彭小平

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司)

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公路工程建設(shè)運(yùn)營(yíng)過程中的泥石流預(yù)測(cè)分析

彭小平

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司)

公路工程建設(shè)運(yùn)營(yíng)過程中，做好相應(yīng)的泥石流預(yù)測(cè)工作對(duì)于施工安全、運(yùn)行安全等均具有重要意義。公路泥石流預(yù)測(cè)是在判明泥石流溝谷屬性的基礎(chǔ)上對(duì)泥石流暴發(fā)可能性的預(yù)先確定，或稱為中長(zhǎng)期趨勢(shì)預(yù)報(bào)，泥石流預(yù)測(cè)對(duì)象的空間尺度可大可小，既可是單一泥石流溝谷，也可是一個(gè)區(qū)域。針對(duì)公路工程建設(shè)運(yùn)營(yíng)過程中的泥石流預(yù)測(cè)進(jìn)行了分析。

公路工程；建設(shè)運(yùn)營(yíng)；泥石流預(yù)測(cè)

0 引 言

當(dāng)前，我國(guó)公路建設(shè)規(guī)模不斷增大，地質(zhì)災(zāi)害問題也日益嚴(yán)重。特別是泥石流作為一種突發(fā)性的災(zāi)害，其會(huì)給公路路基、路面等產(chǎn)生巨大的損害。因此，在公路工程建設(shè)運(yùn)營(yíng)過程中，必須做好泥石流預(yù)測(cè)分析工作，從而實(shí)現(xiàn)有效的防治。

1 公路工程建設(shè)運(yùn)營(yíng)過程中的泥石流預(yù)測(cè)概述

公路工程建設(shè)運(yùn)營(yíng)過程中的泥石流預(yù)測(cè)是在泥石流預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，選擇那些在公路勘察階段確定的泥石流危險(xiǎn)度為極重度和重度危險(xiǎn)地區(qū)或單溝泥石流進(jìn)行預(yù)報(bào)。

1.1 泥石流預(yù)報(bào)要素

泥石流預(yù)報(bào)一般包含發(fā)生時(shí)間、地區(qū)范圍、規(guī)模大小與數(shù)量，以及對(duì)可能造成的災(zāi)害損失作出評(píng)估。它們被稱為時(shí)間預(yù)報(bào)、空間預(yù)報(bào)、強(qiáng)度預(yù)報(bào)和災(zāi)情預(yù)報(bào)四個(gè)要素。只有同時(shí)對(duì)四個(gè)要素作出預(yù)報(bào)，才算是一次完整的預(yù)報(bào)。

1.2 泥石流預(yù)報(bào)實(shí)施環(huán)節(jié)

上述泥石流預(yù)報(bào)四個(gè)要素的實(shí)施，要通過泥石流發(fā)生預(yù)測(cè)評(píng)估、預(yù)報(bào)決策、減災(zāi)對(duì)策三個(gè)環(huán)節(jié)來完成。

第一個(gè)環(huán)節(jié)由研究部門和水文氣象部門組成，主要任務(wù)是通過野外調(diào)查、勘測(cè)、觀測(cè)研究，掌握泥石流形成基本條件、分布現(xiàn)狀、活動(dòng)歷史與規(guī)律，劃定或繪制泥石流危險(xiǎn)區(qū)范圍，提出泥石流發(fā)生判別因素與雨量臨界指標(biāo)。根據(jù)雨情、水情觀測(cè)，評(píng)估預(yù)測(cè)泥石流發(fā)生時(shí)間、地區(qū)、災(zāi)害強(qiáng)度等，并把評(píng)估結(jié)論及時(shí)通報(bào)政府防災(zāi)部門。

第二個(gè)環(huán)節(jié)由研究部門、社會(huì)經(jīng)濟(jì)部門與政府決策部門組成。根據(jù)上述評(píng)估，結(jié)合當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀、防護(hù)設(shè)施與經(jīng)濟(jì)活動(dòng)方式進(jìn)行災(zāi)勢(shì)分析，作出災(zāi)損量預(yù)估，確定具體預(yù)報(bào)對(duì)象和應(yīng)采取的預(yù)報(bào)原則、方式及信息傳送途徑，并通知防災(zāi)部門作搶險(xiǎn)救災(zāi)工作布置。

第三個(gè)環(huán)節(jié)由政府各級(jí)職能部門及企事業(yè)單位組成。按照政府通知作出部署，制定防災(zāi)減災(zāi)計(jì)劃，安排災(zāi)后救援賑災(zāi)等事宜，組織恢復(fù)生產(chǎn)與重建工作，使災(zāi)害損失減輕到最低限度。

2 公路工程建設(shè)運(yùn)營(yíng)過程中的泥石流預(yù)測(cè)分析

公路施工與運(yùn)營(yíng)階段泥石流預(yù)報(bào)主要是針對(duì)單溝泥石流進(jìn)行觀測(cè)預(yù)報(bào)。本項(xiàng)目主要分析了四川省某公路泥石流溝泥石流預(yù)報(bào)方法的應(yīng)用。

2.1 溝谷泥石流預(yù)報(bào)臨界降雨閾值確定

根據(jù)泥石流溝發(fā)生的過程降雨和日降雨研究，泥石流發(fā)生的組合雨量警戒值，即前期有效過程降雨量應(yīng)在110～140 mm之間，當(dāng)日降雨應(yīng)在45～60 mm之間。

2.2 泥石流預(yù)報(bào)臨界水深測(cè)量法

(1)溝槽洪水徑流量判別法

泥石流形成過程，特別是溝床質(zhì)再搬運(yùn)而形成的泥石流過程，與溝槽內(nèi)洪水流量變化密切相關(guān)。當(dāng)洪水流量超過一定量值時(shí)，溝床質(zhì)便會(huì)起動(dòng)而形成泥石流。通過溝槽水深或歷史洪水測(cè)量分析，即可建立泥石流預(yù)報(bào)模型。

(2)水槽貯留量判別法

有人設(shè)計(jì)了一個(gè)水槽模型，研究降雨量與水槽內(nèi)蓄水深之間的關(guān)系。假定降雨時(shí)的流入量與流出量之高差為貯留量高，此高度作為臨界判據(jù)進(jìn)行泥石流預(yù)報(bào)。

以上兩種判別法，只有在設(shè)有觀測(cè)站的條件下應(yīng)用，可用于單溝泥石流判別預(yù)報(bào)。

2.3 泥石流預(yù)報(bào)降雨天氣系統(tǒng)成因分析法

(1)天氣系統(tǒng)類型統(tǒng)計(jì)判別法

泥石流形成的激發(fā)降雨過程，是在一定的環(huán)流背景與天氣系統(tǒng)影響下形成的。將泥石流形成與降雨過程的環(huán)流背景和天氣系統(tǒng)聯(lián)系起來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可找出它們之間的某些規(guī)律與特殊的影響天氣系統(tǒng)，建立降雨成因判別模型。

(2)上游代表站雨量相關(guān)方程判別法

前述天氣系統(tǒng)類型統(tǒng)計(jì)判別法，并沒有把降雨量的預(yù)報(bào)聯(lián)系起來。用網(wǎng)絡(luò)分析法，作出流域的每1 h雨量分布與前2 h上游地區(qū)的一小時(shí)雨量。通過氣象要素的勢(shì)能分析，用氣象動(dòng)力學(xué)特征模型(渦度方程、散度方程)建立下游地點(diǎn)滯后1～4 h的降雨量重回歸預(yù)報(bào)方程，以此計(jì)算下游站滯后降雨量作為泥石流預(yù)報(bào)的判據(jù)。預(yù)報(bào)雨量方程形式

R2=0.905R1+0.562Rs-0.013rot1-0.014div1-0.45

(1)

R3=0.885R1+0.336Rs-0.017rot2-0.014div1-0.27

(2)

R4=0.830R1+0.227Rs-0.017rot2-0.014div1-0.80

(3)

以上三式的樣本數(shù)n=665，663，660；相關(guān)系數(shù)r=0.74,0.69，0.61；標(biāo)準(zhǔn)差SE=5.5 mm，5.9 mm，6.5 mm。為簡(jiǎn)略，將上述三式合并成

RN=K1R1+K2RS+K3roti+K4divi+C

(4)

式中i=1，2，代表站區(qū)號(hào)；N=2，3，4，代表雨量滯后時(shí)間，以h計(jì)；RN為下游站的1h雨量；R1為上游相關(guān)性好的代表區(qū)域站(1)的平均1h雨量；RS為上游相關(guān)性較好的代表區(qū)域站(2)的平均1h雨量；K1，K2，K3，K4，C為常數(shù)；rot1，rot2為相關(guān)區(qū)域代表站的渦度；div1，div2為相關(guān)區(qū)域代表站的散度。

(5)

(6)

通過有關(guān)數(shù)學(xué)演算，求出散度值、渦度值，再代入式(4)，就可得出下游區(qū)域的雨量預(yù)報(bào)值，并依據(jù)雨量預(yù)報(bào)值作出泥石流危險(xiǎn)性判別預(yù)報(bào)。必須指出，在實(shí)際應(yīng)用中，確定代表站的1h平均雨量是關(guān)鍵，這只有用雷達(dá)等先進(jìn)測(cè)雨手段才易實(shí)現(xiàn)。

上述方法實(shí)質(zhì)上是短期降雨量落區(qū)和強(qiáng)度預(yù)報(bào)的方法，它也是泥石流預(yù)報(bào)的一種新思路。

3 泥石流預(yù)報(bào)其他技術(shù)預(yù)測(cè)法

近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能工具等的開發(fā)應(yīng)用，將專家系統(tǒng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)等用于泥石流預(yù)測(cè)研究有了發(fā)展。

3.1 專家系統(tǒng)分析技術(shù)預(yù)測(cè)法

專家系統(tǒng)分析技術(shù)是近年用于環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域解決模糊問題的一種方法。據(jù)報(bào)道，在1982年舊金山灣地區(qū)發(fā)生泥石流災(zāi)害后，美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局和國(guó)家氣象局合作建立泥石流預(yù)報(bào)專家系統(tǒng)，于1986年對(duì)某地的區(qū)域泥石流作過一次成功的預(yù)報(bào)。

3.2 計(jì)算機(jī)模擬信息技術(shù)預(yù)測(cè)法

隨著微型計(jì)算機(jī)的普及，廣泛應(yīng)用計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)于生態(tài)學(xué)、環(huán)境學(xué)、泥石流災(zāi)害學(xué)等領(lǐng)域的研究工作。在四川攀西地區(qū)暴雨泥石流滑坡預(yù)報(bào)研究中，將日雨量分級(jí)預(yù)報(bào)率和泥石流滑坡發(fā)生臨界雨量統(tǒng)計(jì)頻率結(jié)合，在計(jì)算機(jī)上模擬建立區(qū)域預(yù)報(bào)模型

P1=PKbPbd

P2=PKbPbj+PKdPdj

P0=1-(1+P2)

(7)

式中：PKb為預(yù)報(bào)K級(jí)雨量而實(shí)際出現(xiàn)暴雨的頻率；PKd為預(yù)報(bào)K級(jí)雨量而實(shí)際出現(xiàn)大雨的頻率；Pbd為預(yù)報(bào)區(qū)在暴雨泥石流大面積發(fā)生的頻率；Pbj為預(yù)報(bào)區(qū)在暴雨時(shí)泥石流局部地段發(fā)生的頻率；Pdj為預(yù)報(bào)區(qū)在大雨時(shí)泥石流局部地段發(fā)生的頻率；P1為預(yù)報(bào)區(qū)泥石流大面積發(fā)生幾率；P2為預(yù)報(bào)區(qū)泥石流局部地段發(fā)生幾率；P0為預(yù)報(bào)區(qū)基本無泥石流發(fā)生幾率；K的取值；K=1，預(yù)報(bào)日雨量為小-中雨；K=2，預(yù)報(bào)日雨量為大雨；K=3，預(yù)報(bào)日雨量為暴雨。

上述幾種技術(shù)在泥石流預(yù)測(cè)上的應(yīng)用，可加大信息處理能力，提高預(yù)報(bào)的科學(xué)性，增強(qiáng)預(yù)報(bào)的及時(shí)性，是當(dāng)今和今后泥石流預(yù)報(bào)研究發(fā)展的方向。

4 結(jié) 語

綜上所述，泥石流預(yù)測(cè)分析是防災(zāi)減災(zāi)中的一項(xiàng)十分重要的工作。當(dāng)前，我國(guó)泥石流的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)手段較多，其中最常見的即為利用泥石流與降雨變化的關(guān)系進(jìn)行預(yù)測(cè)。此外，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，專家系統(tǒng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)等均得到了推廣應(yīng)用。

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2015-07-11

U416.1

C

1008-3383(2015)12-0033-02