本文關鍵詞：北京市房山區(qū)西區(qū)溝小流域山洪泥石流災害預測預警研究　出處：《吉林大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：北方泥石流多以低頻泥石流為主,如若疏忽防范,會給小流域內及溝口處的居民和建筑造成巨大傷害和損失。對于北京山區(qū),不僅要考慮泥石流災害,山洪災害也是一種重要的自然災種。本文對北京市房山區(qū)西區(qū)溝小流域進行現場地質調查,在地質定性認識與評價的基礎上,構建泥石流溝的地質概念模型。通過閱讀大量前人研究資料,從山洪與泥石流的沉積結構、破壞形式以及流體的內在特性(流變特性、固體物質含量及重度)對山洪與泥石流區(qū)分。研究西區(qū)溝小流域的泥石流類型、致災能力、發(fā)展階段和易發(fā)性程度。結合評價因子及其權重,對西區(qū)溝小流域主溝及6條一級支溝進行危險性評價。繪制西區(qū)溝小流域危險性、易損性和風險性分區(qū)圖。將野外地質描述、泥石流特征評判、泥石流危險性評價以及泥石流風險性分區(qū)等工作完成并總結歸納后,作為整體用以對西區(qū)溝小流域泥石流進行中長期預測判別。小流域泥石流災害預警系統(tǒng)是將現場監(jiān)測儀器用做硬件支撐,利用“一個降雨過程”的概念改進前期有效降雨公式。通過ArcGIS軟件中水文分析模塊計算圍堰處累積匯流量和歷史資料提供的臨界激發(fā)雨量閾值構建泥石流降雨總量臨界線。建立了、紅、橙、黃、藍四條預警警戒線作為降雨總量臨界線的緩沖區(qū),以達到分級預警的目的。根據一個小流域內降雨量、堰口水量變化、潛在不穩(wěn)定體內含體積水率變化等信息綜合分析解除預警,并實現循環(huán)式5分鐘連續(xù)預警需求。通過分析2016年7月12日至7月20日的“一次降雨過程”,利用本文提出的模型進行驗證。論文的主要研究內容和成果如下:1、西區(qū)溝小流域內發(fā)育6條支溝,主溝形成區(qū)至流通區(qū)坡度由陡至緩,寬度由窄至寬。從上游沖下來的物質在流通區(qū)內會有大量的能量損耗,此時物質堆積下來很難再次運動進入堆積區(qū)。小流域內主溝及支溝內存在大量的不穩(wěn)定堆積的煤矸石堆積物,還有新增路塹邊坡物質崩落、水土流失造成的侵蝕和壩階地破壞產生的松散物源。2、山洪和泥石流可以從沉積結構、破壞形式和流體的內在特性的角度區(qū)分,建立相關流體區(qū)分圖,闡述兩種災害鏈的基本地質過程和小流域內發(fā)生山洪與泥石流的相互演化的機理。論文認為高含沙水流與泥石流均是兩相流的沉積。從主溝溝底樹木破壞和折斷情況可初步判斷災害類型。從流體固體物質體積比、流體重度和屈服應力等角度建立了含沙水流和各類泥石流區(qū)分圖,為區(qū)分含沙洪水、偽一相渾水、高含沙水流、稀性泥石流、過渡型泥石流和粘性泥石流提供了一定依據。提出一場連續(xù)降雨致災崩滑流鏈式地質過程至少有四種情況,小流域內山洪泥石流演化過程可概略地歸納為三個階段。3、西區(qū)溝小流域可能暴發(fā)稀性泥石流,綜合活動強度為弱至強;致災能力為弱至強;發(fā)展階段為壯年期至老年期;泥石流易發(fā)程度屬于易發(fā)等級。選取相關的評價因子及權重,利用云模型對西區(qū)溝小流域主溝及6條一級支溝危險性評價,綜合可拓和改進灰關聯結果得出結論:西區(qū)溝小流域全流域危險性等級為中度危險,右支溝2的危險性等級為中度偏輕度,其余5條支溝為輕度危險。以3S(GPS,RS和GIS)技術為基礎,利用層次分析法在ArcGIS軟件平臺上制定基于規(guī)則格網的精細化風險性分區(qū)圖,結果表明極度風險區(qū)分布在西區(qū)溝小流域溝底的四個村莊;中度-重度風險區(qū)主要是小流域主溝兩側的耕地和果園。其它地區(qū)為低度和輕度風險區(qū)。4、本文中所有前期有效降雨和短期降雨總量均是以“一次降雨過程”概念為基礎,分析北京地區(qū)歷史上發(fā)生泥石流事件,并結合其前后時間的降雨數據,從而構建西區(qū)溝小流域的泥石流降雨總量臨界線,并繪制四級預警區(qū)域。通過雨量計記錄的降雨數據,利用Arcgis軟件水文分析模塊精確計算圍堰口出匯流累積總量,并繪制泥石流降雨總量臨界線,以5分鐘為單位,實現基于“一次降雨過程”連續(xù)預警功能。通過驗證西區(qū)小流域2016年7月19日和7月20日的降雨資料和災害信息,證明本文所建立的西區(qū)溝小流域泥石流災害預警模型取得了較好的預測效果。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：P642.23

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