用于沟床起动型泥石流预测的降雨分割方法

摘要

本发明属于泥石流防治工程、水利工程领域，涉及用于沟床起动型泥石流预测的降雨分割方法，根据该区域每小时的降雨数据，确定前1h的降雨值是否达到或超过降雨临界值R

说明书

技术领域

本发明属于泥石流防治工程、水利工程领域，涉及用于沟床起动型泥石流预测的 降雨分割方法。

背景技术

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山洪。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，则导致泥石流启 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启动 形成泥石流是依靠径流提供推移力进而发生和维持运动，各粒径固体颗粒启动概率远较泥 河流泥沙启动概率为大，其启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。

降雨是泥石流最主要的激发形式，沟床起动型泥石流的激发也是由降雨引起的。 这种类型的泥石流激发都是由2个降雨因素共同的作用结果：前期降雨和短历时的强降雨。 前期降雨使土体入渗率降低，同样的降雨强度就会产生更大的超渗产流，并产生更大的表 面径流，以及产生更大的洪水，激发泥石流的可能性也会更大。因此前期降雨对泥石流的准 确预报非常重要。

自然界的降雨过程非常复杂，且没有重复的降雨模式。如果把激发泥石流的短期 强降雨之前的降雨都算前期降雨，那有可能所有的前期降雨都很大，失去了前期降雨用于 判断土体入渗率以及激发泥石流所需要的降雨强度的目的和意义，所以正确地判断前期降 雨量对于正确预测泥石流的发生非常重要。目前对前期降雨的分割方法主要有以下2中方 法：

前期降雨修正及累加法：即将激发降雨之前的降雨按照时间长短，降雨量的系数 随距离激发的时间的增加而减小，将修正了系数的降雨量累加得到的降雨总量作为前期降 雨量。该方法有的考虑前期的时间为30天，有的为15天，也有的为7天，或5天，或3天。该方法 的主要问题有：(1)随时间增长而衰减的系数没有一个科学的方法，是人为确定的；(2)时间 长度也没有科学的依据来确定合适的时间，如果时间很长(如30天)，不仅计算量大，而且很 长时间的降雨对后期的激发降雨没有什么作用；如果时间很短(如3天)，又可能忽略3天以 前很大的降雨的作用。这种方法对于很复杂的降雨过程，特别是降雨与晴天交替发生时，不 能很好的反映降雨对土壤的入渗率的影响。

降雨强度与持续时间法：(1)在台湾地区泥石流研究基础上的方法：1小时雨强大 于4mm/h时，可以当作一次降雨的开始，在连续6h雨强都小于4mm/h或12h内累积雨量小于 10mm时作为这次降雨的结束。这种方法来源于台湾地区的资料，一方面该区域的降雨量远 大于我国西部地区(主要发育沟床起动型泥石流的区域)的降雨量，4mm/h的降雨强度可能 偏大；另一方面台湾地区发生的泥石流多以台风引起的，降雨历时一般2-3天，激发的泥石 流以浅层滑坡型沟谷泥石流为主，沟床起动型泥石流较少，不适用于本发明涉及沟床起动 型泥石流。(2)在汶川地震强烈影响区域的泥石流研究基础上的方法：1小时雨强大于1mm/h 时，可以当作一次降雨的开始，连续6h雨强都小于1mm/h可以作为这次降雨的结束。这种方 法来源于强震区域有大量的崩塌和滑坡发生，且仅在地震后3年以内的时间段，对于地震影 响较小的区域以及地震后较长的时间段，该方法不适用。

因此一个适用的前期降雨分割方法，对于预测泥石流的发生，降低由于泥石流造 成的重大损失与人员伤亡是非常有用的。减轻、防止泥石流灾害，提出合理的前期降雨分割 方法，需要从降雨的产流过程深入地研究。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种激发泥石流的前期降雨计算方 法，该方法的核心是以降雨产流为基础，判断前期降雨量的方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

用于沟床起动型泥石流预测的降雨分割方法：

布置传感器实时测降雨量，根据该区域每小时的降雨数据，确定前1h的降雨值是 否达到或超过降雨临界值R₀：如果小于降雨临界值R₀，则不计入前期降雨，即前期降雨量归 0；如果大于或等于降雨临界值R₀，就将该小时降雨量作为最早的前期降雨值R₁，并把之后各 小时的降雨值作为前期降雨值R₂，R₃，……，R_n，并逐小时叠加获得第n小时的前期降雨值和 R：R＝R₀+R₁+R₂+……+R_n；

该段降雨量指最后1小时段的降雨，即第n+1小时的降雨R_n+1；

前一个降雨结束后，之后的降雨重新开始计算降雨量和前期降雨量；

最后，根据前期降雨值和R与该时段降雨量R_n+1，计算降雨综合值R*：R*＝R+ 13.5R_n+1。

其中，所述的前一个降雨结束或前期降雨量归0的判断依据为：

研究区域的植被覆盖率为x，x为0-1之间的小数，降雨临界值为R₀＝(1+x)mm；

(1)对于植被覆盖率x为0时，临界值R₀＝1mm，连续6h降雨量都小于1mm/h或连续 12h累积降雨量小于8mm；

(2)对于植被覆盖很好x为1时，临界值R₀＝2mm，连续6h降雨量都小于2mm/h或连续 12h累积降雨量小于12mm；

(3)当植被覆盖率为x，此时临界值R₀＝(1+x)mm，连续6h都小于(1+x)mm/h或连续 12h累积降雨量小于(8+4x)mm。

发明提供的用于沟床起动型泥石流预测的降雨分割方法，用于沟床起动类型沟谷 泥石流的前期降雨计算，该方法不受时间控制，只与降雨过程有关，也没有人为地控制前期 降雨的衰减系数；因此计算前期降雨降雨对土壤入渗率的影响更符合实际情况；该方法是 通过土壤的降雨入渗实验来的，因此不受地区限制，具有更广泛的应用范围；同时考虑了各 种植被的影响，因此对于没有地震影响的区域，或受地震影响的区域在很长的时间范围内， 该方法都可以使用。

具体实施方式

下面结合优选实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。

表1是2011年9月6日至18日南江县赶场降雨观测站的逐小时降雨监测数据。该区 域属于植被覆盖良好区域，x为1，因此临界值R₀＝2mm。用本发明方法对南江县赶场实时降 雨量计算激发泥石流的前期降雨值。表中R为前期降雨值(mm)，D为小于临界值R₀＝2mm的时 间(h)。由于实际数据中没有用到连续12h累积降雨量小于12mm的判断，采用连续6h雨强都 小于2mm/h已经判断出降雨分割了，因此表中没有给出连续12h的较小降雨累加值。

表12011年南江县赶场降雨监测数据级前期降雨值

表1中有几次较大降雨过程：

(1)2011年9月6日5时的1h降雨量25mm，超过了临界降雨量2mm，作为一场降雨的开 始，累加计算前期降雨量；2011年9月6日5时至19时的前期降雨量达到了101.3mm。但在6日 14时至19时的6小时内，每个小时的降雨量都小雨临界降雨量2mm，因此该场降雨结束，前期 降雨量为0。

(2)2011年9月7日1时的1h降雨量2.6mm，超过了临界降雨量2mm，作为一场降雨的 开始，累加计算前期降雨量；2011年9月7日1时至7日16时的前期降雨量达到了16.9mm。但在 7日11时至16时的6小时内，每个小时的降雨量都小雨临界降雨量2mm，因此该场降雨结束， 前期降雨量为0。

(3)2011年9月10日23时的1h降雨量2.4mm，超过了临界降雨量2mm，作为一场降雨 的开始，累加计算前期降雨量；2011年9月10日23时至11日16时的前期降雨量达到了45mm。 但在11日11时至16时的6小时内，每个小时的降雨量都小雨临界降雨量2mm，因此该场降雨 结束，前期降雨量为0。

(4)2011年9月11日21时的1h降雨量3mm，超过了临界降雨量2mm，作为一场降雨的 开始，累加计算前期降雨量；2011年9月11日21时至12日14时的前期降雨量达到了34.3mm。 但在12日9时至14时的6小时内，每个小时的降雨量都小雨临界降雨量2mm，因此该场降雨结 束，前期降雨量为0。

(5)2011年9月13日4时的1h降雨量3.5mm，超过了临界降雨量2mm，作为一场降雨的 开始，累加计算前期降雨量；2011年9月13日4时至13日21时的前期降雨量达到了30.1mm。但 在13日16时至21时的6小时内，每个小时的降雨量都小雨临界降雨量2mm，因此该场降雨结 束，前期降雨量为0。

(6)2011年9月16日23时的1h降雨量3.7mm，超过了临界降雨量2mm，作为一场降雨 的开始，累加计算前期降雨量；2011年9月16日23时至18日23时的前期降雨量达到了314mm。 但在18日18时至23时的6小时内，每个小时的降雨量都小雨临界降雨量2mm，因此该场降雨 结束，前期降雨量为0。