一种基于孔隙水压力监测的山洪泥石流预警方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种山洪泥石流预警方法，特别是设及一种基于孔隙水压力监测的山 洪泥石流预警方法。
【背景技术】
[0002] 山洪泥石流灾害是我国山地灾害的主要类型之一，每年造成重大的人员伤亡和财 产损失，监测预警是降低山洪泥石流造成人员伤亡的重要措施。随着山区经济的发展、西部 大开发的深化，山洪泥石流监测预警需求越来越旺盛。
[0003] 目前，国内外的泥石流监测预警方式主要在降雨监测、地声监测、超声波泥位监 巧。、红外泥位监测、断线式泥位监测、视频监测等的基础上进行预警。降雨监测预警通过自 动雨量计监测泥石流形成区的降雨过程，利用激发泥石流的10分钟雨强模型、30分钟雨强 模型等计算临界阔值后发出预警信息，但是该方法误报率高。超声波泥位监测预警是利用 超声波探测实时泥位高度，与泥石流爆发前沟床高度比较计算泥石流厚度，继而确定泥石 流流量，一旦流量超过设防标准就发出预警信息；由于泥石流运动中存在强烈飞瓣的现象， 该方法获得的泥石流流量偏大，可能造成误报。红外泥位监测预警有两种形式，一种是类似 超声波泥位监测预警方式，从沟道正上方向下发射红外线，监测泥石流泥位高度，另一种是 在泥石流沟道的一侧向另一侧发射等间距的一组红外线，利用泥石流阻挡红外线的位置确 定泥位高度；两种方法均存在由于泥石流飞瓣现象造成确定出流量偏大的问题。断线式泥 位监测预警是在泥石流沟道上架设数根线缆，并接通电信号，利用泥石流冲断线缆电信号 中断来判断泥位高度，进而发出预警，该方法可能存在泥石流冲击不够未冲断电缆造成判 断出的泥位偏小，使得下游面临危险而未发现，还有线缆之间存在间距使得判断存在一定 误差，另外线缆冲断后至重新架设新线缆前，该系统不能再次进行预警。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种基于孔隙水压力监测的山洪泥 石流预警方法，当山洪泥石流接近下游保护对象的设防标准时发出预警信息，可靠性高、准 确度高、经济、便于维护。 阳〇化]为实现上述目的，本发明的技术方案是：
[0006] 本发明提出一种基于孔隙水压力监测的山洪泥石流预警方法，其主要技术思想 是：通过监测山洪泥石流沟沟床断面的孔隙水压力确定山洪泥石流的泥位（或水位），利 用水力学计算方法计算不同泥位（或水位）对应的山洪泥石流流量，将计算值与下游保护 对象的防护标准进行比较，分别对下游发出安全信息（即不发出预警信息）、黄色预警信息 (即灾害提示预警信息）和红色预警信息（即避灾预警信息），下游区域人员根据发出的信 息可分别作出不避险、避险和紧急避险的反映，从而确保下游人员的安全。
[0007] 具体而言，所述山洪泥石流预警方法步骤如下：
[0008] (一）根据下游保护对象的防洪堤高度或沟床深度，确定防护标准流量Qb、单位m3/ S;根据保护对象的位置和山洪泥石流流域的流域特征，确定监测点位置（后面提到的监测 点均为此处确定的监测点）；通过大比例尺地形图测量计算或现场调查实测，确定监测点 处的沟床纵比降I。;当监测点位于山洪泥石流形成区时，先采取固床措施，然后在监测点位 置安置孔隙水压力传感器；当监测点位于山洪泥石流流通区时，在监测点位置安置孔隙水 压力传感器。
[0009] 下游保护对象的防洪堤高度可通过查阅设计文件或实测获得；下游保护对象的沟 床深度可通过实测获得；然后再通过水力学计算方法确定防护标准流量。根据保护对象的 位置和山洪泥石流流域的流域特征，确定监测点位置，具体为：根据山洪泥石流的流速一般 为3-lOm/s，一般人员逃生需要60秒W上时间，因此，当沟床平均纵比降小于0.2时，选择监 测点距离保护对象应大于180m;当沟床平均纵比降为0. 2-0. 4时，选择监测点距离保护对 象为180m-600m，按线性插值确定；当沟床平均纵比降大于0. 4时，选择监测点距离保护对 象应大于600m。孔隙水压力传感器的测量精度应大于等于0. 05kPa。
[0010] (二）通过步骤（一）中设置的孔隙水压力传感器进行实时监测，得到一系列的山 洪泥石流的孔隙水压力P。、单位kPa;将每一个孔隙水压力P。依次进行W下步骤A-B: W11]A.当为山洪或稀性泥石流（在我国北方地区，即泥石流重度小于16kN/m3,在我国 南方地区，即泥石流重度小于18kN/m3)时，通过公式h"=PcC〇s(a;rctanIc)/ivS角定山洪泥 石流的泥位（或水位）h"、单位m，式中，P。为孔隙水压力、单位kPa，I。为监测点处的沟床纵 比降、由步骤（一）确定，为水的重度、取值9. 8kN/m3;
[0012] 当为粘性泥石流（在我国北方地区，即泥石流重度大于等于16kN/m3,在我国南方 地区，即泥石流重度大于等于18kN/m3)时，通过公式h"=?。(3〇3(曰'(3*曰111。)/^。确定山洪泥 石流的泥位（或水位）h"、单位m，式中，P。为孔隙水压力、单位kPa，I。为监测点处的沟床纵 比降、由步骤（一）确定，r。为山洪泥石流的重度（此处即粘性泥石流重度）、单位kN/m3、 通过流域调查或配方法确定。 阳〇1引B.根据步骤（二）A中得到的泥位（或水位也，同时测量监测点处断面的地形，计 算得到监测点处过流断面面积S。、单位m2;根据山洪泥石流流速公式，确定山洪泥石流流速 V。、单位m/s;将和V。代入公式Qj=SJ。，计算得到监测点处断面的山洪泥石流流量Qj、 单位mVs。为确保测量精度，测量监测点处断面地形采用的比例尺大于1:100。山洪泥石流 流速公式为
，式中，V。为山洪泥石流流速，单位m/s;nig为 沟床外阻力系数，根据水力学计算取值方法确定；R为水力半径，单位m，根据水力学计算取 值方法确定；I。为监测点处的沟床纵比降，由步骤（一）确定；丫》为水的重度，取值9. 8kN/ m3;户f为山洪泥石流流量系数，根据
巧定，其中，丫 .为山洪泥 石流中固体物质的重度、取值26. 5kN/m3, 丫。为水的重度、取值9. 8kN/m3,丫。为山洪泥石流 的重度、单位kN/W、通过流域调查或配方法确定。
[0014] 最终得到一系列的监测点处断面的山洪泥石流流量Qj值，进而建立起孔隙水压力 P。与监测点处断面山洪泥石流流量QJ的关系曲线（即每一个P。值与每一个Q/直之间的对 应关系）。
[0015] (Ξ)采用小流域水文计算方法，确定不同暴雨条件下监测点处的山洪泥石流流 量梦}和保护对象位置处的山洪泥石流流量^、单位均为m/s，进而建立起公}与谷^的关 系曲线；根据0；：与谷;;的关系曲线，确定步骤（一）中得到的防护标准流量化对应的监测 点处流量Qy。小流域水文计算方法的计算公式为=(1 +巧式中，Qdf为不同频 率下山洪泥石流流量（即分别计算得到04;和公;、单位mVs;D。为泥石流沟道堵塞系数， 取值为1. 0-3. 0 ;Qb为不同频率下的清水流量，单位m^s，根据各省地区水文手册进行计算； 资。为山洪泥石流流量系数，根据矜。=一乂") / -ft)确定，其中，丫 .为山洪泥石 流中固体物质的重度、取值26. 5kN/m3, 丫。为水的重度、取值9. 8kN/m3, 丫。为山洪泥石流的 重度、单位kN/W、通过流域调查或配方法确定。
[0016] (四）根据步骤（二）中得到的孔隙水压力P。与监测点处断面山洪泥石流流量Qj 的关系曲线，确定步骤（Ξ)中得到的监测点处流量Qy对应的孔隙水压力为红色预警压力 Pred，确定步骤（Ξ)中得到的监测点处流量Qy的0. 75倍所对应的孔隙水压力为黄色预警 压力Pyellcm。
[0017] (五）实际预警时，通过步骤（一）中设置的孔隙水压力传感器实时监测山洪泥 石流的孔隙水压力，得到实测孔隙水压力，并将实测孔隙水压力与步骤（四）中得到的红色 预警压力Pf6d和黄色预警压力Ργ6?1?进行对比；当实测孔隙水压力大于等于红色预警压力 Pfed时，发出避灾预警信息；当实测孔隙水压力大于等于黄色预警压力Ρ 同时小于红色 预警压力Pred时，发出灾害提示预警信息；当实测孔隙水压力小于黄色预警压力Pyell?，不发 出预警信息。
[0018] 预警信息可通过专职监测员发出，也可通过连接高音卿趴自动发出。
[0019] 上述通过流域调查确定山洪泥石流的重度丫。，是指调查历史山洪泥石流堆积物 来确定其重度；上述通过配方法确定山洪泥石流的重度丫。，是指将山洪泥石流堆积物加水 调制成曾经发生泥石流的样子直接测量确定其重度。
[0020] 本发明提出的基于孔隙水压力监测的山洪泥石流预警方法，其关键核屯、是针对不 同性质的山洪泥石流，根据监测到的孔隙水压力计算山洪泥