泥石流预报方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种泥石流预报系统及预报方法，包括硬件网络监测系统、软件网络判定系统和预报系统，首先对泥石流监测现场进行钻探和取样，在符合泥石流发生条件的监测现场设置硬件网络监测系统，通过雨量计实时实地记录坡面内的雨强、雨量，通过网孔内的次声波发生器和电磁波发生器在物源位移时发出信号，软件网络判定系统通过远程通讯手段接收到泥石流监测现场传输的数据之后，计算位移量、结合气象预报数据中的未来降雨信息，与警报阈值进行比较，当符合预报条件时则通过预报系统发出预报信息。本发明专利技术提供了科学的泥石流预报系统和方法，综合泥石流监测现场各项数据，在泥石流发生之前发出预警信息，为附近人员争取疏散时间，避免造成重大损失。

【技术实现步骤摘要】
泥石流预报方法及系统
本专利技术属于泥石流信息监测与预报
，具体涉及一种能够进行泥石流预报的方法及预报系统。
技术介绍
泥石流一般发生在山区或者其他沟谷深壑，地形险峻的地区，主要成因由暴雨或强降雨引发山洪暴发，泥石与洪水混在一起形成的液固两相流，且固体物质处于超饱和状态，在水流冲力和重力作用下造成了水、土、砂、石混杂着向前涌动。泥石流灾害形成后其破坏力大，淤积河道，阻塞江河，中断交通，毁坏农田房屋，甚至摧毁城镇，造成巨大损失。为了防止形成更大危害，目前已经建立了泥石流预警系统，通过监测手段在泥石流开始发生后，向泥石流可能冲击的地区发出警报，提醒民众撤离，并能够在第一时间通知相关人员紧急投入抢险救灾。但现有的预警系统只能在泥石流发生后才能发出警示信息，而泥石流的冲击速度极快，得到警示后当地人员往往没有充足的时间进行紧急应对，因此预警效果通常并不理想。当下，尚欠缺在泥石流灾害发生前进行有效预报的相关系统和方法。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术公开了一种泥石流预报方法及预报系统，能够在泥石流灾害发生前发出警报信息。为了达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术还提供了一种泥石流预报方法，包括如下步骤：步骤1，对泥石流监测现场进行钻探，测量能够产生位移的物源的表面积、深度，计算物源体积，测量物源所在山体的坡度角和泥石流可能行进的泻出坡面的倾斜角，对物源进行取样，实验测定物源摩擦角；步骤2，在符合泥石流发生条件的监测现场设置硬件网络监测系统，在坡面或坡顶设置雨量传感器，在物源内钻纵横网孔，所述网孔形成立体网格，每个孔洞内均埋设有次声波发生器和/或电磁波发生器；步骤3，泥石流监测现场数据采集和传输：雨量计实时实地记录坡面内的雨强、雨量，以电信号形式远程传输至软件网络判定系统；次声波发生器受坡面内物源位移压迫后，将物源位移产生的次声波放大后，进行远程传输，和/或电磁波发生器受坡面内物源位移压迫后，压电材料产生电量，产生电磁波，通过卫星或通讯基站传输；步骤4，软件网络判定系统接收到泥石流监测现场传输的数据之后，进行计算，并结合气象预报数据中的未来降雨信息，并与警报阈值进行比较分析，当符合预报条件时则通过预报系统发出预报信息。进一步的，所述步骤2中条件是指泥石流可能行进的泻出坡面的倾斜角在3°～22°之间，且坡度角大于最大稳定坡角，且物源达到一定的体积量。进一步的，所述步骤4中计算过程为分别根据各个网孔传送出的次声波信号和电磁波信号强度进行计算，得出位移量。进一步的，所述步骤4中预报条件包括雨量条件和位移量条件中的至少一种，所述雨量条件为：总体雨量超过所述物源面积对应的物源体积在安全范围内能够吸收的雨水总量上限阈值，并且气象预报数据中的未来降雨量超过预先设定的阈值；所述位移量条件为：监测到物源位移的网孔数量超过预先设定的阈值。本专利技术还提供了一种能够实现上述预报方法的泥石流预报系统，包括硬件网络监测系统、软件网络判定系统和预报系统，所述硬件网络监测系统设置在泥石流监测环境坡面上，包括雨量计、次声波发生器和/或电磁波发生器，所述雨量计设置在坡面表面上，坡面中设置有纵横网孔，每个网孔内均埋设有次声波发生器和/或电磁波发生器，次声波发生器能够在物源位移时发出次声波信号，电磁波发生器能够在物源位移时发出电磁信号；所述软件网络判定系统包括运算模块、数值分析模块、次声波接收器和/或电磁波接收器，运算模块用于根据接收到的各个网孔内传送出的次声波信号和电磁波信号，分别进行计算后得出位移量，数值分析模块用于综合泥石流监测现场传送来的雨量数据、降雨预报数据和位移量数据进行分析判断，当达到泥石流预报条件后通过预报系统发出泥石流预报信息。与现有技术相比，本专利技术提供了科学的泥石流预报系统和方法，有效综合泥石流监测现场的各项数据，能够在泥石流发生之前发出预警信息，为附近人员争取疏散时间，并能提醒相关部门及早采取应对措施，避免泥石流造成重大损失。附图说明图1为泥石流预报系统结构示意图；图2为泥石流监测现场网孔设置示意图；图3为泥石流监测现场示意图。具体实施方式以下将结合具体实施例对本专利技术提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。要实现泥石流的精确预报，必须要深入分析产生泥石流的必要和充分条件，这就需要从泥石流的成因出发。泥石流成因是物源(特定流域内岩土体)由于岩土力学、水力学的变化，积聚强大的势能，从而导致该物源失稳位移。具体说来：地形地貌、沟涧、植被、坡度、物源的体积量，这些表征是形成泥石流势能积聚条件。本专利技术中的物源是指能够位移的泥土、砂石等物质，而不包括位置稳固的基岩。而物源发生位移后，也必须要具有能够让物源产生大规模运动的环境，这样的滚动环境须有一定的倾斜角坡度和滚动距离。更为具体地说，泥石流的产生与所处位置的地理环境中物源所在山体的坡度以及物源位移后进行滚动的泻出坡面或沟壑的斜度密不可分，这也是泥石流产生的充分条件。此外，在一般的自然条件下泥石流的发生还具备一个极其关键的必要条件：雨量。很显然，在一般的自然条件下(在本专利技术中不考虑突发意外——如决堤导致的泥石流)，要有足够的雨量使物源达到饱和层水压梯度临界值才会令物源失去平时的相对稳定状态，在此基础上，还需要明确在未来的一段时间内还会发生一定时间的持续降水，否则即使物源中含水量已经饱和，但降雨已经停止也不会发生泥石流，这就意味着物源现场的未来气象数据也必须结合到泥石流的成因之中。在实验中我们发现，如果光凭当地环境坡度和雨量进行泥石流的预报，准确率并不令人满意，这就会造成不必要的人力物力浪费。经过多年来对泥石流发生前后数据的监测，我们选取了其中相对容易测定和量化的参数进行采集，并和实际结果进行比对之后发现，在具备上述充分和必要条件之外，更为关键的是，物源还需要确实产生一定的位移。因此，还需要精确采集当地物源的位移数据并传输至后台，结合前述必要和充分条件进行综合判断后才能够实现较为精确的泥石流预报。当满足上述条件后，形成压力势能和重力势能的积聚迭加，导致物源体失稳产生位移，它们满足从一个质点M0(x0,y0,z0)沿坡面运动到另一个质点M1(x0+δxy0+δyz0+δz0)，其运动半径一个微量。基于上述分析和研究，如图1所示本专利技术提供了一种泥石流预报系统，包括硬件网络监测系统、软件网络判定系统和预报系统，硬件网络监测系统设置在泥石流可能发生的监测环境现场，软件网络判定系统应设置在远程后台数据中心，远程后台数据中心中应具有数据处理设备，安装有用于在本专利技术中进行运算、判断、控制的软件网络判定系统中的软件模块部分，泥石流监测环境现场设置的硬件网络监测系统能够将现场采集到的相关数据通过一定的通讯手段传输至软件网络判定系统，软件网络判定系统对接收到的数据进行计算和分析，当发现满足泥石流预报条件时则向预报系统传送数据，预报系统能够通过各种通讯手段发出泥石流预报信息。进一步的，本系统还可以包括中央处理器，作为泥石流预报系统神经元中枢，负责管控、指令调度，用于管控硬件网络监测系统、软件网络判定系统和预报系统。中央处理器监控各个系统接收和发出的数据，硬件网络监测系统将数据传输至中央处理器，中央处理器对数据进行一定的预处理后再将数据传输至软件网本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种泥石流预报方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，对泥石流监测现场进行钻探，测量能够产生位移的物源的表面积、深度，计算物源体积，测量物源所在山体的坡度角和泥石流可能行进的泻出坡面的倾斜角，对物源进行取样，实验测定物源摩擦角；步骤2，在符合泥石流发生条件的监测现场设置硬件网络监测系统，在坡面或坡顶设置雨量传感器，在物源内钻纵横网孔，所述网孔形成立体网格，每个孔洞内均埋设有次声波发生器和/或电磁波发生器；步骤3，泥石流监测现场数据采集和传输：雨量计实时实地记录坡面内的雨强、雨量，以电信号形式远程传输至软件网络判定系统；次声波发生器受坡面内物源位移压迫后，将物源位移产生的次声波放大后，进行远程传输，和/或电磁波发生器受坡面内物源位移压迫后，压电材料产生电量，产生电磁波，通过卫星或通讯基站传输；步骤4，软件网络判定系统接收到泥石流监测现场传输的数据之后，进行计算，并结合气象预报数据中的未来降雨信息，并与警报阈值进行比较分析，当符合预报条件时则通过预报系统发出预报信息。

【技术特征摘要】
1.一种泥石流预报方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，对泥石流监测现场进行钻探，测量能够产生位移的物源的表面积、深度，计算物源体积，测量物源所在山体的坡度角和泥石流可能行进的泻出坡面的倾斜角，对物源进行取样，实验测定物源摩擦角；步骤2，在符合泥石流发生条件的监测现场设置硬件网络监测系统，在坡面或坡顶设置雨量传感器，在物源内钻纵横网孔，所述网孔形成立体网格，每个孔洞内均埋设有次声波发生器和/或电磁波发生器；步骤3，泥石流监测现场数据采集和传输：雨量计实时实地记录坡面内的雨强、雨量，以电信号形式远程传输至软件网络判定系统；次声波发生器受坡面内物源位移压迫后，将物源位移产生的次声波放大后，进行远程传输，和/或电磁波发生器受坡面内物源位移压迫后，压电材料产生电量，产生电磁波，通过卫星或通讯基站传输；步骤4，软件网络判定系统接收到泥石流监测现场传输的数据之后，进行计算，并结合气象预报数据中的未来降雨信息，并与警报阈值进行比较分析，当符合预报条件时则通过预报系统发出预报信息；所述预报条件包括雨量条件和位移量条件中的至少一种，所述雨量条件为：总体雨量超过所述物源面积对应的物源体积在安全范围内能够吸收的雨水总量上限阈值，并且气象预报数据中的未来降雨量超过预先设定的阈值；所述位移量条件为：监测到物源位移的网孔数量超过预先设定的阈值。2.根据权利要求1所述的泥石流预报方法，其特征在于：所述步骤2...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈谦，王亮亮，戴佳琦，
申请(专利权)人：水利部南京水利水文自动化研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32