公路泥石流災害預警方法
2023-12-07 18:59:51 1
專利名稱：公路泥石流災害預警方法
技術領域：
本發明涉及一種泥石流災害預警技術，尤其涉及一種公路泥石流災害預警方法。
技術背景我國是世界上泥石流災害最嚴重的國家之一，近30年來，僅在公路系統中，每年因突發 泥石流災害造成的直接經濟損失就達3億元以上，間接經濟損失超過50億元，其中災害情況 比較突出的如川藏公路、天山公路、國道108線、國道212線、國道213線等。如何能有 效的實現公路泥石流災害的防災減災、實時警報泥石流災害，對於減輕泥石流危險區公路交 通損失、確保人民生命和財產安全，都具有重要意義。 發明內容本發明公開了一種公路泥石流災害預警方法，該方法包括如下歩驟l)採集泥石流流通 區進口端的瞬時泥位信息，2)根據測得的泥位變化信息計算出泥石流流通區進口端泥石流流速Vp 3)計算出泥石流流通區出口端的泥石流流速V2， 4)根據泥石流流速1^和V2計算出流通區溝口橋涵處泥石流泥位高度/V 5)根據橋涵處泥石流泥位高度/;q劃分安全等級，根據安 全等級，由告警系統作出相應處理。歩驟l)中，瞬時泥位信息的採集方法為在泥石流流通區進口端不同位置設置兩個監測點，分別記為1#、 2#監測點；1#、 2#監測 點分別設置在泥石流流通區進口端溝岸兩側，1#、 2#監測點之間沿泥石流流通區縱向相隔距 離範圍為15m以內。歩驟2)中，計算泥石流流通區進口端泥石流流速^的方法包括[l]在A時刻，1#監測點測量到的泥石流泥位記為^， 2#監測點測量到的泥石流泥位記為[2]在/2時刻，1#監測點測量到的泥石流泥位記為^ ， 2#監測點測量到的泥石流泥位記為[3]令b與^相隔的時間差為A"即~ 求出"時間內1#監測點所測得的泥石流泥位的變化量(W-年)，2#監測點所測得的泥石流泥位的變化量(《-/z2);[4] 1#、 2#監測點處泥石流溝寬度8。相同且為已知，根據下式計算出Af時段內，1#至2#監測點範圍內泥石流流量變化formula see original document page 5其中，^為泥石流流通區進口段溝床平均坡角；AK為"時段內，1#至2#監測點範圍內泥石流流量變化值；S。為l弁、2#監測點處泥石流溝床平均寬度，也即泥石流流通區進口段平均寬度， 此為已知量；丄0為1#、 2#監測點之間沿泥石流流通區相隔距離。 若AKX)，表示泥石流流量增加； 若AK =0，表示泥石流流量恆定； 若AKO，表示泥石流流量減小[5]根據下式計算A/時段內，1#至2#監測點範圍內泥石流流量速度《，(jr-AL， 單位ni3/s[6]根據下式計算出A,時段內，泥石流過流斷面積變化量M ，formula see original document page 6[7]根據下式計算出泥石流流通區進口端泥石流流速Vl ，formula see original document page 6歩驟3)中，計算泥石流流通區出口端的泥石流流速V2的方法，包括 根據泥石流溝內沉積物的固相比、固相顆粒等效粒徑、泥石流體厚度、固液兩相平均密度、泥石流漿體粘度、泥石流漿體賓漢極限屈服應力和泥石流流通區的長度，根據下式計算出泥石流流通區出口端的泥石流流速v2.formula see original document page 6式中G為流速差異係數，由G-L-h標準試驗曲線查取，針對具體的泥石流溝,G-L-h 標準試驗曲線存在差異，需要預先標定，此為已知。 ^、 M、 P為中間變量；ct為泥石流沉積物固相體積濃度，此為已知； 為泥石流體厚度(m)， = (A: +《)/2 ;A和/)/分別表示固相和液相的平均密度(g/cm3)，此為已知； g為重力加速度(9.8m/s2)，此為已知； 4為固相顆粒等效直徑(m)，此為己知； W為泥石流漿體的賓漢極限屈服應力(Pa)，此為已知；"為泥石流流通區溝床平均坡角，此為己知； 歩驟4)中，計算橋涵處泥石流泥位高度、的方法為 令橋涵處泥石流溝平均寬度為Bq，此為己知量，根據下式計算/z'歩驟5)中，告警系統的處理方法為 若橋涵路面距離泥石流溝床的高度為//。，貝IJ:當、《0.5//。，處於"安全"狀態，告警系統發出綠色預警；當0.5//。《 《0.9//。，處於"基本安全"狀態，告警系統發出黃色預警；當 〉0.9//。，處於"危險"狀態，告警系統發出紅色預警。本發明的有益技術效果是可以實時地警報泥石流災害，及時警示災區內的車輛及行人 安全避災，從而減輕泥石流危險區公路交通損失，實現防災減災。
圖1、監測點設置位置示意圖。
具體實施方式
參見附圖1，首先要確定的是監測點的位置，以保證泥石流災害發生時，安裝在監測點 處的監測裝置能不受泥石流災害影響正常工作。在泥石流流通區進口端泥石流溝兩岸分別設置1個監測點，分別記為1#、 2#監測點；1#、 2#監測點分別設置在泥石流流通區兩岸，1#、 2#監測點之間沿泥石流流通區縱向相隔距離範圍為U (如圖l所示)，U的取值範圍在15m以內。在2個監測點處分別設置監測裝置，監測裝置可選用由高能電池驅動的袖珍雷射掃描儀, 由雷射掃描儀採用雷射無線測距確定任意時刻所測位置處泥石流體的表面高度(即泥石流泥 位)。
對採集到的信息還需要經過處理才能轉換為對我們有用的數據，具體處理方法如下(1) 根據雷射掃描儀採集到的泥石流流通區進口端的瞬時泥位信息，計算泥石流流通區 進口端泥石流流速V1:石流流通區進口端泥石流流速力的方法包括[l]在O時刻，1#監測點測量到的泥石流泥位記為^， 2#監測點測量到的泥石流泥位記為 [2]在b時刻，1#監測點測量到的泥石流泥位記為//;， 2#監測點測量到的泥石流泥位記為/;5[3]令,2與^相隔的時間差為A;，即^-6+AZ;求出A,時間內1#監測點所測得的泥石流 泥位的變化量4)， 2#監測點所測得的泥石流泥位的變化量[4] 1#、 2#監測點處泥石流溝寬度5。相同且為已知，根據下式計算出"時段內，1#至2#監測點範圍內泥石流流量變化△ K = ，[2(/j; + H — ￡2o Sin20]其中，S為泥石流流通區進口段溝床平均坡角；AP為A/時段內，1#至2#監測點範圍內泥石流流量變化值；6。為1#、 2#監測點處泥石流溝床平均寬度，也即泥石流流通區進口段平均寬度， 此為己知量；丄0為1#、 2#監測點之間沿泥石流流通區縱向相隔距離。 若AKX)，表示泥石流流量增加； 若/^=0，表示泥石流流量恆定； 若AKO，表示泥石流流量減小；[5]根據下式計算時段內，1#至2#監測點範圍內泥石流流量速度《，g = ^^，單位m3/s[6]根據下式計算出A,時段內，泥石流過流斷面積變化量M ，[7]根據下式計算出泥石流流通區進口端泥石流流速Vl，_ 2(/;,' + H /;2) - " sin 2(9 1 2Af(/2，'-/ '_/i2)(2) 計算泥石流流通區出口端的泥石流流速力
根據下式計算出泥石流流通區出口端的泥石流流速V2.formula see original document page 9式中G為流速差異係數，由G-L-h標準試驗曲線查取，針對具體的泥石流溝，G-L-h 標準試驗曲線存在差異，需要預先標定，此為己知。j、 M、 P為中間變量；a為泥石流沉積物固相體積濃度，此為已知； /z為泥石流體厚度(m), /z = (/< +《)/2 ;^和P/分別表示固相和液相的平均密度(g/cm3),此為已知； g為重力加速度(9.8m/s2)，此為己知； 4為固相顆粒等效直徑(m)，此為已知； Ts為泥石流漿體的賓漢極限屈服應力(Pa)，此為已知；/ 為泥石流流通區溝床平均坡角，此為已知。泥石流流通區長度也可通過測量獲知。(3) 計算公路橋涵處泥石流泥位高度、令橋涵處泥石流溝平均寬度為^，根據物質平衡原理，得2Sq、' 2、 其中，橋涵處泥石流溝平均寬度5q為己知。(4) 通過上述步驟的處理和計算，我們就可以對泥石流災害發生時橋涵路面的安全狀況進行評估並預警了，若橋涵路面距離泥石流溝床的高度為//。，貝寸
當、《0.5//。，處於"安全"狀態，告警系統發出綠色預警； 當0.5//。《、《0.9//。，處於"基本安全"狀態，告警系統發出黃色預警； 當/^〉0.0/Z。，處於"危險"狀態，告警系統發出紅色預警；針對具體的泥石流溝，下列參數均作為已知值代入計算1) 泥石流溝流通區進口段溝床平均坡角e (° );2) 泥石流溝流通區進口段溝床平均寬度5 (m);3) 泥石流溝進口端1#、 2#測點之間沿泥石流流通區相隔的距離々(m);4) 泥石流溝流通區長度i (m);5) 泥石流沉積物固相體積濃度cn6) 泥石流溝流通區平均坡角S (° ); 7 )泥石流溝G-L-h標準試驗曲線；8) 泥石流沉積物固相平均密度^ (g/cm3);9) 泥石流沉積物液相漿體平均密度外(g/cm3);10) 泥石流沉積物固相顆粒等效直徑^ (m);11) 泥石流液相漿體極限屈服應力^ (kPa);12) 重力加速度g(9.8m/s2)。13) 橋涵處泥石流溝平均寬度^ (m);14) 橋涵路面距離泥石流溝床底部的高度//。 (m)。由於在^時刻，流通區進口端泥石流的流速為Vl，出口端流速為V2，且流通區平均長度為Z，則流通區進口端泥石流到達公路橋涵處的時間r為_ 2丄即從觀測到泥石流相關信息f時間後泥石流到達橋涵處，告警系統在^時間內發出告警信 號，就可及時警示災區內的車輛及行人安全避災，從而實現防災減災。
權利要求
1、一種公路泥石流災害預警方法，其特徵在於該方法包括如下步驟1)採集泥石流流通區進口端的瞬時泥位信息，2)根據測得的泥位變化信息計算出泥石流流通區進口端泥石流流速v1，3)計算出泥石流流通區出口端的泥石流流速v2，4)根據泥石流流速v1和v2計算出流通區溝口橋涵處泥石流泥位高度hq，5)根據橋涵處泥石流泥位高度hq劃分安全等級，根據安全等級，由告警系統作出相應處理。
2、 根據權利要求1所述的公路泥石流災害預警方法，其特徵在於步驟l)中，瞬時泥位信息的採集方法為-在泥石流流通區進口端不同位置設置兩個監測點，分別記為1#、 2#監測點；1#、 2#監測點分別設置在泥石流流通區進口端溝岸兩側，1#、 2#監測點之間沿泥石流流通區縱向相隔距 離範圍為15m以內。
3、 根據權利要求1所述的公路泥石流災害預警方法，其特徵在於歩驟2)中，計算泥石流流通區進口端泥石流流速"的方法包括[1]在6時刻，1#監測點測量到的泥石流泥位記為&， 2#監測點測量到的泥石流泥位記為 [2]在^時刻，1#監測點測量到的泥石流泥位記為&' ， 2#監測點測量到的泥石流泥位記為[3]令/2與^相隔的時間差為A ，即^ 求出A/時間內1#監測點所測得的泥石流泥位的變化量(/ ,'-/ ,)， 2#監測點所測得的泥石流泥位的變化量〖4] 1#、 2#監測點處泥石流溝寬度^相同且為已知，根據下式計算出A/時段內，1#至2#監測點範圍內泥石流流量變化其中，e為泥石流流通區進口段溝床平均坡角；AF為A/時段內，1#至2#監測點範圍內泥石流流量變化值；&為1#、 2#監測點處泥石流溝床平均寬度，也即泥石流流通區進口段平均寬度， 此為已知量；￡0為1#、 2#監測點之間沿泥石流流通區縱向相隔距離。若八「=0,表示泥石流流量恆定； 若AKO，表示泥石流流量減小；[5]根據下式計算"時段內，1#至2#監測點範圍內泥石流流量速度《，《=^^， 單位m3/s[6]根據下式計算出AZ時段內，泥石流過流斷面積變化量M ， ;[7]根據下式計算出泥石流流通區進口端泥石流流速Vl，—2(/z,' + ^ --- g sin26> 1 2A"/ ,' + H &)
4、根據權利要求1所述的公路泥石流災害預警方法，其特徵在於歩驟3)中，計算泥 石流流通區出口端的泥石流流速V2的方法，包括根據泥石流溝內沉積物的固相比、固相顆粒等效粒徑、泥石流體厚度、固液兩相平均密 度、泥石流漿體粘度、泥石流漿體賓漢極限屈服應力和泥石流流通區的長度，根據下式計算 出泥石流流通區出口端的泥石流流速v2:formula see original document page 3其中formula see original document page 3式中G為流速差異係數，由G-L-h標準試驗曲線查取，針對具體的泥石流溝，G-L-h 標準試驗曲線存在差異，需要預先標定，此為己知。^、 M、 P為中間變量；a為泥石流沉積物固相體積濃度，此為已知； 為泥石流體厚度(m)， formula see original document page 3p,和p/分別表示固相和液相的平均密度(g/cm3),此為已知； g為重力加速度(9.8m/s2)，此為已知；^為固相顆粒等效直徑(m)，此為已知； 化為泥石流漿體的賓漢極限屈服應力(Pa)，此為己知；為泥石流流通區溝床平均坡角，此為已知；
5、 根據權利要求1所述的公路泥石流災害預警方法，其特徵在於歩驟4)中，計算泥 石流流通區出口端橋涵處泥石流泥位高度 的方法為令橋涵處泥石流溝平均寬度為^，此為已知量，根據下式計算 ，q 2Sq、 ' 2、
6、 根據權利要求1所述的公路泥石流災害預警方法，其特徵在於步驟5)中，告警系 統的處理方法為若橋涵路面距離泥石流溝床的高度為//。，此為已知量，貝廿當氣S0.5W。，處於"安全"狀態，告警系統發出綠色預警； 當0.5/Z。S S0.9//。，處於"基本安全"狀態，告警系統發出黃色預警； 當氣〉0.9//。，處於"危險"狀態，告警系統發出紅色預警。
全文摘要
本發明公開了一種公路泥石流災害預警方法，該方法包括如下步驟1)採集泥石流流通區進口端的瞬時泥位信息，2)根據測得的泥位變化信息計算出泥石流流通區進口端泥石流流速v1，3)計算出泥石流流通區出口端的泥石流流速v2，4)根據泥石流流速v1和v2計算出流通區溝口橋涵處泥石流泥位高度hq，5)根據橋涵處泥石流泥位高度hq劃分安全等級，根據安全等級，由告警系統作出相應處理。本發明的有益技術效果是可以實時地警報泥石流災害，及時警示災區內的車輛及行人安全避災，從而減輕泥石流危險區公路交通損失，實現防災減災。
文檔編號G08B21/10GK101398968SQ20081023297
公開日2009年4月1日 申請日期2008年10月31日 優先權日2008年10月31日
發明者唐紅梅, 陳洪凱 申請人:重慶交通大學