【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种泥石流灾害防治技术，特别是涉及一种小流域泥石流灾害早期预警方法与系统，属于地质环境监测、地质灾害防治与监测预警。
技术介绍
1、山丘区小流域由降雨引起的突发性、迅猛的地表径流，由于小流域的流域面积小、沟谷短、，且地表径流常汇于相对狭窄的溪沟河道，以及一些具有周期性用废的水道，因而地表汇流时间短，常表现出暴涨暴落特征。在短时高强度降雨下即可在沟谷内产生较强的水动力条件，松散堆积物在巨大水流冲刷力作用下易于形成泥石流。小流域泥石流具有量多面广的特点，它们多与坡体饱水后的局部滑塌密切相关，具有发生位置隐蔽和成灾迅速的特点，发生后很难成功避险。整体上，小流域因降水引发的地质灾害点多面广，具有明显的多发性、无序的突发性和强烈的破坏性，防御难度很大。在当前的山地环境地质灾害防治思路中，以小流域为单元进行重点治理已成为一种主要方案。
2、由于小流域泥石流灾害首要地取决于降水，其产汇流运动的过程是可采用水文过程模拟的物理过程，因而通过应用水文模型模拟小流域水文过程，获得小流域空间位置上不同重现期不同降雨概率下径流深及径流量可以为小流域泥石流灾害监测预警提供有效的技术支持。然而，现有技术尚缺乏此类技术方案。
3、现有技术“震区泥石流危险性评价及预警减灾系统研究”(夏添，成都理工大学，2013)提供一种将水文模型引入泥石流监测预警技术方案，该方案的主要技术缺陷在于，虽然利用高精度dem和水文模型按照不同集水阈值提取集水单元作为泥石流监测分析输入，但在研究区泥石流形成的动态分析中，对区内地层“集水”特征及其动
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是针对现有技术的不足，提供一种小流域泥石流灾害监测预警技术，能够将小流域地表地层的集水存水特征作为监测阈值指标。同时提供基于该监测预警技术的小流域泥石流减灾方法。
2、为实现上述目的，本专利技术首先提供一种小流域泥石流灾害早期预警方法，其技术方案如下。
3、一种小流域泥石流灾害早期预警方法，其特征在于：
4、步骤s100、监测对象流域现场调查，获取对象流域基础数据，基础数据包括用于构建水文模型的地形地貌与水文数据；布设监测设备采集实时环境监测数据，所述环境监测数据包括蒸发、降雨、径流数据；
5、步骤s200、利用对象流域基础数据构建对象流域gr4j水文模型，利用gr4j水文模型构建由式1-1表达的对象流域存水量s模型。
6、s＝s1+s2式1-1
7、式中，s1、s2－分别是gr4j水文模型中产流水库蓄水量、汇流水库蓄水量，单位mm；
8、步骤s300、基于实时环境监测数据利用存水量s模型获取对象流域初始存水量sint；
9、步骤s400、利用对象流域存水量s模型测算对象流域内径流诱发泥石流的最大存水量smax，
10、smax＝sint+y-z-l+rio 式2
11、l＝4.0 bm1.5/tanθ1.17 式3
12、式中，smax－对象流域内径流诱发泥石流的最大存水量，
13、sint－对象流域初始存水量，单位mm，步骤s300确定，
14、y－gr4j水文模型中流域上的降水量，
15、z－gr4j水文模型中流域上的蒸发量，
16、rio－gr4j水文模型中地下水与流域的交换水量，
17、l－对象流域主沟道最小泥石流启动临界流量，单位m3/s，
18、b—对象流域主沟道宽度，单位m，基础数据确定，
19、m－沟床碎屑粒径平均粒径，单位mm，基础数据确定，
20、θ－对象流域主沟道坡度，单位°，基础数据确定；
21、步骤s500、以降雨数据为存水量s模型的输入，测算s1与s2的动态值更新值s1与s2，以及对象流域实时存水量s(t)，
22、s(t)＝s′1+s′2 式1-2
23、步骤s600、测算对象流域泥石流预警值k，根据k值评估对象流域内泥石流预警内容。
24、k＝s(t)/smax 式4
25、式中，k-对象流域泥石流预警值。
26、本专利技术上述小流域泥石流灾害早期预警方法的基本构思是，基于小流域水量平衡理论，建立对象流域水量的输入输出平衡模型，进而将对象流域存水量s作为泥石流监测预警的关键性动态观测变量，并将其作为监测阈值指标，从而改变现有技术以降水指标为监测阈值指标的传统思路。为实现述技术构思，本专利技术方法首先建立以流域降雨、蒸发、径流数据率定gr4j水文模型，再进一步建立对象流域存水量s模型，从而将对象流域存水量直接反映水土环境要素动态变化，由此成为泥石流监测预警的有效监测指标。为了给监测指标配套科学合理的阈值条件，本专利技术将流域存水量s模型与小流域主沟道最小泥石流启动临界流量l计算模型相联合，解决对象流域内径流诱发泥石流的最大存水量smax测算问题。最后以k值直观体现对象流域泥石流风险程度。由此，完整地建立起一套以对象流域存水量为监测评价指标的泥石流灾害监测预警技术方案。
27、本专利技术进一步提供一种改进gr4j水文模型，从而对上述小流域泥石流灾害早期预警方法加以优化。改进gr4j水文模型包含两项不必然同时或先后实施的内容。
28、在改进gr4j水文模型中，s1、s2的动态更新值s′1、s′2分别依式5-1、式5-2测算。
29、s′1＝(s1-zs+ys)aβtan i 式5-1
30、s′2＝(s2-r)a tanη 式5-2
31、式中，zs-gr4j水文模型中产流水库蒸散发量，
32、ys-gr4j水文模型中补充产流水库的降水量，
33、a-对象流域面积，m2，依基础数据确定，
34、i-对象流域坡体平均倾角，°，依基础数据确定，
35、β-对象流域含水层平均给水度，依基础数据确定，
36、r-gr4j水文模型中汇流水库蓄水量中间量，
37、η-对象流域主沟道倾角，°，依对象流域基础数据确定。
38、在改进gr4j水文模型中，产流水库蒸散发量zs由式6表达。
39、
40、式中，w1-gr4j水文模型中产流水库蓄水容量，单位mm，
41、zn-gr4j水文模型中剩余蒸散发能力，单位mm，
42、ψ-对象流域植被蒸发因子，依基础数据确定。...
【技术保护点】
1.小流域泥石流灾害早期预警方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述预警方法，其特征在于：所述GR4J水文模型是改进GR4J水文模型，S1、S2的动态更新值S′1、S′2分别依式5-1、式5-2测算，
3.根据权利要求2所述预警方法，其特征在于：所述GR4J水文模型是改进GR4J水文模型，模型中产流水库蒸散发量Zs由式6表达，
4.根据权利要求3所述预警方法，其特征在于：所述步骤S400中，将对象流域基础数据代入存水量S模型，测算对象流域初始存水量Sint。
5.根据权利要求3所述预警方法，其特征在于：所述步骤S400中，Sint是以时序监测数据训练GR4J模型所得流域存水量。
6.根据权利要求1～5任一所述预警方法，其特征在于：所述步骤S500中，输入存水量S模型的降雨数据是预报降雨数据或实时监测流域水文更新数据。
7.根据权利要求6所述预警方法，其特征在于：所述步骤S600，K≥0.98为红色预警，0.98＞K≥0.95为橙色预警，0.95＞K≥0.90为蓝色预警。
8.小流域泥石流减灾方法
9.根据权利要求8所述预警方法，其特征在于：所述人工排水措施是修筑V型底排水渠，排水渠进水口布置在对象流域主沟道上游的松散堆积物集中区域，出水口布置在远离松散堆积物分布区，Q(t)是排水渠实时分流水量，依式8测算，
10.根据权利要求9所述预警方法，其特征在于：排水渠结构参数α或n或J依据泥石流减灾设计目标反演计算；所述泥石流减灾设计目标是Sad(t)与S(t)的关系，或者是分别由Sad(t)与S(t)表达的K值的关系。
...【技术特征摘要】
1.小流域泥石流灾害早期预警方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述预警方法，其特征在于：所述gr4j水文模型是改进gr4j水文模型，s1、s2的动态更新值s′1、s′2分别依式5-1、式5-2测算，
3.根据权利要求2所述预警方法，其特征在于：所述gr4j水文模型是改进gr4j水文模型，模型中产流水库蒸散发量zs由式6表达，
4.根据权利要求3所述预警方法，其特征在于：所述步骤s400中，将对象流域基础数据代入存水量s模型，测算对象流域初始存水量sint。
5.根据权利要求3所述预警方法，其特征在于：所述步骤s400中，sint是以时序监测数据训练gr4j模型所得流域存水量。
6.根据权利要求1～5任一所述预警方法，其特征在于：所述步骤s500中，输入存水量s模型的降雨数据是预报降雨数据或实时监测流域水文更新数据。
7.根据权利要求6所述预警方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：王旭，孙红月，于洋，葛炜，汤人杰，章可颖，马天行，陈浩，罗睿，王天龙，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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