專利名稱：一種雨量資料短缺地區(qū)的泥石流預警方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種泥石流預警方法，特別是涉及一種應用于雨量資料短缺地區(qū)的通過預置、監(jiān)測降雨量預警閾值而實現(xiàn)的泥石流預警方法，屬于水利工程領域。
背景技術：
由暴雨作用引起的泥石流稱為暴雨型泥石流，是世界上分布最廣泛、活動最頻繁， 并與人類活動最為密切的一種自然災害。暴雨泥石流形成的主要條件是陡峭的溝床坡度、 充足的固體物質(zhì)和大量高強度的降雨，其中降雨是泥石流激發(fā)時最活躍的因素，它決定和影響著泥石流災害發(fā)生的時空分布規(guī)律。現(xiàn)有研究結(jié)果表明，暴雨型泥石流的激發(fā)是當場降水和前期降水共同作用的結(jié)果，前期降水量的存在和數(shù)量對泥石流的形成具有重要影響，是建立暴雨型泥石流預報模型的重要參數(shù)之一；當場降雨過程中的降水因子包括降水強度、降水持續(xù)時間、降水量、降水峰值等。在此二降雨因素的共同影響下，暴雨型泥石流的激發(fā)多出現(xiàn)在當日降水過程的峰值降水時段的某一時刻，泥石流形成以前的降水量是泥石流暴發(fā)的直接動力，衡量峰值雨量的大小是用降水強度。同時，由于峰值雨量的持續(xù)時間一般較短，通常只有數(shù)分鐘至數(shù)十分鐘，因此一般選用IOmin雨強(指降雨過程中的最大IOmin降雨量)作為泥石流的激發(fā)雨量較為合適，也最具代表性。但是，要獲取這樣的短歷時降雨數(shù)據(jù)資料在實際泥石流預警工程中是很難滿足的。因為絕大多數(shù)需要建立預警系統(tǒng)的泥石流流域并沒有長期的雨量監(jiān)測系統(tǒng)，無法獲取計算所需的短歷時雨量數(shù)據(jù)，在泥石流形成區(qū)，更是幾乎沒有雨量資料， 通常只能依靠當?shù)氐臍庀笳军c獲得區(qū)域日降雨量數(shù)據(jù)，但僅利用日降雨量數(shù)據(jù)無法準確計算預警雨量閾值。對這類雨量資料短缺地區(qū)，由于缺乏基礎數(shù)據(jù)而無法計算確定泥石流預警的雨量閾值，其流域內(nèi)泥石流預警工作一直無法有效解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術的不足，提供根據(jù)泥石流預警區(qū)的水文、地質(zhì)、地貌特征選擇確定類比區(qū)的數(shù)據(jù)資料用于預警區(qū)泥石流預警的方法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)對災害與雨量資料缺乏地區(qū)的泥石流發(fā)生的預警。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下一種雨量資料短缺地區(qū)的泥石流預警方法，通過在泥石流預警系統(tǒng)中預置預警雨量閾值，并將實時雨量數(shù)據(jù)與預警雨量閾值實時比對結(jié)果判斷是否啟動系統(tǒng)預警報來實現(xiàn)，其特征在于對于缺乏足夠雨量資料數(shù)據(jù)的泥石流預警區(qū)，首先分析其基本條件，根據(jù)分析結(jié)果從具有豐富觀測記錄數(shù)據(jù)資料的成熟泥石流研究區(qū)中選擇至少一個與預警區(qū)基本條件相同或相近似的研究區(qū)確定為類比區(qū)；其次從類比區(qū)的歷史雨量數(shù)據(jù)資料中獲取預警區(qū)短缺的雨量數(shù)據(jù)資料用于預警區(qū)泥石流預警雨量閾值的計算；最后將計算結(jié)果預置在預警區(qū)內(nèi)建立的泥石流預警系統(tǒng)中作為啟動泥石流預警報的閾值。上述技術方案的技術依據(jù)主要基于兩方面第一、由于氣象站點的普遍建立，大部分需要建立泥石流預警系統(tǒng)的地區(qū)都能夠獲得長歷時降雨量數(shù)據(jù)(年降雨量、季降雨量、月降雨量、日降雨量等)，在閾值計算中真正缺乏的是短歷時降雨量數(shù)據(jù)(Ihr降雨量、 30min降雨量、IOmin降雨量等)。在確定的泥石流流域內(nèi)，不同時間單位的特征雨量依然存在一定的相似規(guī)律，如日降雨量隨海拔變化的關系與Ihr降雨量隨海拔變化的關系之間存在可以相互借鑒的規(guī)律。因此在短歷時雨量資料短缺地區(qū)(即預警區(qū))建立起的日降雨量隨海拔變化的關系式經(jīng)修正后可以應用為Ihr降雨量隨海拔變化的關系式；第二、暴雨泥石流的發(fā)生需要滿足地形地貌、碎屑固體物源、水源3項條件，具體分別是有利于貯集、運動和停淤的地形地貌條件，有豐富的松散土石碎屑固體物質(zhì)來源，以及有短時間內(nèi)可提供充足的水源和適當?shù)募ぐl(fā)因素。當前兩項條件能夠確定或者相對確定時，泥石流發(fā)生的水源條件就基本可以確定。因此，一個與預警區(qū)地形地貌條件與碎屑固體物源條件相同或相近似的泥石流流域也會具有與預警區(qū)相近似的發(fā)生泥石流的水源條件。那么從成熟的泥石流研究區(qū)選取這樣一個地區(qū)作為類比區(qū)，則能從類比區(qū)的雨量數(shù)據(jù)資料中獲取預警區(qū)數(shù)據(jù)資料中用于計算其泥石流雨量閾值所必需但缺乏的數(shù)據(jù)資料。基于上述原理，本發(fā)明泥石流預警方法具體操作是步驟Si、預警區(qū)現(xiàn)場調(diào)查與雨量監(jiān)測站點布置對預警區(qū)進行一般流域調(diào)查，并根據(jù)地形特征在預警區(qū)內(nèi)布置雨量監(jiān)測站點、安裝泥石流預警系統(tǒng)；步驟S2、類比區(qū)選擇確定分析預警區(qū)的基本條件特征，并根據(jù)分析結(jié)果從成熟的泥石流研究區(qū)中選取確定至少一個與預警區(qū)基本條件相同或相近似的研究區(qū)作為類比區(qū)；步驟S3、確定泥石流預警系統(tǒng)預置雨量閾值通過類比法計算泥石流預警區(qū)各雨量監(jiān)測站點的Ihr雨強I6tl值與前期影響雨量 Pa值。具體包括建立預警區(qū)特征雨量(日降雨量)與海拔變化的關系式(式1)H1=A1XI/ 式 1式中，H1——海拔(m)，I1—預警區(qū)日降雨量(mm)，A1——系數(shù)，α——指數(shù)。建立類比區(qū)特征雨量(日降雨量)與海拔變化的關系式(式2)H2 = A2XI20 式 2式中，H2——海拔(m)，I2——類比區(qū)日降雨量(mm)，A2——系數(shù)，β——指數(shù)。依據(jù)式1、式2確定的參數(shù)間關系確定預警區(qū)與類比區(qū)暴雨過程的類比計算式(式 3)，以類比區(qū)典型暴雨過程數(shù)據(jù)資料為基礎計算得出預警區(qū)雨量監(jiān)測站點典型暴雨歷時的各小時特征雨量，再根據(jù)計算結(jié)果確定預警區(qū)典型暴雨過程的Ihr雨強I6tl值與前期影響雨量Pa值，并依I6tl值與Pa值繪制成雨量閾值曲線圖。
權(quán)利要求
1.一種雨量資料短缺地區(qū)的泥石流預警方法，通過在泥石流預警系統(tǒng)中預置預警雨量閾值，并將實時雨量數(shù)據(jù)與預警雨量閾值實時比對結(jié)果判斷是否啟動系統(tǒng)預警報來實現(xiàn)， 其特征在于對于缺乏足夠雨量資料數(shù)據(jù)的泥石流預警區(qū)，首先分析其基本條件，根據(jù)分析結(jié)果從具有豐富觀測記錄數(shù)據(jù)資料的成熟泥石流研究區(qū)中選擇至少一個與預警區(qū)基本條件相同或相近似的研究區(qū)確定為類比區(qū)；其次從類比區(qū)的歷史雨量數(shù)據(jù)資料中獲取預警區(qū)短缺的雨量數(shù)據(jù)資料用于預警區(qū)泥石流預警雨量閾值的計算；最后將計算結(jié)果預置在預警區(qū)內(nèi)建立的泥石流預警系統(tǒng)中作為啟動泥石流預警報的閾值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述預警區(qū)基本條件包括水文氣象條件、 降雨特征、下墊面條件、地震斷裂帶、泥石流類型等特征。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述水文氣象條件分析包括水汽通道、氣象類型分析，所述降雨特征分析包括年平均降雨量、降雨年季分布及空間分布特征、降雨雨型特征分析，所述下墊面條件分析包括地形地貌、流域松散固體物質(zhì)儲備狀況、植被狀況調(diào)查分析，所述地震斷裂帶分析包括預警區(qū)所處構(gòu)造帶及周邊斷層分布分析。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的方法，其特征在于按如下步驟實施步驟Si、預警區(qū)現(xiàn)場調(diào)查與雨量監(jiān)測站點布置對預警區(qū)進行一般流域調(diào)查，并根據(jù)地形特征在預警區(qū)內(nèi)布置雨量監(jiān)測站點、安裝泥石流預警系統(tǒng)；步驟S2、類比區(qū)選擇確定分析預警區(qū)的基本條件，并根據(jù)分析結(jié)果從成熟的泥石流研究區(qū)中選取確定至少一個與預警區(qū)基本條件相同或相近似的研究區(qū)作為類比區(qū)；步驟S3、確定泥石流預警系統(tǒng)預置雨量閾值通過類比法計算泥石流預警區(qū)各雨量監(jiān)測站點的Ihr雨強I6tl值與前期影響雨量Pa值， 具體是首先分別建立預警區(qū)特征雨量與海拔變化的關系式、類比區(qū)特征雨量與海拔變化的關系式，其次依據(jù)所述二關系式確定的參數(shù)間關系確定預警區(qū)與類比區(qū)暴雨過程的類比計算式，再以類比區(qū)典型暴雨過程數(shù)據(jù)資料為基礎依所述類比計算式計算得出預警區(qū)典型暴雨歷時的各小時特征雨量，并根據(jù)計算結(jié)果確定預警區(qū)典型暴雨過程的Ihr雨強I6tl值與前期影響雨量Pa值，最后依I6tl值與Pa值繪制成雨量閾值預報圖；步驟S4、泥石流預警系統(tǒng)設置依照步驟S3計算結(jié)果，將各監(jiān)測站點警戒雨量閾值預先設置到各監(jiān)測站點的泥石流預警系統(tǒng)中，由系統(tǒng)自動完成實時雨量值與警戒雨量閾值的比對，并根據(jù)比對結(jié)果在必要時發(fā)出泥石流警報。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述步驟Si、預警區(qū)現(xiàn)場調(diào)查與雨量監(jiān)測站點布置按如下步驟進行步驟Si、預警區(qū)現(xiàn)場調(diào)查與雨量監(jiān)測站點布置步驟S11、一般流域調(diào)查對預警區(qū)進行一般流域調(diào)查，通過現(xiàn)場對地形的考察或結(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)方法計算確定主溝平均縱坡降I、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、泥石流預警系統(tǒng)布置安裝步驟S121、預警系統(tǒng)雨量監(jiān)測站點布置在預警區(qū)內(nèi)布置預警系統(tǒng)雨量監(jiān)測站點，監(jiān)測站點布置方法為所有監(jiān)測站點均布置在預警區(qū)范圍內(nèi)；泥石流溝的形成區(qū)內(nèi)布設監(jiān)測站點；重要集雨區(qū)布設監(jiān)測站點；泥石流溝口布置監(jiān)測站點；步驟S122、泥石流預警系統(tǒng)安裝泥石流預警系統(tǒng)主要由控制中心與分布在預警區(qū)內(nèi)的雨量監(jiān)測站點組成。各雨量監(jiān)測站點獲取雨量觀測值并實時傳輸?shù)娇刂浦行?，由控制中心根?jù)各雨量監(jiān)測站點的實時雨量數(shù)據(jù)與預置的預警雨量閾值加以比對的結(jié)果判斷是否啟動泥石流災害預警報。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于建立預警區(qū)特征雨量與海拔變化的關系式時，所述特征雨量單位的確定根據(jù)預警區(qū)已有雨量資料條件選取歷時單位盡可能短的特征雨量；建立類比區(qū)特征雨量與海拔變化的關系式時，選取與已建立的預警區(qū)特征雨量與海拔變化關系式中相同歷時單位的特征雨量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述步驟S3、確定泥石流預警系統(tǒng)預置雨量閾值按如下步驟進行步驟S3、確定泥石流預警系統(tǒng)預置雨量閾值步驟S31、預警區(qū)特征降雨量與海拔變化關系分析根據(jù)預警區(qū)雨量資料情況，建立區(qū)內(nèi)日降雨量與海拔的關系表達式H1 = A1XI/ 式 1式中，H1——海拔(m)，由實際測量得到11——預警區(qū)日降雨量(mm)，由實測降雨資料得到 A1——系數(shù)α——指數(shù)步驟S32、類比區(qū)短歷時特征降雨量與海拔變化關系分析建立類比區(qū)內(nèi)短歷時特征雨量與海拔變化的關系式 H2 = A2XI20 式 2 式中，H2——海拔(m)，由實際測量得到12——類比區(qū)日降雨量(mm)，由實測降雨資料得到 A2——系數(shù)β——指數(shù)步驟S33、類比法確定各監(jiān)測站點泥石流雨量閾值步驟S331、類比分析預警區(qū)暴雨過程特征選取盡可能多的類比區(qū)典型暴雨過程數(shù)據(jù)，經(jīng)雨型分析計算得到類比區(qū)典型暴雨歷時的各小時特征雨量，再以其為基礎，依式3按比例計算出預警區(qū)雨量監(jiān)測站點典型暴雨歷時中各小時特征雨量
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法其特征在于所述步驟S331、類比分析預警區(qū)暴雨過程特征中，首先篩選出類比區(qū)典型暴雨場次中的尖峰型暴雨場次，再將典型尖峰型暴雨降雨過程按小時降雨量進行分析計算得到類比區(qū)典型暴雨歷時的各小時特征雨量。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法其特征在于所述步驟S331、類比分析預警區(qū)暴雨過程特征中，當雨量監(jiān)測站點為多個時，在計算出至少一個雨量監(jiān)測站點的短歷時特征雨量值后，依據(jù)式1所示預警區(qū)特征降雨量與海拔變化關系計算得到其余雨量監(jiān)測站點的短歷時特征雨量值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法其特征在于步驟S332、繪制預警區(qū)雨量閾值預報圖中，所述驗正或修正閾值曲線的位置的方法是首先將依式計算所得各監(jiān)測站點預警雨量閾值繪制在預警區(qū)各監(jiān)測站點雨量閾值曲線圖上，曲線圖橫坐標為I6tl，縱坐標為Pa ；然后將根據(jù)預警區(qū)泥石流歷史數(shù)據(jù)資料分析計算所得值與PaK值點匯在曲線圖上并分析點與閾值曲線的位置關系，必要時對曲線高低位置加以修正。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于雨量資料短缺地區(qū)泥石流預警的方法。針對現(xiàn)有技術中無法計算確定缺乏短歷時雨量資料地區(qū)泥石流預警系統(tǒng)的預警雨量閾值的技術缺陷，本發(fā)明提供了一種泥石流預警方法。本方法首先分析雨量資料短缺的泥石流預警區(qū)的基本條件，并根據(jù)分析結(jié)果從成熟泥石流研究區(qū)中選擇具有類比性的研究區(qū)確定為類比區(qū)，再從類比區(qū)雨量數(shù)據(jù)資料中獲取雨量數(shù)據(jù)資料通過類比計算用于預警區(qū)泥石流預警雨量閾值的確定；最后將結(jié)果值預置在預警區(qū)內(nèi)的泥石流預警系統(tǒng)中，通過實時雨量數(shù)據(jù)與閾值實時比對結(jié)果判斷是否啟動系統(tǒng)預警報。本發(fā)明方法原理可靠，計算過程科學簡便，實施設備簡單、安裝方便，能夠普遍適用于雨量資料短缺地區(qū)泥石流發(fā)生預警的需要。
文檔編號G01W1/14GK102169617SQ20111009530
公開日2011年8月31日 申請日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者季憲軍, 楊順, 柳金峰, 歐國強, 潘華利, 黃江成 申請人:中國科學院水利部成都山地災害與環(huán)境研究所