泥石流起动临界清水流量测算方法及起动监测方法技术

本发明专利技术公开了一种沟道侵蚀型泥石流起动的临界清水流量测算方法及起动监测方法。针对现有技术只适用于坡面侵蚀型泥石流起动临界流量测算的缺陷，本发明专利技术提供了一种沟道侵蚀型泥石流起动的临界清水流量测算方法。本方法基于沟道侵蚀型泥石流起动时刻沟道粗化层中值粒径的起动概率与沟道地形特征数据的对应关系的原理，通过统计分析泥石流起动时固体物质中值粒径的起动概率，结合起动概率计算方法测算泥石流起动清水流量。本发明专利技术进一步提供了沟道侵蚀型泥石流起动降雨量阈值测算方法，以及利用雨量阈值测算监测实现的泥石流起动监测系统。本发明专利技术方法原理可靠，计算过程科学简便，能够应用于缺资料地区沟道侵蚀性泥石流起动临界降雨量的确定。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种沟道侵蚀型泥石流起动的临界清水流量测算方法及起动监测方法。针对现有技术只适用于坡面侵蚀型泥石流起动临界流量测算的缺陷，本专利技术提供了一种沟道侵蚀型泥石流起动的临界清水流量测算方法。本方法基于沟道侵蚀型泥石流起动时刻沟道粗化层中值粒径的起动概率与沟道地形特征数据的对应关系的原理，通过统计分析泥石流起动时固体物质中值粒径的起动概率，结合起动概率计算方法测算泥石流起动清水流量。本专利技术进一步提供了沟道侵蚀型泥石流起动降雨量阈值测算方法，以及利用雨量阈值测算监测实现的泥石流起动监测系统。本专利技术方法原理可靠，计算过程科学简便，能够应用于缺资料地区沟道侵蚀性泥石流起动临界降雨量的确定。【专利说明】
本专利技术涉及一种泥石流起动时的临界清水流量测算方法与泥石流起动监测方法，特别是涉及一种沟道侵蚀型泥石流起动的临界清水流量测算方法及起动监测方法。属于灾害监测、泥石流防治工程领域。
技术介绍
沟道是一种坡度陡、遭受间歇性洪水冲刷的集水道。坡面径流产生后，顺坡方向随着降雨径流汇集量的不断加大，形成单宽流量与流速都很大的股状水流。沟道侵蚀是指由坡面径流集中冲蚀土壤和母岩并切入地面形成较大沟壑的这种侵蚀形态。沟道内松散物质固体较丰富，当松散固体物质受气候、环境、水文影响产生被掀动或遭受揭底，则导致泥石流起动，此类泥石流称为沟道侵蚀型泥石流。沟道侵蚀型泥石流的特点在于沟道松散物质起动形成泥石流是依靠径流提供推移力进而发生和维持运动，各粒径固体颗粒起动概率远较泥河流泥沙起动概率为大，其起动时候沟道遭受水流强烈侵蚀，沟道松散物质是泥石流固体物质主要来源。泥石流防治主要有两种方式，其一是以实体拦挡、排导、停淤等工程为主的工程措施，其二是以监测预警为主的非工程措施。采用监测预警手段防治沟道侵蚀型泥石流灾害时，关键在于合理确定泥石流起动的临界降雨量和始发径流量。目前，沟道侵蚀型泥石流起动的临界降雨量主要是基于历史观测资料的统计、归纳、总结的方法获得，其可靠性与观测数据的丰富精度和精确程度有关。在计算沟道侵蚀型泥石流起动临界流量时，多根据高桥保模型，但现有研究表明高桥保模型的物理机制只适用于坡面侵蚀型泥石流，不能用于计算沟道侵蚀型泥石流的起动临界流量。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对现有技术的不足，提供一种沟道侵蚀型泥石流起动的临界清水流量测算方法，以及在该方法基础上进一步实施的沟道侵蚀型泥石流起动监测方法。为实现上述目的，本专利技术沟道侵蚀型泥石流起动的临界清水流量测算方法的技术方案如下:一种沟道侵蚀型泥石流起动临界清水流量测算方法，其特征在于:依如下步骤实施:步骤S1、确定沟道侵蚀型泥石流形成区特征过流断面根据调查测绘确定泥石流沟道内泥石流形成区范围，在所述形成区内的上段区域选择一段沟道顺直、沟床比降均一的沟段作为特征过流沟段，以所述特征过流沟段的中间断面作为特征过流断面；步骤S2、确定地形地质基本参数数据调查测绘测量确定地形地质基本参数数据，所述地形地质基本参数数据包括:特征过流断面松散物质粗化层中值粒径d5(l，特征过流断面宽度B、固体物质容重Ys、特征过流沟段比降1、沟道糙率η;步骤S3、确定沟道侵蚀型泥石流起动临界清水流量Q联立式I~式5测算确定沟道内泥石流起动时的临界清水流量Q: 【权利要求】1.一种沟道侵蚀型泥石流起动临界清水流量测算方法，其特征在于:依如下步骤实施: 步骤S1、确定沟道侵蚀型泥石流形成区特征过流断面 根据调查测绘确定泥石流沟道内泥石流形成区范围，在所述沟道泥石流形成区内的上段区域选择一段沟道顺直、沟床比降均一的沟段作为特征过流沟段，以所述特征过流沟段的中间断面作为特征过流断面； 步骤S2、确定地形地质基本参数数据 调查测绘测量确定地形地质基本参数数据，所述地形地质基本参数数据包括:特征过流断面松散物质粗化层中值粒径d5(l，特征过流断面宽度B、固体物质容重Ys、特征过流沟段比降1、沟道糙率η; 步骤S3、确定沟道侵蚀型泥石流起动临界清水流量Q 联立式I~式5测算确定沟道内泥石流起动时的临界清水流量Q: 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤S3中，沟道松散固定物质粗化层中值粒径起动概率P取值方式是如下二者之一: 方式一:依表I取值； 3.一种利用权利要求1或2所述的沟道侵蚀型泥石流起动临界清水流量测算方法实现的沟道侵蚀型泥石流起动监测方法，其特征在于:测算沟道内引发侵蚀型泥石流起动的临界清水流量Q，并对既定沟道内实时沟道水流流量进行监测，当监测值接近临界清水流量Q时发出泥石流预警信号。4.一种利用权利要求1或2所述的沟道侵蚀型泥石流起动临界清水流量测算方法实现的沟道侵蚀型泥石流起动降雨阈值测算方法，其特征在于: 所述降雨阈值是Ih降雨量阈值rp ； 测算获取沟道侵蚀型泥石流起动临界清水流量Q数据，测量确定沟道内特征过流断面以上的流域面积F数据、根据特征过流沟段土壤性质依现有方法确定沟道产流系数&数据，依式6计算沟道侵蚀型泥石流起动Ih降雨量阈值rp， Q = 0.278rpiBnF 式 6 式中，rp—沟道侵蚀型泥石流起动Ih降雨量阈值，mm/h, Q—沟道侵蚀型泥石流起动临界清水流量，m3/s,依沟道侵蚀型泥石流起动临界清水流量测算方法确定； iB—沟道产流系数，依现有方法确定， F—特征过流断面以上的流域面积，km2，调查测绘确定， rI一面积修正系数，依式7计算确定， η = (1+0.016.F0 fV1 式 7 式中，F—特征过流断面以上的流域面积，km2，调查测绘确定。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于: 所述降雨阈值还包括IOmin降雨量阈值r1/6t ； 首先测算确定沟道侵蚀型泥石流起动Ih降雨量阈值rp数据，其次根据所述Ih降雨量阈值rp查询当地暴雨洪水技术手册确定Ih降雨量=rp时的降雨频率数据,进一步查询该降雨频率下当地平均IOmin平均降雨量r1/6数据与IOmin降雨量的模比系数kP1/6数据，再根据IOmin平均降雨量r1/6与模比系数kpl/6依式8计算确定泥石流起动IOmin降雨量阈值ri/6t:ri/6t = Kl/6.'1/6 式 8式中，ri/et—IOmin降雨量阈值，mm, kP1/6一IOmin降雨量的模比系数,查当地暴雨洪水技术手册确定， r1/6一泥石流流域内Ih降雨量为rp时的IOmin平均雨强，mm,查当地暴雨洪水技术手册确定。6.一种利用权利要求5所述的沟道侵蚀型泥石流起动降雨阈值测算方法实现的沟道侵蚀型泥石流起动监测方法，其特征在于:测算沟道内引发侵蚀型泥石流起动Ih降雨量阈值和/或IOmin降雨量阈值，并对既定沟道内实时降雨量进行监测，当监测值接近Ih降雨量阈值和/或IOmin降雨量阈值时发出泥石流预警信号。7.根据权利要求1或2或5或6所述的方法，其特征在于:0.1 <特征过流沟段比降i<0.5。8.一种利用权利要求5所述的沟道侵蚀型泥石流起动降雨阈值测算方法实现的沟道泥石起动监测系统，包括布置在既定沟道内的雨量测量装置、数据中心、控制中心、警报装置及必要的信号传输装置、电源电路组成；其特征在于:泥石流起动监测系统的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沟道侵蚀型泥石流起动临界清水流量测算方法，其特征在于：依如下步骤实施：步骤S1、确定沟道侵蚀型泥石流形成区特征过流断面根据调查测绘确定泥石流沟道内泥石流形成区范围，在所述沟道泥石流形成区内的上段区域选择一段沟道顺直、沟床比降均一的沟段作为特征过流沟段，以所述特征过流沟段的中间断面作为特征过流断面；步骤S2、确定地形地质基本参数数据调查测绘测量确定地形地质基本参数数据，所述地形地质基本参数数据包括：特征过流断面松散物质粗化层中值粒径d50，特征过流断面宽度B、固体物质容重γs、特征过流沟段比降i、沟道糙率n；步骤S3、确定沟道侵蚀型泥石流起动临界清水流量Q联立式1～式5测算确定沟道内泥石流起动时的临界清水流量Q：P=1-12π∫-∞ωexp[-x22]dx????式1式中，P—沟道松散固定物质粗化层中值粒径起动概率，取值73%～85%，ω—计算颗粒起动概率的积分上限，依式2计算确定，ω=5.03γs-γγgd×[hd50]0.167V-1-2.7????式2式中，γs—特征过流断面固体物质容重，g/cm3，步骤S2确定，γ—水的容重，g/cm3，取常值，g—重力加速度，m/s2，取常值，d50—特征过流断面粗化层松散物质中值粒径，m，步骤S2确定，V—特征过流断面平均流速，m/s，依式1、2联立计算确定，h—沟道侵蚀型泥石流起动临界水深，m，依式4计算确定；V=1nR23i12????式3式中，V—特征过流断面平均流速，m/s，依式1、2联立计算确定，R—特征过流断面水力半径，m，i—特征过流沟段比降，%，步骤S2确定，n—沟道糙率，%，步骤S2确定；h=RBB-2R????式4式中，B—特征过流断面宽度，m，步骤S2确定，Q＝VBh????式5式中，Q—沟道侵蚀型泥石流起动临界清水流量，m3/s，B—特征过流断面宽度，m，步骤S2确定，V—特征过流断面平均流速，m/s，依式1、2联立计算确定，h—沟道侵蚀型泥石流起动临界水深，m，依式4计算确定。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王涛，陈宁生，邓明枫，杨成林，
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：