积＜25 km²时，H_t面=H_t点，其中，H_t面为面雨量；当流域面积≥25km²且10分钟≤t＜60分钟时，（a）；当流域面积≥25 km²且1小时≤t＜6小时时，（ b）；当流域面积≥25 km²且6小时≤t≤24小时时，（c）；在公式（a）、公式（b）和公式（c）中，，，，H_t面为面雨量，H_24面为24小时的设计面暴雨量，H_1面为1小时的设计面暴雨量，H_6面为6小时的设计面暴雨量，H_10＇面为10分钟时的设计面暴雨量。

较佳地，所述步骤（3）具体为：根据公式计算净雨量，其中，H_t面为面雨量，I₀为初损雨量且I₀=22.5,为24小时的总径流深，Δt为净雨时段。

较佳地，所述步骤（4）具体为：根据公式u(Δt·t)=S(t)-S(t-Δt)计算时段单位线，其中，S(t)为t时刻对应的S(t)曲线的值。

较佳地，所述步骤（4）包括：（41）根据地形图按照1:5000的比例算出岩溶隧道附近流域的主河道长度和主河道平均比降；（42）根据公式计算第一汇流参数，其中，F为岩溶隧道附近流域的流域面积，L为岩溶隧道附近流域的主河道长度，J为岩溶隧道附近流域的主河道平均比降，F_天为岩溶隧道附近流域的天坑率；（43）根据公式n₁=0.69F^0.224J^0.092计算第二汇流参数，其中，F为岩溶隧道附近流域的流域面积，J为岩溶隧道附近流域的主河道平均比降；（44）根据公式计算瞬时单位线，其中，k为线性水库的调蓄系数且；Γ(n)为n的伽马函数；n为线性水库的个数；（45）根据公式计算时段单位线，其中，u(0·t)为瞬时单位线，u(0·(t-Δt))为错开一个时段的瞬时单位线。