本申請(qǐng)屬于泥石流災(zāi)害防治
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體地說(shuō)，涉及一種基于降雨頻率的泥石流淤積危險(xiǎn)范圍劃分方法。
背景技術(shù)：
：泥石流是山區(qū)常見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害，其暴發(fā)突然、來(lái)勢(shì)兇猛、歷時(shí)短暫，在造成嚴(yán)重災(zāi)害的同時(shí)，由于其高含沙量，往往在流域下游淤積形成大面積的泥石流灘地。泥石流灘地往往地勢(shì)平緩、水源充足、熱量豐富，是較好的土地資源，具有廣闊的開(kāi)發(fā)前景，是山區(qū)發(fā)展經(jīng)濟(jì)和改善生態(tài)環(huán)境的重要途徑。泥石流灘地多分布于泥石流溝口及平坦的溝谷的兩側(cè)，由于平坦開(kāi)闊的地形條件以及相對(duì)較好的水熱條件，山區(qū)居民常常在穩(wěn)定的灘地上進(jìn)行各種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、建設(shè)村落、修筑道路等活動(dòng)。但是，泥石流灘地利用面臨潛在泥石流災(zāi)害的威脅，因此劃分泥石流淤積危險(xiǎn)范圍是防御泥石流風(fēng)險(xiǎn)的重點(diǎn)。目前，有關(guān)泥石流淤積危險(xiǎn)范圍的劃分方法主要有兩類(lèi)：①利用海量調(diào)查、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析擬合方程，如泥石流沖出距離與一次泥石流沖出量的關(guān)系式；②利用數(shù)學(xué)、物理模型開(kāi)展數(shù)值模擬，通過(guò)模擬得到的流速、泥深確定泥石流淤積淤埋危險(xiǎn)范圍。然而，這兩種方法主要存在如下問(wèn)題：一是基于室內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)擬合方程得到泥石流最大沖出距離和最大沖出寬度確定的泥石流范圍，很難反映泥石流淤積實(shí)際情況，同時(shí)不能獲得淤埋范圍的深度、流速，且該類(lèi)方法很難應(yīng)用到實(shí)際，尤其區(qū)域不同，泥石流特征差異較大，導(dǎo)致數(shù)理統(tǒng)計(jì)的淤埋危險(xiǎn)范圍差異很大；二是利用數(shù)學(xué)、物理模型開(kāi)展的數(shù)值模擬參數(shù)選取難度較大，且方程求解和模擬過(guò)程復(fù)雜，而且沒(méi)有考慮淤積淤埋范圍內(nèi)是否涉及地表固體物質(zhì)沖刷、侵蝕等加大危險(xiǎn)范圍的因素。因此，現(xiàn)有技術(shù)的泥石流淤積危險(xiǎn)范圍的劃分方法比較復(fù)雜，且可靠性不高。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：有鑒于此，本申請(qǐng)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種基于降雨頻率的泥石流淤積危險(xiǎn)范圍劃分方法，以提升劃分出的泥石流淤積危險(xiǎn)范圍的準(zhǔn)確性，并降低泥石流淤積危險(xiǎn)范圍劃分方法的復(fù)雜性。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，所述的方法包括：根據(jù)被檢測(cè)流域的地形圖確定泥石流主溝道位置、泥石流初始過(guò)流斷面m0n0及其初始過(guò)流斷面的寬度，并確定初始過(guò)流斷面的水力坡降；根據(jù)歷史數(shù)據(jù)資料，設(shè)定降雨頻率，計(jì)算對(duì)應(yīng)降雨暴發(fā)頻率下泥石流的峰值流量；根據(jù)泥石流的峰值流量、初始過(guò)流斷面的寬度和水力坡降，計(jì)算初始過(guò)流斷面平均流深h0；在泥石流主溝道上確定n個(gè)平均流深為h0的過(guò)流斷面mini，i＝1,2,3,…n，n≥2；依次連接mimi+1，及nini+1，i＝0,1,2,3,…n，n≥2，獲得的范圍即為對(duì)應(yīng)暴發(fā)頻率下的泥石流淤積危險(xiǎn)范圍。如上所述的方法，其中，所述計(jì)算初始過(guò)流斷面平均流深h0，具體為可以為：將過(guò)流斷面概化呈倒立的等腰三角形，通過(guò)以下公式計(jì)算求得h0，q＝l0h0v0，其中，q為泥石流峰值流量，單位為m3；l0為溝口過(guò)流斷面m0n0的寬度，單位為m；h0為溝口對(duì)應(yīng)降雨頻率下峰值流量的平均流深，單位為m；v0為泥石流在溝口過(guò)流斷面m0n0上的平均流速，單位為m/s；m為粘性泥石流流速系數(shù)，根據(jù)《泥石流災(zāi)害防治工程勘察規(guī)范da-t0220-2006》內(nèi)插確定；r為溝口過(guò)流斷面m0n0的水力半徑，單位為m；i為溝口過(guò)流斷面m0n0處泥石流水力坡度，單位為‰。如上所述的方法，具體的，所述在泥石流主溝道上確定n個(gè)平均流深為h0的過(guò)流斷面mini，具體包括：確定自初始過(guò)流斷面開(kāi)始沿泥石流流動(dòng)方向的等高線ai，泥石流主溝道與等高線ai相交于ci，在ci和ci+1之間確定平均泥深為h0的點(diǎn)oi，在oi點(diǎn)做垂直主溝道的過(guò)流斷面，與等高線ai相交于mi、ni，從而得過(guò)流斷面mini，其中，i＝1,2,3,…n，n≥2。如上所述的方法，其中，所述危險(xiǎn)范圍在同一橫斷面上，越靠近主溝，流深越大，越靠近主溝兩側(cè)，流深越小。如上所述的方法，進(jìn)一步的，根據(jù)過(guò)流斷面的泥深和單寬流量，確定所述危險(xiǎn)范圍的危險(xiǎn)等級(jí)，所述危險(xiǎn)等級(jí)包括：高、中、低。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)可以獲得包括以下技術(shù)效果：1、本申請(qǐng)的泥石流淤積危險(xiǎn)范圍劃分方法計(jì)算簡(jiǎn)單、簡(jiǎn)捷易行、易于推廣實(shí)施，針對(duì)山區(qū)缺資料地區(qū)小流域具有較高的應(yīng)用價(jià)值；2、基于降雨頻率，可實(shí)現(xiàn)各種爆發(fā)頻率條件下，快速獲取泥石流堆積區(qū)災(zāi)損土地淤埋風(fēng)險(xiǎn)范圍，可廣泛應(yīng)用于泥石流監(jiān)測(cè)預(yù)警、鄉(xiāng)村規(guī)劃等方面；3、本申請(qǐng)的泥石流淤積危險(xiǎn)范圍劃分方法，針對(duì)小流域，考慮了淤積淤埋范圍內(nèi)是否涉及地表固體物質(zhì)沖刷、侵蝕等加大危險(xiǎn)范圍的因素，提升了劃分出的泥石流淤積危險(xiǎn)范圍的準(zhǔn)確性。附圖說(shuō)明此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。在附圖中：圖1是本申請(qǐng)基于降雨頻率的泥石流淤積危險(xiǎn)范圍劃分方法流程圖；圖2是本申請(qǐng)實(shí)施例的泥石流主溝道及溝口過(guò)流斷面m0n0的示意圖；圖3是本申請(qǐng)實(shí)施例的泥石流主溝道及過(guò)流斷面mini的示意圖；圖4是本申請(qǐng)實(shí)施例的泥石流主溝道淤積范圍的示意圖。具體實(shí)施方式以下將配合附圖及實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本申請(qǐng)的實(shí)施方式，藉此對(duì)本申請(qǐng)如何應(yīng)用技術(shù)手段來(lái)解決技術(shù)問(wèn)題并達(dá)成技術(shù)功效的實(shí)現(xiàn)過(guò)程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。本申請(qǐng)?zhí)峁┑哪嗍饔俜e危險(xiǎn)范圍劃分方法特別適用于無(wú)大比例尺地形圖及觀測(cè)數(shù)據(jù)的無(wú)資料地區(qū)的泥石流堆積區(qū)，該方法主要以流域所在區(qū)域泥石流爆發(fā)頻率以及地形參數(shù)為依據(jù)，快速完成由泥石流堆積導(dǎo)致的災(zāi)損土地淤埋范圍及區(qū)劃。圖1是本申請(qǐng)基于降雨頻率的泥石流淤積危險(xiǎn)范圍劃分方法流程圖。如圖1示，本實(shí)施例的基于降雨頻率的泥石流淤積危險(xiǎn)范圍劃分方法包括以下內(nèi)容。s101：根據(jù)被檢測(cè)流域的地形圖確定泥石流主溝道位置、泥石流初始過(guò)流斷面m0n0及其初始過(guò)流斷面的寬度，并確定初始過(guò)流斷面的水力坡降。圖2是本申請(qǐng)實(shí)施例的泥石流主溝道及溝口過(guò)流斷面m0n0的示意圖。具體的，可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、測(cè)繪、勘查的圖形資料以及dem(digitalelevationmodel,數(shù)字高程模型)確定泥石流主溝道的地理位置及溝口初始斷面位置。s102：根據(jù)歷史數(shù)據(jù)資料，設(shè)定降雨頻率，計(jì)算對(duì)應(yīng)降雨頻率下泥石流的峰值流量。s103：根據(jù)泥石流的峰值流量、初始過(guò)流斷面的寬度和水力坡降，計(jì)算初始過(guò)流斷面平均流深h0。初始過(guò)流斷面平均流深h0是指對(duì)應(yīng)頻率和泥石流峰值流量q條件下流過(guò)初始過(guò)流斷面m0n0的平均流深。具體的，可以將過(guò)流斷面概化呈倒立的等腰三角形，通過(guò)以下公式計(jì)算求得h0，q＝l0h0v0，其中，q為泥石流峰值流量，單位為m3；l0為溝口過(guò)流斷面m0n0的寬度，單位為m；h0為溝口對(duì)應(yīng)降雨頻率下峰值流量的平均流深，單位為m；v0為泥石流在溝口過(guò)流斷面m0n0上的平均流速，單位為m/s；m為粘性泥石流流速系數(shù)，根據(jù)《泥石流災(zāi)害防治工程勘察規(guī)范da-t0220-2006》內(nèi)插確定；r為溝口過(guò)流斷面m0n0的水力半徑，單位為m；i為溝口過(guò)流斷面m0n0處泥石流水力坡度，單位為‰。s104：在泥石流主溝道上確定n個(gè)平均流深為h0的過(guò)流斷面mini，i＝1,2,3,…n，n≥2。s105：依次連接mimi+1，及nini+1，i＝0,1,2,3,…n，n≥2，獲得的范圍即為對(duì)應(yīng)暴發(fā)頻率下的泥石流淤積危險(xiǎn)范圍。圖3是本申請(qǐng)實(shí)施例的泥石流主溝道及過(guò)流斷面mini的示意圖。參照?qǐng)D3所示，在如上所述的方法中，所述在泥石流主溝道上確定n個(gè)平均流深為h0的過(guò)流斷面mini，具體可以包括：確定自初始過(guò)流斷面開(kāi)始沿泥石流流動(dòng)方向的等高線ai，泥石流主溝道與等高線ai相交于ci，在ci和ci+1之間確定平均泥深為h0的點(diǎn)oi，在oi點(diǎn)做垂直主溝道的過(guò)流斷面，與等高線ai相交于mi、ni，從而得過(guò)流斷面mini，其中，i＝1,2,3,…n，n≥2。依次連接mimi+1，及nini+1，獲得的范圍即為對(duì)應(yīng)暴發(fā)頻率下的泥石流淤積危險(xiǎn)范圍。圖4是本申請(qǐng)實(shí)施例的泥石流主溝道淤積范圍的示意圖。根據(jù)已有地形圖或dem生成小流域等高線，或者現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、測(cè)繪、勘查確定泥石流流域主溝道基本地理地形數(shù)據(jù)，包括主溝道地理位置、泥石流過(guò)流斷面m0n0及其寬度l0，并確定初始過(guò)流斷面m0n0處泥石流水力坡度i。如上所述的方法，其中，所述危險(xiǎn)范圍在同一橫斷面上，越靠近主溝，流深越大，越靠近主溝兩側(cè)，流深越小。具體的，可以根據(jù)過(guò)流斷面的泥深和單寬流量，確定危險(xiǎn)范圍的危險(xiǎn)等級(jí)，危險(xiǎn)等級(jí)包括：高、中、低。對(duì)泥石流堆積區(qū)的危險(xiǎn)等級(jí)的劃分往往以泥石流強(qiáng)度為劃分依據(jù)，常用的特征參數(shù)有泥石流流速、泥深、沖擊力等。例如，可以在泥石流堆積區(qū)淤積范圍內(nèi)，進(jìn)一步劃分過(guò)流斷面，間隔以等高線間距的1/2～1/5，并確定指定過(guò)流斷面的水力坡度，從而以泥深和單寬流量為基本參數(shù)，將淤積范圍進(jìn)行危險(xiǎn)性高、中、低劃分，參照表1。表1泥石流淤積危險(xiǎn)范圍的危險(xiǎn)等級(jí)表泥石流危險(xiǎn)等級(jí)說(shuō)明高h(yuǎn)≥0.5m或q≥1m2/s中0.1m＜h＜0.5m或0.2m2/s＜q＜1m2/s低h≤0.1m或q≤0.2m2/s具體應(yīng)用案例：南壩鎮(zhèn)為龍門(mén)山中央斷裂北段途徑位置，在該處可見(jiàn)到多處龍門(mén)山斷裂帶的地表破裂區(qū)域。窖子溝介于南壩鎮(zhèn)和建康村之間，距離南壩鎮(zhèn)約5.5km，窖子溝匯入涪江支流，由于斷裂帶橫穿窖子溝流域中下游，造成流域中下部山體破碎，崩塌滑坡現(xiàn)象明顯，通過(guò)測(cè)量，穿越窖子溝的龍門(mén)山斷裂帶距離主河道約750m。目前，窖子溝中下游左岸一滑坡發(fā)育程度較高，該滑坡體長(zhǎng)約550m，寬350m，由于松散滑坡體擠占主溝道，堵塞較嚴(yán)重，在未來(lái)強(qiáng)降雨條件下，暴發(fā)泥石流的概率較大，可能造成主河堵塞回水，危及河道上方建康村村落及河道兩側(cè)農(nóng)耕地。利用開(kāi)源dem數(shù)據(jù)，獲取流域等高線，劃定泥石流淤積范圍。本應(yīng)用案例以窖子溝流域泥石流堆積區(qū)災(zāi)損土地為例，對(duì)該流域淤埋范圍及區(qū)劃進(jìn)行案例分析。(1)確定被檢測(cè)小流域地理參數(shù)通過(guò)多次野外實(shí)地調(diào)查、測(cè)量獲得流域地形、地物，結(jié)合地理空間數(shù)據(jù)云下載高精度dem數(shù)據(jù)，利用arcgis等軟件進(jìn)行矢量，得到窖子溝流域地形圖(主要是堆積區(qū))。從而確定窖子溝主溝道位置、泥石流初始過(guò)流斷面m0n0及其寬度2l0，可得2l0＝52.78m，確定此過(guò)流斷面水力坡降i＝252‰。根據(jù)走訪調(diào)查以及窖子溝泥痕調(diào)查，得到窖子溝在2010年四川省群發(fā)性泥石流暴發(fā)中泥石流峰值流量155m3/s，大致相當(dāng)于泥石流暴發(fā)頻率為50年一遇的泥石流流量。(2)確定被檢測(cè)小流域不同降雨頻率下泥石流峰值流量q南壩鎮(zhèn)窖子溝流域位于四川省中部，根據(jù)四川省中小流域水文手冊(cè)，泥石流暴發(fā)頻率分別以20年一遇(5％)、50年一遇(2％)、100年一遇(1％)進(jìn)行設(shè)置，泥石流過(guò)程為30min，得到窖子溝泥石流流量情況計(jì)算表，見(jiàn)表2。表2平武縣南壩窖子溝流域泥石流總量計(jì)算表(3)確定初始過(guò)流斷面平均流深h0得到窖子溝不同頻率條件下泥石流峰值流量，從而根據(jù)初始過(guò)流斷面l0＝52.78m和水力坡降i＝252‰，進(jìn)一步獲得初始過(guò)流斷面不同頻率條件下泥石流峰值流量對(duì)應(yīng)的平均泥深，見(jiàn)表3。表3平武縣南壩窖子溝流域初始過(guò)流斷面平均泥深(4)確定過(guò)流斷面mini的位置由前所知，依據(jù)設(shè)定頻率條件下的平均泥深為標(biāo)準(zhǔn)，假定自初始過(guò)流斷面以下所有過(guò)流斷面位置平均泥深均為此值，即20年一遇平均泥深為1.8m，50年一遇平均泥深為2.1m，100年一遇平均泥深為2.7m。從而確定自初始過(guò)流斷面開(kāi)始，沿泥石流流動(dòng)方向的等高線ai，i＝1,2,3，…n。其中，以a1和a2等高線為例，其高差h1-2為10m，泥石流主溝道與等高線分別相交于c1、c2，測(cè)量c1和c2間圖上距離為c1-2，從c1開(kāi)始沿泥石流流動(dòng)方向c1-2段定點(diǎn)o1(該點(diǎn)平均泥深為h0)，其c1至o1間圖上距離為c1o1。確定o1點(diǎn)做垂直主溝道過(guò)流斷面，與等高線a1相交于m1、n1，從而得到第一個(gè)過(guò)流斷面m1n1。進(jìn)而利用a2和a3等高線，a3和a4等高線，…，確定泥石流主溝道與等高線交匯點(diǎn)c1、c2，…，以及第2、3條過(guò)流斷面m2n2、m3n3，…，可以參考圖3和圖4所示。(5)確定泥石流堆積區(qū)淤積范圍依次連接mimi+1，及nini+1，i＝1,2,3,…n，所得范圍即為南壩窖子溝設(shè)計(jì)頻率條件下泥石流堆積區(qū)淤積范圍，可以參考圖4所示。通過(guò)對(duì)比，在泥石流暴發(fā)頻率為50年一遇情況下，圈定的泥石流堆積區(qū)淤積范圍與實(shí)際窖子溝堆積扇比較一致；當(dāng)泥石流暴發(fā)頻率為20年一遇，圈定的泥石流堆積區(qū)淤積范圍僅分布在堆積扇主溝兩側(cè)；當(dāng)泥石流暴發(fā)頻率為100年一遇，圈定的泥石流堆積區(qū)淤積范圍基本全部覆蓋堆積扇。(6)淤積危險(xiǎn)性劃分確定泥石流堆積區(qū)淤積范圍，進(jìn)一步以淤積范圍為依據(jù)，可以確定范圍內(nèi)淤積危險(xiǎn)等級(jí)，在同一橫斷面上，越靠近主溝，流深越大，越靠近主溝兩側(cè)，流深越小。仍然以南壩窖子溝流域50年一遇泥石流暴發(fā)頻率為例，通過(guò)以流深為依據(jù)進(jìn)行說(shuō)明，窖子溝流域堆積區(qū)初始過(guò)流斷面至主河之間高程范圍介于900-750m，以10m高差間隔可確定指定過(guò)流斷面16個(gè)。通過(guò)測(cè)量各橫斷面寬度以及計(jì)算水力坡度，可求得16個(gè)過(guò)流斷面平均泥深hi，i＝1,2,3…16。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。表4南壩窖子溝50年一遇泥石流暴發(fā)頻率過(guò)流斷面特征參數(shù)計(jì)算表以每一個(gè)橫斷面最大泥深為基本參數(shù)，根據(jù)前面表3確定每一個(gè)橫斷面的泥石流淤積危害程度。根據(jù)表4窖子溝流域泥石流暴發(fā)頻率在50年一遇的情況下，堆積區(qū)主溝道最大泥深介于0.36～0.73m，基本上屬于中度和高度危險(xiǎn)區(qū)。綜上所述，本申請(qǐng)?zhí)峁┑幕诮涤觐l率的泥石流淤積危險(xiǎn)范圍劃分方法，根據(jù)被檢測(cè)流域的地形圖確定泥石流主溝道位置、泥石流初始過(guò)流斷面m0n0及其初始過(guò)流斷面的寬度，并確定初始過(guò)流斷面的水力坡降；根據(jù)泥石流的暴發(fā)頻率，通過(guò)查閱歷史數(shù)據(jù)資料獲得對(duì)應(yīng)暴發(fā)頻率下泥石流的峰值流量；根據(jù)泥石流的峰值流量、初始過(guò)流斷面的寬度和水力坡降，計(jì)算初始過(guò)流斷面平均流深h0；在泥石流主溝道上確定n個(gè)平均流深為h0的過(guò)流斷面mini，i＝1,2,3,…n，n≥2；依次連接mimi+1，及nini+1，獲得的范圍即為對(duì)應(yīng)暴發(fā)頻率下的泥石流淤積危險(xiǎn)范圍。本申請(qǐng)的泥石流淤積危險(xiǎn)范圍劃分方法具有簡(jiǎn)捷易行、易于推廣實(shí)施的特點(diǎn)，針對(duì)山區(qū)缺資料地區(qū)小流域具有較高的應(yīng)用價(jià)值，且劃分出的泥石流淤積危險(xiǎn)范圍準(zhǔn)確性高，可廣泛應(yīng)用于泥石流監(jiān)測(cè)預(yù)警、鄉(xiāng)村規(guī)劃等方面。上述說(shuō)明示出并描述了本申請(qǐng)的若干優(yōu)選實(shí)施例，但如前所述，應(yīng)當(dāng)理解本申請(qǐng)并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對(duì)其他實(shí)施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本申請(qǐng)構(gòu)想范圍內(nèi)，通過(guò)上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識(shí)進(jìn)行改動(dòng)。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動(dòng)和變化不脫離本申請(qǐng)的精神和范圍，則都應(yīng)在本申請(qǐng)所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)12