專利名稱：一種基于流域水土耦合的泥石流預(yù)報(bào)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種泥石流預(yù)報(bào)方法，特別是涉及一種基于流域水土耦合機(jī)理的泥石流預(yù)報(bào)方法。
背景技術(shù)：
溝道泥石流的形成必須具備三個(gè)基本條件適宜的地形地貌條件，有豐富的松散土石碎屑固體物質(zhì)來源，以及有適當(dāng)?shù)慕涤晁醇ぐl(fā)。此三者也是泥石流預(yù)報(bào)研究中用于判斷泥石流是否發(fā)生的主要標(biāo)準(zhǔn)。在泥石流預(yù)報(bào)研究中，研究者更重視降雨這一外部激發(fā)條件的利用，將降雨條件視為流域泥石流形成的判定依據(jù)。目前投入實(shí)際應(yīng)用的多為這類預(yù)報(bào)方法。這類預(yù)報(bào)技術(shù)的具體技術(shù)思路是根據(jù)對(duì)泥石流發(fā)生的歷史事件的降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定激發(fā)泥石流的臨界雨量條件(日降雨量、小時(shí)雨量或IOmin雨量)，并以此為閾值判斷泥石流是否發(fā)生。這種預(yù)報(bào)技術(shù)存在三方面缺陷一、對(duì)于確定的泥石流溝谷往往缺乏長(zhǎng)系列的泥石流事件資料，統(tǒng)計(jì)分析缺乏充分的樣本；二、對(duì)于較大區(qū)域而言，下墊面條件千差萬(wàn)別，難以用一個(gè)確定的臨界雨量條件作為具有不同下墊面條件的流域預(yù)報(bào)閾值；三、預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)建立在認(rèn)為預(yù)報(bào)區(qū)域內(nèi)地形和松散固體物質(zhì)條件保持不變上，而實(shí)際上松散固體物質(zhì)變化較大，且松散固體物質(zhì)量的多少對(duì)激發(fā)泥石流的臨界雨量影響很大。長(zhǎng)期以來，許多研究者開展了坡面土體含水量和孔隙水壓力變化條件下的坡面土體穩(wěn)定性分析研究，并建立泥石流起動(dòng)模型，但這類起動(dòng)模型僅能評(píng)估一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)坡面的土體是否穩(wěn)定，并不能判斷一個(gè)流域內(nèi)是否可以形成規(guī)模泥石流，尚無法直接用于泥石流預(yù)報(bào)。近年來，也有學(xué)者提出以流域水文模型為基礎(chǔ)建立以流域水文特征為主線的水力類泥石流起動(dòng)預(yù)報(bào)模型的研究方向，但并沒有提出具體的思路或方法，尚無法用于泥石流預(yù)報(bào)。

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，根據(jù)泥石流是由大量水、土混合而形成的具有一定含沙量的山區(qū)洪流的特點(diǎn)，提供一種以山區(qū)小流域內(nèi)在降水條件下失穩(wěn)坡土體與地表徑流耦合為基礎(chǔ)的泥石流發(fā)生預(yù)報(bào)方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種基于流域水土耦合的泥石流預(yù)報(bào)方法，其特征在于依據(jù)預(yù)報(bào)區(qū)流域水土耦合后的混合物容重P值確定預(yù)報(bào)降雨條件下泥石流發(fā)生概率；所述混合物容重P依照式I確定
權(quán)利要求
1.一種基于流域水土耦合的泥石流預(yù)報(bào)方法，其特征在于依據(jù)預(yù)報(bào)區(qū)流域水土耦合后的混合物容重P值確定預(yù)報(bào)降雨條件下流域泥石流發(fā)生概率；所述混合物容重P依照式I確定
2.一種基于流域水土耦合的泥石流預(yù)報(bào)方法，其特征在于通過對(duì)預(yù)報(bào)區(qū)流域地形與土地利用基礎(chǔ)資料進(jìn)行柵格化處理，建立預(yù)報(bào)區(qū)流域柵格單元并獲取每個(gè)柵格單元的本底數(shù)據(jù)；將預(yù)報(bào)區(qū)流域降雨空間分布數(shù)據(jù)與所述柵格單元本底數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)，利用分布式流域水文模型獲取預(yù)報(bào)降雨條件下預(yù)報(bào)區(qū)流域內(nèi)每個(gè)柵格單元的土體含水量垂向分布數(shù)據(jù)與每個(gè)柵格單元形成的徑流量數(shù)據(jù)；以所述土體含水量垂向分布數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用極限平衡算法確定預(yù)報(bào)降雨條件下預(yù)報(bào)區(qū)流域內(nèi)每個(gè)柵格單元的穩(wěn)定性，計(jì)算各失穩(wěn)單元的失穩(wěn)土體量，求和后得到失穩(wěn)固體物質(zhì)總量Ws ;以所述每個(gè)柵格單元形成的徑流量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，求和后得到預(yù)報(bào)區(qū)流域徑流總量Ww;再依式I確定混合物容重P
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的泥石流預(yù)報(bào)方法，其特征在于具體依如下步驟進(jìn)行步驟SI、預(yù)報(bào)區(qū)流域選取 選取具有發(fā)生泥石流可能性的小流域?yàn)轭A(yù)報(bào)區(qū)流域； 步驟S2、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作 步驟S21、建立預(yù)報(bào)區(qū)柵格單元 利用ArcGIS的空間分析工具箱對(duì)預(yù)報(bào)區(qū)流域進(jìn)行柵絡(luò)化處理，建立預(yù)報(bào)區(qū)地形與土地利用的柵格單元，獲取每個(gè)柵格單元的平均坡度數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)、水流方向、水流累積匯流矩陣、土地利用數(shù)據(jù)、土地類型數(shù)據(jù)、土層厚度數(shù)據(jù)共同作為每個(gè)柵格單元的本底數(shù)據(jù)；步驟S22、獲取預(yù)報(bào)區(qū)預(yù)報(bào)降雨空間分布數(shù)據(jù)步驟S23、獲取土性參數(shù)數(shù)據(jù) 取預(yù)報(bào)區(qū)內(nèi)代表性土樣進(jìn)行直剪試驗(yàn)，獲得不同土體含水量對(duì)應(yīng)的粘聚力c和內(nèi)摩擦角爐數(shù)據(jù)； 步驟S3、數(shù)據(jù)分析 步驟S31、分析獲取影響預(yù)報(bào)區(qū)坡體穩(wěn)定的水文參數(shù) 將所述柵格單元的本底數(shù)據(jù)與預(yù)報(bào)降雨空間分布數(shù)據(jù)輸入基于地形的水文模型，得到預(yù)報(bào)降雨條件下影響預(yù)報(bào)區(qū)坡體穩(wěn)定的水文參數(shù)，即每個(gè)柵格單元不同土層厚度的土體含水量分布特征與每個(gè)柵格單元形成的徑流量數(shù)據(jù)； 步驟S32、分析每個(gè)柵格單元的穩(wěn)定性 以步驟S31分布式流域水文模型獲取的每個(gè)柵格單元不同土層厚度的含水量分布特征數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用極限平衡算法建立坡體安全系數(shù)公式判斷流域內(nèi)每個(gè)柵格單元穩(wěn)定性，確定失穩(wěn)柵格單元； 步驟S33、分析流域內(nèi)失穩(wěn)土體的固體物質(zhì)總量Ws 利用網(wǎng)格單元的失穩(wěn)深度計(jì)算確定每個(gè)失穩(wěn)單元的失穩(wěn)量Wsi，計(jì)算每個(gè)失穩(wěn)柵格單元的失穩(wěn)量，累加后獲得此次降雨條件下失穩(wěn)量約為Ws ； 步驟S34、分析流域徑流總量Ww 將步驟S31分布式流域水文模型所得預(yù)報(bào)降雨條件下每個(gè)柵格單元形成的徑流量數(shù)據(jù)累加后得到預(yù)報(bào)區(qū)流域徑流總量為Ww ； 步驟S4、判斷預(yù)報(bào)區(qū)內(nèi)此次降雨條件下泥石流發(fā)生可能性 依式I與表I確定流域泥石流發(fā)生概率區(qū)間與泥石流預(yù)警等級(jí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I 3任一所述的方法，其特征在于適用于具有發(fā)生泥石流可能性的小流域。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于流域水土耦合機(jī)理的泥石流預(yù)報(bào)方法。針對(duì)現(xiàn)有泥石流預(yù)報(bào)方法僅以統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)方法得出的雨量閾值判斷泥石流是否發(fā)生，存在對(duì)引發(fā)泥石流的水土條件考慮不充分的技術(shù)缺陷，本方法根據(jù)泥石流為水土混合物的特點(diǎn)，提供一種以小流域內(nèi)在降水條件下失穩(wěn)坡土體與地表徑流耦合為基礎(chǔ)的泥石流發(fā)生預(yù)報(bào)方法，該方法依據(jù)預(yù)報(bào)區(qū)流域水土耦合后的混合物容重ρ值確定預(yù)報(bào)降雨條件下泥石流發(fā)生概率區(qū)間，并按需要發(fā)布相應(yīng)的泥石流預(yù)警等級(jí)。本發(fā)明方法原理可靠，計(jì)算過程科學(xué)簡(jiǎn)便，引入分布式水文模型與力學(xué)判定公式將點(diǎn)尺度的土體穩(wěn)定性與徑流量拓展到流域尺度，解決了以往泥石流形成機(jī)理停留于點(diǎn)尺度而無法應(yīng)用于泥石流預(yù)報(bào)的技術(shù)問題，提高了預(yù)報(bào)精度。
文檔編號(hào)G06F19/00GK102902870SQ20121019342
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月13日
發(fā)明者韋方強(qiáng), 張少杰, 楊紅娟 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所