北京市房山区西区沟小流域山洪泥石流灾害预测预警研究

发布时间：2017-12-25 23:03

  本文关键词：北京市房山区西区沟小流域山洪泥石流灾害预测预警研究　出处：《吉林大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：北方泥石流多以低频泥石流为主,如若疏忽防范,会给小流域内及沟口处的居民和建筑造成巨大伤害和损失。对于北京山区,不仅要考虑泥石流灾害,山洪灾害也是一种重要的自然灾种。本文对北京市房山区西区沟小流域进行现场地质调查,在地质定性认识与评价的基础上,构建泥石流沟的地质概念模型。通过阅读大量前人研究资料,从山洪与泥石流的沉积结构、破坏形式以及流体的内在特性(流变特性、固体物质含量及重度)对山洪与泥石流区分。研究西区沟小流域的泥石流类型、致灾能力、发展阶段和易发性程度。结合评价因子及其权重,对西区沟小流域主沟及6条一级支沟进行危险性评价。绘制西区沟小流域危险性、易损性和风险性分区图。将野外地质描述、泥石流特征评判、泥石流危险性评价以及泥石流风险性分区等工作完成并总结归纳后,作为整体用以对西区沟小流域泥石流进行中长期预测判别。小流域泥石流灾害预警系统是将现场监测仪器用做硬件支撑,利用“一个降雨过程”的概念改进前期有效降雨公式。通过ArcGIS软件中水文分析模块计算围堰处累积汇流量和历史资料提供的临界激发雨量阈值构建泥石流降雨总量临界线。建立了、红、橙、黄、蓝四条预警警戒线作为降雨总量临界线的缓冲区,以达到分级预警的目的。根据一个小流域内降雨量、堰口水量变化、潜在不稳定体内含体积水率变化等信息综合分析解除预警,并实现循环式5分钟连续预警需求。通过分析2016年7月12日至7月20日的“一次降雨过程”,利用本文提出的模型进行验证。论文的主要研究内容和成果如下:1、西区沟小流域内发育6条支沟,主沟形成区至流通区坡度由陡至缓,宽度由窄至宽。从上游冲下来的物质在流通区内会有大量的能量损耗,此时物质堆积下来很难再次运动进入堆积区。小流域内主沟及支沟内存在大量的不稳定堆积的煤矸石堆积物,还有新增路堑边坡物质崩落、水土流失造成的侵蚀和坝阶地破坏产生的松散物源。2、山洪和泥石流可以从沉积结构、破坏形式和流体的内在特性的角度区分,建立相关流体区分图,阐述两种灾害链的基本地质过程和小流域内发生山洪与泥石流的相互演化的机理。论文认为高含沙水流与泥石流均是两相流的沉积。从主沟沟底树木破坏和折断情况可初步判断灾害类型。从流体固体物质体积比、流体重度和屈服应力等角度建立了含沙水流和各类泥石流区分图,为区分含沙洪水、伪一相浑水、高含沙水流、稀性泥石流、过渡型泥石流和粘性泥石流提供了一定依据。提出一场连续降雨致灾崩滑流链式地质过程至少有四种情况,小流域内山洪泥石流演化过程可概略地归纳为三个阶段。3、西区沟小流域可能暴发稀性泥石流,综合活动强度为弱至强;致灾能力为弱至强;发展阶段为壮年期至老年期;泥石流易发程度属于易发等级。选取相关的评价因子及权重,利用云模型对西区沟小流域主沟及6条一级支沟危险性评价,综合可拓和改进灰关联结果得出结论:西区沟小流域全流域危险性等级为中度危险,右支沟2的危险性等级为中度偏轻度,其余5条支沟为轻度危险。以3S(GPS,RS和GIS)技术为基础,利用层次分析法在ArcGIS软件平台上制定基于规则格网的精细化风险性分区图,结果表明极度风险区分布在西区沟小流域沟底的四个村庄;中度-重度风险区主要是小流域主沟两侧的耕地和果园。其它地区为低度和轻度风险区。4、本文中所有前期有效降雨和短期降雨总量均是以“一次降雨过程”概念为基础,分析北京地区历史上发生泥石流事件,并结合其前后时间的降雨数据,从而构建西区沟小流域的泥石流降雨总量临界线,并绘制四级预警区域。通过雨量计记录的降雨数据,利用Arcgis软件水文分析模块精确计算围堰口出汇流累积总量,并绘制泥石流降雨总量临界线,以5分钟为单位,实现基于“一次降雨过程”连续预警功能。通过验证西区小流域2016年7月19日和7月20日的降雨资料和灾害信息,证明本文所建立的西区沟小流域泥石流灾害预警模型取得了较好的预测效果。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P642.23

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