泥石流的二维数学模型

›› 2007, Vol. 28 ›› Issue (6): 1237-1241.

泥石流的二维数学模型

王纯祥¹，白世伟²，江崎哲郎¹，三谷泰浩¹

1. 日本九州大学环境系统科学研究中心，日本福冈 812-8581; 2. 中国科学院武汉岩土力学研究所，武汉 430071

收稿日期:2006-01-13 出版日期:2007-06-11 发布日期:2013-09-13
作者简介:王纯祥，男，1972年生，博士，主要从事岩土工程和GIS方面的研究。

Two-dimensional mathematical model of debris flow

WANG Chun-xiang¹, BAI Shi-wei², ESAKI Tetsuro¹, MITANI Yasuhiro¹

1. Institute of Environment Systems, Kyushu University, Fukuoka 812-8581, Japan; 2. Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China

Received:2006-01-13 Online:2007-06-11 Published:2013-09-13

摘要/Abstract

摘要： 泥石流是在重力作用下，由砂粒石块和水等组成的固液混合物，是一种发生于山区的复杂的地质灾害现象。泥石流主要是由暴雨诱发引起的，它沿着复杂的三维地形高速流动，具有流体流动的特性。为了模拟泥石流的运动规律，预测降雨诱发的泥石流的到达距离和泛滥范围，减少和避免泥石流引起的灾害，把泥石和雨水组成的固液混合物假定为遵循均匀、连续、不可压缩的、非定常的牛顿流体运动规律。基于质量守恒方程和Naiver-stokes方程，采用深度积分方法，推导出了一个模拟泥石流运动的二维数学模型。所有方程式可用有限差分法来求解。结合GIS，该模型可用于预测泥石流的流动距离和泛滥范围，以及泛滥范围内的危险房屋和路段，也可以用于泥石流灾害的风险性分析。

关键词: 泥石流, 二维, 数学模型, 牛顿流体, 深度积分

Abstract: Debris flow is the gravity flow of water, clay, granular and rock mixtures and often triggered by torrential rains in mountainous areas. It is a catastrophic disaster that consists of grain-fluid mixtures and moves rapidly across three-dimensional terrain. Most debris flows move downslope as fluids. To predict the runout distance and extent of the hazard area of rainfall-induced debris flows, we proposed a depth-averaged two-dimensional mathematical model, in which the debris and water mixture is assumed to be uniform continuous, incompressible, unsteady Newtonian turbulence fluid. Based on mass balance equation and Navier-Stokes equations, the mathematical model is derived using the method of depth-integrated equations. The finite difference method is necessary to solve the all equations. Based on GIS, the two-dimensional mathematical model of debris flow can be used to estimate the flow range, the potentially dangerous homes and roads for hazard and risk analysis.

Key words: debris flow, two-dimensional, mathematical model, depth-integrated equations

中图分类号:

TU 443

王纯祥，白世伟，江崎哲郎，三谷泰浩. 泥石流的二维数学模型[J]. , 2007, 28(6): 1237-1241.

WANG Chun-xiang, BAI Shi-wei, ESAKI Tetsuro, MITANI Yasuhiro. Two-dimensional mathematical model of debris flow[J]. , 2007, 28(6): 1237-1241.

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