一种风吹雪作用下异地堆积防护措施的雪量平衡计算方法与流程

本发明属于自然灾害防护，具体来说，涉及一种风吹雪作用下异地堆积防护措施的雪量平衡计算方法。

背景技术：

1、随着我国铁路建设网向着边疆高寒地区的进一步完善和对列车平稳运行日益提出的更高要求，目前风吹雪灾害防护的越来越受到铁路运输行业的重视。国内近年来已将防雪栅较多的应用在滨绥线、图佳线、两伊线等风雪灾害易发区域，但由于早期工程建设的忽视，既有线路往往为出现灾害后才考虑采取防治措施，所采用的方法与布置形式也较多基于经验选择。由于雪颗粒自身特性较为复杂，风吹雪现象也是一种特殊的非典型二相流运动，现有理论无法对其流动现象进行合理准确的分析和解释。目前对风吹雪现象及其防护措施的研究多基于现场监测、风洞试验和数值模拟。

2、现场监测是获取风雪流特征最直接的方法，但现场环境难以控制风雪场条件，且铁路线路延伸较长，所经风吹雪区域通常为高寒无人地带，监测范围难以全部覆盖；风洞试验和数值模拟为模拟试验方法，但目前模拟试验研究未考虑实际地形地貌，只是从原理、理论上定性分析，对不同的路基断面形式与防雪栅栏对风吹雪灾害的影响，不论是数值模拟还是风洞试验，在模型选取与计算条件设置上通常只考虑了与风雪和路基本体相关的因素，并不能很好的将其与实际雪量结合起来。

3、目前，现有技术中对铁路区域风吹雪灾害防护措施及其效果的研究主要为在前期调查的基础上，根据现场风雪条件选定相应的防护措施结构与布置形式。近年来，随着计算流体力学和风洞试验技术设备的发展，也有人逐步开始采用现场监测和模拟试验相结合的方法对风吹雪现象进行分析，在获得研究区域内风雪场监测数据的基础上，采用包括数值模拟和风洞试验等方法，得到风吹雪作用下流场变化规律和积雪分布特征，包括对建筑结构、平面屋顶、农田牧场等环境下，并考虑采用不同形式和结构的风吹雪灾害防护措施，得到区域内不同位置处的积雪分布，计算不同防护措施和不同路基工程结构下对风吹雪作用的影响。

4、虽然现场监测可以直接获得风吹雪作用前后的积雪分布，但是无法精确考虑风速、风向对风吹雪运动特性和雪粒运动状态的影响，所得结果具有较大随机性，由于风场是导致积雪分布变化的主要原因，所以现场监测难以准确对防护措施效果进行定量分析。

5、目前模拟试验无论是数值计算还是风洞试验均没有统一的标准，在试验参数设置上常依靠个人经验选择，并且建立的模型往往为特定过于理想化，难以反映实际风吹雪区域内地形地貌特征，同时路基工程作为改变地形引发风吹雪积雪分布的主要因素之一，目前也较少的有进行定量化的分析，造成模拟试验结果与实际研究区域风吹雪现象较为脱节，不能很好的应用于对现场风吹雪灾害防护措施的布设指导，并且难以对实际风吹雪作用下铁路路基内雪量进行计算。

6、通过天气预报可以对降雪量有初步的估计，但在风吹雪作用下受限于交通行业人员本身的认识差异，相同的区域内不同的风雪条件下不同的人可能会有不同的结论，对防护措施的选择受主观影响较大，无法对防雪措施的效果进行定量化的设计和评价。

技术实现思路

1、针对现有风吹雪作用下铁路路基内雪量计算对防护措施的选择受主观影响较大，无法对防雪措施的效果进行定量化的设计和评价的问题，本发明提供了一种风吹雪作用下异地堆积防护措施的雪量平衡计算方法。

2、为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种风吹雪作用下异地堆积防护措施的雪量平衡计算方法，包括步骤：

4、s1、在铁路沿线风吹雪易发区域进行现场踏勘，收集沿线历史气象数据并根据当年风雪场监测数据，计算获得设计输雪量qs；

5、s2、根据现场地形地貌选择合适的风吹雪灾害防护措施，使积雪堆积在远离路基的区域；根据试验确定不同种类防护措施的阻雪能力zi和迎风侧路基的自我阻雪能力qz；

6、s3、根据线路区域特点和线路等级设定相应的安全系数k1；

7、s4、根据雪量平衡公式计算满足所需采取相应防护措施的要求。

8、进一步地，步骤s1的详细步骤包括：

9、s101、针对铁路沿线风吹雪灾害易发区域进行现场踏勘，

10、s102、采用自建气象站监测、雪深测量和国家气象站数据收集方式，获取区域内风速、风向和降雪量数据；

11、s103、通过计算分析得到平均风速、瞬时风速、起动风速频率、平均降雪量和降雪频率数据。

12、进一步地，步骤s2中数据计算防护措施所需具备存储对应设计频率下的雪量的能力：

13、设计频率可根据线路等级与地形地貌特征参照沿线洪水灾害频率；

14、设计频率下的雪量根据沿线当年冬季实际输雪量qg换算为设计年度输雪量；

15、设计年度输雪量的计算方法如下：

16、根据当年监测总风速大于起动风速的时间tg，推导出设计年度下的大于启动风速的作用时间ts＝k·tg，找到对应关系，计算得到设计年度的输雪量qs＝k·qg。

17、进一步地，所述的根据现场地形地貌选择合适的风吹雪灾害防护措施，使积雪堆积在远离路基的区域，选择采取的防护措施形式，包括防雪栅、防雪板、防雪走廊和防雪林；根据不同防护措施形式的作用特点与现场地形地貌和布置条件，选定防护措施。

18、进一步地，所述的根据试验确定不同种类防护措施的阻雪能力zi和迎风侧路基的自我阻雪能力qz，根据选定的防护措施，开展相应的模拟试验，包括数值分析及风洞试验；建立与监测区域相符的路基与防护措施模型，计算防护措施的阻雪能力zi和迎风侧路基的自我阻雪能力qz。

19、所述的根据线路区域特点和线路等级设定相应的安全系数k1，其中安全系数根据线路等级和运行条件多方面确定，线路等级越高，安全系数越大，例如客运专线铁路取1.3，普速客运铁路取1.2，货运铁路取1.0。

20、进一步地，判断防护措施的阻雪能力和迎风侧路基的自我阻雪能力之和是否大于设计输雪量和相应安全系数乘积；如果大于，则说明选定的防护措施和路基形式可以有效较少风吹雪灾害的发生，否则，由于路基形式较为固定，则增加防护措施的种类或者数量，直到等式左边阻雪能力之和大于等式右边设计年度与安全系数乘积。

21、本发明相比现有技术，具有如下有益效果：

22、基于完整冬季的现场风雪场监测数据，通过历年气象资料获得与设计输雪量相关的参数，本发明克服了目前防护措施多基于主观经验选择，未能充分发挥防护措施效果或防护措施过于复杂与繁多，浪费资源，效率低，也可以根据降雪量计算防护措施与路基工程内堆积雪量，有效减少路基内发生风吹雪灾害的可能。

技术特征：

1.一种风吹雪作用下异地堆积防护措施的雪量平衡计算方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述的一种风吹雪作用下异地堆积防护措施的雪量平衡计算方法，其特征在于，步骤s1的详细步骤包括：

3.根据权利要求2所述的一种风吹雪作用下异地堆积防护措施的雪量平衡计算方法，其特征在于，步骤s2中数据计算防护措施所需具备存储对应设计频率下的雪量的能力：

4.根据权利要求3所述的一种风吹雪作用下异地堆积防护措施的雪量平衡计算方法，其特征在于，所述的根据现场地形地貌选择合适的风吹雪灾害防护措施，使积雪堆积在远离路基的区域，选择采取的防护措施形式，包括防雪栅、防雪板、防雪走廊和防雪林；根据不同防护措施形式的作用特点与现场地形地貌和布置条件，选定防护措施。

5.根据权利要求4所述的一种风吹雪作用下异地堆积防护措施的雪量平衡计算方法，其特征在于，所述的根据试验确定不同种类防护措施的阻雪能力zi和迎风侧路基的自我阻雪能力qz，根据选定的防护措施，开展相应的模拟试验，包括数值分析及风洞试验；建立与监测区域相符的路基与防护措施模型，计算防护措施的阻雪能力zi和迎风侧路基的自我阻雪能力qz。

6.根据权利要求5所述的一种风吹雪作用下异地堆积防护措施的雪量平衡计算方法，其特征在于，判断防护措施的阻雪能力和迎风侧路基的自我阻雪能力之和是否大于设计输雪量和相应安全系数乘积；如果大于，则说明选定的防护措施和路基形式可以有效较少风吹雪灾害的发生，否则，由于路基形式较为固定，则增加防护措施的种类或者数量，直到等式左边阻雪能力之和大于等式右边设计年度与安全系数乘积。

技术总结本发明公开一种风吹雪作用下异地堆积防护措施的雪量平衡计算方法，包括步骤：S1、在铁路沿线风吹雪易发区域进行现场踏勘，收集沿线历史气象数据并根据当年风雪场监测数据，计算获得设计输雪量Q<subgt;S</subgt;；S2、根据现场地形地貌选择合适的风吹雪灾害防护措施，使积雪堆积在远离路基的区域；根据试验确定不同种类防护措施的阻雪能力Z<subgt;i</subgt;和迎风侧路基的自我阻雪能力Q<subgt;z</subgt;；S3、根据线路区域特点和线路等级设定相应的安全系数K<subgt;1</subgt;；S4、根据雪量平衡公式计算满足所需采取相应防护措施的要求。本发明解决了现有技术无法对防雪措施的效果进行定量化的设计和评价的问题。技术研发人员：鲁鑫,郑彦辉,林绪骞,马强,强科晓,朱安然受保护的技术使用者：新疆铁道勘察设计院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29