本发明涉及到滑坡防治工程技术领域，尤其涉及一种红层地区由前期降雨量和降雨强度诱发浅层土质滑坡的预警方法及其应用。
背景技术：
红层地区由红色砂岩、砂砾岩、粉砂岩、砂质页岩和泥岩等交互组成，属典型的层状岩体，岩层产状大多平缓。红层地区的土质滑坡主要以浅层土质滑坡为主，该类斜坡上覆土层薄，岩层缓倾，在强降雨条件下往往发生大范围滑动。发生在红层地区沿基覆界面顺层滑动的浅层土质滑坡主要发生在1-5m的特殊区域，这类滑坡与降雨入渗有重要的关联，滑坡的参数选择也与这种机理有关。
目前国内外对滑坡预报主要是建立在降雨对斜坡的影响上，并提出了许多模型，例如：Green和Ampt(1911)首先建立了积水条件下的降雨入渗模型、Horton[1933]建立了经验入渗模型、Philip(1957)提出了有名的Richards方程，然而影响斜坡滑动的因素并非只是降雨条件能够左右的，具有很大的局限性。在同样的地质条件下，地形条件同样具有不可替代的作用，所以对于滑坡的研究要系统的考虑降雨条件和地形条件，分析其规律，从而得出适用性的模型并预测红层地区浅层土质滑坡的发生。
公开号为CN101598721，公开日为2009年12月09日的中国专利文献公开了一种在降雨条件下土边坡稳定性预测预报方法，其首先通过11个参数建立土边坡稳定性控制因素综合表，再通过土边坡稳定性控制因素数学回归分析，建立各个控制因素抗洪能力评分表，然后通过区域滑坡与降雨关系调查统计分析，得出滑坡时有效降雨量阀值，最后是根据抗洪能力评分表，结合各种降雨量规律与特征，建立土边坡在降雨条件下的稳定性警戒等级图，根据土边坡在降雨条件下的稳定性警戒等级图，对某一边坡所处的稳定性状态进行预测预报。该专利文献公开的土边坡稳定性预测预报方法，没有考虑到在降雨或极端降雨在不同历时条件下的滞后作用对边坡稳定性的影响，滑坡失稳预测滞后，不能对滑坡预警作出最快的反应，防灾适用性差。
公开号为CN104299367A，公开日为2015年01月21日的中国专利文献公开了一种滑坡灾害多级综合监测预警方法，其特征在于，其包括以下步骤：(1)通过历史纪录监测数据和滑坡变形破坏模型试验，计算滑坡监测预警临界阈值；根据各个指标临界指数确定研究区是否有滑坡发生的可能；(2)如果监测数值大于临界值；根据每个滑坡发生指数，确定滑坡可能发生的地点和滑坡发生的可能性大小，划定预警预报等级；(3)确定四级预警和预警境界区域；(4)发布预警结果，同时结合预警区群测群防网络体系，直接通知监测责任人，做好防灾、避灾准备。该专利文献公开的滑坡灾害多级综合监测预警方法，需要滑坡发生的大量历史纪录监测数据，再通过滑坡变形破坏模型试验，计算滑坡监测预警临界阈值；再根据各个指标临界指数确定研究区是否有滑坡发生的可能，需要分析的滑坡因子较多，整个预警工作复杂，反应滞后，预警效率低，防灾适用性较差。
技术实现要素：
本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种红层地区滑坡预警方法及其应用，本发明对于滑坡临界值的测算同时考虑了引发滑坡的地形因子和降雨因子两大因素的作用及其相互影响，得出的滑坡临界值更符合诱发浅层滑坡机理，滑坡预警准确性更高；且不需要滑坡发生的大量历史观测数据，只需要确定红层地区观测区域的地形因子和降雨因子即可，对于红层地区诱发浅层滑坡预警能做出最快的反应，具有更高的防灾适用性。
本发明通过下述技术方案实现：
一种红层地区滑坡预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、将红层地区滑坡体与未滑坡体作为调查对象，测量滑坡体与未滑坡体的坡度α、滑坡体面积A、上部坡度β、上部面积Au、左侧的横向坡度θ1、右侧的横向坡度θ2、左侧横向面积AL、右侧横向面积AR和滑坡体上的梯田面积A'；
b、分别根据公式计算红层地区诱发浅层土质滑坡的地形因子中的坡度因子S、上侧面因子U和两侧因子C，通过地形条件对比确定临空面因子F，有临空面F为0.1，无临空面F为0；
S＝tanα(式1)
c、根据步骤b得出红层地区诱发浅层土质滑坡的地形因子T；
T＝S+U+0.2C+F(式4)
d、根据公式计算等效降雨量R*；
R*＝(B+1.2I)(式5)
其中，B为前期降雨量，I为1小时降雨量，均通过实时测量得到；
e、根据公式计算降雨因子R；
其中，R0为年平均降雨量，Cv为1小时降雨变差系数，R*是等效降雨量，R0和Cv均通过查询当地水文手册确定；
f、综合地形因子T和降雨因子R，通过公式计算滑坡临界值Cr；
Cr＝RT0.9(式7)
g、根据f步骤得到的滑坡临界值Cr大小进行条件判别，确定滑坡等级，并发出相应预警信号。
所述步骤g中的滑坡等级依次为绿色预警等级、黄色预警等级、橙色预警等级和红色预警等级。
所述步骤g中的预警信号通过条件判别确定，当滑坡临界值Cr＜0.32，可能性很小,为绿色预警等级，发出绿色安全信号；当滑坡临界值0.32≤Cr＜0.42，可能性小,为黄色预警等级，发出黄色预警信号；当滑坡临界值0.42≤Cr＜0.53，可能性中等，为橙色预警等级，发出橙色预警信号；当滑坡临界值Cr≥0.53，可能性大，为红色预警等级，发出红色预警信号。
本发明预警基本原理如下：
在相同的地质条件前提下，诱发浅层土质滑坡主要由地形条件和降雨条件决定，两个条件缺一不可，共同作用下诱发浅层土质滑坡。本发明充分考虑了这两个条件的综合作用，并将两个条件的作用统一起来形成红层地区诱发浅层土质滑坡的预报模型；经大量的野外调查研究，分析确定对于既定浅层土质滑坡和未滑坡而言，得到了地形条件与降雨条件的函数关系式7，通过滑坡临界值Cr大小进行条件判别，确定滑坡等级，并发出相应预警信号，完成整个预警工作。
本发明适用于红层地区浅层土质滑坡的预警等级划分。
进一步，本发明适用于滑坡体与未滑坡体的坡度7°≤α≤32°的红层地区浅层土质滑坡的预警等级划分。
更进一步，本发明适用于上部坡度0°≤β≤45°的红层地区浅层土质滑坡的预警等级划分。
本发明的有益效果主要表现在以下方面：
一、本发明，当应用于红层地区的浅层土质滑坡预警时，依次通过步骤a-f，就能够计算滑坡临界值Cr，较现有技术而言，由于对滑坡临界值Cr的测算同时考虑了引发滑坡的地形因子T和降雨因子R两大因素的作用及其相互影响，得出的滑坡临界值Cr更符合诱发浅层滑坡机理，滑坡预警准确性更高；对于既定不稳定斜坡而言，采用本发明方法测算滑坡临界值Cr不需要滑坡发生的大量历史观测数据，只需要确定红层地区观测区域的地形因子T和降雨因子R即可，对于红层地区诱发浅层滑坡预警能做出最快的反应，具有更高的防灾适用性。
二、本发明，将地形条件和降雨条件，这两个条件的作用统一起来形成红层地区诱发浅层土质滑坡的预报模型，通过在已有的地形条件和降雨条件下测算出该区域的滑坡临界值Cr并进行条件判别，能够最快判断出诱发浅层滑坡的可能性大小的区域，较现有技术对于滑坡的预警仅仅从降雨条件考虑而言，不仅准确度更高，而且能够做出最快的反应，预警灵敏度高，防灾适用性强。
三、本发明，通过将计算得到的滑坡临界值Cr进行条件判别，确定滑坡等级，发出相应等级的预警信号；当滑坡临界值Cr＜0.32，可能性很小,为绿色预警等级，发出绿色安全信号；当滑坡临界值0.32≤Cr＜0.42，可能性小,为黄色预警等级，发出黄色预警信号；当滑坡临界值0.42≤Cr＜0.53，可能性中等，为橙色预警等级，发出橙色预警信号；当滑坡临界值Cr≥0.53，可能性大，为红色预警等级，发出红色预警信号，预警效果直观明确，预警精细度高，极大的提高了防灾适用性。
四、本发明，坡度因子S是滑坡的主要动力因素，上侧面因子U由于降雨入渗的作用，为滑坡提供水源，能够促使缓坡形成滑坡，两侧因子C由于两侧有横向坡度时，横向中间凹陷地形有利于水源的汇集，利于滑坡的发育；通过分别计算得出坡度因子S、上侧面因子U和两侧因子C，进而得出的滑坡临界值Cr更符合诱发浅层滑坡机理，保障了滑坡预警可靠性，提高了滑坡预警质量和效果。
五、本发明，适用于滑坡体与未滑坡体的坡度7°≤α≤32°的红层地区浅层土质滑坡的预警等级划分，通过测量滑坡体与未滑坡体的坡度α，并通过式1计算得出的坡度因子S为滑坡形成的主要诱发因子，当滑坡体与未滑坡体的坡度7°≤α≤32°时，便于稳定准确的划分出滑坡预警等级，提高防灾能力。
六、本发明，适用于上部坡度0°≤β≤45°的红层地区浅层土质滑坡的预警等级划分，通过测量滑坡体与未滑坡体的坡度α以及上部坡度β，并通过式2计算得出的上侧面因子U，由于降雨入渗的作用，为滑坡提供了水源，上侧面因子U为滑坡形成的次要诱发因子，当0°≤β≤45°时，并结合滑坡体与未滑坡体的坡度α，能够更精准的划分滑坡预警等级，提高滑坡预警质量。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的具体说明：
图1为本发明滑坡体调查对象图；
图2为图1的A-A剖面示意图；
图3为图1的B-B剖面示意图；
其中：Au为上部面积，A为滑坡体面积，AL为左侧横向面积，AR为右侧横向面积，F为临空面因子，α为滑坡体与未滑坡体的坡度，β为上部坡度，θ1为左侧的横向坡度，θ2为右侧的横向坡度。
具体实施方式
实施例1
参见图1-图3，一种红层地区滑坡预警方法，包括以下步骤：
a、将红层地区滑坡体与未滑坡体作为调查对象，测量滑坡体与未滑坡体的坡度α、滑坡体面积A、上部坡度β、上部面积Au、左侧的横向坡度θ1、右侧的横向坡度θ2、左侧横向面积AL、右侧横向面积AR和滑坡体上的梯田面积A'；
b、分别根据公式计算红层地区诱发浅层土质滑坡的地形因子中的坡度因子S、上侧面因子U和两侧因子C，通过地形条件对比确定临空面因子F，有临空面F为0.1，无临空面F为0；
S＝tanα(式1)
c、根据步骤b得出红层地区诱发浅层土质滑坡的地形因子T；
T＝S+U+0.2C+F(式4)
d、根据公式计算等效降雨量R*；
R*＝(B+1.2I)(式5)
其中，B为前期降雨量，I为1小时降雨量，均通过实时测量得到；
e、根据公式计算降雨因子R；
其中，R0为年平均降雨量，Cv为1小时降雨变差系数，R*是等效降雨量，R0和Cv均通过查询当地水文手册确定；
f、综合地形因子T和降雨因子R，通过公式计算滑坡临界值Cr；
Cr＝RT0.9(式7)
g、根据f步骤得到的滑坡临界值Cr大小进行条件判别，确定滑坡等级，并发出相应预警信号。
上述步骤式中：
α——滑坡体与未滑坡体的坡度，测量确定；
A——滑坡体面积，m2，测量确定；
β——上部坡度，测量确定；
Au——上部面积，m2，测量确定；
θ1——左侧的横向坡度，测量确定；
θ2——右侧的横向坡度，测量确定；
AL——左侧横向面积，m2，测量确定；
AR——右侧横向面积，m2，测量确定；
A'——滑坡体上的梯田面积，m2，测量确定；
S——坡度因子；
U——上侧面因子；
C——两侧因子；
F——临空面因子，通过地形条件的对比研究得到，有临空面F＝0.1，无临空面F＝0；
T——地形因子；
R*——等效降雨量，是指结合前期降雨量和小时降雨量的综合降雨指标；
B——前期降雨量，mm，实时测量确定；
I——1小时降雨量，mm，实时测量确定；
R——降雨因子；
R0——年平均降雨量，mm，查询当地水文手册确定；
Cv——1小时降雨变差系数，查询当地水文手册确定；
Cr——滑坡临界值。
本实施例为最基本的实施方式，当应用于红层地区的浅层土质滑坡预警时，依次通过步骤a-f，就能够计算滑坡临界值Cr，较现有技术而言，由于对滑坡临界值Cr的测算同时考虑了引发滑坡的地形因子T和降雨因子R两大因素的作用及其相互影响，得出的滑坡临界值Cr更符合诱发浅层滑坡机理，滑坡预警准确性更高；对于既定不稳定斜坡而言，采用本发明方法测算滑坡临界值Cr不需要滑坡发生的大量历史观测数据，只需要确定红层地区观测区域的地形因子T和降雨因子R即可，对于红层地区诱发浅层滑坡预警能做出最快的反应，具有更高的防灾适用性。
实施例2
参见图1-图3，一种红层地区滑坡预警方法，包括以下步骤：
a、将红层地区滑坡体与未滑坡体作为调查对象，测量滑坡体与未滑坡体的坡度α、滑坡体面积A、上部坡度β、上部面积Au、左侧的横向坡度θ1、右侧的横向坡度θ2、左侧横向面积AL、右侧横向面积AR和滑坡体上的梯田面积A'；
b、分别根据公式计算红层地区诱发浅层土质滑坡的地形因子中的坡度因子S、上侧面因子U和两侧因子C，通过地形条件对比确定临空面因子F，有临空面F为0.1，无临空面F为0；
S＝tanα(式1)
c、根据步骤b得出红层地区诱发浅层土质滑坡的地形因子T；
T＝S+U+0.2C+F(式4)
d、根据公式计算等效降雨量R*；
R*＝(B+1.2I)(式5)
其中，B为前期降雨量，I为1小时降雨量，均通过实时测量得到；
e、根据公式计算降雨因子R；
其中，R0为年平均降雨量，Cv为1小时降雨变差系数，R*是等效降雨量，R0和Cv均通过查询当地水文手册确定；
f、综合地形因子T和降雨因子R，通过公式计算滑坡临界值Cr；
Cr＝RT0.9(式7)
g、根据f步骤得到的滑坡临界值Cr大小进行条件判别，确定滑坡等级，并发出相应预警信号。
上述步骤式中：
α——滑坡体与未滑坡体的坡度，测量确定；
A——滑坡体面积，m2，测量确定；
β——上部坡度，测量确定；
Au——上部面积，m2，测量确定；
θ1——左侧的横向坡度，测量确定；
θ2——右侧的横向坡度，测量确定；
AL——左侧横向面积，m2，测量确定；
AR——右侧横向面积，m2，测量确定；
A'——滑坡体上的梯田面积，m2，测量确定；
S——坡度因子；
U——上侧面因子；
C——两侧因子；
F——临空面因子，通过地形条件的对比研究得到，有临空面F＝0.1，无临空面F＝0；
T——地形因子；
R*——等效降雨量，是指结合前期降雨量和小时降雨量的综合降雨指标；
B——前期降雨量，mm，实时测量确定；
I——1小时降雨量，mm，实时测量确定；
R——降雨因子；
R0——年平均降雨量，mm，查询当地水文手册确定；
Cv——1小时降雨变差系数，查询当地水文手册确定；
Cr——滑坡临界值。
所述步骤g中的滑坡等级依次为绿色预警等级、黄色预警等级、橙色预警等级和红色预警等级。
所述步骤g中的预警信号通过条件判别确定，当滑坡临界值Cr＜0.32，可能性很小,为绿色预警等级，发出绿色安全信号；当滑坡临界值0.32≤Cr＜0.42，可能性小,为黄色预警等级，发出黄色预警信号；当滑坡临界值0.42≤Cr＜0.53，可能性中等，为橙色预警等级，发出橙色预警信号；当滑坡临界值Cr≥0.53，可能性大，为红色预警等级，发出红色预警信号。
本实施例为一较佳实施方式，将地形条件和降雨条件，这两个条件的作用统一起来形成红层地区诱发浅层土质滑坡的预报模型，通过在已有的地形条件和降雨条件下测算出该区域的滑坡临界值Cr并进行条件判别，能够最快判断出诱发浅层滑坡的可能性大小的区域，较现有技术对于滑坡的预警仅仅从降雨条件考虑而言，不仅准确度更高，而且能够做出最快的反应，预警灵敏度高，防灾适用性强。通过将得到的滑坡临界值Cr进行条件判别，确定滑坡等级，并发出相应等级的预警信号；当滑坡临界值Cr＜0.32，可能性很小,为绿色预警等级，发出绿色安全信号；当滑坡临界值0.32≤Cr＜0.42，可能性小,为黄色预警等级，发出黄色预警信号；当滑坡临界值0.42≤Cr＜0.53，可能性中等，为橙色预警等级，发出橙色预警信号；当滑坡临界值Cr≥0.53，可能性大，为红色预警等级，发出红色预警信号，预警效果直观明确，预警精细度高，极大的提高了防灾适用性。实施例3
参见图1-图3，一种红层地区滑坡预警方法，包括以下步骤：
a、将红层地区滑坡体与未滑坡体作为调查对象，测量滑坡体与未滑坡体的坡度α、滑坡体面积A、上部坡度β、上部面积Au、左侧的横向坡度θ1、右侧的横向坡度θ2、左侧横向面积AL、右侧横向面积AR和滑坡体上的梯田面积A'；
b、分别根据公式计算红层地区诱发浅层土质滑坡的地形因子中的坡度因子S、上侧面因子U和两侧因子C，通过地形条件对比确定临空面因子F，有临空面F为0.1，无临空面F为0；
S＝tanα(式1)
c、根据步骤b得出红层地区诱发浅层土质滑坡的地形因子T；
T＝S+U+0.2C+F(式4)
d、根据公式计算等效降雨量R*；
R*＝(B+1.2I)(式5)
其中，B为前期降雨量，I为1小时降雨量，均通过实时测量得到；
e、根据公式计算降雨因子R；
其中，R0为年平均降雨量，Cv为1小时降雨变差系数，R*是等效降雨量，R0和Cv均通过查询当地水文手册确定；
f、综合地形因子T和降雨因子R，通过公式计算滑坡临界值Cr；
Cr＝RT0.9(式7)
g、根据f步骤得到的滑坡临界值Cr大小进行条件判别，确定滑坡等级，并发出相应预警信号。
上述步骤式中：
α——滑坡体与未滑坡体的坡度，测量确定；
A——滑坡体面积，m2，测量确定；
β——上部坡度，测量确定；
Au——上部面积，m2，测量确定；
θ1——左侧的横向坡度，测量确定；
θ2——右侧的横向坡度，测量确定；
AL——左侧横向面积，m2，测量确定；
AR——右侧横向面积，m2，测量确定；
A'——滑坡体上的梯田面积，m2，测量确定；
S——坡度因子；
U——上侧面因子；
C——两侧因子；
F——临空面因子，通过地形条件的对比研究得到，有临空面F＝0.1，无临空面F＝0；
T——地形因子；
R*——等效降雨量，是指结合前期降雨量和小时降雨量的综合降雨指标；
B——前期降雨量，mm，实时测量确定；
I——1小时降雨量，mm，实时测量确定；
R——降雨因子；
R0——年平均降雨量，mm，查询当地水文手册确定；
Cv——1小时降雨变差系数，查询当地水文手册确定；
Cr——滑坡临界值。
所述步骤g中的滑坡等级依次为绿色预警等级、黄色预警等级、橙色预警等级和红色预警等级。
所述步骤g中的预警信号通过条件判别确定，当滑坡临界值Cr＜0.32，可能性很小,为绿色预警等级，发出绿色安全信号；当滑坡临界值0.32≤Cr＜0.42，可能性小,为黄色预警等级，发出黄色预警信号；当滑坡临界值0.42≤Cr＜0.53，可能性中等，为橙色预警等级，发出橙色预警信号；当滑坡临界值Cr≥0.53，可能性大，为红色预警等级，发出红色预警信号。
本发明适用于红层地区浅层土质滑坡的预警等级划分。
进一步，本发明适用于滑坡体与未滑坡体的坡度7°≤α≤32°的红层地区浅层土质滑坡的预警等级划分。
更进一步，本发明适用于上部坡度0°≤β≤45°的红层地区浅层土质滑坡的预警等级划分。
本实施例为最佳实施方式，坡度因子S是滑坡的主要动力因素，上侧面因子U由于降雨入渗的作用，为滑坡提供水源，能够促使缓坡形成滑坡，两侧因子C由于两侧有横向坡度时，横向中间凹陷地形有利于水源的汇集，利于滑坡的发育；通过分别计算得出坡度因子S、上侧面因子U和两侧因子C，进而得出的滑坡临界值Cr更符合诱发浅层滑坡机理，保障了滑坡预警可靠性，提高了滑坡预警质量和效果。本发明，适用于滑坡体与未滑坡体的坡度7°≤α≤32°的红层地区浅层土质滑坡的预警等级划分，通过测量滑坡体与未滑坡体的坡度α，并通过式1计算得出的坡度因子S为滑坡形成的主要诱发因子，当滑坡体与未滑坡体的坡度7°≤α≤32°时，便于稳定准确的划分出滑坡预警等级，提高防灾能力。本发明，适用于上部坡度0°≤β≤45°的红层地区浅层土质滑坡的预警等级划分，通过测量滑坡体与未滑坡体的坡度α以及上部坡度β，并通过式2计算得出的上侧面因子U，由于降雨入渗的作用，为滑坡提供了水源，上侧面因子U为滑坡形成的次要诱发因子，当0°≤β≤45°时，并结合滑坡体与未滑坡体的坡度α，能够更精准的划分滑坡预警等级，提高滑坡预警质量。
采用本发明对红层地区浅层土质滑坡预警，预警效果分析如下：
2015年现场调查研究了2011年9月16-18日发生在南江县东瑜铺的部分滑坡和一些在地形上有利于滑坡但却没有发生滑坡的点，其中有21个浅层土质滑坡，以及附近44个未滑坡点。这些点用于对比研究得到地形因子T：调查研究滑坡体与未滑坡体的坡度α、滑坡体面积A、上部坡度β、上部面积Au、左侧的横向坡度θ1、右侧的横向坡度θ2、左侧横向面积AL和右侧横向面积AR以及是否有临空面。在收集了2011年9月16-18日的降雨资料后，确定了在东瑜铺的降雨因子R：年平均降雨量R0，1小时降雨变差系数Cv，前期降雨量B，1小时降雨量I，具体值参见表1，表1为东瑜铺滑坡与未滑坡数据表。
表1
滑坡判断的对比结果，参见表2。
表2
从表2中可以看出：所有滑坡点位于可能性中等以上,Cr≥0.42；而错判为滑坡的未滑坡点仅占2.3％,Cr≥0.53，大部分未滑坡的点位于可能性中等以下Cr＜0.42，表明该模型的错判率和漏判率都较低。
可见，通过采用本发明预警方法，能够极大的减小错判率和漏判率，保障滑坡预警可靠性，提高滑坡预警准确度。