水土耦合型灾害流体发生概率预测模型构建方法、泥石流预报方法技术

本发明专利技术公开水土耦合型灾害流体发生概率预测模型构建方法、泥石流预报方法。本发明专利技术提供水土耦合型灾害流体发生概率预测模型构建方法。该方法利用AEP表征的降雨中水土耦合运动信息，引入I

【技术实现步骤摘要】
水土耦合型灾害流体发生概率预测模型构建方法、泥石流预报方法


[0001]本专利技术涉及山区灾害监测技术，特别是涉及由降雨引发的山地灾害 流体发生的预测预报技术，属于山地灾害监测防治、泥石流灾害监测预 报


技术介绍

[0002]由降雨引发的各类自然灾害是山区灾害防治的重要内容，其中尤以 因水土耦合运动所致的洪水、含沙洪水、泥石流等类灾害流体最受研究 界与生产界关注。预测这些灾害的发生可能性以及进而得到一个准确的 发生概率结果，是山区灾害防治技术的长期问题。
[0003]在因水土耦合运动所致的多类灾害流体中，泥石流因其破坏力大、 灾后恢复难而最受山地灾害研究重视。泥石流形成、发生、预测的理论 研究成为山地灾害防治领域的重中之重。由这些理论成果指导开发的各 类泥石流发生预测技术已十分丰富。随着研究经验的累积，研究者越来 越重视“泥石流成因复杂”这一观点，开发泥石流发生预测技术方的思 路更多转向同时对多种引发泥石流的环境要素展开监测，再将采集到的 多种类监测数据分别投入各自适宜的预测模型，最终得到对泥石流发生 可能性高低的预测结果。现有技术的该构思都是立足于一种认识——利 用越充分的环境要素数据能够越准确地预测泥石流发生事件。然而，由 正确的认识所指导的实践性工作并不意味着必然的理想结果。在泥石流 发生预测技术中面临的问题是，虽然在数据采集环节，资金投入与硬件 技术能够帮助人们实现充分采集多种环境要素数据的愿意，但是在模型 预测环节，针对各要素开发的预测模型水平差异，以及各要素预测模型 结果的相互融合协调程度都限制了多要素预测方案在研究与生产实际中 的价值。更有甚者，一些对泥石流及其环境的多要素“全方位”监测预 测技术需要极高资金投入，与泥石流易发高发地区的经济水平全然不相 称，几乎无法真正产生社会有益性，无法在防灾实践中获得技术反馈信 息，限制了进一步的技术改良。
[0004]实际上，各类水土耦合运动所致的山区灾害流体的形成与发生，无 论是多少种因素共同作用的结果，其最根本与关键的诱发因素是降水(称 诱发降水)。以泥石流为例，诱发降水按泥石流发生时间被分为前期降水 与当次降水，其中，前期降水是到泥石流形成前一天为止已经发生的降 水。作为测量用的前期降水指标，是指到泥石流形成前仍保留在土壤中 的那一部分降水，即前期有效降水量(antecedent effective precipitation, AEP)，也称前期土体含水量，简称前期雨量。事实上，前期有效降水量 /前期土体含水量/前期雨量所反映的不仅是与泥石流发生前的降水条件， 还反映了泥石流发生前的土体条件，包括土壤的饱和程度、土体的抗剪 强度、坡面松散储备物质的稳定性等。因而，该指标是综合性指标，能 够在一定程度上代表与灾害相关的水土耦合过程的起点，或者至少是重 要节点。在泥石流发生预测的理论研究与各类技术中，前期有效降水量 一直被视为各种影响泥石流形成的降雨指标中贡献最大者。
[0005]现有技术已提供了基本经验公式或基于模拟水文过程的有效前期降 水量的测算
方法，可以以现有气象监测系统所提供的气象数据与现有资 源调查所提供的区域下垫面数据为基础，经济高效地测算出用于泥石流 灾害预报的有效前期降水量指标。在此基础上，如果能够开发出一种基 于前期有效降水量单项指标的灾害流体发生概率测算方法P＝f(AEP)， 则能够最大程度地简化降水诱发的水土耦合型灾害发生预测方案，并由 此带来包括技术、社会、经济等各方面的诸多有益效果。
[0006]然而，现有技术至今无法实现上述目标，依然是将前期有效降水量 与其他指标综合利用来构建灾害发生预测方案，且只能得到对灾害发生 可能高低的定性描述结果。

技术实现思路

[0007]本专利技术中，将由降雨引发的、因水土耦合运动所致的洪水、含沙洪 水、泥石流等自然灾害统称为“水土耦合型灾害流体”，简称“灾害流 体”。
[0008]本专利技术的目的就是针对现有技术的不足，提供基于前期有效降水量 AEP单项指标测算水土耦合型灾害流体发生概率的方法，以及具体针对 泥石流的发生概率测算方法。
[0009]为实现上述目的，本专利技术首先提供一种构建由降雨诱发的灾害流体 发生概率预测模型的方法，其技术方案如下：
[0010]一种水土耦合型灾害流体发生概率预测模型构建方法，其特征在于：
[0011]步骤S1、划定研究区，完成现场调查，收集研究区基本资料；
[0012]步骤S2、根据研究区基本资料确定研究区内需预测的灾害流体容 重ρ变化区间[ρ1,ρ2]，确定水文模拟计算的前期有效降水量AEP
′
，构 建研究区在各前期有效降水量AEP
′
条件下I
‑
D曲线阈值I＝δD
β
，确定 ρ1对应的I
‑
D曲线ID1、ρ2对应的I
‑
D曲线ID2；
[0013]步骤S3、构建由AEP表达的DoI坐标系上曲线ID1与曲线ID2间面 积S
ID12
的函数表达式S
ID12
＝f(AEP)，构建由AEP表达的DoI坐标系 上曲线ID1分别与D轴、I轴相交围成的三角形面积S
ID1
的函数表达式 S
ID1
＝f(AEP)；
[0014]步骤S4、构建由AEP表达的S
ID12
与S
ID1
的比值的函数表达式的比值的函数表达式通过检验的函数P
ID
即为所构建预测模型。
[0015]上述预测模型构建方法中各I
‑
D曲线构建可利用现有技术ZL 2018107475705实现。
[0016]上述预测模型构建方法的技术原理主要在于：降水型灾害流体的实 质是一种水土耦合作用后形成的混合物，不同类型灾害流体的区别主要 在于固液两相组成比例差异，反映到物理指标上便是混合物容重ρ，也即 灾害流体容重ρ。例如，一般将ρ＝1.2t/m3～2.2t/m3的灾害流体称为泥 石流。所以，监测由降水诱发的不同容重区间[ρ]的水土混合物，就是在 监测不同种类的灾害流体。ZL 2018107475705将前期有效降水量AEP与 水土耦合特征变化相联系，提供了模拟计算不同AEP条件下所激发的水 土耦合物容重ρ动态变化过程的工具，因而借助该现有技术则能利用 AEP捕捉需监测的特定[ρ]的水土混合物/灾害流体。但是ZL 2018107475705技术的数值模拟方式尚无法反映某AEP条件与特定[ρ]的 共现概率。通过将由AEP所激发的水土耦合物容重ρ动态过程图形化， 再借助函数表达则能将该共现概率量化。本专利技术前期的大量模拟计算工 作发现，AEP条件与特定[ρ]的共现概率确能通过构建函数准确表达。通 过检验的函数表达式能够用于灾害预测。
[0017]本专利技术同时提供如下技术方案：
[0018]上述水土耦合型灾害流体发生概率预测模型构建方法在山区水土耦 合型灾害流体监测预报中的应用。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.水土耦合型灾害流体发生概率预测模型构建方法，其特征在于：步骤S1、划定研究区，完成现场调查，收集研究区基本资料；步骤S2、根据研究区基本资料确定研究区内需预测的灾害流体容重ρ变化区间[ρ1,ρ2]，确定水文模拟计算的前期有效降水量AEP
′
，构建研究区在各前期有效降水量AEP
′
条件下I
‑
D曲线阈值I＝δD
β
，确定ρ1对应的I
‑
D曲线ID1、ρ2对应的I
‑
D曲线ID2；步骤S3、构建由AEP表达的DoI坐标系上曲线ID1与曲线ID2间面积S
ID12
的函数表达式S
ID12
＝f(AEP)，构建由AEP表达的DoI坐标系上曲线ID1分别与D轴、I轴相交围成的三角形面积S
ID1
的函数表达式S
ID1
＝f(AEP)；步骤S4、构建由AEP表达的S
ID12
与S
ID1
的比值的函数表达式的比值的函数表达式通过检验的函数P
ID
即为所构建预测模型。2.权利要求1所述的水土耦合型灾害流体发生概率预测模型构建方法在山区水土耦合型灾害流体监测预报中的应用。3.权利要求1所述的水土耦合型灾害流体发生概率预测模型构建方法在测算满足ID组合条件的降雨事件诱发灾害流体的概率p
ob
中的应用，所述ID组合降雨条件是降雨强度I＝0～log10...

【专利技术属性】
技术研发人员：张少杰，杨红娟，龙奎，
申请(专利权)人：中国科学院，水利部成都山地灾害与环境研究所，
类型：发明
国别省市：