專利名稱：一種泥石流預(yù)警方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種泥石流預(yù)警方法，特別是涉及一種通過對(duì)引發(fā)泥石流的降雨量閾 值的預(yù)置與監(jiān)測而實(shí)現(xiàn)的泥石流預(yù)警方法，屬于水利工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
泥石流是一種由分選性很差的巖石、泥土、大量的水以及少量氣體所構(gòu)成的流體 沿著斜坡和溝谷向下流動(dòng)的自然現(xiàn)象，其中最為常見的泥石流類型是由降雨觸發(fā)的泥石 流，稱為暴雨泥石流。對(duì)于暴雨型泥石流而言，泥石流溝流域內(nèi)的降雨量與降雨強(qiáng)度的大小 是泥石流激發(fā)的決定性因素。當(dāng)流域內(nèi)降雨條件達(dá)到或超過某一量級(jí)的雨量與強(qiáng)度時(shí)，該 流域形成暴雨泥石流，這時(shí)的降雨量與降雨強(qiáng)度稱為該條泥石流溝的雨量閾值。因此，雨量 閾值是暴雨型泥石流預(yù)報(bào)非常重要的報(bào)警指標(biāo)，合理的雨量閾值指標(biāo)是保障泥石流預(yù)警報(bào) 準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。目前，國內(nèi)外利用降雨量與降雨強(qiáng)度作為泥石流雨量閾值的通行方法是通過對(duì) 預(yù)警區(qū)實(shí)際的降雨和泥石流災(zāi)害資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分別計(jì)算出泥石流發(fā)生時(shí)的前期有效 降雨量與特征雨量的臨界值，以臨界值作為泥石流預(yù)警的雨量閾值。應(yīng)用該方法對(duì)預(yù)警區(qū) 的數(shù)據(jù)資料要求較高，需要預(yù)警區(qū)有較豐富的、長期的雨量序列資料與災(zāi)害資料，特別是需 要有短歷時(shí)降雨量(Ihr降雨量，30min降雨量，或IOmin降雨量等)歷史數(shù)據(jù)才能分別計(jì) 算確定泥石流發(fā)生時(shí)的前期有效降雨量與特征雨量的臨界值，由此才能繪制出雨量閾值曲 線。因此這種通行的做法只能適用于具有長期觀測歷史的地區(qū)。但在實(shí)際中，絕大多數(shù)的 泥石流流域沒有長期的監(jiān)測系統(tǒng)，非常缺乏降雨與災(zāi)害資料的長期觀測數(shù)據(jù)。因而對(duì)這類 地區(qū)泥石流發(fā)生的預(yù)警工作由于缺乏基礎(chǔ)數(shù)據(jù)而無法適用通行的方法，其泥石流預(yù)警的雨 量閾值計(jì)算確定問題也一直沒有可以適用的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供根據(jù)泥石流預(yù)警區(qū)的降雨和水文特 征及泥石流流域內(nèi)地形、松散固體物質(zhì)等數(shù)據(jù)資料，計(jì)算確定泥石流預(yù)警雨量閾值的泥石 流預(yù)警方法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)災(zāi)害與雨量資料缺乏地區(qū)的泥石流發(fā)生的預(yù)警。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下 一種泥石流預(yù)警方法，通過在泥石流預(yù)警系統(tǒng)中預(yù)置預(yù)警雨量閾值，并將實(shí)時(shí)雨 量數(shù)據(jù)與預(yù)警雨量閾值實(shí)時(shí)比對(duì)結(jié)果判斷是否啟動(dòng)系統(tǒng)預(yù)警報(bào)來實(shí)現(xiàn)，其特征在于所述 預(yù)警雨量閾值是雨量監(jiān)測站點(diǎn)降雨量數(shù)據(jù)的16(1+&值，其中I6tl為Ihr雨強(qiáng)，Pa為前期影響 雨量。上述方法是一種基于水力類泥石流起動(dòng)機(jī)理計(jì)算確定預(yù)警區(qū)泥石流預(yù)警雨量閾 值的方法，其關(guān)鍵技術(shù)在于對(duì)預(yù)警雨量閾值的選定。預(yù)警雨量閾值確定的基本原理在于由 于暴雨泥石流的暴發(fā)與雨季發(fā)生時(shí)間相同，因此在進(jìn)行泥石流預(yù)報(bào)時(shí)，泥石流產(chǎn)匯流方式 可認(rèn)為符合“蓄滿產(chǎn)流”原理。根據(jù)“蓄滿產(chǎn)流”原理，泥石流水量平衡方程表達(dá)式則為R =P-U = P-(Im-Pa),式中R為總徑流深(mm) ；P為一次降雨量(mm) ;Pa為前期影響雨量(mm)； Im為降雨結(jié)束時(shí)流域達(dá)到的最大蓄水量(mm，對(duì)一特定流域，Im為常數(shù))；U為一次降雨的損 失量(mm)。本發(fā)明以小時(shí)雨量為特征雨量進(jìn)行泥石流預(yù)警，則R = P-U = P-(Iffl-Pa)式中 的一次降雨量P換為小時(shí)雨量I6tl，該式可以改寫得到公式1 I60+Pa = R+Im 公式 1 由公式1可知，由于對(duì)一特定流域，Iffl為常數(shù)。所以，只要計(jì)算出徑流深R，I60+Pa 為一定值。也即是說，當(dāng)流域的I6(l+pa達(dá)到！？+^時(shí)，就表明該流域即將發(fā)生泥石流。本發(fā)明 即以I6(l+Pa值作為對(duì)預(yù)警區(qū)泥石流災(zāi)害預(yù)警的雨量閾值。在實(shí)際工程計(jì)算中，公式1中使 用到的各項(xiàng)參數(shù)都是整個(gè)流域的平均值，因此通過公式1計(jì)算得出的也是該流域I6(l+Pa的 平均值，可以表示為7^；，則公式1改寫得到公式2 I60+Pa=R + lJ^:2式中，—流域平均雨量閾值(mm)?；谏鲜鲈恚景l(fā)明在預(yù)警區(qū)內(nèi)，尤其是在泥石流形成區(qū)布設(shè)至少一個(gè)雨量監(jiān) 測站點(diǎn)獲取預(yù)警區(qū)降雨的實(shí)時(shí)觀測資料，并依經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算確定預(yù)警區(qū)泥石流流域總徑流 深R，則能依據(jù)公式1計(jì)算確定預(yù)警區(qū)內(nèi)泥石流災(zāi)害的流域平均雨量閾值。計(jì)算所得的流 域平均雨量閾值可以依據(jù)預(yù)警區(qū)的地形數(shù)據(jù)與建立的預(yù)警區(qū)特征雨量與海拔變化關(guān)系式 (即公式3)換算得出各雨量監(jiān)測站點(diǎn)對(duì)應(yīng)的預(yù)警雨量閾值。H = AXIa公式 3式中，H——海拔(m)；I——特征降雨量(讓)；A——系數(shù)；a——指數(shù)。為了使預(yù)警雨量閾值的計(jì)算更準(zhǔn)確，本方法可以做如下優(yōu)化(1)對(duì)預(yù)警區(qū)雨量 監(jiān)測站點(diǎn)的布置位置加以優(yōu)化；(2)在預(yù)警區(qū)有至少一次泥石流歷史資料數(shù)據(jù)記錄的情況 下，可以根據(jù)預(yù)警區(qū)歷史資料數(shù)據(jù)計(jì)算出預(yù)警區(qū)泥石流災(zāi)害預(yù)警的雨量閾值的值與Pa κ值，并將該計(jì)算值與基于水力類泥石流起動(dòng)機(jī)理計(jì)算法所得雨量閾值加以比對(duì)與綜合分 析。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是方法能夠解決大多數(shù)泥石流發(fā)生地區(qū)由 于缺乏長期觀測數(shù)據(jù)而無法通過分別計(jì)算確定前期有效降雨量與特征雨量的臨界值來確 定泥石流溝流域內(nèi)預(yù)警雨量閾值的技術(shù)問題，為該類地區(qū)通過預(yù)置降雨量閾值、監(jiān)測降雨 過程的方法進(jìn)行泥石流預(yù)警提供了有效的技術(shù)手段。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例作進(jìn)一步的描述。實(shí)施例一如

圖1所示，用本發(fā)明方法對(duì)寧南縣史家溝進(jìn)行泥石流預(yù)警。寧南縣位于四川省涼山彝族自治州東南部，地處北緯26° 50' 12〃 27° 18' 34"，東經(jīng)102° 27' 44〃 102° 55' 09〃?？h城坐落在泥石流堆積扇群上 部，西北、東北、東南三面環(huán)山而開口向西南。史家溝位于縣城正后方，溝內(nèi)堆積了大量的松散固體物質(zhì)，遇到一定強(qiáng)度的降雨極易引發(fā)泥石流，對(duì)縣城安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。對(duì)史家溝(預(yù)警區(qū))進(jìn)行泥石流預(yù)警按照如下方案實(shí)施——步驟Si、預(yù)警區(qū)現(xiàn)場調(diào)查與雨量監(jiān)測站點(diǎn)布置步驟S11、一般流域調(diào)查對(duì)史家溝進(jìn)行一般流域調(diào)查，通過現(xiàn)場對(duì)地形的考察(必要時(shí)結(jié)合地形圖)確定 如下數(shù)據(jù)資料通過調(diào)查測量確定流域面積A、流域最大高差ΔΗ、形成區(qū)界限、流通區(qū)界限；根 據(jù)調(diào)查測量數(shù)據(jù)依常規(guī)方法計(jì)算確定主溝平均縱坡降、形成區(qū)面積、清水區(qū)面積、流通區(qū) 面積、土壤顆粒組成。步驟S12、泥石流預(yù)警系統(tǒng)布置安裝步驟S121、預(yù)警系統(tǒng)雨量監(jiān)測站點(diǎn)布置在史家溝內(nèi)布置預(yù)警系統(tǒng)雨量監(jiān)測站點(diǎn)，監(jiān)測站點(diǎn)布置方法為(1)所有監(jiān)測站 點(diǎn)均布置在史家溝泥石流溝流域范圍內(nèi)；(2)泥石流溝的形成區(qū)內(nèi)布設(shè)監(jiān)測站點(diǎn)；(3)重要 集雨區(qū)布設(shè)監(jiān)測站點(diǎn)；(4)泥石流溝口布置監(jiān)測站點(diǎn)。本實(shí)施例中史家溝內(nèi)雨量監(jiān)測站點(diǎn)分別布置在流域內(nèi)水井灣、官村子、預(yù)警站3 個(gè)地點(diǎn)。步驟S122、泥石流預(yù)警系統(tǒng)安裝泥石流預(yù)警系統(tǒng)主要由控制中心與分布在預(yù)警區(qū)內(nèi)的雨量監(jiān)測站點(diǎn)組成。各雨量 監(jiān)測站點(diǎn)獲取雨量觀測值并實(shí)時(shí)傳輸?shù)娇刂浦行?，由控制中心根?jù)各雨量監(jiān)測站點(diǎn)的實(shí)時(shí) 雨量數(shù)據(jù)與預(yù)置的預(yù)警雨量閾值比對(duì)的結(jié)果判斷是否啟動(dòng)泥石流災(zāi)害預(yù)警報(bào)。步驟S2、確定泥石流預(yù)警系統(tǒng)預(yù)置預(yù)警雨量閾值I6Q+Pa步驟S21、起動(dòng)法計(jì)算確定預(yù)警區(qū)流域平均雨量閾值采用泥石流起動(dòng)機(jī)理計(jì)算預(yù)警區(qū)流域平均雨量閾值7^；。步驟S211、計(jì)算預(yù)警區(qū)泥石流啟動(dòng)臨界水深hQ依如下高橋保經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算史家溝泥石流啟動(dòng)臨界水深hQ
權(quán)利要求
1.一種泥石流預(yù)警方法，通過在泥石流預(yù)警系統(tǒng)中預(yù)置預(yù)警雨量閾值，并將實(shí)時(shí)雨量 數(shù)據(jù)與預(yù)警雨量閾值實(shí)時(shí)比對(duì)結(jié)果判斷是否啟動(dòng)系統(tǒng)預(yù)警報(bào)來實(shí)現(xiàn)，其特征在于所述預(yù) 警雨量閾值是雨量監(jiān)測站點(diǎn)降雨量數(shù)據(jù)的16(1+&值，其中I6tl為Ihr雨強(qiáng)，Pa前期影響雨量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于按如下步驟實(shí)施 步驟Si、預(yù)警區(qū)現(xiàn)場調(diào)查與雨量監(jiān)測站點(diǎn)布置步驟S11、一般流域調(diào)查對(duì)預(yù)警區(qū)進(jìn)行一般流域調(diào)查，確定基本地形數(shù)據(jù)、松散固體物質(zhì)特征數(shù)據(jù)； 步驟S12、泥石流預(yù)警系統(tǒng)布置安裝 步驟S121、預(yù)警系統(tǒng)雨量監(jiān)測站點(diǎn)布置在預(yù)警區(qū)內(nèi)布置預(yù)警系統(tǒng)雨量監(jiān)測站點(diǎn)，實(shí)時(shí)獲取的雨量觀測值； 步驟S122、泥石流預(yù)警系統(tǒng)安裝在預(yù)警區(qū)內(nèi)安裝泥石流預(yù)警系統(tǒng)，預(yù)警系統(tǒng)依據(jù)步驟S121所獲取的雨量觀測值與系 統(tǒng)預(yù)置的預(yù)警雨量閾值的比對(duì)結(jié)果判斷是否啟動(dòng)泥石流災(zāi)害預(yù)警報(bào)； 步驟S2、確定泥石流預(yù)警系統(tǒng)預(yù)置預(yù)警雨量閾值I6Q+Pa 步驟S21、起動(dòng)法計(jì)算確定預(yù)警區(qū)流域平均雨量閾值
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述步驟S121中預(yù)警系統(tǒng)雨量監(jiān)測站點(diǎn) 布置方法為所有監(jiān)測站點(diǎn)均布置在預(yù)警區(qū)范圍內(nèi)；泥石流溝的形成區(qū)內(nèi)布設(shè)監(jiān)測站點(diǎn)； 重要集雨區(qū)布設(shè)監(jiān)測站點(diǎn)；泥石流溝口布置監(jiān)測站點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于所述步驟S21按如下方案實(shí)施 步驟S21、起動(dòng)法計(jì)算確定預(yù)警區(qū)流域平均雨量閾值
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述步驟S22中各監(jiān)測站點(diǎn)預(yù)警 雨量閾值I6(l+Pa的計(jì)算按如下方案實(shí)施步驟S22、確定預(yù)警區(qū)各監(jiān)測站點(diǎn)預(yù)警雨量閾值I6Q+Pa 步驟S221、預(yù)警區(qū)降雨特征分析根據(jù)預(yù)警區(qū)歷史資料數(shù)據(jù)分析得到預(yù)警區(qū)特征雨量與海拔關(guān)系表達(dá)式 H = AXIa式中，H——海拔(m)，由實(shí)際測量得到； I——特征降雨量(mm)，由實(shí)測降雨資料得到； A——系數(shù)； a——指數(shù)；步驟S222、計(jì)算預(yù)警區(qū)各監(jiān)測站點(diǎn)預(yù)警雨量閾值I6Q+Pa根據(jù)步驟S21所得流域平均雨量閾值7^；、步驟Sll調(diào)查計(jì)算所得形成區(qū)面積、匯流 區(qū)面積數(shù)據(jù)并參照步驟S221所得關(guān)系式計(jì)算確定各監(jiān)測站點(diǎn)預(yù)警雨量閾值I6(l+Pa，具體計(jì) 算依下式聯(lián)立進(jìn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3或5所述的方法，其特征在于在預(yù)警區(qū)有泥石流歷史記錄的情 況下，在步驟S22中根據(jù)預(yù)警區(qū)歷史泥石流數(shù)據(jù)資料計(jì)算泥石流發(fā)生時(shí)的I6cik值與PaK值， 再將該結(jié)果用于驗(yàn)正或修正依式計(jì)算所得的各監(jiān)測站點(diǎn)預(yù)警雨量閾值I6(l+Pa。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述方法，其特征在于所述驗(yàn)正或修正計(jì)算所得的各監(jiān)測站點(diǎn)預(yù) 警雨量閾值I6(l+Pa的方法是首先將依式計(jì)算所得各監(jiān)測站點(diǎn)預(yù)警雨量閾值I6(l+Pa繪制在 預(yù)警區(qū)各監(jiān)測站點(diǎn)雨量閾值預(yù)報(bào)圖上，預(yù)報(bào)圖橫坐標(biāo)為I6tl，縱坐標(biāo)為Pa，I6(l+pa值即為一條 閾值曲線；然后將根據(jù)預(yù)警區(qū)泥石流歷史數(shù)據(jù)資料分析計(jì)算所得值與PaK值點(diǎn)匯在預(yù) 報(bào)圖上并分析點(diǎn)與閾值曲線的位置關(guān)系，必要時(shí)對(duì)曲線加以修正。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種泥石流預(yù)警方法。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中無法解決缺乏基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料地區(qū)泥石流預(yù)警系統(tǒng)的預(yù)警雨量閾值計(jì)算確定的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種可以適用于缺乏基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料地區(qū)泥石流預(yù)警的方法。本方法將雨量監(jiān)測站點(diǎn)布置在泥石流流域的合理地點(diǎn)；以雨量監(jiān)測站點(diǎn)降雨量數(shù)據(jù)的1hr雨強(qiáng)值與前期影響雨量值之和作為預(yù)警雨量閾值；再基于泥石流起動(dòng)機(jī)理，利用泥石流預(yù)警區(qū)的降雨、水文特征、流域內(nèi)地形、松散固體物質(zhì)等數(shù)據(jù)計(jì)算確定各站點(diǎn)的預(yù)警雨量閾值，并將各閾值預(yù)置在預(yù)警系統(tǒng)中，通過實(shí)時(shí)雨量數(shù)據(jù)與閾值實(shí)時(shí)比對(duì)結(jié)果判斷是否啟動(dòng)系統(tǒng)預(yù)警報(bào)。本發(fā)明方法原理可靠，計(jì)算過程科學(xué)簡便，實(shí)施設(shè)備簡單、安裝方便，能夠普遍適用于各類泥石流發(fā)生地區(qū)泥石流預(yù)警的需要。
文檔編號(hào)G01W1/14GK102103787SQ201110046589
公開日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2011年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月27日
發(fā)明者呂娟, 季憲軍, 楊順, 柳金峰, 歐國強(qiáng), 潘華利, 王鈞, 黃江成 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所