一种山区林场低频泥石流预警方法与流程

1.本发明属于泥石流技术领域，具体涉及一种山区林场低频泥石流预警方法。


背景技术：

2.低频泥石流是指目标流域中发生频率小于1次/20年的泥石流，与中、高频泥石流相比，低频泥石流具有相当强的隐蔽性、突发性、危害大等特点，其一旦发生，会对下游沟口附近的居民和建(构)筑物造成巨大的损失。
3.我国山区内曾分布有大量天然林场，为国家经济建设作出了巨大贡献，但也对生态环境造成了破坏，但近二十年来，国家陆续停止商业性采伐，植被得以逐步恢复，有的林场所在流域甚至成为当地水源地或进行了旅游开发，不过近年来极端降雨气候频发，导致有些几十年甚至上百年未暴发过泥石流的流域，暴发了泥石流，造成了巨大损失。
4.目前大多泥石流预警及分析都是针对中、高频泥石流，而低频泥石流的发生地多是在植被覆盖率高的山区，针对中高频泥石流的预警方法不适用于低频泥石流的发生地。
5.因此，如何对低频泥石流进行预警，是本领域技术人员有待解决的技术问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的是为了对山区林场低频泥石流进行预警，提出了一种山区林场低频泥石流预警方法。
7.本发明的技术方案为：一种山区林场低频泥石流预警方法，包括以下步骤：
8.s1、判断目标区域是否有伐木史，若是，则执行步骤s2，若否，则不进行预警；
9.s2、获取目标流域的参数信息；
10.s3、基于所述参数信息和天气预报进行低频泥石流预警。
11.进一步地，所述参数信息具体为残留树桩的腐朽值、流域地质信息。
12.进一步地，所述步骤s3具体包括以下分步骤：
13.s31、判断所述腐朽值是否小于第一预设阈值，若否，则进行一级预警并执行步骤s32，若是，则不进行预警；
14.s32、基于所述目标流域的流域地质信息确定是否将所述一级预警升级为二级预警状态，若是，则执行步骤s33，若否，则持续进行一级预警；
15.s33、确定出预设未来时间段内是否有超过预设降雨量的降雨，若是，则将所述二级预警升级为三级预警并发出警报，若否，则持续进行二级预警。
16.进一步地，所述流域地质信息具体为：沟床纵坡比、沟床松散物质储量、岸坡坡度、流域面积和沟床堵塞等级。
17.进一步地，所述基于所述目标流域的流域地质信息确定是否将所述一级预警升级为二级预警状态，具体为判断所述流域地质信息综合值是否大于等于第二预设阈值，若是，则将所述一级预警升级为二级预警，若否，则持续进行一级预警，其中所述流域地质信息综合值具体通过如下公式进行确定：
18.b＝r1×
w1+r2×
w2+r3×
w3+r4×
w4+r5×
w519.其中，b为所述流域地质信息综合值，r1为沟床纵坡比，r2为沟床松散物质储量，r3为岸坡坡度，r4为流域面积，r5为沟床堵塞等级，wi为权重，w1＝0.4、w2＝0.2、w3＝0.2、w4＝0.1、w5＝0.1。
20.进一步地，所述腐朽值具体通过如下公式进行确定：
21.a＝{max[0.020
×
(365t)
0.98
，0.073
×
(365t)
0.82
]}/d
[0022]
其中，a为所述腐朽值，t为所述停采时长(年)，d为所述残留树桩的直径(mm)。
[0023]
与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：
[0024]
本发明通过先判断目标流域是否有伐木史，若否，则不进行预警，若是，则获取目标流域的参数信息，并基于参数信息和天气预报进行低频泥石流预警，其中，参数信息为残留树桩的腐朽值和流域地质信息，进行预警时，先是判断腐朽值是否小于第一预设阈值，若是，则不进行预警，若否，则进行一级预警并基于目标流域的流域地质信息确定是否将一级预警升级为二级预警状态，若否，则持续进行一级预警，若是，则确定出预设未来时间段内是否有超过预设降雨量的降雨，若是，则将二级预警升级为三级预警并发出警报，若否，则持续进行二级预警，实现了对低频泥石流的预警。
附图说明
[0025]
图1所示为本发明实施例提供的一种山区林场低频泥石流预警方法的流程示意图；
[0026]
图2所示为本发明实施例中进行低频泥石流预警的步骤流程图。
具体实施方式
[0027]
下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0028]
如背景技术中所述，低频泥石流发生地多在植被茂密、水质清澈的地方，与中、高频泥石流发生地环境大不相同，现有技术无法对低频泥石流进行预警。
[0029]
因此，本技术提出了一种山区林场低频泥石流预警方法，如图1所示为本技术实施例提出的一种山区林场低频泥石流预警方法的流程示意图，该方法包括以下步骤：
[0030]
步骤s1、判断目标流域是否有伐木史，若是，则执行步骤s2，若否，则不进行预警。
[0031]
具体的，经过对已发生低频泥石流的分析，低频泥石流基本发生在植被丰富的山区，已发生低频泥石流的物质大多是源于沟床启动，且与早点林木采伐、木材腐朽密切相关，因此，具有伐木史的流域应作为重点调查对象。
[0032]
而低频泥石流暴发后，两岸岸坡临空面增大，稳定性降低。若不及时治理，岸坡将发育滑坡、崩塌等次生灾害，沟内松散固体物质进一步增加，进而低频泥石流可能转化为中、高频泥石流。
[0033]
步骤s2、获取目标流域的参数信息。
[0034]
具体的，参数信息具体为残留树桩或者残留木材的腐朽值和流域地质信息。
[0035]
步骤s3、基于所述参数信息和天气预报进行低频泥石流预警。
[0036]
在本技术实施例中，如图2所示为步骤s3进行低频泥石流预警的步骤流程图，所述步骤s3具体包括以下分步骤：
[0037]
s31、判断所述腐朽值是否小于第一预设阈值，若否，则进行一级预警并执行步骤s32，若是，则不进行预警；
[0038]
s32、基于所述目标流域的流域地质信息确定是否将所述一级预警升级为二级预警状态，若是，则执行步骤s33，若否，则持续进行一级预警；
[0039]
s33、确定出预设未来时间段内是否有超过预设降雨量的降雨，若是，则将所述二级预警升级为三级预警并发出警报，若否，则持续进行二级预警。
[0040]
另外，在目标流域存在伐木史的情况下，当目标流域发生超过第一预设降雨量的降雨时，也可以说是特大暴雨，目标流域中沟床内的木材可能承受不住洪水的冲刷，在力学强度保持的情况下仍可能暴发泥石流，因此，在目标流域发生超过第一预设降雨量的降雨时，也需要进行泥石流预警。
[0041]
在本技术实施例中，所述流域地质信息具体为：沟床纵坡比、沟床松散物质储量、岸坡坡度、流域面积和沟床堵塞等级。
[0042]
在本技术实施例中，所述基于所述目标流域的流域地质信息确定是否将所述一级预警升级为二级预警状态，具体为判断所述流域地质信息综合值是否大于等于第二预设阈值，若是，则将所述一级预警升级为二级预警，若否，则持续进行一级预警，其中，所述流域地质信息综合值具体通过如下公式进行确定：
[0043]
b＝r1×
w1+r2×
w2+r3×
w3+r4×
w4+r5×
w5[0044]
其中，b为所述流域地质信息综合值，r1为沟床纵坡比，r2为沟床松散物质储量，r3为岸坡坡度，r4为流域面积，r5为沟床堵塞等级，wi为权重，w1＝0.4、w2＝0.2、w3＝0.2、w4＝0.1、w5＝0.1，权重可由本领域技术人员根据实际情况灵活设置。
[0045]
具体的，r1＝[1,10]，其在小于32
‰
，取值为1，大于213
‰
时，取值为10，2到9为32
‰
到213
‰
的等额划分对应值，r2＝[1,10]。沟床松散物质储量小于1
×
104m3/km2时，取1；大于10
×
104m3/km2时，取10，2到9为1
×
104m3/km2到10
×
104m3/km2的等额划分对应值，r3＝[1,10]。岸坡坡度小于15
°
时，取1；大于32
°
时，取10，2到9为15
°
到32
°
的等额划分对应值，r4＝[1,10]。岸坡坡度大于100km2时，取1；小于5km2时，取10，2到9为100km2到5km2的等额划分对应值。
[0046]
需要说明的是沟床堵塞等级r5，r5＝[1,10]，在沟道顺直均匀，沟道弯曲度小于等于预设一级弯曲度时，且基本无卡口、陡坎，或卡口、陡坎的数量小于等于预设一级卡口数量、预设一级陡坎数量时，沟床堵塞等级取值为1，同时，还设有对应的预设二级弯曲度、预设二级卡口数量、预设二级陡坎数量
···
预设十级弯曲度、预设十级卡口数量和预设十级陡坎数量，分别对应1-10的取值。
[0047]
另外，第二预设阈值的值为5，也可由本领域技术人员根据实际情况灵活设置。
[0048]
在本技术实施例中，所述腐朽值具体通过如下公式进行确定：
[0049]
a＝{max[0.020
×
(365t)
0.98
，0.073
×
(365t)
0.82
]}/d
[0050]
其中，a为所述腐朽值，a∈(0，1]，t为所述停采时长(年)，d为所述残留树桩的直径(mm)。
[0051]
第一预设阈值的值为0.8，也可由本领域技术人员根据实际情况灵活设置。
[0052]
具体的，以香扎沟为例，“8.6”泥石流是香扎沟迄今为止有记录发生的最大规模泥石流。2013年8月6日晚9：30左右开始，一直持续到第二天凌晨，累计降雨量达90mm，为该流域近100年以来最大的一次强降雨。晚12点钟左右，该沟暴发泥石流，持续时间约60min。通过对附近居民进行调查访问，香扎沟曾于1971年在n5支沟内暴发过小型泥石流，但因时间久远，居民们其暴发时的过程仅存模糊记忆。也有人反映1998年7月该沟曾发生过较大洪水，当时下山的村民听见石块撞击声，但没有见到泥石流。此外，香扎沟没有泥石流的记录，主沟常年有水，仅在雨季大雨时，可能会发生小规模洪水。由此看来，该沟泥石流暴发频率为1次/20～50年，属低频泥石流。
[0053]
令人不解的是香扎沟植被茂密，以灌木、乔木、草甸为主，且“5.12”地震对该区影响也较小，沟域内未见新增崩塌、滑坡灾害。未有新增物源，泥石流的物质从何而来，又是如何启动的呢？研究发现，该流域内曾于上世纪60～90年代大量伐木，沟上游海拔2900～3500m为主要采伐区，限于当时落后的生产条件，高大树木被砍伐后多沿着沟道顺沟而下运送到木材加工场，在此过程中，有些木材或残根就被“遗弃”、“埋藏”于沟内。这些木材胸径十余厘米～百余厘米不等，散布于沟床内，形成了天然屏障，拦截了上游的泥沙、碎石。几十年来，木材或残根逐步腐朽，力学性质降低甚至完全丧失，降低了对泥沙、碎石的“约束”，沟床内的泥沙、碎石就因失去阻碍而变得“活跃”起来，成为泥石流的物源。“8.6”泥石流暴发之前持续了3个小时强降雨，是近100年未有遇到过的降雨，中上游沟道内固体物质在雨水浸泡下抗剪强度降低而失稳运动形成泥石流。泥石流运动过程中下切沟床，两岸固体物质不断被补给，使得泥石流规模加大，破坏力加强。
[0054]
香扎沟泥石流物质主要来源于沟床，其中还含有大量枯枝、朽木。经调查，该沟流域曾属于1978年成立的九寨沟大录(即香扎沟所在行政区)乡办林场，1983年乡办林场增加大15个，生产原木7000m3，年工业总产值132万。研究区砍伐树木以云杉为主，属高大乔木，砍下的木材多沿沟道顺沟而下运送到下游加工场，在此过程中，有些木材或残根就被“遗弃”进而“埋藏”于沟内。这些木材胸径十余厘米～百余厘米不等，散布于沟床内，形成了天然屏障，拦截了上游的泥沙、碎石。
[0055]
随着时间推移，虽然伐木工作逐渐停止，但埋藏在沟内的木材、残枝却逐步腐朽，失去了原有的力学强度，降低了对泥沙、碎石的“约束”。研究表明木材中的纤维素是微生物的养料，微生物将木材中的纤维素降解，使木材腐朽进而失去了强度，只有当木材中存在自由水时微生物(主要是真菌)才会成活，即含水量接近或超过木纤维饱和点时，木材会被真菌攻击，因此，埋藏于常年有水的沟道内的木材更易腐朽。衡量木构件腐朽程度的重要指标是腐朽深度。
[0056]
木材腐朽部分的抗弯强度和顺纹抗压强度将在3年内基本丧失，即退化率达100％。“遗弃”在沟内的木材、树根，几十年后腐朽，力学性质降低甚至完全丧失，沟床内的泥沙、碎石就因失去阻碍而变得“活跃”起来，成为泥石流的物源。香扎沟泥石流将支沟沟床下切3～6m，沟床内见大量伐木残留的枯树枝及树桩。
[0057]
香扎沟流域上游平面形态呈扇叶状，有利于沟道径流的迅速汇集。各条支沟纵比降236～548
‰
，平均372
‰
，十分有利于泥石流的形成、流通。且较大的高差，使得沟道径流具有较大的流速和动能，对沟道内松散固体物质的冲刷侵蚀及对沟道两岸铲刮作用强度极
大，故在短时间内席卷大量的固体物质冲出，形成泥石流。
[0058]
具体的，当目标流域发生超过第一预设降雨量的降雨时，也可以说是特大暴雨，目标流域中沟床内的木材可能承受不住洪水的冲刷，在力学强度保持的情况下仍可能暴发泥石流，因此，在目标流域发生超过第一预设降雨量的降雨时，也需要进行泥石流预警。
[0059]
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。