（岩土工程专业论文）城镇泥石流减灾决策支持系统.pdf

页西南交通犬学博士研究生学位论文第1 页 摘要 ， r 、遗随蒋山区经济的不断发展。山区城镇化进程不断加快，山区城镇规模快 速澎藏，太强慧秘增翔，泥石流灾害可能造成静天员镄亡帮鬓| 产损失越来趣 大，泥石流减灾成为山区城镇减灾的重簧内容之一。工程防治是山区城镇泥 石浚藏灾静重簧猿蕤，毽蒴沿王程爨不缱抵稻超j 童设诗标准戆淀石流灾害， 建立以泥石流监测、预报、警报、危险性分区、临灾预案和灾情评估等为主 要内容瓣减灾凌策支持系统或为出区域镇淀夏浚菇灾鹣又一耋婺接戆，这对 减轻危害山区城镇的特大规模泥石流灾害尤为麓要。 城镇泥石滤减灾决策支持曩统是一个集泥再滚监溅、预测、预报、努掇、 危险性分区、临灾预案、灾情评估等技术和方法子一体的综合系统，避泥石 流减灾领域的一个薪课题，涉及泥石渡减灾的纂本理论靼技术方法，对泥石 流减灾基础理论和泥石流减灾豹应用都具有重瓣意义本文在充分分析石流 监测、预测、预报、警报、危险性分区、灾情评估、懦灾预案档研究的基础 上，重点对泥石流预报、危险穗分区和稿灾预案迸行了研究，程如何躐少困 泥石流予员报不嘏确造成的损失和基于泥石流运动数值模拟和g i s ( 地理信息 系统) 皴术静混石流危险毪分嚣戆理论鞠方法方瑟进符了深入探讨，著充分 利用现代先进的数据采集、传输与接收技术以及计算机和g i $ 技术，将泥石 漉整溺、疆测、强摄、警摄、危险毪分医、灾 i 孥谨售、漆突羲寨等集成为一 个综合的应用系统，为山区城镇的泥石流减灾搬供决策依据和方法支持。选 铎我国疑藏受溅磊滚蠡害和藏胁最严重靛云毒雀昆明袁东川区器东川枣) 为例，将这一投术和方法应用剿东川的城镇泥稻流减灾中，建立了东川泥石 渡减灾决蒙支持系统，为东j l | 城区的滋石滤减灾提供了科学、究整、可靠的 减灾决策依据和方法。 ( 奉文的镬新点主要表现在疆下凡个方面： 1 在目前旗于泥鞭流形成和启动机理的溅石流预报模式还处在理论探 讨承平麓情况下，虽然蒺予降求统诗静混石流预报模式翡准确攀较低，毽仍 是目前混石流预报的主鼹方法。如何提高预报精度，减轻预报不准确遗成的 援夹是蠡翦臻巍鹣重煮。本文考虑了嚣石滚漏掇秘误壤嚣耪罐羧薅援下静不 同损失，重点研究不同损失条件下的泥石流预报方法，建立了不同损失条件 第页西南交通大学博士研究生学位论文 下的泥石流预报模型，使泥石流预报中错报造成的总平均项戛话蓟丽 在一定程度上弥补了目前泥石流预报准确度较低的不足。 2 利用泥石流运动数值模拟和g i s 技术相结合的方法对泥石流在出山 口后的运动和堆积过程进行数值模拟和危险性分区，创建了泥石流运动数值 模拟和危险性分区的新方法。 3 考虑泥石流在扇形地和沟槽内的运动状态不同，采用不同的方法模 拟泥石流在扇形地上和沟槽内的运动过程，更加真实地反映了泥石流的运动 和堆积过程。利用这种方法不仅可以给出泥石流的运动过程并进行危险性分 区，同时对检验泥石流排导槽工程的工程效益具有重要作用。 4 根据泥石流运动数值模拟取得的泥石流流速和流深分布特征，建立 了泥石流危险性动量分区模型。该模型以泥石流运动过程中的最大动量分布 为指标进行危险性分区。不仅分区指标具有明确的物理意义，同时分区指标 代表了泥石流运动过程中的最大动量，客观反映了每一点的泥石流最大破坏 能力。该泥石流危险性分区方法可以提供不同频率和规模下的泥石流泛滥范 围和危险性分区，为不同频率和规模下的泥石流灾害临灾预案的制定提供了 定量化、准确化的信息。 5 首次提出城镇泥石流临灾预案，并根据城镇泥石流灾害特点提出了 城镇泥石流临灾预案的原则和内容。建立了以城镇基础数据库为基础、以不 同频率和规模下的泥石流泛滥范围和危险程度分区为依据、以g i s 技术为分 析工具制定城镇泥石流临灾预案的方法。 6 首次在计算机和g i s 技术支持下，将泥石流监测、预测、预报、警 报、危险性分区、临灾预案等技术和方法集成为弋个有机的综合应用系统， 为山区城镇泥石流减灾决策提供了强有力的手段。r r = = ，l 、 关键词：山区匆戋镇。泥石流，壶灾，决策系统， 墼堕至望盔兰堕主她塞生笺焦鲨壅 蔓磐墨 d 嚣c l s i o ns u p p o r t l n g s y s t e t 镬o fd e b r l s f l o wm i t i g a t l 0 nf o r m o u n t a i nt o v 卵叮s a b s t 簧l a c t a l o n g w i t ht h ee c o n o m y d e v e l o p h a gi nm o u n t a i n sa r e a ，t h es c a l e so fm o u n t 越n t o w n se x t e n dq u i c k l y , t h ep o p u l a t i o ni n c r e a s er a p i d l y , p r o b l e m so f d e b r i sf l o w s t a n do u t i n c r e a s i n g l y , a n d t h ec o n c e i v a b l ee c o n o m i cl o s sa n d p e r s o n n e l c a s u a l t i e si sb e c o m i n gm o l ea n dm o r e d e b r i sf l o w m i f i g a t i o n h a sb e c o m eo n eo f t h ei m p o r t a n tp a r t so fd i s a s t e r sm i t i g a t i o ni nm o u n t a i nt o w n & s e t t i n g u pd e b r i s f l o wc o n t r o lw o 嫩si st h ei m p o r t a n tm e a s 犯ef o rd e b r i sf l o wd i s a s t e r sm i t i g a t i o n 。 h o w e v e r , t h ew o r k sc a l l tr e s i s tt h ed e b r i sf l o ww h i c hi so v e rt h ed e s i g n i n g s t a n d a r do ft h ew o r k s s ot h a ti t sa n o t h e ri m p o r t a n tm e a s u r ef o rd e b r i sf l o w d i s a s t e r sm i t i g a t i o nt os e tu pad e c i s i o n s u p p o r t i n gs y s t e mo f d e b r i sf l o w d i s a s t e r s m i t i g a t i o nf o rm o u n t a i nt o w n s ，e s p e c i a l l yf o re x t r a o r d i n a r yd e b r i sf l o wd i s a s t e r s m i t i g a t i o n t h ed e c i s i o ns u p p o r t i n gs y 鲢e mo fd e b r i sf l o wd i s a s t e r sm i t i g a t i o nf o rm o u n t a i n t o w n si sac o m p o s i t i v e s y s t e mw h i c h i n c l u d e sd e b r i sf l o w m o n i t o r i n g ，p r e d i c t i o n , f o r e c a s t , w a r n i n g , r i s kz o n i n g ，a s s e s s m e n to ft h e s i t u a t i o no fad i s 醛t e ra n d c o u n t e r p l a nf o rad i s a s t e r i t s an e wt a s ki nd e b r i sf l o wd i s a s t e r sm i t i g a t i o n b a s e do nt h ef o r m e rr e s e a r c ho nd e b r i sf l o wm o n i t o r i n g , p r e d i c t i o n , f o r e c a s t ， w a r n i n g , a s s e s s m e n to f t h es i t u a t i o no fad i s a s t e ra n d c o u n t e r p l a nf o rad i s a s t e r , d e b r i sf l o wf o r e c a s t ，r i s kz o n i n g ，c o u n t e r p l a nf o rad i s a s t e ra n d i n t e g r a t i o no f t h e s y s t e m w e r er e s e a r c h e de m p h a t i c a l l y 羽：l ec o m p o s i t i v es y s t e mw h i c h s u p p l i e st h e b a s i sa n dm e t h o d so fd e b r i sf l o wd i s a s t e rm i t i g a t i o nf o rm o u n t a i nt o w n sw a s i n t e g r a t ew i t ht h et e c h n o l o g yo fd a t aa c q u i s i t i o n , d a t am u t i n g , d a t ar e c e i v i n g , c o m p u t e ra n dg i s 。a sac a s es t u d y , d o n g c h u a n ，o n eo f p r e f e c t u r eo f k u n m i n g , w h i c hi sh a r m e da n dt h r e a t e n e db yd e b r i sf l o wm o r es e r i o b s ，w a ss e l e c t c dt ob e r e s e a r c h e d 。a n dt h ed e c i s i o n s u p p o r t i n gs y s t e m o fd e b r i sf l o wd i s a s t e r s m i t i g a t i o n w a ss e tu pt oi l l u s l r a t et h ea p p l i c a t i o no f t h es y s t e m t h e o r i g i n a l i t y i n n o v a t i o n s o f t h i s p a p e r a l ea sf o l l o w i n g ： 第页 西南交遄大学博士研究生学位论文 m e c h a n i s mi sb e i n go n t h e o r ye x p l o r i n g ，t h ed e b r i sf l o wf o r e c a s tm o d eb a s e do n r a i n f a l ls t a t i s t i c si st h em a i n m e t h o d ，a l t h o u g ht h ea c c u r a c yo ft h i sm o d e i sl o w e r s o 协a th o wt o i m p r o v et h ea c c u r a c ya n dd e c r e a s et h el o s s e sf o rt h el o w e r a c c u r a c yi st h ef o c a lp o i n to f t h er e s e a r c ha tp r e s e n t c o n s i d e r e dt h ed i f f e r e n t l o s s e sf r o mt h ef a i lr e p o r ta n dm i s d e c a r a t i o n , t h em e t h o do f d e b r i sf l o wf o r e c a s t u n d e rd i f f e r e n tl o s s e si ss e tu p 1 1 1 i sm e t h o dm a k e st h eg e n e r a l a v e r a g el o s so f t h e l o s s e sf o rf a i l r e p o r ta n dm i s d e c l a r a t i o nt ob em i n i m u m 。a n dm a k eu pf o rt h e l o w e rd e g r e eo f a c c u r a c yo f d e b r i sf l o wf o r e c a s ti nac e r t a i ne x t e n t 2 强ed 痨r i sf l o wm o v e m e n to nt h e 蘸i n v i a lf a ni ss i m n l a t e d 旗蠡磁e t e c h n o l o g yo f n u m e r i c a ls i m u l a t i o na n dg i s an e wm e t h o do fd e b r i sf l o wr i s k z o n i n g i sm a d eo u t 。 3 c o n s i d e r i n gt h em o v e m e n t so f d e b r i sf l o wo nt h ea l l u v i a lf a na n di nt h e c h a n n e la r ed i f f e r e n t , d i f f e r e n tm o v e n l e n tm o d e l sa 豫u s e dt os i m u l a t ed e b r i sf l o w m o v e m e n to nt h ea l l u v i a lf a na n di nt h ec h a n n e l t h i sm e t h o do fd e b r i sf l o w s i m u l a t i o nc a nn o to n l yd i s p l a yd e b r i sf l o wm o v e m e n tc o u i s ea n dm a k ed e b r i s f l o wr i s kz o n i n g ，b u ta l s oc a l lc h e c kt h ed e b r i sf l o wc h a n n e l 4 am o m e l 细n qm o d e lo fd e b r i sf l o wr i s kz o n i n gi ss e tu p a c c o r d i n gt o 镪e d i s t r i b u t i o no f d e b r i sf l o wv e l o c i t ya n dd e p t hf r o mt h en u m e r i c a ls i m u l a t i o n t h j s m o d e l si n d e xo f z o n i n gi st h ed i s t r i b a t i o no f m a x i m u md e b r i sf l o wm o m e n t u m 。 s ot h er e s u l to f t h ez o n i n gr e f l e c t st h em a x i m a if o r c eo f d e s l r u c t i o n o nt h eo t h e rh a n d t h i sm o d e lb a s e do nt h en u m e r i c a ls i m u l a t i 0 1 1c a l ls u p p l yt h ee x t e n to f d e b r i sf l o wi n u n a t i o n a n d6 s kz o n i n gu n d e rd i f f e r e n td e b r i sf l o ws c a l e sa n df r e q u e n c i e sf o rt h e c o u n t e r p l a no f d e b r i sf l o w m i t i g a t i o n 5 t h ec o n c e p to fd e b r i sf l o wc o u n t e r p l a ni st a k e no u tf o rt h ef i r s tt i m e ，a n d 瞧ec o n t e n ta n dp r i n e i p l eo ft h ec o u n t e r p l a na l em a d eo u ta c c o r d i n gt ot h e c h a r a c t e r i s t i c so fd e b r i sf l o wd i s a s t e r s 证m o u n t a i nt o w n s ac o m p l e t em e t h o d o f s e a i n gu pd e b r i sf l o wc o u n t a p l a n i sm a d eo u tw i t ht h eb a s i cd a t a b a s eo f t h et o w n a st h eb a s e m e n t ，t h ee x t e n to fd e b r i sf l o wi n u n a t i o na n dr i s kz o n i n gu n d e r d i f f e r e n tf r e q u e n c ya st h ed y n a m i ci n d e xa n dt h en e t w o r ko f g i sa st h ea n a l y s i s t o o l s ， 西南交通大学博士研究生学位论文第v 页 6 u n d e rt h et e c h n o l o g yo fd a t aa c q u i s i t i o n , d a t ar o u t i n g , d a t ar e c e i v i n g , c o m p u t e ra n dg i s ，ac o m p o s i t i v es y s t e mw a si n t e g r a t e d f o rt h ef n - s t t i m e ， w h i c hi n c l u d e s d e b r i sf l o w m o n i t o r i n g ，p r e d i c t i o n ，f o r e c a s t , r i s k z o n i n g ， a s s e s s m e n to f 血es i t u a t i o n so fad i s a s t e ra n dt h ec o u n t e r p l a nf o ra d i s a s t e r t h i s s y s t e ms u p p l i e s a ne f f e c t i v em e a s u r et od e b r i sf l o wd i s a s t e r s m i t i g a t i o n i n m o u n t a i nt o w n s k e yw o r d s ：t o w n s i nm o u n t a i n s a r e a , d e b r i sf l o w , d i s a s t e r sm i t i g a t i o n ， d e c i s i o n s y s t e m 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者宠全了解学校有关保留、使用学位论文的 规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学 可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采瑁影印、缩印或扫描等复利手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 1 保密，在年解密后适用本授权书； 娩。不保密，适用本授权书。 ( 请在以上方框内打) 学谴论文 乍者签名：专著呜 指等教师签名：奄鹂 日期：胁年1 1 月肜日 日期：知吐年1 3 月l 占日 西南交通大学 学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下 独立送行研究工 乍新取霉鳃成果。除文中已经注暖弓| 照韵内容 外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研 究成果。对本文的研究做出赁献的个人和集体，均己在文中作 了明确的说明。 本入完全意识蓊本声明麓法律结果囊本人承担。 学位论文作者签名：囊幽 嚣期：知眩年| ；冀i 刍目 堕壹窒通盔堂堕壁窒生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 课题的提出、研究目的和意义 泥石流是山区常见的自然灾害，因其强大的侵蚀、搬运、堆积和冲击 能力而具有极大的危害性。然而，在泥石流造成重大危害的同时，还将流 域内大量的松散固体物质搬运出沟口，并且在沟口外堆积，形成巨大的堆 积扇，这些堆积扇地形开阔平坦，是山区河谷难得的宝贵可利用平地往 往被开发建设成村庄和农田。在山区经济快速发展时期，有些村庄会得到 迅速发展进而建设成山区城镇。由于大部分泥石流沟并不是经常暴发泥石 流，其暴发频率十年，甚至几十年，并且过去的灾害往往只造成毁坏农田 的轻微灾害，在山区城镇快速建设的时候，人们往往忽视甚至忘记了过去 的泥石流灾害。这种建设在泥石流堆积扇上的山区城镇在开始建设之时就 处在泥石流的威胁之下，给城镇的安全留下了极大的安全隐患，泥石流成 为山区城镇的主要灾害之一。 这种城镇泥石流灾害在国内外都有惨痛教训。位于加勒比海南岸a v i l a 山北坡的委内瑞拉v a r g a s 州，就有十几座城镇是在委内瑞拉石油工业迅速 发展的7 0 年代快速建设起来的，7 0 年代以前还是渔村农田的十几个泥石流 堆积扇迅速建成现代化的海滨旅游城镇。然而，1 9 9 9 年1 2 月1 5 1 6 日的泥 石流灾害给这些风景如画的海滨旅游城镇带来了毁灭性的打击，夕日美丽 的城镇又变成了泥石流乱滩，同时造成数万人死亡，此时人们才想起1 9 5 1 年这里就曾暴发过泥石流。位于金沙江一级支流小江流域的云南省东川市 ( 现为昆明市东川区) ，是在这一地区铜矿业迅速发展对建立的新兴矿山城 镇，这座被称为“铜都”的城镇也建设在泥石流堆积扇上受n d , 海河、 石羊沟、尼拉姑沟、深沟、祝国寺沟和田坝干沟等泥石流沟的共同威胁， 历史上这些泥石流沟都暴发过大规模泥石流，给东川市造成了严重灾害。 类似的城镇还有美国的洛杉矶、哈萨克斯坦的阿拉木图、秘鲁的杨格镇、 哥伦比亚a i t r l e r o 城、巴西r i dd e a n e i r o 城等等，据不完全统计，我国受 泥石流危害的县级以上城镇就有1 3 8 座。 由此可见，山区城镇泥石流灾害在全球都有广泛分布，因我国三分之 二国土为山区，山区城镇泥石流灾害问题更加突出，严重威胁山区城镇及 第2 贸掰南交通失学博士研究生学位论文 荚屠瑟豹安全，影薅由区经济瓣发展。建国滋后，我蓬舞始瓣虫区城镇泥 石流进行治理，但是由于当时对泥石流灾害的认识水平、防治技术和经济 条终黪限制，8 0 年l 弋以蕙我潮城镇滋石滚防浚工程接楚比较攀一，爨浚工 程结构不尽合理，工程设计标准较低。8 0 年代以后，随着对泥石流研究的 甭断深入、溅蠢滚防派技术的日趋成熟和经济条件的曩益改蛰，我豳城镇 泥石流防治开始采用综合工稔措簏，工程结构有了很大改进，工程设计标 准不断提高。然而，瞬前任何泥石流防治工程都还不能从根本上消除泥石 流灾害，只麓控制设防标准以内的混石流灾餐，对超过设防标准韵溅石流 灾害只能在定程度上减轻溅石流灾害，对超过设防标准的特大泥丽流灾 害甚蘩起不翁璇轻淀石流灾斋的作爱。壶予我国辘镇泥石流数量多，嚣蓠 还不能对每条沟都进行治理，并且即使已经瀚理的混石流沟也存在工程设 防稼漆较低霸工程绩耀寿鸯蠢羧等阀麓，瑟叛豫工稳耱洽鞋终，急黉采取 其他减灾措施，以最大限度地减轻泥石流灾害。 建立教嚣磊滚整溯、鞭擞、警攫、莛险瞧分区、妪灾颈案霹灾糖评售 为基础的泥石流减灾决策支持系统是辅助泥稻流工程治理最有效的混石流 减灾接辘。溅夏滚疆灾决策支持系缝苓仅可以为山送城镇建设的合瑗翘划 提供决策依据，舫止新建或改建城区建在泥石流重发危险区内，还可以对 城镇溅石流避毒亍监测、预报翻报警，监测泥石流的形成，并及时发出泥石 流预报和警报，在泥石流暴发时还可以根据漉石流泛滥范围涮定临炎撤离 路线_ 茅玎抢险救灾方寨，泥石流灾害后还可以避行泥肖流灾情湃估。城镇泥 石流减灾决策支持系统是一个综合豹泥石流璇灾辅瓒系统，廷论是对尚未 进行泥石流工程治理的城镇泥石流减灾，还怒对已进行泥石流工程治理的 城镇豹超标壤涯石流减灾都蠢重要意义，霹潋蕞太疆发缝疆轻泥荟流灾害， 特别怒可以最大限度地减少人员伤亡。 1 2 城镇泥石流减灾决策支持系统研究现状 减灾决策支持系统是减辍自然灾害，特瓣是减少塞然灾窑孛a 燕爨亡 的重要措施，在洪水、地震、火山等重大自然灾害领域，国内外都开展了 减灾凌蒙支黪系统熬赣究，劳在重要城枣建立了梗美灾害黝减灾决燕支持 系统，为城市减轻自然灾害，减少人员伤亡做出了重要贡献“1 ”。泥石流减 灾凌繁支持蓉绞是怼淀嚣渡嚣减灾_ i 程接藏黥综合墨集成，过去对蔟专f 1 研究牧少，9 0 年代以来，随藩国内外一些重疆城镇遭受泥石流袭击井造成 亘蜜童道盎堂堡堑窒生学位论文第3 页 重大人员伤亡与财产损失后，开始受到泥石流减灾研究人员的重视。在国 外，9 0 年代后期，奥地利维也纳大学的一个研究组开展了此项研究，在国 内，中国科学院也将包含城镇泥石流减灾决策支持系统的城镇泥石流综合 减灾技术列入重大项目进行研究，但相关研究成果尚未公开发表。 虽然，国内外对泥石流减灾决策支持系统的综合研究较少，但对泥石 流减灾决策的分项研究则很活跃。国内的学者，主要从泥石流预测、预报 和预警等方面进行研究，主要研究有： 钟敦伦等1 9 9 0 年建立了四川境内成昆铁路泥石流数据库应用系统“， 并确定了泥石流预测预报参数。“，为铁路泥石流减灾决策提供了有力手段； 1 9 9 4 年提出的长江上游泥石流预警体系和试验站为大区域的泥石流减灾决 策提供了完整的预警网络体系o “。 姚令侃1 9 9 4 年在暴雨泥石流滑坡的区域预测与预报一书中对泥石 流预报的决策方案和泥石流减灾风险技术进行了研究“，提出了以社会经 济损失减少到最低限度的泥石流预报决策和低进高出的预报原则，1 9 9 8 年 又应用可拓论和概率论提出了一种泥石流预报减灾的两层决策模式，并建 立了泥石流预报减灾决策的物元模型“”；2 0 0 1 年又对防洪物资储备决策方 法进行了探讨，根据防洪抢险物资储备属于一种信息不全型决策问题的特 点，提出了一种用于确定每年防灾物资准备量概率排序决策模型，并以孙 水河流域泥石流灾害预报减灾决策为例进行了研究“”。 王礼先2 0 0 1 年出版了山洪及泥石流灾害预报一书，借鉴了欧洲阿 尔卑斯山区国家防治山洪、泥石流的经验，以北京山区为研究区，对北京 山区荒溪进行了分类与危险区制图，将泥石流影响区划分成红区、黄区和 白区，并在灾害危险空间划分的基础上开展了山洪、泥石流灾害实时预报 研究m 1 。 国际上，更多的是从泥石流灾害管理和泥石流灾害分区制图等方面进 行泥石流减灾决策的研究。 奥地利是进行泥石流减灾最早的国家，a u l i t z k e yh 根据冲积圆锥上 发生的山洪、泥石流痕迹及冲积扇地貌特征进行评分o ，进行泥石流危险 范围和类型的综合判定和划分，并用此方法完成了奥地利危险区图的绘制。 近年来，随着g i s 技术的迅速发展，奥地利的f i e b i g e rg 等又利用g i s 技术 发展了泥石流灾害分区制图”，为泥石流减灾决策提供支持。 泥石流灾害管理也是进行泥石流减灾决策的重要内容。亚洲发展银行 第4 页西南交通大学博士研究生学位沦文 出版的“d i s a s t e r m a n a g e m e n t ：a d i s a s t e r m a n a g e r s h a n d b o o k ”对此有详 细论述”“。日本国际合作局( i a p a nh t e m a t i o n a lc o o p e r a t i o na g e n c y r ) 的 m a s a y u k iw a t a n a b e 曾撰文论述当一个灾害控制管理系统失败时如何应 对不断增长的对受灾群体的危害【z ”。 美国的o b r i e n ，j u l i e n 和f u l l e r t o n 在二维洪水模型的基础上建立了适用 于水流、泥流、泥石流的f l o 2 d 模型 2 4 1 。他们将二维运动方程中的对流 项和加速度项忽略，简化为扩散波方程，进行模拟洪水、泥流的运动过程， 确定洪水和泥流的最大流深和最大流速分布，从而为减灾决策提供依据。 该模型主要适用于洪水和泥流，对含有粗大颗粒的泥石流可以参考使用。 城镇泥石流减灾决策支持系统是对泥石流非减灾工程措施的综合与集 成，其内容涉及泥石流监测、预报、警报、危险性分区、临灾预案制定和 泥石流灾情评估等内容，国内外对这些内容都有专门研究，国内外对这些 内容的研究状况和文献评述在以后的相关章节内将进行详细论述。 1 3 研究内容、研究方法和技术路线 1 3 1 研究内容 前已述及，城镇泥石流减灾决策支持系统是对泥石流非减灾工程措施 的综合与集成，其内容涉及泥石流监测、预报、警报、危险性分区、临灾 预案制定和泥石流灾情评估等内容，每一项内容都是泥石流减灾的一个重 要课题，本研究不可能对每一项内容都进行深入研究与探讨，只对其中一 些非常重要，目前尚不成熟但急需解决的问题进行深入研究，并探索城镇 泥石流减灾决策支持系统的综合与集成方法。本研究的主要研究内容有： 1 泥石流预报决策方法 泥石流预报是在泥石流暴发前发出的通报。又称临阵预报或短期预报。 泥石流预报是泥石流减灾的重要手段之一，也是泥石流减灾中的重要课题 和难题之一。泥石流预报分为区域性泥石流预报和单沟性泥石流预报，区 域性泥石流预报是对某一区域内发生泥石流灾害的可能性大小的预测，对 区域性泥石流减灾决策具有重要意义，而单沟性泥石流预报则具体到某一 具体的泥石流沟，对特定的泥石流沟进行泥石流发生概率的预测，并将结 果向公众发布，因单沟性泥石流预报对泥石流沟的泥石流形成环境背景条 件和激发因素的资料要求较高，一般只对具有重要危害对象的泥石流沟才 进行单沟性泥石流预报。本研究的对象是城镇泥石流，本研究将要研究的 西南交通大学博士研究生学位论文第5 页 泥石流预报是单沟性泥石流预报。 无论是区域性泥石流预报还是单沟性泥石流预报，都是在查清影响泥 石流的自然条件、人类活动状况和泥石流活动状况的基础上，根据泥石流 的激发条件进行泥石流发生概率的评估和预测。由于我国绝大多数泥石流 的激发因素都是降水，所以这里进行泥石流预报的激发条件是降水。目前 国内外的泥石流预报也都是根据降水条件和泥石流发生间的统计关系做出 的基于降水统计基础上的统计预报模式，这种泥石流预报模式筒单、方便、 易行，但由于多种因素制约了其预报精度。其一，一般情况下泥石流暴发 频率较低，山区降水又有很强的垂直差异性，作为统计模型的基础资料系 列较短，降水资料的准确性较低，直接影响了泥石流预报模型的预报精度。 其二，泥石流的形成受多种因素的控制，例如地形、地质、不良地质现象、 松散碎屑物质条件、植被条件和汇流条件等，泥石流的形成与启动是多种 因素综合作用的结果，仅靠降水条件进行预报本身就有较大的误差。其三， 泥石流的降水统计预报模式依赖降水的预报和监测，降水预报和监测的精 度也直接影响了泥石流预报的精度。 所以，如何提高预报精度，减少因泥石流预报精度不高而造成的损失 成为目前泥石流预报研究的重点，本研究将重点研究在目前泥石流预报精 度水平下，根据泥石流漏报和误报造成损失的不同，如何掌握泥石流发报 时机，减轻泥石流灾害。 2 泥石流危险性分区方法 泥石流危险性分区也分为区域性泥石流危险性分区和单沟性泥石流危 险性分区。区域性泥石流危险分区是根据泥石流发生的区域环境背景条件 的不同对不同区域的泥石流发生的可能性和泥石流活动强度进行预测。区 域性泥石流危险性分区对山区泥石流减灾规划决策、泥石流灾害预测和山 区经济建设和布局具有宏观性指导意义。单沟性泥石流危险性分区则具体 到某一沟谷的危险区划分，根据泥石流可能发生的规模，根据具体的地形 条件确定泥石流泛滥的影响范围，并根据泥石流可能的危害性在泥石流泛 滥范围内划分出不同危险性的区域。单沟性危险性分区可以直接指导沟谷 内及堆积扇上建筑物规划布局、安全区划定、临灾预案、灾情评估等，因 此，单沟性泥石流危险性分区是泥石流减灾研究的重要内容，也是进行泥 石流减灾决策的重要依据。 本研究的研究对象是城镇泥石流，所以本研究所要研究和探讨的泥石 第6 页西南交通大学博士研究生学位论文 方法已经很多，但大多数是基于流域环境背景要素的统计方法，这些方法 存在分区结果过分依赖分区专家的专业背景和工作经验的局限性。为了解 决这问题，又开始探索依靠泥石流运动数值模拟的定量分区方法。9 0 年 代以来，随着泥石流运动基本方程和流变特性研究的日益成熟，泥石流运 动数值模拟方法也得到迅速发展，为泥石流危险性定量分区研究提供了坚 实的基础。本研究将重点研究基于泥石流运动数值模拟和g i s 技术的泥石 流危险性分区方法，利用泥石流动量分布建立泥石流危险性分区模型。 3 泥石流临灾预案 泥石流1 艋灾预案包括泥石流安全区的划定、临灾避难撤离路线的制定 和抢险救灾方案的制定等，是泥石流报警后的应急避难措施和灾后的紧急 救灾方案，是城镇泥石流减灾的重要措施，特别是减少人员伤亡和及时救 治受伤人员的有力措施。 参考文献中对泥石流避难雨量警界研究较多”，但对如何根据泥石流 泛滥范围划定泥石流安全区，并根据城镇的实际街道和道路情况制定临灾 避难撤离路线方法的研究较少，对如何根据泥石流泛滥范围和城镇中医疗 救护点等的分布制定灾后抢险救灾方案的技术和方法的研究尚未见有研究 文献。 因此，泥石流临灾预案是本研究的另一重要内容之一，本研究将利用 对泥石流危险性分区方法的研究成果来确定泥石流泛滥范围，并利用g i s 技术中的网络分析和路径分析技术制定临灾避难撤离路线和灾后抢险救灾 方案。 4 泥石流减灾决策支持系统的集成与应用 泥石流减灾决策支持系统是个综合系统，包括降水和泥石流的监测 与信息传输与接收、降水和泥石流监测信息的检测与分析、根据分析结果 进行泥石流预报和警报、根据降水分析泥石流规模并确定泥石流泛滥范围、 根据泥石流泛滥范围制定泥石流临灾预案、最后根据泥石流实际发生情况 进行泥石流灾情评估。如何将这些监测与分析技术和方法集成为一个应用 系统，构成完整的城镇泥石流减灾决策支持系统，并将这一系统应用到实 际城镇泥石流的减灾中，是本研究的又一重要内容。 1 3 2 研究方法 西南交通大学博士研究生学位论文第7 页 城镇泥石流减灾决策支持系统，是一个集成的多功能系统，是对各种 泥石流减灾非工程措施的发展与集成，将城镇泥石流灾害降至可能的最低 点。因此对城镇泥石流减灾决策支持系统的研究可分为泥石流减灾非工程 措旋的研究和系统集成两丈部分，这两大部分研究内容分属不同的学科领 域，针对各自的特点，其研究方法如下： 泥石流减灾非工程措施在本课题中重点研究泥石流预报、泥石流危险 性分区和泥石流临灾预案。 1 泥石流预报 目前国内外泥石流预报仍停留在以降水统计为基础的统计预报模式， 这种预报模式的预报精度较低，但在目前泥石流形成和启动机理尚未解决 并建立基于泥石流形成和启动机理的预报模式前，如何弥补较低的泥石流 预报精度，减少泥石流预报精度低造成的损失是目前泥石流预报研究的重 点之一，本文将利用统计学原理，在考虑泥石流漏报和误报造成损失不同 的基础上，建立不同损失条件下的泥石流预报模式。 2 泥石流危险性分区 泥石流危险性分区国际上已从传统的地貌分析法、泥痕调查法和要素 统计分析法，发展到利用泥石流运动数值模拟进行分区的方法。本文将利 用泥石流运动数值模拟方法模拟泥石流运动过程，并用实验结果对比校正， 利用泥石流运动数值模拟结果建立泥石流动量分区模型，最后利用g i s 技 术进行泥石流危险性分区。 3 泥石流临灾预案 泥石流临灾预案是泥石流减灾研究中较新的研究领域，在过去研究较 少。本文将根据泥石流预测预报结果，利用基于泥石流运动数值模拟和g i s 技术的泥石流动量分区方法进行泥石流危险性分区，确定泥石流暴发时泥 石流泛滥范围，划定泥石流危险区，再根据泥石流泛滥范围和危险区划分， 利用g i s 技术制定最佳的人员撤离路线，根据医疗点的分布和道路情况制 定最佳的人员救治路线和方案等。 城镇泥石流减灾决策支持系统集成，是将各种泥石流减灾非工程措施 集成为一个综合的应用系统。本文将利用g i s 等应用软件系统，将各种泥 石流减灾非工程措施集成为具有泥石流预测、预报、预警、危险性分区和 临灾预案的可供泥石流减灾决策部门使用的泥石流减灾决策支持应用系 第8 页西南交通大学博士研究生学位论文 统。 1 3 3 技术路线 城镇泥石流减灾决策支持系统，是具有多种功能的集成系统，是对多 种泥石流减灾非工程措旌的发展与集成，力求减灾措施的定量化，准确化， 努力将泥石流灾害造成的损失降到可能的最低限。为此，本研究采用以下 技术路线。 1 以现有泥石流减灾非工程措施为基础，根据最新的泥石流流变 理论和泥石流二维运动方程等发展完善泥石流危险性分区，在泥石流形成 和启动机理尚未有突破进展条件下，利用统计学原理弥补泥石流降水统计 预报模式的不足，阱最大限度地减轻泥石流灾害。 2 充分利用计算机、g i s 和遥感等新技术，建立泥石流实时监测 和分析系统，并进行基于泥石流运动数值模拟的快速泥石流危险性分区， 为基于g i s 路径分析的泥石流临灾预案制定提供准确可靠的分析资料。 3 充分利用现代先进的监测技术，建立完整的卫星云图分析一雷 达监测一降水实时遥测分析的三级监测系统，为泥石流减灾决策的分析制 定提供完整、实时、连续的监测资料。泥石流监测决策支持系统框架和系 统集成思路见图卜1 。 西南交通大学博士研究生学位论文第9 页 图1 _ 1 泥石流减灾决策支持系统框架结构 f i g u r e1 1 t h eg e n e r a ls t r u c t u r eo f d e c i s i o ns u p p o r t i n gs y s t e mo fd e b r i sf l o wm i t i g a t i o “ 第1 4 页西南嶷通大学博士研究生学位论文 由此可见，由于泥石流工程防治技术尚未成熟，国家财力的限制，和 我豳城镇激石流数爨多，鼹前我国城镇泥石流的防治还不能达到沟沟皆溃。 即使己治瓒的沟谷其设防标准也举高，犬部分城镇泥石流的设防标准只肖 1 0 0 年一遇或5 0 年一遇，早期的防治工程设防标准还要低，并且这些泥_ 荫 流防治工獠的设计使用寿命有限，特别蔻荦麓静治理工稷大多已弼使焉帮 限，或者因当时设计的拦沙坝多为实体拦沙坝，大多实体拦沙坝已被泥沙 淤满，效簸发挥受麓限镪。掰戳，我国城镇泥磊滚鹃防灾藏灾任务十分耀 巨，在进行泥石流工程防治的同时，必须加强泥莉流减灾决策支持系统等 软藏灾蹬麓熬研究与建设，款多方瑟迸嚣泥石滚灾害茨藏，缢最大程度燎 减轻泥石流灾害。 2 2 城镇泥石流减灾决策支持系统的内容 城镇滋石滚斌灾决策支持系统震淀露滚藏灾豹菲王稷接蕤，逶薄嚣褥 流防治工稷措施的补充，鼹城镇漉石流减灾的重援措施之一，在城镇泥褥 滚缓灾孛越来越受到重撬。其主娶内容题拯：泥嚣渡监测、泥莓浚预溺鞭 报、泥石流瞀报、泥石流危险性分区、泥石流临灾预案制定和泥石流灾情 谨旗等。 2 ，2 ，1 淀石滚监测 泥石流监测怒泥石流预报和豁报的基础，泥石流监测主要包括降水豁 测稠泥石瀛形成与运动监测。 1 降水监铡 降水搬测是泥石流预报的基砒，主要包括对区域降水天气过程的监测 和流域内降水过耩的监测。区域降承天气过程的簸铡是邋过卫璧谣图和气 象褥达对预报区域内较大尺度降水天气过程的监测，为溅石流预测预报提 供较夫尺壤酶区躐降永参数，这种尺度静降东釜溯按寒蠢琵较袋熬，吾大 气苏台站都可进行监测和预报。流域内降水过程监测主要是对泥石流流域 肉洚隶过簇靛登溯，帮在流域痰溅石滚形残区莰纛霭萋j | 鑫溺蘸，实辩篮渊 泥石流形成区的降水过程，为泥磷流预报提供精确的降水实