一種雨量資料短缺地區的泥石流預警方法

2023-06-09 01:44:21 1

專利名稱：一種雨量資料短缺地區的泥石流預警方法
技術領域：
本發明涉及一種泥石流預警方法，特別是涉及一種應用於雨量資料短缺地區的通過預置、監測降雨量預警閾值而實現的泥石流預警方法，屬於水利工程領域。
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， 並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、 充足的固體物質和大量高強度的降雨，其中降雨是泥石流激發時最活躍的因素，它決定和影響著泥石流災害發生的時空分布規律。現有研究結果表明，暴雨型泥石流的激發是當場降水和前期降水共同作用的結果，前期降水量的存在和數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之一；當場降雨過程中的降水因子包括降水強度、降水持續時間、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多出現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的直接動力，衡量峰值雨量的大小是用降水強度。同時，由於峰值雨量的持續時間一般較短，通常只有數分鐘至數十分鐘，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據資料在實際泥石流預警工程中是很難滿足的。因為絕大多數需要建立預警系統的泥石流流域並沒有長期的雨量監測系統，無法獲取計算所需的短歷時雨量數據，在泥石流形成區，更是幾乎沒有雨量資料， 通常只能依靠當地的氣象站點獲得區域日降雨量數據，但僅利用日降雨量數據無法準確計算預警雨量閾值。對這類雨量資料短缺地區，由於缺乏基礎數據而無法計算確定泥石流預警的雨量閾值，其流域內泥石流預警工作一直無法有效解決。

發明內容
本發明的目的就是針對現有技術的不足，提供根據泥石流預警區的水文、地質、地貌特徵選擇確定類比區的數據資料用於預警區泥石流預警的方法，該方法能夠實現對災害與雨量資料缺乏地區的泥石流發生的預警。為實現上述目的，本發明的技術方案如下一種雨量資料短缺地區的泥石流預警方法，通過在泥石流預警系統中預置預警雨量閾值，並將實時雨量數據與預警雨量閾值實時比對結果判斷是否啟動系統預警報來實現，其特徵在於對於缺乏足夠雨量資料數據的泥石流預警區，首先分析其基本條件，根據分析結果從具有豐富觀測記錄數據資料的成熟泥石流研究區中選擇至少一個與預警區基本條件相同或相近似的研究區確定為類比區；其次從類比區的歷史雨量數據資料中獲取預警區短缺的雨量數據資料用於預警區泥石流預警雨量閾值的計算；最後將計算結果預置在預警區內建立的泥石流預警系統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主要基於兩方面第一、由於氣象站點的普遍建立，大部分需要建立泥石流預警系統的地區都能夠獲得長曆時降雨量數據(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據(Ihr降雨量、 30min降雨量、IOmin降雨量等)。在確定的泥石流流域內，不同時間單位的特徵雨量依然存在一定的相似規律，如日降雨量隨海拔變化的關係與Ihr降雨量隨海拔變化的關係之間存在可以相互借鑑的規律。因此在短歷時雨量資料短缺地區(即預警區)建立起的日降雨量隨海拔變化的關係式經修正後可以應用為Ihr降雨量隨海拔變化的關係式；第二、暴雨泥石流的發生需要滿足地形地貌、碎屑固體物源、水源3項條件，具體分別是有利於貯集、運動和停淤的地形地貌條件，有豐富的鬆散土石碎屑固體物質來源，以及有短時間內可提供充足的水源和適當的激發因素。當前兩項條件能夠確定或者相對確定時，泥石流發生的水源條件就基本可以確定。因此，一個與預警區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相近似的發生泥石流的水源條件。那麼從成熟的泥石流研究區選取這樣一個地區作為類比區，則能從類比區的雨量數據資料中獲取預警區數據資料中用於計算其泥石流雨量閾值所必需但缺乏的數據資料。基於上述原理，本發明泥石流預警方法具體操作是步驟Si、預警區現場調查與雨量監測站點布置對預警區進行一般流域調查，並根據地形特徵在預警區內布置雨量監測站點、安裝泥石流預警系統；步驟S2、類比區選擇確定分析預警區的基本條件特徵，並根據分析結果從成熟的泥石流研究區中選取確定至少一個與預警區基本條件相同或相近似的研究區作為類比區；步驟S3、確定泥石流預警系統預置雨量閾值通過類比法計算泥石流預警區各雨量監測站點的Ihr雨強I6tl值與前期影響雨量 Pa值。具體包括建立預警區特徵雨量(日降雨量)與海拔變化的關係式(式1)H1=A1XI/ 式 1式中，H1——海拔(m)，I1—預警區日降雨量(mm)，A1——係數，α——指數。建立類比區特徵雨量(日降雨量)與海拔變化的關係式(式2)H2 = A2XI20 式 2式中，H2——海拔(m)，I2——類比區日降雨量(mm)，A2——係數，β——指數。依據式1、式2確定的參數間關係確定預警區與類比區暴雨過程的類比計算式(式 3)，以類比區典型暴雨過程數據資料為基礎計算得出預警區雨量監測站點典型暴雨歷時的各小時特徵雨量，再根據計算結果確定預警區典型暴雨過程的Ihr雨強I6tl值與前期影響雨量Pa值，並依I6tl值與Pa值繪製成雨量閾值曲線圖。
權利要求
1.一種雨量資料短缺地區的泥石流預警方法，通過在泥石流預警系統中預置預警雨量閾值，並將實時雨量數據與預警雨量閾值實時比對結果判斷是否啟動系統預警報來實現， 其特徵在於對於缺乏足夠雨量資料數據的泥石流預警區，首先分析其基本條件，根據分析結果從具有豐富觀測記錄數據資料的成熟泥石流研究區中選擇至少一個與預警區基本條件相同或相近似的研究區確定為類比區；其次從類比區的歷史雨量數據資料中獲取預警區短缺的雨量數據資料用於預警區泥石流預警雨量閾值的計算；最後將計算結果預置在預警區內建立的泥石流預警系統中作為啟動泥石流預警報的閾值。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述預警區基本條件包括水文氣象條件、 降雨特徵、下墊麵條件、地震斷裂帶、泥石流類型等特徵。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於所述水文氣象條件分析包括水汽通道、氣象類型分析，所述降雨特徵分析包括年平均降雨量、降雨年季分布及空間分布特徵、降雨雨型特徵分析，所述下墊麵條件分析包括地形地貌、流域鬆散固體物質儲備狀況、植被狀況調查分析，所述地震斷裂帶分析包括預警區所處構造帶及周邊斷層分布分析。
4.根據權利要求1或2或3所述的方法，其特徵在於按如下步驟實施步驟Si、預警區現場調查與雨量監測站點布置對預警區進行一般流域調查，並根據地形特徵在預警區內布置雨量監測站點、安裝泥石流預警系統；步驟S2、類比區選擇確定分析預警區的基本條件，並根據分析結果從成熟的泥石流研究區中選取確定至少一個與預警區基本條件相同或相近似的研究區作為類比區；步驟S3、確定泥石流預警系統預置雨量閾值通過類比法計算泥石流預警區各雨量監測站點的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特徵雨量與海拔變化的關係式、類比區特徵雨量與海拔變化的關係式，其次依據所述二關係式確定的參數間關係確定預警區與類比區暴雨過程的類比計算式，再以類比區典型暴雨過程數據資料為基礎依所述類比計算式計算得出預警區典型暴雨歷時的各小時特徵雨量，並根據計算結果確定預警區典型暴雨過程的Ihr雨強I6tl值與前期影響雨量Pa值，最後依I6tl值與Pa值繪製成雨量閾值預報圖；步驟S4、泥石流預警系統設置依照步驟S3計算結果，將各監測站點警戒雨量閾值預先設置到各監測站點的泥石流預警系統中，由系統自動完成實時雨量值與警戒雨量閾值的比對，並根據比對結果在必要時發出泥石流警報。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於所述步驟Si、預警區現場調查與雨量監測站點布置按如下步驟進行步驟Si、預警區現場調查與雨量監測站點布置步驟S11、一般流域調查對預警區進行一般流域調查，通過現場對地形的考察或結合地形圖確定如下數據資料通過調查測量確定流域面積A、流域最大高差ΔΗ、形成區界限、流通區界限；根據調查測量數據依常規方法計算確定主溝平均縱坡降I、形成區面積、清水區面積、流通區面積、土壤顆粒組成；步驟S12、泥石流預警系統布置安裝步驟S121、預警系統雨量監測站點布置在預警區內布置預警系統雨量監測站點，監測站點布置方法為所有監測站點均布置在預警區範圍內；泥石流溝的形成區內布設監測站點；重要集雨區布設監測站點；泥石流溝口布置監測站點；步驟S122、泥石流預警系統安裝泥石流預警系統主要由控制中心與分布在預警區內的雨量監測站點組成。各雨量監測站點獲取雨量觀測值並實時傳輸到控制中心，由控制中心根據各雨量監測站點的實時雨量數據與預置的預警雨量閾值加以比對的結果判斷是否啟動泥石流災害預警報。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於建立預警區特徵雨量與海拔變化的關係式時，所述特徵雨量單位的確定根據預警區已有雨量資料條件選取歷時單位儘可能短的特徵雨量；建立類比區特徵雨量與海拔變化的關係式時，選取與已建立的預警區特徵雨量與海拔變化關係式中相同歷時單位的特徵雨量。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於所述步驟S3、確定泥石流預警系統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預置雨量閾值步驟S31、預警區特徵降雨量與海拔變化關係分析根據預警區雨量資料情況，建立區內日降雨量與海拔的關係表達式H1 = A1XI/ 式 1式中，H1——海拔(m)，由實際測量得到11——預警區日降雨量(mm)，由實測降雨資料得到 A1——係數α——指數步驟S32、類比區短歷時特徵降雨量與海拔變化關係分析建立類比區內短歷時特徵雨量與海拔變化的關係式 H2 = A2XI20 式 2 式中，H2——海拔(m)，由實際測量得到12——類比區日降雨量(mm)，由實測降雨資料得到 A2——係數β——指數步驟S33、類比法確定各監測站點泥石流雨量閾值步驟S331、類比分析預警區暴雨過程特徵選取儘可能多的類比區典型暴雨過程數據，經雨型分析計算得到類比區典型暴雨歷時的各小時特徵雨量，再以其為基礎，依式3按比例計算出預警區雨量監測站點典型暴雨歷時中各小時特徵雨量
8.根據權利要求7所述的方法其特徵在於所述步驟S331、類比分析預警區暴雨過程特徵中，首先篩選出類比區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典型暴雨歷時的各小時特徵雨量。
9.根據權利要求7或8所述的方法其特徵在於所述步驟S331、類比分析預警區暴雨過程特徵中，當雨量監測站點為多個時，在計算出至少一個雨量監測站點的短歷時特徵雨量值後，依據式1所示預警區特徵降雨量與海拔變化關係計算得到其餘雨量監測站點的短歷時特徵雨量值。
10.根據權利要求9所述的方法其特徵在於步驟S332、繪製預警區雨量閾值預報圖中，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測站點預警雨量閾值繪製在預警區各監測站點雨量閾值曲線圖上，曲線圖橫坐標為I6tl，縱坐標為Pa ；然後將根據預警區泥石流歷史數據資料分析計算所得值與PaK值點匯在曲線圖上並分析點與閾值曲線的位置關係，必要時對曲線高低位置加以修正。
全文摘要
本發明公開了一種適用於雨量資料短缺地區泥石流預警的方法。針對現有技術中無法計算確定缺乏短歷時雨量資料地區泥石流預警系統的預警雨量閾值的技術缺陷，本發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的基本條件，並根據分析結果從成熟泥石流研究區中選擇具有類比性的研究區確定為類比區，再從類比區雨量數據資料中獲取雨量數據資料通過類比計算用於預警區泥石流預警雨量閾值的確定；最後將結果值預置在預警區內的泥石流預警系統中，通過實時雨量數據與閾值實時比對結果判斷是否啟動系統預警報。本發明方法原理可靠，計算過程科學簡便，實施設備簡單、安裝方便，能夠普遍適用於雨量資料短缺地區泥石流發生預警的需要。
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 優先權日2011年4月15日
發明者季憲軍, 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境研究所