公路工程建設運營過程中的泥石流預測分析

彭小平

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司)

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公路工程建設運營過程中的泥石流預測分析

彭小平

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司)

公路工程建設運營過程中，做好相應的泥石流預測工作對于施工安全、運行安全等均具有重要意義。公路泥石流預測是在判明泥石流溝谷屬性的基礎上對泥石流暴發可能性的預先確定，或稱為中長期趨勢預報，泥石流預測對象的空間尺度可大可小，既可是單一泥石流溝谷，也可是一個區域。針對公路工程建設運營過程中的泥石流預測進行了分析。

公路工程；建設運營；泥石流預測

0 引 言

當前，我國公路建設規模不斷增大，地質災害問題也日益嚴重。特別是泥石流作為一種突發性的災害，其會給公路路基、路面等產生巨大的損害。因此，在公路工程建設運營過程中，必須做好泥石流預測分析工作，從而實現有效的防治。

1 公路工程建設運營過程中的泥石流預測概述

公路工程建設運營過程中的泥石流預測是在泥石流預測的基礎上，選擇那些在公路勘察階段確定的泥石流危險度為極重度和重度危險地區或單溝泥石流進行預報。

1.1 泥石流預報要素

泥石流預報一般包含發生時間、地區范圍、規模大小與數量，以及對可能造成的災害損失作出評估。它們被稱為時間預報、空間預報、強度預報和災情預報四個要素。只有同時對四個要素作出預報，才算是一次完整的預報。

1.2 泥石流預報實施環節

上述泥石流預報四個要素的實施，要通過泥石流發生預測評估、預報決策、減災對策三個環節來完成。

第一個環節由研究部門和水文氣象部門組成，主要任務是通過野外調查、勘測、觀測研究，掌握泥石流形成基本條件、分布現狀、活動歷史與規律，劃定或繪制泥石流危險區范圍，提出泥石流發生判別因素與雨量臨界指標。根據雨情、水情觀測，評估預測泥石流發生時間、地區、災害強度等，并把評估結論及時通報政府防災部門。

第二個環節由研究部門、社會經濟部門與政府決策部門組成。根據上述評估，結合當地社會經濟發展現狀、防護設施與經濟活動方式進行災勢分析，作出災損量預估，確定具體預報對象和應采取的預報原則、方式及信息傳送途徑，并通知防災部門作搶險救災工作布置。

第三個環節由政府各級職能部門及企事業單位組成。按照政府通知作出部署，制定防災減災計劃，安排災后救援賑災等事宜，組織恢復生產與重建工作，使災害損失減輕到最低限度。

2 公路工程建設運營過程中的泥石流預測分析

公路施工與運營階段泥石流預報主要是針對單溝泥石流進行觀測預報。本項目主要分析了四川省某公路泥石流溝泥石流預報方法的應用。

2.1 溝谷泥石流預報臨界降雨閾值確定

根據泥石流溝發生的過程降雨和日降雨研究，泥石流發生的組合雨量警戒值，即前期有效過程降雨量應在110～140 mm之間，當日降雨應在45～60 mm之間。

2.2 泥石流預報臨界水深測量法

(1)溝槽洪水徑流量判別法

泥石流形成過程，特別是溝床質再搬運而形成的泥石流過程，與溝槽內洪水流量變化密切相關。當洪水流量超過一定量值時，溝床質便會起動而形成泥石流。通過溝槽水深或歷史洪水測量分析，即可建立泥石流預報模型。

(2)水槽貯留量判別法

有人設計了一個水槽模型，研究降雨量與水槽內蓄水深之間的關系。假定降雨時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進行泥石流預報。

以上兩種判別法，只有在設有觀測站的條件下應用，可用于單溝泥石流判別預報。

2.3 泥石流預報降雨天氣系統成因分析法

(1)天氣系統類型統計判別法

泥石流形成的激發降雨過程，是在一定的環流背景與天氣系統影響下形成的。將泥石流形成與降雨過程的環流背景和天氣系統聯系起來進行統計分析，可找出它們之間的某些規律與特殊的影響天氣系統，建立降雨成因判別模型。

(2)上游代表站雨量相關方程判別法

前述天氣系統類型統計判別法，并沒有把降雨量的預報聯系起來。用網絡分析法，作出流域的每1 h雨量分布與前2 h上游地區的一小時雨量。通過氣象要素的勢能分析，用氣象動力學特征模型(渦度方程、散度方程)建立下游地點滯后1～4 h的降雨量重回歸預報方程，以此計算下游站滯后降雨量作為泥石流預報的判據。預報雨量方程形式

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n=665，663，660；相關系數r=0.74,0.69，0.61；標準差SE=5.5 mm，5.9 mm，6.5 mm。為簡略，將上述三式合并成

RN=K1R1+K2RS+K3roti+K4divi+C

(4)

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

(5)

(6)

通過有關數學演算，求出散度值、渦度值，再代入式(4)，就可得出下游區域的雨量預報值，并依據雨量預報值作出泥石流危險性判別預報。必須指出，在實際應用中，確定代表站的1h平均雨量是關鍵，這只有用雷達等先進測雨手段才易實現。

上述方法實質上是短期降雨量落區和強度預報的方法，它也是泥石流預報的一種新思路。

3 泥石流預報其他技術預測法

近年來，隨著計算機技術、智能工具等的開發應用，將專家系統技術、計算機模擬技術等用于泥石流預測研究有了發展。

3.1 專家系統分析技術預測法

專家系統分析技術是近年用于環境科學領域解決模糊問題的一種方法。據報道，在1982年舊金山灣地區發生泥石流災害后，美國地質調查局和國家氣象局合作建立泥石流預報專家系統，于1986年對某地的區域泥石流作過一次成功的預報。

3.2 計算機模擬信息技術預測法

隨著微型計算機的普及，廣泛應用計算機信息處理技術于生態學、環境學、泥石流災害學等領域的研究工作。在四川攀西地區暴雨泥石流滑坡預報研究中，將日雨量分級預報率和泥石流滑坡發生臨界雨量統計頻率結合，在計算機上模擬建立區域預報模型

P1=PKbPbd

P2=PKbPbj+PKdPdj

P0=1-(1+P2)

(7)

式中：PKb為預報K級雨量而實際出現暴雨的頻率；PKd為預報K級雨量而實際出現大雨的頻率；Pbd為預報區在暴雨泥石流大面積發生的頻率；Pbj為預報區在暴雨時泥石流局部地段發生的頻率；Pdj為預報區在大雨時泥石流局部地段發生的頻率；P1為預報區泥石流大面積發生幾率；P2為預報區泥石流局部地段發生幾率；P0為預報區基本無泥石流發生幾率；K的取值；K=1，預報日雨量為小-中雨；K=2，預報日雨量為大雨；K=3，預報日雨量為暴雨。

上述幾種技術在泥石流預測上的應用，可加大信息處理能力，提高預報的科學性，增強預報的及時性，是當今和今后泥石流預報研究發展的方向。

4 結 語

綜上所述，泥石流預測分析是防災減災中的一項十分重要的工作。當前，我國泥石流的預測預報技術手段較多，其中最常見的即為利用泥石流與降雨變化的關系進行預測。此外，隨著科學技術的發展，專家系統技術、計算機模擬技術等均得到了推廣應用。

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2015-07-11

U416.1

C

1008-3383(2015)12-0033-02