一種基于孔隙水壓力監(jiān)測的山洪泥石流預(yù)警方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種山洪泥石流預(yù)警方法，特別是設(shè)及一種基于孔隙水壓力監(jiān)測的山 洪泥石流預(yù)警方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 山洪泥石流災(zāi)害是我國山地災(zāi)害的主要類型之一，每年造成重大的人員傷亡和財 產(chǎn)損失，監(jiān)測預(yù)警是降低山洪泥石流造成人員傷亡的重要措施。隨著山區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、西部 大開發(fā)的深化，山洪泥石流監(jiān)測預(yù)警需求越來越旺盛。
[0003] 目前，國內(nèi)外的泥石流監(jiān)測預(yù)警方式主要在降雨監(jiān)測、地聲監(jiān)測、超聲波泥位監(jiān) 巧。、紅外泥位監(jiān)測、斷線式泥位監(jiān)測、視頻監(jiān)測等的基礎(chǔ)上進(jìn)行預(yù)警。降雨監(jiān)測預(yù)警通過自 動雨量計監(jiān)測泥石流形成區(qū)的降雨過程，利用激發(fā)泥石流的10分鐘雨強(qiáng)模型、30分鐘雨強(qiáng) 模型等計算臨界闊值后發(fā)出預(yù)警信息，但是該方法誤報率高。超聲波泥位監(jiān)測預(yù)警是利用 超聲波探測實(shí)時泥位高度，與泥石流爆發(fā)前溝床高度比較計算泥石流厚度，繼而確定泥石 流流量，一旦流量超過設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)就發(fā)出預(yù)警信息；由于泥石流運(yùn)動中存在強(qiáng)烈飛瓣的現(xiàn)象， 該方法獲得的泥石流流量偏大，可能造成誤報。紅外泥位監(jiān)測預(yù)警有兩種形式，一種是類似 超聲波泥位監(jiān)測預(yù)警方式，從溝道正上方向下發(fā)射紅外線，監(jiān)測泥石流泥位高度，另一種是 在泥石流溝道的一側(cè)向另一側(cè)發(fā)射等間距的一組紅外線，利用泥石流阻擋紅外線的位置確 定泥位高度；兩種方法均存在由于泥石流飛瓣現(xiàn)象造成確定出流量偏大的問題。斷線式泥 位監(jiān)測預(yù)警是在泥石流溝道上架設(shè)數(shù)根線纜，并接通電信號，利用泥石流沖斷線纜電信號 中斷來判斷泥位高度，進(jìn)而發(fā)出預(yù)警，該方法可能存在泥石流沖擊不夠未沖斷電纜造成判 斷出的泥位偏小，使得下游面臨危險而未發(fā)現(xiàn)，還有線纜之間存在間距使得判斷存在一定 誤差，另外線纜沖斷后至重新架設(shè)新線纜前，該系統(tǒng)不能再次進(jìn)行預(yù)警。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于孔隙水壓力監(jiān)測的山洪泥 石流預(yù)警方法，當(dāng)山洪泥石流接近下游保護(hù)對象的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)時發(fā)出預(yù)警信息，可靠性高、準(zhǔn) 確度高、經(jīng)濟(jì)、便于維護(hù)。 陽〇化]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0006] 本發(fā)明提出一種基于孔隙水壓力監(jiān)測的山洪泥石流預(yù)警方法，其主要技術(shù)思想 是：通過監(jiān)測山洪泥石流溝溝床斷面的孔隙水壓力確定山洪泥石流的泥位（或水位），利 用水力學(xué)計算方法計算不同泥位（或水位）對應(yīng)的山洪泥石流流量，將計算值與下游保護(hù) 對象的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，分別對下游發(fā)出安全信息（即不發(fā)出預(yù)警信息）、黃色預(yù)警信息 (即災(zāi)害提示預(yù)警信息）和紅色預(yù)警信息（即避災(zāi)預(yù)警信息），下游區(qū)域人員根據(jù)發(fā)出的信 息可分別作出不避險、避險和緊急避險的反映，從而確保下游人員的安全。
[0007] 具體而言，所述山洪泥石流預(yù)警方法步驟如下：
[0008] (一）根據(jù)下游保護(hù)對象的防洪堤高度或溝床深度，確定防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)流量Qb、單位m3/ S;根據(jù)保護(hù)對象的位置和山洪泥石流流域的流域特征，確定監(jiān)測點(diǎn)位置（后面提到的監(jiān)測 點(diǎn)均為此處確定的監(jiān)測點(diǎn)）；通過大比例尺地形圖測量計算或現(xiàn)場調(diào)查實(shí)測，確定監(jiān)測點(diǎn) 處的溝床縱比降I。;當(dāng)監(jiān)測點(diǎn)位于山洪泥石流形成區(qū)時，先采取固床措施，然后在監(jiān)測點(diǎn)位 置安置孔隙水壓力傳感器；當(dāng)監(jiān)測點(diǎn)位于山洪泥石流流通區(qū)時，在監(jiān)測點(diǎn)位置安置孔隙水 壓力傳感器。
[0009] 下游保護(hù)對象的防洪堤高度可通過查閱設(shè)計文件或?qū)崪y獲得；下游保護(hù)對象的溝 床深度可通過實(shí)測獲得；然后再通過水力學(xué)計算方法確定防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)流量。根據(jù)保護(hù)對象的 位置和山洪泥石流流域的流域特征，確定監(jiān)測點(diǎn)位置，具體為：根據(jù)山洪泥石流的流速一般 為3-lOm/s，一般人員逃生需要60秒W上時間，因此，當(dāng)溝床平均縱比降小于0.2時，選擇監(jiān) 測點(diǎn)距離保護(hù)對象應(yīng)大于180m;當(dāng)溝床平均縱比降為0. 2-0. 4時，選擇監(jiān)測點(diǎn)距離保護(hù)對 象為180m-600m，按線性插值確定；當(dāng)溝床平均縱比降大于0. 4時，選擇監(jiān)測點(diǎn)距離保護(hù)對 象應(yīng)大于600m?？紫端畨毫鞲衅鞯臏y量精度應(yīng)大于等于0. 05kPa。
[0010] (二）通過步驟（一）中設(shè)置的孔隙水壓力傳感器進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，得到一系列的山 洪泥石流的孔隙水壓力P。、單位kPa;將每一個孔隙水壓力P。依次進(jìn)行W下步驟A-B: W11]A.當(dāng)為山洪或稀性泥石流（在我國北方地區(qū)，即泥石流重度小于16kN/m3,在我國 南方地區(qū)，即泥石流重度小于18kN/m3)時，通過公式h"=PcC〇s(a;rctanIc)/ivS角定山洪泥 石流的泥位（或水位）h"、單位m，式中，P。為孔隙水壓力、單位kPa，I。為監(jiān)測點(diǎn)處的溝床縱 比降、由步驟（一）確定，為水的重度、取值9. 8kN/m3;
[0012] 當(dāng)為粘性泥石流（在我國北方地區(qū)，即泥石流重度大于等于16kN/m3,在我國南方 地區(qū)，即泥石流重度大于等于18kN/m3)時，通過公式h"=?。(3〇3(曰'(3*曰111。)/^。確定山洪泥 石流的泥位（或水位）h"、單位m，式中，P。為孔隙水壓力、單位kPa，I。為監(jiān)測點(diǎn)處的溝床縱 比降、由步驟（一）確定，r。為山洪泥石流的重度（此處即粘性泥石流重度）、單位kN/m3、 通過流域調(diào)查或配方法確定。 陽〇1引B.根據(jù)步驟（二）A中得到的泥位（或水位也，同時測量監(jiān)測點(diǎn)處斷面的地形，計 算得到監(jiān)測點(diǎn)處過流斷面面積S。、單位m2;根據(jù)山洪泥石流流速公式，確定山洪泥石流流速 V。、單位m/s;將和V。代入公式Qj=SJ。，計算得到監(jiān)測點(diǎn)處斷面的山洪泥石流流量Qj、 單位mVs。為確保測量精度，測量監(jiān)測點(diǎn)處斷面地形采用的比例尺大于1:100。山洪泥石流 流速公式為
，式中，V。為山洪泥石流流速，單位m/s;nig為 溝床外阻力系數(shù)，根據(jù)水力學(xué)計算取值方法確定；R為水力半徑，單位m，根據(jù)水力學(xué)計算取 值方法確定；I。為監(jiān)測點(diǎn)處的溝床縱比降，由步驟（一）確定；丫》為水的重度，取值9. 8kN/ m3;戶f為山洪泥石流流量系數(shù)，根據(jù)
巧定，其中，丫 .為山洪泥 石流中固體物質(zhì)的重度、取值26. 5kN/m3, 丫。為水的重度、取值9. 8kN/m3,丫。為山洪泥石流 的重度、單位kN/W、通過流域調(diào)查或配方法確定。
[0014] 最終得到一系列的監(jiān)測點(diǎn)處斷面的山洪泥石流流量Qj值，進(jìn)而建立起孔隙水壓力 P。與監(jiān)測點(diǎn)處斷面山洪泥石流流量QJ的關(guān)系曲線（即每一個P。值與每一個Q/直之間的對 應(yīng)關(guān)系）。
[0015] (Ξ)采用小流域水文計算方法，確定不同暴雨條件下監(jiān)測點(diǎn)處的山洪泥石流流 量夢}和保護(hù)對象位置處的山洪泥石流流量^、單位均為m/s，進(jìn)而建立起公}與谷^的關(guān) 系曲線；根據(jù)0；：與谷;;的關(guān)系曲線，確定步驟（一）中得到的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)流量化對應(yīng)的監(jiān)測 點(diǎn)處流量Qy。小流域水文計算方法的計算公式為=(1 +巧式中，Qdf為不同頻 率下山洪泥石流流量（即分別計算得到04;和公;、單位mVs;D。為泥石流溝道堵塞系數(shù)， 取值為1. 0-3. 0 ;Qb為不同頻率下的清水流量，單位m^s，根據(jù)各省地區(qū)水文手冊進(jìn)行計算； 資。為山洪泥石流流量系數(shù)，根據(jù)矜。=一乂") / -ft)確定，其中，丫 .為山洪泥石 流中固體物質(zhì)的重度、取值26. 5kN/m3, 丫。為水的重度、取值9. 8kN/m3, 丫。為山洪泥石流的 重度、單位kN/W、通過流域調(diào)查或配方法確定。
[0016] (四）根據(jù)步驟（二）中得到的孔隙水壓力P。與監(jiān)測點(diǎn)處斷面山洪泥石流流量Qj 的關(guān)系曲線，確定步驟（Ξ)中得到的監(jiān)測點(diǎn)處流量Qy對應(yīng)的孔隙水壓力為紅色預(yù)警壓力 Pred，確定步驟（Ξ)中得到的監(jiān)測點(diǎn)處流量Qy的0. 75倍所對應(yīng)的孔隙水壓力為黃色預(yù)警 壓力Pyellcm。
[0017] (五）實(shí)際預(yù)警時，通過步驟（一）中設(shè)置的孔隙水壓力傳感器實(shí)時監(jiān)測山洪泥 石流的孔隙水壓力，得到實(shí)測孔隙水壓力，并將實(shí)測孔隙水壓力與步驟（四）中得到的紅色 預(yù)警壓力Pf6d和黃色預(yù)警壓力Ργ6?1?進(jìn)行對比；當(dāng)實(shí)測孔隙水壓力大于等于紅色預(yù)警壓力 Pfed時，發(fā)出避災(zāi)預(yù)警信息；當(dāng)實(shí)測孔隙水壓力大于等于黃色預(yù)警壓力Ρ 同時小于紅色 預(yù)警壓力Pred時，發(fā)出災(zāi)害提示預(yù)警信息；當(dāng)實(shí)測孔隙水壓力小于黃色預(yù)警壓力Pyell?，不發(fā) 出預(yù)警信息。
[0018] 預(yù)警信息可通過專職監(jiān)測員發(fā)出，也可通過連接高音卿趴自動發(fā)出。
[0019] 上述通過流域調(diào)查確定山洪泥石流的重度丫。，是指調(diào)查歷史山洪泥石流堆積物 來確定其重度；上述通過配方法確定山洪泥石流的重度丫。，是指將山洪泥石流堆積物加水 調(diào)制成曾經(jīng)發(fā)生泥石流的樣子直接測量確定其重度。
[0020] 本發(fā)明提出的基于孔隙水壓力監(jiān)測的山洪泥石流預(yù)警方法，其關(guān)鍵核屯、是針對不 同性質(zhì)的山洪泥石流，根據(jù)監(jiān)測到的孔隙水壓力計算山洪泥