本发明涉及一种改进的bstem迭代模拟方法，属于岸坡稳定性建模与计算。
背景技术：
1、崩岸是一种典型的灾害形式，主要危害包括威胁江河大堤的安全，威胁岸边建筑物及农田的安全，威胁航运安全等，岸坡侵蚀及岸滩崩塌对河道泥沙输移与弯道横向迁移具有重要影响，因此，岸坡稳定性是关系到人民生产生活安全和环境生态质量的重要课题。bstem是由美国农业部农业研究局研发的一款用于计算坡脚侵蚀和岸坡稳定性的模型，已被广泛应用于单一水文事件的岸坡建模中，主要进行岸坡侵蚀与崩塌的模拟计算，以及护坡植被或工程的效果评价等，是当前最健壮、最全面的模型之一。由于bstem当前主要解决单一水文事件中的岸坡稳定性模拟，对多个连续水文事件的模拟还缺乏合理的迭代流程。开展岸坡月或年等长期的稳定性模拟对于岸坡设计和护坡工程的效果评价至关重要，因此需要对bstem的迭代模拟方法进行改进，以适应时间跨度为月或年时的岸坡稳定性计算，更好的服务于岸坡稳定性建模计算领域。
技术实现思路
1、本发明的目的在于改进bstem迭代模拟流程，使得各水文事件开始时的岸坡轮廓均处于稳定状态，排除失稳轮廓对水文事件作用的影响，并降低划分水文事件的精度需求，以适应多水文事件中的岸坡稳定性的计算需要，为月或年等长期的稳定性模拟提供支持。
2、本申请提供了一种改进的bstem迭代模拟方法，包括：
3、s1：将岸坡轮廓、土壤分层及土层性质、水文事件持续的时间及平均水位、河道长度及比降、护坡植被或工程参数等输入bstem，构建岸坡模型；
4、s2：调用tem，计算岸坡在水流侵蚀作用下的侵蚀量，得到侵蚀后岸坡轮廓并导入bsm；
5、s3：调用bsm，计算岸坡稳定性系数；
6、s301.若fs≥1.3，则岸坡稳定，侵蚀后的轮廓即为水文事件结束时的岸坡轮廓；
7、s302.若fs＜1.3，则岸坡崩塌，输出崩岸宽度、崩塌量、崩塌面的角度与高程，将生成的岸坡轮廓重新输入bsm，重复步骤s3；
8、s4：重复步骤s1-s3，直到完成所有的水文事件。
9、进一步地，所述岸坡稳定性fs分别由式(1)和式(2)计算，多次调用bsm以确保各水文事件的初始岸坡轮廓处于稳定状态(fs≥1.3)。
10、
11、式中，i为划分的土壤层数；ci′为第i层的有效粘聚力(kpa)；μw为孔隙水压力(kpa)；φ′i为第i层的内摩擦角(°)；为第i层的增长率(°)，取值通常在10°-20°之间；wi为第i层的重量(kn)；β为崩塌面角度(与水平方向的夹角)(°)；α为局部倾斜角度(与水平方向的夹角)(°)；pi为外部水位作用于第i层的静水围压(kn/m)。
12、
13、式中，j为划分的土壤层数；cj′为第j层的有效粘聚力(kpa)；lj为第j个条分块中崩塌面的长度；φ′j为第j层的内摩擦角(°)；为第j层的增长率(°)，取值通常在10°-20°之间；nj为作用在第j层的法向力(kn)；pj为外部水位作用于第j层的静水围压(kn/m)。
14、其中，式(1)用于未出现张拉裂缝的岸坡，式(2)在式(1)的基础上添加了各条分块中法向力和剪应力的计算，用于出现张拉裂缝的岸坡。
15、bsm通过逐一比较所有崩塌面高程和角度组合的稳定性系数，将稳定性系数最小值输出为fs。但此法求得fs小于1.3无法证明其他所有组合的稳定性系数均大于或等于1.3，即岸坡沿此崩塌面崩岸后仍不稳定，进而导致高估水文事件的影响。改进的bstem迭代模拟方法可排除水文事件初始岸坡不稳定对模拟结果的干扰。
16、进一步地，本改进方法仅调用一次tem，将水文事件简化为由持续时间和平均水位构成的矩形水文图，计算岸坡侵蚀量。边界剪应力τo由式(3)计算，侵蚀距离e由式(4)计算。
17、tem通过河道坡度计算岸坡边界剪应力，结合土壤易蚀性系数、岸坡临界剪应力和水流参数、岸坡形态。预测岸坡侵蚀速率及侵蚀量。
18、τo＝γwrs#(3)
19、式中，τo为边界剪应力(pa)；γw为水的容重(9.807kn/m3)；r为水力半径(m)；s为河道坡度(m/m)。
20、e＝kδt(τ0-τc)#(4)
21、式中，e为侵蚀距离(m)；k为易蚀性系数(m3/ns)；δt为时间步长(s)；τ0为岸坡受到的边界剪应力(pa)；τc为土壤临界剪应力(pa)。
22、本改进方法将不稳定岸坡崩塌后的轮廓直接输入bsm，不改变其他参数，以判断岸坡是否完全崩塌。bsm依次按照式(1)和式(2)计算稳定性系数，并输出最小值作为fs。
23、本改进方法将动态的水文变化简化为由不同时间步长和平均水位组成的静态水文组，将月或年尺度下的水文过程线简化为若干水文事件。水文事件的平均水位与自然水位的误差由式(5)计算。
24、
25、式中，σ为标准偏差(m)；n为水文事件所含天数；xn为第n天的水位(m)；为水位的平均值(m)。
26、对于经bsm计算确定稳定的岸坡(fs≥1.3)，则放弃bsm输出的崩塌量、崩岸宽度、崩塌面角度和高程、岸坡轮廓等结果，采用tem得到的侵蚀后的岸坡轮廓作为下一水文事件的初始轮廓。若所有水文事件全部模拟结束，则采用侵蚀后的岸坡轮廓作为研究时段结束时的岸坡轮廓。
27、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
28、本发明通过改进bstem的迭代模拟流程，为多水文事件下的岸坡稳定性模拟提供了建模工具，将bstem的运用条件由独立的单一水文事件推广到连续的多水文事件，改进了以往多水文事件迭代中出现的初始轮廓不稳定的问题，降低了对水文事件划分精度的需求。
1.一种改进的bstem迭代模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的改进的bstem迭代模拟方法，其特征在于，根据发生平面滑动的岸坡是否有张拉裂缝，所述岸坡稳定性fs分别由式(1)和式(2)计算，多次调用bsm以确保各水文事件的初始岸坡轮廓处于稳定状态(fs≥1.3)。
3.根据权利要求1所述的改进的bstem迭代模拟方法，其特征在于，仅调用一次tem，将水文事件简化为由持续时间和平均水位构成的矩形水文图，计算岸坡侵蚀量。边界剪应力τo由式(3)计算，侵蚀距离e由式(4)计算。
4.根据权利要求1所述的改进的bstem迭代模拟方法，其特征在于，将不稳定岸坡崩塌后的轮廓直接输入bsm，不改变其他参数，以判断岸坡是否完全崩塌。bsm依次按照式(1)和式(2)计算稳定性系数，并输出最小值作为fs。
5.根据权利要求1所述的改进的bstem迭代模拟方法，其特征在于，将动态的水文变化简化为静态的由不同时间步长和平均水位组成的矩形水文图组，将月或年尺度下的水文过程线简化为若干水文事件。水文事件的平均水位与自然水位的误差由式(5)计算。
6.根据权利要求1所述的改进的bstem迭代模拟方法，其特征在于，对于经bsm计算确定稳定的岸坡(fs≥1.3)，则放弃bsm输出的崩塌量、崩岸宽度、崩塌面角度和高程、岸坡轮廓等结果，采用tem中得到的侵蚀后的岸坡轮廓作为下一水文事件的初始轮廓。若所有水文事件全部模拟结束，则采用侵蚀后的岸坡轮廓作为研究时段结束时的岸坡轮廓。