泥石流起動(dòng)臨界清水流量測(cè)算方法及起動(dòng)監(jiān)測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種溝道侵蝕型泥石流起動(dòng)的臨界清水流量測(cè)算方法及起動(dòng)監(jiān)測(cè)方法。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)只適用于坡面侵蝕型泥石流起動(dòng)臨界流量測(cè)算的缺陷，本發(fā)明提供了一種溝道侵蝕型泥石流起動(dòng)的臨界清水流量測(cè)算方法。本方法基于溝道侵蝕型泥石流起動(dòng)時(shí)刻溝道粗化層中值粒徑的起動(dòng)概率與溝道地形特征數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系的原理，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析泥石流起動(dòng)時(shí)固體物質(zhì)中值粒徑的起動(dòng)概率，結(jié)合起動(dòng)概率計(jì)算方法測(cè)算泥石流起動(dòng)清水流量。本發(fā)明進(jìn)一步提供了溝道侵蝕型泥石流起動(dòng)降雨量閾值測(cè)算方法，以及利用雨量閾值測(cè)算監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)的泥石流起動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本發(fā)明方法原理可靠，計(jì)算過(guò)程科學(xué)簡(jiǎn)便，能夠應(yīng)用于缺資料地區(qū)溝道侵蝕性泥石流起動(dòng)臨界降雨量的確定。
【專利說(shuō)明】 泥石流起動(dòng)臨界清水流量測(cè)算方法及起動(dòng)監(jiān)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種泥石流起動(dòng)時(shí)的臨界清水流量測(cè)算方法與泥石流起動(dòng)監(jiān)測(cè)方法，特別是涉及一種溝道侵蝕型泥石流起動(dòng)的臨界清水流量測(cè)算方法及起動(dòng)監(jiān)測(cè)方法。屬于災(zāi)害監(jiān)測(cè)、泥石流防治工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]溝道是一種坡度陡、遭受間歇性洪水沖刷的集水道。坡面徑流產(chǎn)生后，順坡方向隨著降雨徑流匯集量的不斷加大，形成單寬流量與流速都很大的股狀水流。溝道侵蝕是指由坡面徑流集中沖蝕土壤和母巖并切入地面形成較大溝壑的這種侵蝕形態(tài)。溝道內(nèi)松散物質(zhì)固體較豐富，當(dāng)松散固體物質(zhì)受氣候、環(huán)境、水文影響產(chǎn)生被掀動(dòng)或遭受揭底，則導(dǎo)致泥石流起動(dòng)，此類泥石流稱為溝道侵蝕型泥石流。溝道侵蝕型泥石流的特點(diǎn)在于溝道松散物質(zhì)起動(dòng)形成泥石流是依靠徑流提供推移力進(jìn)而發(fā)生和維持運(yùn)動(dòng)，各粒徑固體顆粒起動(dòng)概率遠(yuǎn)較泥河流泥沙起動(dòng)概率為大，其起動(dòng)時(shí)候溝道遭受水流強(qiáng)烈侵蝕，溝道松散物質(zhì)是泥石流固體物質(zhì)主要來(lái)源。
[0003]泥石流防治主要有兩種方式，其一是以實(shí)體攔擋、排導(dǎo)、停淤等工程為主的工程措施，其二是以監(jiān)測(cè)預(yù)警為主的非工程措施。采用監(jiān)測(cè)預(yù)警手段防治溝道侵蝕型泥石流災(zāi)害時(shí)，關(guān)鍵在于合理確定泥石流起動(dòng)的臨界降雨量和始發(fā)徑流量。目前，溝道侵蝕型泥石流起動(dòng)的臨界降雨量主要是基于歷史觀測(cè)資料的統(tǒng)計(jì)、歸納、總結(jié)的方法獲得，其可靠性與觀測(cè)數(shù)據(jù)的豐富精度和精確程度有關(guān)。在計(jì)算溝道侵蝕型泥石流起動(dòng)臨界流量時(shí)，多根據(jù)高橋保模型，但現(xiàn)有研究表明高橋保模型的物理機(jī)制只適用于坡面侵蝕型泥石流，不能用于計(jì)算溝道侵蝕型泥石流的起動(dòng)臨界流量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種溝道侵蝕型泥石流起動(dòng)的臨界清水流量測(cè)算方法，以及在該方法基礎(chǔ)上進(jìn)一步實(shí)施的溝道侵蝕型泥石流起動(dòng)監(jiān)測(cè)方法。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明溝道侵蝕型泥石流起動(dòng)的臨界清水流量測(cè)算方法的技術(shù)方案如下:
[0006]一種溝道侵蝕型泥石流起動(dòng)臨界清水流量測(cè)算方法，其特征在于:依如下步驟實(shí)施:
[0007]步驟S1、確定溝道侵蝕型泥石流形成區(qū)特征過(guò)流斷面
[0008]根據(jù)調(diào)查測(cè)繪確定泥石流溝道內(nèi)泥石流形成區(qū)范圍，在所述形成區(qū)內(nèi)的上段區(qū)域選擇一段溝道順直、溝床比降均一的溝段作為特征過(guò)流溝段，以所述特征過(guò)流溝段的中間斷面作為特征過(guò)流斷面；
[0009]步驟S2、確定地形地質(zhì)基本參數(shù)數(shù)據(jù)
[0010]調(diào)查測(cè)繪測(cè)量確定地形地質(zhì)基本參數(shù)數(shù)據(jù)，所述地形地質(zhì)基本參數(shù)數(shù)據(jù)包括:特征過(guò)流斷面松散物質(zhì)粗化層中值粒徑d5(l，特征過(guò)流斷面寬度B、固體物質(zhì)容重Ys、特征過(guò)流溝段比降1、溝道糙率η;
[0011]步驟S3、確定溝道侵蝕型泥石流起動(dòng)臨界清水流量Q
[0012]聯(lián)立式I~式5測(cè)算確定溝道內(nèi)泥石流起動(dòng)時(shí)的臨界清水流量Q:
[0013]
【權(quán)利要求】
1.一種溝道侵蝕型泥石流起動(dòng)臨界清水流量測(cè)算方法，其特征在于:依如下步驟實(shí)施: 步驟S1、確定溝道侵蝕型泥石流形成區(qū)特征過(guò)流斷面 根據(jù)調(diào)查測(cè)繪確定泥石流溝道內(nèi)泥石流形成區(qū)范圍，在所述溝道泥石流形成區(qū)內(nèi)的上段區(qū)域選擇一段溝道順直、溝床比降均一的溝段作為特征過(guò)流溝段，以所述特征過(guò)流溝段的中間斷面作為特征過(guò)流斷面； 步驟S2、確定地形地質(zhì)基本參數(shù)數(shù)據(jù) 調(diào)查測(cè)繪測(cè)量確定地形地質(zhì)基本參數(shù)數(shù)據(jù)，所述地形地質(zhì)基本參數(shù)數(shù)據(jù)包括:特征過(guò)流斷面松散物質(zhì)粗化層中值粒徑d5(l，特征過(guò)流斷面寬度B、固體物質(zhì)容重Ys、特征過(guò)流溝段比降1、溝道糙率η; 步驟S3、確定溝道侵蝕型泥石流起動(dòng)臨界清水流量Q 聯(lián)立式I~式5測(cè)算確定溝道內(nèi)泥石流起動(dòng)時(shí)的臨界清水流量Q:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟S3中，溝道松散固定物質(zhì)粗化層中值粒徑起動(dòng)概率P取值方式是如下二者之一: 方式一:依表I取值；
3.一種利用權(quán)利要求1或2所述的溝道侵蝕型泥石流起動(dòng)臨界清水流量測(cè)算方法實(shí)現(xiàn)的溝道侵蝕型泥石流起動(dòng)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于:測(cè)算溝道內(nèi)引發(fā)侵蝕型泥石流起動(dòng)的臨界清水流量Q，并對(duì)既定溝道內(nèi)實(shí)時(shí)溝道水流流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)監(jiān)測(cè)值接近臨界清水流量Q時(shí)發(fā)出泥石流預(yù)警信號(hào)。
4.一種利用權(quán)利要求1或2所述的溝道侵蝕型泥石流起動(dòng)臨界清水流量測(cè)算方法實(shí)現(xiàn)的溝道侵蝕型泥石流起動(dòng)降雨閾值測(cè)算方法，其特征在于: 所述降雨閾值是Ih降雨量閾值rp ； 測(cè)算獲取溝道侵蝕型泥石流起動(dòng)臨界清水流量Q數(shù)據(jù)，測(cè)量確定溝道內(nèi)特征過(guò)流斷面以上的流域面積F數(shù)據(jù)、根據(jù)特征過(guò)流溝段土壤性質(zhì)依現(xiàn)有方法確定溝道產(chǎn)流系數(shù)&數(shù)據(jù)，依式6計(jì)算溝道侵蝕型泥石流起動(dòng)Ih降雨量閾值rp， Q = 0.278rpiBnF 式 6 式中，rp—溝道侵蝕型泥石流起動(dòng)Ih降雨量閾值，mm/h, Q—溝道侵蝕型泥石流起動(dòng)臨界清水流量，m3/s,依溝道侵蝕型泥石流起動(dòng)臨界清水流量測(cè)算方法確定； iB—溝道產(chǎn)流系數(shù)，依現(xiàn)有方法確定， F—特征過(guò)流斷面以上的流域面積，km2，調(diào)查測(cè)繪確定， rI一面積修正系數(shù)，依式7計(jì)算確定， η = (1+0.016.F0 fV1 式 7 式中，F(xiàn)—特征過(guò)流斷面以上的流域面積，km2，調(diào)查測(cè)繪確定。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于: 所述降雨閾值還包括IOmin降雨量閾值r1/6t ； 首先測(cè)算確定溝道侵蝕型泥石流起動(dòng)Ih降雨量閾值rp數(shù)據(jù)，其次根據(jù)所述Ih降雨量閾值rp查詢當(dāng)?shù)乇┯旰樗夹g(shù)手冊(cè)確定Ih降雨量=rp時(shí)的降雨頻率數(shù)據(jù),進(jìn)一步查詢?cè)摻涤觐l率下當(dāng)?shù)仄骄鵌Omin平均降雨量r1/6數(shù)據(jù)與IOmin降雨量的模比系數(shù)kP1/6數(shù)據(jù)，再根據(jù)IOmin平均降雨量r1/6與模比系數(shù)kpl/6依式8計(jì)算確定泥石流起動(dòng)IOmin降雨量閾值ri/6t:
ri/6t = Kl/6.'1/6 式 8
式中，ri/et—IOmin降雨量閾值，mm, kP1/6一IOmin降雨量的模比系數(shù),查當(dāng)?shù)乇┯旰樗夹g(shù)手冊(cè)確定， r1/6一泥石流流域內(nèi)Ih降雨量為rp時(shí)的IOmin平均雨強(qiáng)，mm,查當(dāng)?shù)乇┯旰樗夹g(shù)手冊(cè)確定。
6.一種利用權(quán)利要求5所述的溝道侵蝕型泥石流起動(dòng)降雨閾值測(cè)算方法實(shí)現(xiàn)的溝道侵蝕型泥石流起動(dòng)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于:測(cè)算溝道內(nèi)引發(fā)侵蝕型泥石流起動(dòng)Ih降雨量閾值和/或IOmin降雨量閾值，并對(duì)既定溝道內(nèi)實(shí)時(shí)降雨量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)監(jiān)測(cè)值接近Ih降雨量閾值和/或IOmin降雨量閾值時(shí)發(fā)出泥石流預(yù)警信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或5或6所述的方法，其特征在于:0.1 <特征過(guò)流溝段比降i<0.5。
8.一種利用權(quán)利要求5所述的溝道侵蝕型泥石流起動(dòng)降雨閾值測(cè)算方法實(shí)現(xiàn)的溝道泥石起動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括布置在既定溝道內(nèi)的雨量測(cè)量裝置、數(shù)據(jù)中心、控制中心、警報(bào)裝置及必要的信號(hào)傳輸裝置、電源電路組成；其特征在于:泥石流起動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作方式為，將泥石流溝道地形地質(zhì)基本參數(shù)數(shù)據(jù)、當(dāng)?shù)貧v史暴雨統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)中心；數(shù)據(jù)中心利用地形地質(zhì)基本參數(shù)數(shù)據(jù)測(cè)算泥石流起動(dòng)臨界清水流量Q并保存，同時(shí)利用地形地質(zhì)基本參數(shù)數(shù)據(jù)與當(dāng)?shù)貧v史暴雨統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)測(cè)算Ih降雨量閾值rp與IOmin降雨量閾值r1/6t并保存；雨量測(cè)量裝置將泥石流溝內(nèi)雨量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心將實(shí)時(shí)雨量數(shù)據(jù)與降雨量閾值rp、r1/6t進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)實(shí)時(shí)雨量數(shù)據(jù)接近rp、r1/6t時(shí)通過(guò)控制中心調(diào)用警報(bào)裝置工作發(fā)出警報(bào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:適用 于0.1 <特征過(guò)流溝段比降i<0.5的泥石流溝道。
【文檔編號(hào)】G01W1/14GK103453944SQ201310403573
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月6日
【發(fā)明者】王濤, 陳寧生, 鄧明楓, 楊成林 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