泥石流隐患易发性分析方法与流程

1.本发明涉及泥石流技术领域，尤其涉及一种泥石流隐患易发性分析方法。


背景技术：

2.泥石流灾害是在山区沟谷中，由暴雨、大量冰雪融水或江湖、水库溃决后的急速地表径流激发的含有大量泥砂、石块等固体碎屑物质，并具有强大冲击力和破坏作用的特殊洪流造成的灾害。
3.现有的一种泥石流隐患易发性分析方案为：确定影响一次泥石流过程的三大因素15个指标，根据15个指标的取值判别其是否为泥石流，以及泥石流严重程度。
4.但是，上述15个指标中存在无法进行量化的指标，需要跟人认为经验确定指标值，不仅提升了现有方法的使用门槛，还影响了现有方法的分析准确度。


技术实现要素：

5.(一)要解决的技术问题
6.鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种泥石流隐患易发性分析方法。
7.(二)技术方案
8.为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
9.一种泥石流隐患易发性分析方法，所述方法包括：
10.s101，获取河道流域的河道形态特征值；
11.s102，根据所述河道形态特征值，确定泥石流易发性因子；所述河道形态特征值，包括：所述河道流域的面积a
d
，长度l，最高点海拔高度h
max
，最低点海拔高度h
min
；
12.s103，根据所述泥石流易发性因子分析所述河道流域的泥石流隐患易发性。
13.可选地，所述s102，包括：
14.s102
‑
1，确定所述河道流域的标准面积a
dl
＝a
d
/a
m
；其中，a
m
为标准流域面积特征值；
15.s102
‑
2，计算所述河道流域的伸长比
16.s102
‑
3，计算所述河道流域的平均宽度b＝a
dl
/l；
17.s102
‑
4，计算所述河道流域的形态因子k
f
＝b/l；
18.s102
‑
5，计算所述河道流域的相对高度差h＝h
max
‑
h
min
；
19.s102
‑
6，计算所述河道流域的纵比降g
v
＝h/l；
20.s102
‑
7，计算所述河道流域的综合特征因子f
g
＝k
f
*g
v
；
21.s102
‑
8，根据所述e
r
，f
g
，a
dl
计算所述泥石流易发性因子i
s
。
22.可选地，所述s102
‑
8，包括：
23.i
s
＝f
g
*a
dl
/e
r
。
24.可选地，所述s102
‑
8，包括：
25.计算所述河道流域的平均坡度g
s
＝arctan(g
v
)，其中g
s
单位为度；
26.根据g
s
确定坡度系数b；
27.确定河道平均深度d；
28.i
s
＝f
g
*a
dl
*15.3*d*b/(a*e
r
)；
29.其中，a为阻力系数。
30.可选地，所述根据g
s
确定坡度系数b，包括：
31.若g
s
<5，则b＝1
32.若5≤g
s
<20，则
33.若20≤g
s
<40，则
34.若40≤g
s
<42，则b＝0.5；
35.若42≤g
s
，则b＝0.1。
36.可选地，所述s103，包括：
37.获取河道地质特征值；
38.根据所述河道地质特征值，确定泥石流地质性因子；
39.根据所述泥石流易发性因子和所述泥石流地质性因子分析所述河道流域的泥石流隐患易发性。
40.可选地，所述河道地质特征值，包括：母质类型，平均气温，每小时最大降雨量、坡基层深度；
41.所述母质类型为石英，白云母，钾长石，黑云母，钠长石，角闪石，辉石，钙长石，橄榄石。
42.可选地，所述根据所述河道地质特征值，确定泥石流地质性因子，包括：
43.根据预先定义的母质类型与母质系数对应关系，确定母质系数m；
44.计算气候系数
45.根据所述w与坡基层深度确定泥石流地质性因子i
g
。
46.可选地，所述根据所述w与坡基层深度确定泥石流地质性因子i
g
，包括：
[0047][0048]
可选地，所述根据所述泥石流易发性因子和所述泥石流地质性因子分析所述河道流域的泥石流隐患易发性，包括：
[0049]
根据所述泥石流易发性因子和预设的易发性阈值，以及，所述泥石流地质性因子和预设的地质性阈值之间的关系确定所述河道流域的泥石流隐患易发性；或者，
[0050]
计算所述泥石流易发性因子和所述泥石流地质性因子的乘积，根据所述乘积与预设的隐患发生阈值之间的关系确定所述河道流域的泥石流隐患易发性。
[0051]
(三)有益效果
[0052]
本发明的一种泥石流隐患易发性分析方法，获取河道流域的河道形态特征值；根据河道形态特征值，确定泥石流易发性因子；河道形态特征值，包括：河道流域的面积a
d
，长度l，最高点海拔高度h
max
，最低点海拔高度h
min
；根据泥石流易发性因子分析河道流域的泥
石流隐患易发性。本发明是根据河道流域的面积a
d
，长度l，最高点海拔高度h
max
，最低点海拔高度h
min
对河道流域的泥石流隐患易发性进行分析，在降低分析维度的同时，由于分析指标为客观指标，提升了泥石流隐患易发性分析的客观性和准确性，避免了由于经验指标造成的分析准确性不足。
附图说明
[0053]
图1为本发明一实施例提供的一种泥石流隐患易发性分析方法的流程示意图；
[0054]
图2为本发明一实施例提供的一种伸长比e
r
与标准面积a
dl
之间关系示意图；
[0055]
图3为本发明一实施例提供的一种形态因子k
f
与标准面积a
dl
之间关系示意图；
[0056]
图4为本发明一实施例提供的一种纵比降g
v
与标准面积a
dl
之间关系示意图；
[0057]
图5为本发明一实施例提供的一种综合特征因子f
g
与标准面积a
dl
之间关系示意图。
具体实施方式
[0058]
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
[0059]
泥石流灾害是在山区沟谷中，由暴雨、大量冰雪融水或江湖、水库溃决后的急速地表径流激发的含有大量泥砂、石块等固体碎屑物质，并具有强大冲击力和破坏作用的特殊洪流造成的灾害。
[0060]
现有的一种泥石流隐患易发性分析方案为：确定影响一次泥石流过程的三大因素15个指标，根据15个指标的取值判别其是否为泥石流，以及泥石流严重程度。但是，上述15个指标中存在无法进行量化的指标，需要跟人认为经验确定指标值，不仅提升了现有方法的使用门槛，还影响了现有方法的分析准确度。
[0061]
基于此，本发明提供一种泥石流隐患易发性分析方法，获取河道流域的河道形态特征值；根据河道形态特征值，确定泥石流易发性因子；河道形态特征值，包括：河道流域的面积a
d
，长度l，最高点海拔高度h
max
，最低点海拔高度h
min
；根据泥石流易发性因子分析河道流域的泥石流隐患易发性。本发明是根据河道流域的面积a
d
，长度l，最高点海拔高度h
max
，最低点海拔高度h
min
对河道流域的泥石流隐患易发性进行分析，在降低分析维度的同时，由于分析指标为客观指标，提升了泥石流隐患易发性分析的客观性和准确性，避免了由于经验指标造成的分析准确性不足。
[0062]
参见图1，本实施例对泥石流隐患易发性分析方法的具体实现过程进行说明。
[0063]
s101，获取河道流域的河道形态特征值。
[0064]
其中，河道形态特征值，包括：河道流域的面积a
d
，长度l，最高点海拔高度h
max
，最低点海拔高度h
min
。
[0065]
河道流域的面积a
d
为沟道流域的封闭分水线内，区域在平面上的投影面积。
[0066]
沟道流域长度l，沟道流域的轴线长度。沟道流域长度通常可用干流与分水线相交作割线，各割线中点顺序连线的长度即为流域长度。流域长度通常可用干流长度即主沟长度代替。
[0067]
河道形态特征值均是预先确定的，是由工作人员在正常天气时，对该河道流域进
行现场勘探得到的。本步骤仅读取已经确定的该指标即可。
[0068]
s102，根据河道形态特征值，确定泥石流易发性因子。
[0069]
具体的确定方案为：
[0070]
s102
‑
1，确定河道流域的标准面积a
dl
＝a
d
/a
m
。
[0071]
其中，a
m
为标准流域面积特征值。a
m
是由工作人员预先确定的。
[0072]
通过统计怀北镇大沙河上游流域26个泥石流隐患沟道流域面积指标数据，样本沟道流域面积最大值6.3，最小值0.18，算术平均值1.39，平均偏差0.91，中位数0.96。样本流域面积a
d
主要集中于[0.18，1.78]区间，占比80％，基于此可得到样本标准流域面积特征值a
m
＝0.96km2。a
m
为样本流域面积无量纲化的单位值。
[0073]
s102
‑
2，计算河道流域的伸长比
[0074]
伸长比e
r
为面积等于沟道流域面积的圆的直径与沟道流域长度的比值，伸长比越小，流域越趋于狭长形。
[0075]
流域形状越狭长，径流变化越平缓，不易造成大的洪水。
[0076]
伸长比e
r
为无量纲参数，根据水文学原理，狭长形沟道，主沟形成汇流时间相对扁形沟道要长，不利于地表径流的快速汇集。
[0077]
伸长比e
r
与标准面积a
dl
之间关系如图2所示，根据优化后的趋势线拟合结果，决定系数r2＝0.0368。
[0078]
s102
‑
3，计算河道流域的平均宽度b＝a
dl
/l。
[0079]
s102
‑
4，计算河道流域的形态因子k
f
＝b/l。
[0080]
沟道形态因子与沟道流域内汇水快慢程度相关性高，该参数越接近于1，说明流域形状接近于正方形，利于流域内地表径流快速集中。该参数为无量纲参数。
[0081]
通过对上述统计数据进行分析，形态因子k
f
与标准面积a
dl
之间关系如图3所示，形态因子k
f
和面积a
d
指标分布分散，经数据趋势拟合优化，形态因子k
f
与标准面积a
dl
之间经幂函数拟合，决定系数r2＝0.0368，决定系数r2取值范围在0～1之间的数值，r2等于1或接近1时，说明趋势线的估计值与对应的实际数据之间的拟合程度高，趋势线的可靠性就越高，反之则可靠性较低。
[0082]
s102
‑
5，计算河道流域的相对高度差h＝h
max
‑
h
min
。
[0083]
s102
‑
6，计算河道流域的纵比降g
v
＝h/l。
[0084]
纵比降g
v
是相对高差与沟道长度的比值，为无量纲参数，根据能量守恒定律，该参数与泥石流过程中泥石流的流动速度和能量正向相关。该参数越大，泥石流造成的冲击力和破坏程度越大。
[0085]
通过对上述统计数据进行分析，纵比降g
v
与标准面积a
dl
之间关系如图4所示，纵比降g
v
与标准面积a
dl
分布基本呈现幂函数关系，出现了随着标准面积a
dl
的增大，纵比降g
v
降低的规律，纵比降g
v
与标准面积a
dl
按照幂函数拟合趋势线呈现一定相关性，分布于g
v
＝0.251a
dl
‑
0.28
，g
v
*a
dl0.28
＝0.251曲线两侧。
[0086]
s102
‑
7，计算河道流域的综合特征因子f
g
＝k
f
*g
v
。
[0087]
根据水文学原理，河道流域的形态因子k
f
对于河道流域汇水速度及物源启动产生主要影响，河道流域的纵比降g
v
与一次山洪泥石流过程的能量等级相关。形态因子k
f
与纵比
降g
v
控制着泥石流过程启动和过程特征。根据前述分析成果，本实施例通过引入河道流域的综合特征因子f
g
，使其即包含沟道水平方向形态特征的形态因子k
f
，又包括反映沟道垂直方向形态特征的纵比降g
v
。
[0088]
通过对上述统计数据进行分析，综合特征因子f
g
与标准面积a
dl
的关系如图5所示。根据优化拟合结果f
g
＝0.0633a
dl
‑
0.202
，综合特征因子f
g
与标准面积a
dl
之间具有明显的相关性分布规律，样本分布于f
g
*a
dl0.202
＝0.0633曲线两侧。标准流域面积越大，综合特征因子f
g
也相应变小。
[0089]
s102
‑
8，根据e
r
，f
g
，a
dl
计算泥石流易发性因子i
s
。
[0090]
根据泥石流定义和发生原理，河道流域的标准面积a
dl
决定着研究范围内汇水量的多少和物源的多少，形态因子k
f
对于河道流域影响汇水速度及物源启动特征，纵比降g
v
与山洪泥石流过程的能量等级相关。综上所述，形态因子k
f
与纵比降g
v
控制着泥石流过程的运动特征，沟道流域面积影响泥石流物质中的水量和岩土体物源量。由于综合特征因子f
g
即包含沟道水平方向形态特征的形态因子k
f
，又包括反映沟道垂直方向形态特征的纵比降g
v
，因此f
g
直接反应了河道流域的泥石流隐患易发性。
[0091]
另外，伸长比e
r
反应了河道流域狭长形态，狭长形的河道流域形成汇流时间相对扁形河道流域要长，不利于地表径流的快速汇集。所以伸长比e
r
也可以反应河道流域的泥石流隐患易发性。
[0092]
一次完整的泥石流过程原则上需要在时间轴上具备两个前置空间系统条件，也可以称作本底因素，即沟道系统和物源系统，物源系统又存在于沟道系统中，泥石流易发性因子i
s
即包含综合特征因子f
g
，又能通过伸长比e
r
和标准面积a
dl
反映流域面积影响物源的重要作用，可以转反应泥石流隐患的易发性。
[0093]
具体的，i
s
的计算方案有两种，在具体实现时，可以根据具体情况选择一种。
[0094]
第一种实现方式，i
s
＝f
g
*a
dl
/e
r
。
[0095]
第二种实现方式，1)计算河道流域的平均坡度g
s
＝arctan(g
v
)，其中g
s
单位为度。2)根据g
s
确定坡度系数b。3)确定河道平均深度d。4)i
s
＝f
g
*a
dl
*15.3*d*b/(a*e
r
)。
[0096]
其中，a为阻力系数。该阻力系数是预先确定的，是由工作人员在正常天气时，对该河道流域进行现场勘探得到的。本步骤仅读取已经确定的该系数即可。
[0097]
另外，河道平均深度d也是预先确定的，是由工作人员在正常天气时，对该河道流域进行现场勘探得到的。本步骤仅读取已经确定的该指标即可。
[0098]
根据g
s
确定坡度系数b的实现过程为：
[0099]
若3≤g
s
<5，则b＝1
[0100]
若5≤g
s
<20，则
[0101]
若20≤g
s
<40，则
[0102]
若40≤g
s
<42，则b＝0.5。
[0103]
若42≤g
s
或者g
s
<3，则b＝0.1。
[0104]
坡度是影响泥石流是否发生的一个主要的因素，可以影响泥石流的固体物质的补给方式、数量和泥石流规模。有利于提供固体物质的坡度在20度至40度之间，因此，20度至40度对应的b值最大。
[0105]
坡度在3度至5度，3度至20度，或者，40度至42度之间，其也会为泥石流提供固体物质，但是影响程度没有20度至40度之间提供的程度大，因此，3度至5度，3度至20度，或者，40度至42度对应的b值，虽有所不同，但不如20度至40度对应的b值大。
[0106]
而坡度大于45度时，固体物质很难覆盖在该坡度的河道流域，因此，其为泥石流提供固体物质的可能性降低。坡度小于3度时，其虽然可以覆盖固体物质，但是由于坡度较缓，其形成泥石流的可能性极低，因此，在坡度大于45度，或者小于3度时，b降低至0.1。
[0107]
s103，根据泥石流易发性因子分析河道流域的泥石流隐患易发性。
[0108]
本步骤可以根据i
s
与预设阈值进行比较，根据i
s
与预设阈值的关系确定泥石流隐患易发性。
[0109]
其中，预设阈值可以为一个数值，此时i
s
大于该数值，则确定易发，不大于该数值，则确定不易发。也可以为多个数值，也就是由多个数值对应的对个区间，不同的区间对应不同的易发性，i
s
位于哪个区间内，就将该区间的易发性作为最终的易发性。
[0110]
除此之外，本步骤还可以根据泥石流易发性因子和泥石流地质性因子分析河道流域的泥石流隐患易发性。
[0111]
例如，先获取河道地质特征值。然后根据河道地质特征值，确定泥石流地质性因子。最后根据泥石流易发性因子和泥石流地质性因子分析河道流域的泥石流隐患易发性。
[0112]
其中，河道地质特征值，包括：母质类型，平均气温，每小时最大降雨量、坡基层深度。
[0113]
母质类型为石英，白云母，钾长石，黑云母，钠长石，角闪石，辉石，钙长石，橄榄石。
[0114]
母质类型直接表征了土壤质地，不同土壤质地对于雨水冲刷的抵抗程度不同，进而被冲刷出的固体物质量也不同，为泥石流的固体物质补给情况也不同，因此不同的母质类型对泥石流形成的贡献是不同的。
[0115]
因此，在根据河道地质特征值，确定泥石流地质性因子时，
[0116]
1)根据预先定义的母质类型与母质系数对应关系，确定母质系数m。
[0117]
其中，母质类型与母质系数对应关系是由工作人员预先确定的，不同的母质类型对应不同的母质系数。母质系数表征了该母质类型对泥石流形成的贡献程度。母质系数越大，贡献越大。例如，石英，白云母，钾长石，黑云母，钠长石，角闪石，辉石，钙长石，橄榄石对应的母质系数依次升高。
[0118]
另外，质类型，平均气温，每小时最大降雨量、坡基层深度也是预先测定好的，是由工作人员在正常天气时，对该河道流域进行现场勘探得到的。本步骤仅读取已经确定的该指标即可。
[0119]
每小时最大降雨量可以为全年每小时最大降雨量，也可以为雨季时每小时最大降雨量。
[0120]
2)计算气候系数
[0121]
3)根据w与坡基层深度确定泥石流地质性因子i
g
。
[0122][0123]
在根据泥石流易发性因子和泥石流地质性因子分析河道流域的泥石流隐患易发
性时，根据泥石流易发性因子和预设的易发性阈值，以及，泥石流地质性因子和预设的地质性阈值之间的关系确定河道流域的泥石流隐患易发性。或者，计算泥石流易发性因子和泥石流地质性因子的乘积，根据乘积与预设的隐患发生阈值之间的关系确定河道流域的泥石流隐患易发性。
[0124]
其中，易发性阈值、地质性阈值、隐患发生阈值均可以为一个数值，此时相应的因子(泥石流易发性因子，或，泥石流地质性因子)均大于该数值，则确定易发，只要有一个不大于该数值，则确定不易发。或者，相应的因子(泥石流易发性因子，或，泥石流地质性因子)中的一个大于该数值，则确定易发，两个均不大于该数值，则确定不易发。或者，泥石流易发性因子和泥石流地质性因子的乘积大于隐患发生阈值，则确定易发，否则，则确定不易发。
[0125]
易发性阈值、地质性阈值、隐患发生阈值也可以为多个数值，也就是由多个数值对应的对个区间，不同的区间对应不同的易发性，相应的因子(泥石流易发性因子，或，泥石流地质性因子，或泥石流易发性因子和泥石流地质性因子的乘积)位于哪个区间内，就将该区间的易发性作为最终的易发性。若有2个不同的易发性，可以选择最高的易发性作为最终的易发性。
[0126]
传统泥石流易发性评价指标中存在不可量化参数、难以量化参数和可量化参数。易发性评价标准分n值客观性较低，不同人员对不同沟道的评价n值可比性低。泥石流沟道特征因素具有基础数据客观可量化的特点，数据置信度水平高。在相同气象系统条件下，泥石流沟道特征因素与泥石流的发生过程存在特定的联系。
[0127]
影响泥石流过程本底因素包括沟道系统和物源系统，在建立综合特征因子f
g
的基础上，通过泥石流易发性因子i
s
，使其即包含形态因子k
f
和纵比降g
v
，又能通过伸长比e
r
和标准面积a
dl
反映流域面积影响物源的重要作用。
[0128]
另外，地质特征反映了为泥石流的固体物质补给情况，因此，本提案通过泥石流地质性因子i
g
表征了河道流域的地质特征，通过其反应固体物质对泥石流形成的贡献。
[0129]
本实施例提供的一种泥石流隐患易发性分析方法，获取河道流域的河道形态特征值；根据河道形态特征值，确定泥石流易发性因子；河道形态特征值，包括：河道流域的面积a
d
，长度l，最高点海拔高度h
max
，最低点海拔高度h
min
；根据泥石流易发性因子分析河道流域的泥石流隐患易发性。本方法根据河道流域的面积a
d
，长度l，最高点海拔高度h
max
，最低点海拔高度h
min
对河道流域的泥石流隐患易发性进行分析，在降低分析维度的同时，由于分析指标为客观指标，提升了泥石流隐患易发性分析的客观性和准确性，避免了由于经验指标造成的分析准确性不足。
[0130]
为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0131]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例，或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0132]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。
[0133]
应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何附图标记理解成对权利要求的限制。词语“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件来具体体现。词语第一、第二、第三等的使用，仅是为了表述方便，而不表示任何顺序。可将这些词语理解为部件名称的一部分。
[0134]
此外，需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0135]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0136]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。