本申請屬于泥石流災(zāi)害防治
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體地說，涉及一種基于降雨頻率的泥石流淤積危險范圍劃分方法。
背景技術(shù)：
：泥石流是山區(qū)常見的地質(zhì)災(zāi)害，其暴發(fā)突然、來勢兇猛、歷時短暫，在造成嚴重災(zāi)害的同時，由于其高含沙量，往往在流域下游淤積形成大面積的泥石流灘地。泥石流灘地往往地勢平緩、水源充足、熱量豐富，是較好的土地資源，具有廣闊的開發(fā)前景，是山區(qū)發(fā)展經(jīng)濟和改善生態(tài)環(huán)境的重要途徑。泥石流灘地多分布于泥石流溝口及平坦的溝谷的兩側(cè)，由于平坦開闊的地形條件以及相對較好的水熱條件，山區(qū)居民常常在穩(wěn)定的灘地上進行各種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、建設(shè)村落、修筑道路等活動。但是，泥石流灘地利用面臨潛在泥石流災(zāi)害的威脅，因此劃分泥石流淤積危險范圍是防御泥石流風(fēng)險的重點。目前，有關(guān)泥石流淤積危險范圍的劃分方法主要有兩類：①利用海量調(diào)查、實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析擬合方程，如泥石流沖出距離與一次泥石流沖出量的關(guān)系式；②利用數(shù)學(xué)、物理模型開展數(shù)值模擬，通過模擬得到的流速、泥深確定泥石流淤積淤埋危險范圍。然而，這兩種方法主要存在如下問題：一是基于室內(nèi)實驗數(shù)據(jù)的數(shù)理統(tǒng)計擬合方程得到泥石流最大沖出距離和最大沖出寬度確定的泥石流范圍，很難反映泥石流淤積實際情況，同時不能獲得淤埋范圍的深度、流速，且該類方法很難應(yīng)用到實際，尤其區(qū)域不同，泥石流特征差異較大，導(dǎo)致數(shù)理統(tǒng)計的淤埋危險范圍差異很大；二是利用數(shù)學(xué)、物理模型開展的數(shù)值模擬參數(shù)選取難度較大，且方程求解和模擬過程復(fù)雜，而且沒有考慮淤積淤埋范圍內(nèi)是否涉及地表固體物質(zhì)沖刷、侵蝕等加大危險范圍的因素。因此，現(xiàn)有技術(shù)的泥石流淤積危險范圍的劃分方法比較復(fù)雜，且可靠性不高。技術(shù)實現(xiàn)要素：有鑒于此，本申請所要解決的技術(shù)問題是提供了一種基于降雨頻率的泥石流淤積危險范圍劃分方法，以提升劃分出的泥石流淤積危險范圍的準確性，并降低泥石流淤積危險范圍劃分方法的復(fù)雜性。為了解決上述技術(shù)問題，所述的方法包括：根據(jù)被檢測流域的地形圖確定泥石流主溝道位置、泥石流初始過流斷面m0n0及其初始過流斷面的寬度，并確定初始過流斷面的水力坡降；根據(jù)歷史數(shù)據(jù)資料，設(shè)定降雨頻率，計算對應(yīng)降雨暴發(fā)頻率下泥石流的峰值流量；根據(jù)泥石流的峰值流量、初始過流斷面的寬度和水力坡降，計算初始過流斷面平均流深h0；在泥石流主溝道上確定n個平均流深為h0的過流斷面mini，i＝1,2,3,…n，n≥2；依次連接mimi+1，及nini+1，i＝0,1,2,3,…n，n≥2，獲得的范圍即為對應(yīng)暴發(fā)頻率下的泥石流淤積危險范圍。如上所述的方法，其中，所述計算初始過流斷面平均流深h0，具體為可以為：將過流斷面概化呈倒立的等腰三角形，通過以下公式計算求得h0，q＝l0h0v0，其中，q為泥石流峰值流量，單位為m3；l0為溝口過流斷面m0n0的寬度，單位為m；h0為溝口對應(yīng)降雨頻率下峰值流量的平均流深，單位為m；v0為泥石流在溝口過流斷面m0n0上的平均流速，單位為m/s；m為粘性泥石流流速系數(shù)，根據(jù)《泥石流災(zāi)害防治工程勘察規(guī)范da-t0220-2006》內(nèi)插確定；r為溝口過流斷面m0n0的水力半徑，單位為m；i為溝口過流斷面m0n0處泥石流水力坡度，單位為‰。如上所述的方法，具體的，所述在泥石流主溝道上確定n個平均流深為h0的過流斷面mini，具體包括：確定自初始過流斷面開始沿泥石流流動方向的等高線ai，泥石流主溝道與等高線ai相交于ci，在ci和ci+1之間確定平均泥深為h0的點oi，在oi點做垂直主溝道的過流斷面，與等高線ai相交于mi、ni，從而得過流斷面mini，其中，i＝1,2,3,…n，n≥2。如上所述的方法，其中，所述危險范圍在同一橫斷面上，越靠近主溝，流深越大，越靠近主溝兩側(cè)，流深越小。如上所述的方法，進一步的，根據(jù)過流斷面的泥深和單寬流量，確定所述危險范圍的危險等級，所述危險等級包括：高、中、低。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請可以獲得包括以下技術(shù)效果：1、本申請的泥石流淤積危險范圍劃分方法計算簡單、簡捷易行、易于推廣實施，針對山區(qū)缺資料地區(qū)小流域具有較高的應(yīng)用價值；2、基于降雨頻率，可實現(xiàn)各種爆發(fā)頻率條件下，快速獲取泥石流堆積區(qū)災(zāi)損土地淤埋風(fēng)險范圍，可廣泛應(yīng)用于泥石流監(jiān)測預(yù)警、鄉(xiāng)村規(guī)劃等方面；3、本申請的泥石流淤積危險范圍劃分方法，針對小流域，考慮了淤積淤埋范圍內(nèi)是否涉及地表固體物質(zhì)沖刷、侵蝕等加大危險范圍的因素，提升了劃分出的泥石流淤積危險范圍的準確性。附圖說明此處所說明的附圖用來提供對本申請的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當限定。在附圖中：圖1是本申請基于降雨頻率的泥石流淤積危險范圍劃分方法流程圖；圖2是本申請實施例的泥石流主溝道及溝口過流斷面m0n0的示意圖；圖3是本申請實施例的泥石流主溝道及過流斷面mini的示意圖；圖4是本申請實施例的泥石流主溝道淤積范圍的示意圖。具體實施方式以下將配合附圖及實施例來詳細說明本申請的實施方式，藉此對本申請如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題并達成技術(shù)功效的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。本申請?zhí)峁┑哪嗍饔俜e危險范圍劃分方法特別適用于無大比例尺地形圖及觀測數(shù)據(jù)的無資料地區(qū)的泥石流堆積區(qū)，該方法主要以流域所在區(qū)域泥石流爆發(fā)頻率以及地形參數(shù)為依據(jù)，快速完成由泥石流堆積導(dǎo)致的災(zāi)損土地淤埋范圍及區(qū)劃。圖1是本申請基于降雨頻率的泥石流淤積危險范圍劃分方法流程圖。如圖1示，本實施例的基于降雨頻率的泥石流淤積危險范圍劃分方法包括以下內(nèi)容。s101：根據(jù)被檢測流域的地形圖確定泥石流主溝道位置、泥石流初始過流斷面m0n0及其初始過流斷面的寬度，并確定初始過流斷面的水力坡降。圖2是本申請實施例的泥石流主溝道及溝口過流斷面m0n0的示意圖。具體的，可以通過現(xiàn)場調(diào)查、測繪、勘查的圖形資料以及dem(digitalelevationmodel,數(shù)字高程模型)確定泥石流主溝道的地理位置及溝口初始斷面位置。s102：根據(jù)歷史數(shù)據(jù)資料，設(shè)定降雨頻率，計算對應(yīng)降雨頻率下泥石流的峰值流量。s103：根據(jù)泥石流的峰值流量、初始過流斷面的寬度和水力坡降，計算初始過流斷面平均流深h0。初始過流斷面平均流深h0是指對應(yīng)頻率和泥石流峰值流量q條件下流過初始過流斷面m0n0的平均流深。具體的，可以將過流斷面概化呈倒立的等腰三角形，通過以下公式計算求得h0，q＝l0h0v0，其中，q為泥石流峰值流量，單位為m3；l0為溝口過流斷面m0n0的寬度，單位為m；h0為溝口對應(yīng)降雨頻率下峰值流量的平均流深，單位為m；v0為泥石流在溝口過流斷面m0n0上的平均流速，單位為m/s；m為粘性泥石流流速系數(shù)，根據(jù)《泥石流災(zāi)害防治工程勘察規(guī)范da-t0220-2006》內(nèi)插確定；r為溝口過流斷面m0n0的水力半徑，單位為m；i為溝口過流斷面m0n0處泥石流水力坡度，單位為‰。s104：在泥石流主溝道上確定n個平均流深為h0的過流斷面mini，i＝1,2,3,…n，n≥2。s105：依次連接mimi+1，及nini+1，i＝0,1,2,3,…n，n≥2，獲得的范圍即為對應(yīng)暴發(fā)頻率下的泥石流淤積危險范圍。圖3是本申請實施例的泥石流主溝道及過流斷面mini的示意圖。參照圖3所示，在如上所述的方法中，所述在泥石流主溝道上確定n個平均流深為h0的過流斷面mini，具體可以包括：確定自初始過流斷面開始沿泥石流流動方向的等高線ai，泥石流主溝道與等高線ai相交于ci，在ci和ci+1之間確定平均泥深為h0的點oi，在oi點做垂直主溝道的過流斷面，與等高線ai相交于mi、ni，從而得過流斷面mini，其中，i＝1,2,3,…n，n≥2。依次連接mimi+1，及nini+1，獲得的范圍即為對應(yīng)暴發(fā)頻率下的泥石流淤積危險范圍。圖4是本申請實施例的泥石流主溝道淤積范圍的示意圖。根據(jù)已有地形圖或dem生成小流域等高線，或者現(xiàn)場調(diào)查、測繪、勘查確定泥石流流域主溝道基本地理地形數(shù)據(jù)，包括主溝道地理位置、泥石流過流斷面m0n0及其寬度l0，并確定初始過流斷面m0n0處泥石流水力坡度i。如上所述的方法，其中，所述危險范圍在同一橫斷面上，越靠近主溝，流深越大，越靠近主溝兩側(cè)，流深越小。具體的，可以根據(jù)過流斷面的泥深和單寬流量，確定危險范圍的危險等級，危險等級包括：高、中、低。對泥石流堆積區(qū)的危險等級的劃分往往以泥石流強度為劃分依據(jù)，常用的特征參數(shù)有泥石流流速、泥深、沖擊力等。例如，可以在泥石流堆積區(qū)淤積范圍內(nèi)，進一步劃分過流斷面，間隔以等高線間距的1/2～1/5，并確定指定過流斷面的水力坡度，從而以泥深和單寬流量為基本參數(shù)，將淤積范圍進行危險性高、中、低劃分，參照表1。表1泥石流淤積危險范圍的危險等級表泥石流危險等級說明高h≥0.5m或q≥1m2/s中0.1m＜h＜0.5m或0.2m2/s＜q＜1m2/s低h≤0.1m或q≤0.2m2/s具體應(yīng)用案例：南壩鎮(zhèn)為龍門山中央斷裂北段途徑位置，在該處可見到多處龍門山斷裂帶的地表破裂區(qū)域。窖子溝介于南壩鎮(zhèn)和建康村之間，距離南壩鎮(zhèn)約5.5km，窖子溝匯入涪江支流，由于斷裂帶橫穿窖子溝流域中下游，造成流域中下部山體破碎，崩塌滑坡現(xiàn)象明顯，通過測量，穿越窖子溝的龍門山斷裂帶距離主河道約750m。目前，窖子溝中下游左岸一滑坡發(fā)育程度較高，該滑坡體長約550m，寬350m，由于松散滑坡體擠占主溝道，堵塞較嚴重，在未來強降雨條件下，暴發(fā)泥石流的概率較大，可能造成主河堵塞回水，危及河道上方建康村村落及河道兩側(cè)農(nóng)耕地。利用開源dem數(shù)據(jù)，獲取流域等高線，劃定泥石流淤積范圍。本應(yīng)用案例以窖子溝流域泥石流堆積區(qū)災(zāi)損土地為例，對該流域淤埋范圍及區(qū)劃進行案例分析。(1)確定被檢測小流域地理參數(shù)通過多次野外實地調(diào)查、測量獲得流域地形、地物，結(jié)合地理空間數(shù)據(jù)云下載高精度dem數(shù)據(jù)，利用arcgis等軟件進行矢量，得到窖子溝流域地形圖(主要是堆積區(qū))。從而確定窖子溝主溝道位置、泥石流初始過流斷面m0n0及其寬度2l0，可得2l0＝52.78m，確定此過流斷面水力坡降i＝252‰。根據(jù)走訪調(diào)查以及窖子溝泥痕調(diào)查，得到窖子溝在2010年四川省群發(fā)性泥石流暴發(fā)中泥石流峰值流量155m3/s，大致相當于泥石流暴發(fā)頻率為50年一遇的泥石流流量。(2)確定被檢測小流域不同降雨頻率下泥石流峰值流量q南壩鎮(zhèn)窖子溝流域位于四川省中部，根據(jù)四川省中小流域水文手冊，泥石流暴發(fā)頻率分別以20年一遇(5％)、50年一遇(2％)、100年一遇(1％)進行設(shè)置，泥石流過程為30min，得到窖子溝泥石流流量情況計算表，見表2。表2平武縣南壩窖子溝流域泥石流總量計算表(3)確定初始過流斷面平均流深h0得到窖子溝不同頻率條件下泥石流峰值流量，從而根據(jù)初始過流斷面l0＝52.78m和水力坡降i＝252‰，進一步獲得初始過流斷面不同頻率條件下泥石流峰值流量對應(yīng)的平均泥深，見表3。表3平武縣南壩窖子溝流域初始過流斷面平均泥深(4)確定過流斷面mini的位置由前所知，依據(jù)設(shè)定頻率條件下的平均泥深為標準，假定自初始過流斷面以下所有過流斷面位置平均泥深均為此值，即20年一遇平均泥深為1.8m，50年一遇平均泥深為2.1m，100年一遇平均泥深為2.7m。從而確定自初始過流斷面開始，沿泥石流流動方向的等高線ai，i＝1,2,3，…n。其中，以a1和a2等高線為例，其高差h1-2為10m，泥石流主溝道與等高線分別相交于c1、c2，測量c1和c2間圖上距離為c1-2，從c1開始沿泥石流流動方向c1-2段定點o1(該點平均泥深為h0)，其c1至o1間圖上距離為c1o1。確定o1點做垂直主溝道過流斷面，與等高線a1相交于m1、n1，從而得到第一個過流斷面m1n1。進而利用a2和a3等高線，a3和a4等高線，…，確定泥石流主溝道與等高線交匯點c1、c2，…，以及第2、3條過流斷面m2n2、m3n3，…，可以參考圖3和圖4所示。(5)確定泥石流堆積區(qū)淤積范圍依次連接mimi+1，及nini+1，i＝1,2,3,…n，所得范圍即為南壩窖子溝設(shè)計頻率條件下泥石流堆積區(qū)淤積范圍，可以參考圖4所示。通過對比，在泥石流暴發(fā)頻率為50年一遇情況下，圈定的泥石流堆積區(qū)淤積范圍與實際窖子溝堆積扇比較一致；當泥石流暴發(fā)頻率為20年一遇，圈定的泥石流堆積區(qū)淤積范圍僅分布在堆積扇主溝兩側(cè)；當泥石流暴發(fā)頻率為100年一遇，圈定的泥石流堆積區(qū)淤積范圍基本全部覆蓋堆積扇。(6)淤積危險性劃分確定泥石流堆積區(qū)淤積范圍，進一步以淤積范圍為依據(jù)，可以確定范圍內(nèi)淤積危險等級，在同一橫斷面上，越靠近主溝，流深越大，越靠近主溝兩側(cè)，流深越小。仍然以南壩窖子溝流域50年一遇泥石流暴發(fā)頻率為例，通過以流深為依據(jù)進行說明，窖子溝流域堆積區(qū)初始過流斷面至主河之間高程范圍介于900-750m，以10m高差間隔可確定指定過流斷面16個。通過測量各橫斷面寬度以及計算水力坡度，可求得16個過流斷面平均泥深hi，i＝1,2,3…16。計算結(jié)果見表4。表4南壩窖子溝50年一遇泥石流暴發(fā)頻率過流斷面特征參數(shù)計算表以每一個橫斷面最大泥深為基本參數(shù)，根據(jù)前面表3確定每一個橫斷面的泥石流淤積危害程度。根據(jù)表4窖子溝流域泥石流暴發(fā)頻率在50年一遇的情況下，堆積區(qū)主溝道最大泥深介于0.36～0.73m，基本上屬于中度和高度危險區(qū)。綜上所述，本申請?zhí)峁┑幕诮涤觐l率的泥石流淤積危險范圍劃分方法，根據(jù)被檢測流域的地形圖確定泥石流主溝道位置、泥石流初始過流斷面m0n0及其初始過流斷面的寬度，并確定初始過流斷面的水力坡降；根據(jù)泥石流的暴發(fā)頻率，通過查閱歷史數(shù)據(jù)資料獲得對應(yīng)暴發(fā)頻率下泥石流的峰值流量；根據(jù)泥石流的峰值流量、初始過流斷面的寬度和水力坡降，計算初始過流斷面平均流深h0；在泥石流主溝道上確定n個平均流深為h0的過流斷面mini，i＝1,2,3,…n，n≥2；依次連接mimi+1，及nini+1，獲得的范圍即為對應(yīng)暴發(fā)頻率下的泥石流淤積危險范圍。本申請的泥石流淤積危險范圍劃分方法具有簡捷易行、易于推廣實施的特點，針對山區(qū)缺資料地區(qū)小流域具有較高的應(yīng)用價值，且劃分出的泥石流淤積危險范圍準確性高，可廣泛應(yīng)用于泥石流監(jiān)測預(yù)警、鄉(xiāng)村規(guī)劃等方面。上述說明示出并描述了本申請的若干優(yōu)選實施例，但如前所述，應(yīng)當理解本申請并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本申請構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識進行改動。而本領(lǐng)域人員所進行的改動和變化不脫離本申請的精神和范圍，則都應(yīng)在本申請所附權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。當前第1頁12