公路工程建设运营过程中的泥石流预测分析

彭小平

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司)



公路工程建设运营过程中的泥石流预测分析

彭小平

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司)

公路工程建设运营过程中，做好相应的泥石流预测工作对于施工安全、运行安全等均具有重要意义。公路泥石流预测是在判明泥石流沟谷属性的基础上对泥石流暴发可能性的预先确定，或称为中长期趋势预报，泥石流预测对象的空间尺度可大可小，既可是单一泥石流沟谷，也可是一个区域。针对公路工程建设运营过程中的泥石流预测进行了分析。

公路工程；建设运营；泥石流预测

0 引 言

当前，我国公路建设规模不断增大，地质灾害问题也日益严重。特别是泥石流作为一种突发性的灾害，其会给公路路基、路面等产生巨大的损害。因此，在公路工程建设运营过程中，必须做好泥石流预测分析工作，从而实现有效的防治。

1 公路工程建设运营过程中的泥石流预测概述

公路工程建设运营过程中的泥石流预测是在泥石流预测的基础上，选择那些在公路勘察阶段确定的泥石流危险度为极重度和重度危险地区或单沟泥石流进行预报。

1.1 泥石流预报要素

泥石流预报一般包含发生时间、地区范围、规模大小与数量，以及对可能造成的灾害损失作出评估。它们被称为时间预报、空间预报、强度预报和灾情预报四个要素。只有同时对四个要素作出预报，才算是一次完整的预报。

1.2 泥石流预报实施环节

上述泥石流预报四个要素的实施，要通过泥石流发生预测评估、预报决策、减灾对策三个环节来完成。

第一个环节由研究部门和水文气象部门组成，主要任务是通过野外调查、勘测、观测研究，掌握泥石流形成基本条件、分布现状、活动历史与规律，划定或绘制泥石流危险区范围，提出泥石流发生判别因素与雨量临界指标。根据雨情、水情观测，评估预测泥石流发生时间、地区、灾害强度等，并把评估结论及时通报政府防灾部门。

第二个环节由研究部门、社会经济部门与政府决策部门组成。根据上述评估，结合当地社会经济发展现状、防护设施与经济活动方式进行灾势分析，作出灾损量预估，确定具体预报对象和应采取的预报原则、方式及信息传送途径，并通知防灾部门作抢险救灾工作布置。

第三个环节由政府各级职能部门及企事业单位组成。按照政府通知作出部署，制定防灾减灾计划，安排灾后救援赈灾等事宜，组织恢复生产与重建工作，使灾害损失减轻到最低限度。

2 公路工程建设运营过程中的泥石流预测分析

公路施工与运营阶段泥石流预报主要是针对单沟泥石流进行观测预报。本项目主要分析了四川省某公路泥石流沟泥石流预报方法的应用。

2.1 沟谷泥石流预报临界降雨阈值确定

根据泥石流沟发生的过程降雨和日降雨研究，泥石流发生的组合雨量警戒值，即前期有效过程降雨量应在110～140 mm之间，当日降雨应在45～60 mm之间。

2.2 泥石流预报临界水深测量法

(1)沟槽洪水径流量判别法

泥石流形成过程，特别是沟床质再搬运而形成的泥石流过程，与沟槽内洪水流量变化密切相关。当洪水流量超过一定量值时，沟床质便会起动而形成泥石流。通过沟槽水深或历史洪水测量分析，即可建立泥石流预报模型。

(2)水槽贮留量判别法

有人设计了一个水槽模型，研究降雨量与水槽内蓄水深之间的关系。假定降雨时的流入量与流出量之高差为贮留量高，此高度作为临界判据进行泥石流预报。

以上两种判别法，只有在设有观测站的条件下应用，可用于单沟泥石流判别预报。

2.3 泥石流预报降雨天气系统成因分析法

(1)天气系统类型统计判别法

泥石流形成的激发降雨过程，是在一定的环流背景与天气系统影响下形成的。将泥石流形成与降雨过程的环流背景和天气系统联系起来进行统计分析，可找出它们之间的某些规律与特殊的影响天气系统，建立降雨成因判别模型。

(2)上游代表站雨量相关方程判别法

前述天气系统类型统计判别法，并没有把降雨量的预报联系起来。用网络分析法，作出流域的每1 h雨量分布与前2 h上游地区的一小时雨量。通过气象要素的势能分析，用气象动力学特征模型(涡度方程、散度方程)建立下游地点滞后1～4 h的降雨量重回归预报方程，以此计算下游站滞后降雨量作为泥石流预报的判据。预报雨量方程形式

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)

以上三式的样本数n=665，663，660；相关系数r=0.74,0.69，0.61；标准差SE=5.5 mm，5.9 mm，6.5 mm。为简略，将上述三式合并成

RN=K1R1+K2RS+K3roti+K4divi+C

(4)

式中i=1，2，代表站区号；N=2，3，4，代表雨量滞后时间，以h计；RN为下游站的1h雨量；R1为上游相关性好的代表区域站(1)的平均1h雨量；RS为上游相关性较好的代表区域站(2)的平均1h雨量；K1，K2，K3，K4，C为常数；rot1，rot2为相关区域代表站的涡度；div1，div2为相关区域代表站的散度。

(5)

(6)

通过有关数学演算，求出散度值、涡度值，再代入式(4)，就可得出下游区域的雨量预报值，并依据雨量预报值作出泥石流危险性判别预报。必须指出，在实际应用中，确定代表站的1h平均雨量是关键，这只有用雷达等先进测雨手段才易实现。

上述方法实质上是短期降雨量落区和强度预报的方法，它也是泥石流预报的一种新思路。

3 泥石流预报其他技术预测法

近年来，随着计算机技术、智能工具等的开发应用，将专家系统技术、计算机模拟技术等用于泥石流预测研究有了发展。

3.1 专家系统分析技术预测法

专家系统分析技术是近年用于环境科学领域解决模糊问题的一种方法。据报道，在1982年旧金山湾地区发生泥石流灾害后，美国地质调查局和国家气象局合作建立泥石流预报专家系统，于1986年对某地的区域泥石流作过一次成功的预报。

3.2 计算机模拟信息技术预测法

随着微型计算机的普及，广泛应用计算机信息处理技术于生态学、环境学、泥石流灾害学等领域的研究工作。在四川攀西地区暴雨泥石流滑坡预报研究中，将日雨量分级预报率和泥石流滑坡发生临界雨量统计频率结合，在计算机上模拟建立区域预报模型

P1=PKbPbd

P2=PKbPbj+PKdPdj

P0=1-(1+P2)

(7)

式中：PKb为预报K级雨量而实际出现暴雨的频率；PKd为预报K级雨量而实际出现大雨的频率；Pbd为预报区在暴雨泥石流大面积发生的频率；Pbj为预报区在暴雨时泥石流局部地段发生的频率；Pdj为预报区在大雨时泥石流局部地段发生的频率；P1为预报区泥石流大面积发生几率；P2为预报区泥石流局部地段发生几率；P0为预报区基本无泥石流发生几率；K的取值；K=1，预报日雨量为小-中雨；K=2，预报日雨量为大雨；K=3，预报日雨量为暴雨。

上述几种技术在泥石流预测上的应用，可加大信息处理能力，提高预报的科学性，增强预报的及时性，是当今和今后泥石流预报研究发展的方向。

4 结 语

综上所述，泥石流预测分析是防灾减灾中的一项十分重要的工作。当前，我国泥石流的预测预报技术手段较多，其中最常见的即为利用泥石流与降雨变化的关系进行预测。此外，随着科学技术的发展，专家系统技术、计算机模拟技术等均得到了推广应用。

[1] 文光菊,陈洪凯.天府矿区戴家沟泥石流成因与防治对策研究[J].重庆交通大学学报：自然科学版,2011,30(1):102-106.

[2] 江国勇,李剑锋,张晋等.映卧公路香家沟泥石流危险性评价及发展趋势预测[J].中国水运月刊,2012,12(12):245-246.

[3] 蔡佳君,刘海,徐久燕.银厂沟泥石流成因机制分析及预测评价研究[J].甘肃水利水电技术,2011,47(8):26-28.

2015-07-11

U416.1

C

1008-3383(2015)12-0033-02