一种冰川消融期初期冰水泥石流的预警方法与流程

1.本发明涉及到泥石流防治工程技术领域，尤其涉及一种冰川消融期初期冰水泥石流的预警方法。

背景技术：

2.冰水泥石流是一种发生在高山冰雪分布区的自然现象。冰水泥石流的发生往往是由于当地温度升高，冰雪融化形成沟道径流，起动沟道中的固体物源，形成冰水泥石流。形成冰水泥石流需要具备两个条件：一是有利于发生冰水泥石流的地形条件；二是一定的温度条件导致冰雪融化并最终诱发冰水泥石流的发生。这些条件综合影响并决定冰水泥石流发生的可能性。其中，地形条件对冰水泥石流的影响主要由沟道坡度、积雪或冰川面积决定；温度是冰水泥石流的激发条件；地质条件也有影响，如堆积在沟道内的固体物质由区域的岩性决定；因此泥石流的预警，主要通过地形、地质与温度条件判断来实现。
3.冰水泥石流的水源来自于冰雪融化：最早的融化全部来自于表面的积雪，可能形成积雪消融期的初期泥石流；随后可能形成积雪消融期的后期的冰水泥石流，这两类冰水泥石流的发生机理不同，因为提供激发泥石流的水源：积雪消融产生大量水源的机理不同；积雪完全消融后，积雪覆盖的冰川全部露出来，如果再形成冰水泥石流，其水源全部来源于冰川融化：可能形成冰川融化期的初期泥石流；随后可能形成冰川融化期的后期的冰水泥石流，这两类冰水泥石流的发生机理不同，因为提供激发泥石流的水源：冰川融化产生大量水源的机理不同。
4.因此冰水泥石流的预警，根据其激发的水源形成机理不同，按照时间顺序先后分四个阶段：1、积雪消融期的初期冰水泥石流；2、积雪消融期后期的冰水泥石流；3、冰川融化期的初期冰水泥石流；4、冰川融化期后期的冰水泥石流。冰雪区只有满足足够地形、地质及温度条件才会形成冰水泥石流，不满足条件时，上述4种形成机理的冰水泥石流也只会发生一种或两种，甚至都不发生。
5.目前，国内外对冰水泥石流形成之预警条件研究较少，其中地形条件的研究比较粗糙，主要通过少量案例统计得出大致范围，以及比较集中的影响范围的简单数据统计，没有深入研究其内在机理，如：西藏泥石流与环境，1999：29-40，其涉及到的地形条件包括：全流域面积，含堆积扇，7-90km2，其中15-32km2最有利冰水泥石流形成；现代冰川和积雪面积比，不含堆积扇，0.09-0.36，其中大于0.1最有利冰水泥石流形成；全流域相对高差：2500-3858m，其中大于3000m最有利冰水泥石流形成；冰雪水源区平均纵坡：0.197-0.815，其中大于0.5最有利冰水泥石流形成；全冰雪水源区以下主沟平均纵坡：0.08-0.361，其中0.1-0.22最有利冰水泥石流形成；其他如沟床纵剖面形状为下凹形、瓢形与栎叶的流域形状都有利冰水泥石流形成的定性描述。这些判断指标较多，范围较广，很难对冰水泥石流的危险性作出正确判断。
6.公开号为cn109472445a，公开日为2019年03月15日的中国专利文献公开了冰水泥石流的危险性判断方法及其应用，其特征在于，包括以下步骤：a、确定冰川及积雪区面积
a0、冰川及积雪区以下堆积区以上的形成区的沟床坡度α和沟床宽度w；b、对不同坡度段的沟床坡度α和沟床宽度w分别进行测量，以沟道长度≥10m为标准测量沟道坡度；c、由冰川及积雪区相对面积a＝a0/w2和沟床坡度α对不同坡度段的冰水泥石流的危险性等级从高到低进行划分；d、以危险性等级最高的判断结果为准。
7.以上述专利文献为代表的现有技术，由于并未对导致冰水泥石流形成的地形、地质和温度条件，以及积雪融化进行内在机理的深入研究，难于对冰水泥石流的预警作出准确判断。

技术实现要素：

8.本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种冰川消融期初期冰水泥石流的预警方法，本发明针对导致冰水泥石流形成的地形条件及温度条件进行内在机理的深入研究，并作出综合判断，建立冰川消融期初期冰水泥石流预警模型，确定冰水泥石流的预警划分级别，能够对冰水泥石流的发生作出准确判断。
9.本发明通过下述技术方案实现：
10.一种冰川消融期初期冰水泥石流的预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
11.a、通过谷歌地球或现场测量，确定冰水泥石流的基本地形数据，包括冰川面积a、冰水泥石流形成区纵坡降为17度处的沟床平均宽度w和测量冰川区的坡向θ；
12.b、由当地气象站或监测站点获得当地多年平均积温t
p
、前7日积温和t7、当日日均温度t0和当年冰川消融期有效正积温ty，其中当年冰川消融期有效正积温ty的计算时间段为积雪消融完毕的那一日为积温统计的起始日，到冰水泥石流发生时为止；
13.c、通过式1-式4计算积雪消融完毕日；
14.as＝ddf*pdd
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式1
15.式中：
16.as——某日内积雪消融水当量，mm w.e.；
17.ddf——积雪的度日因子，mm*d-1
*℃-1
；
18.pdd——某日内的正积温，℃，通过式2计算；
[0019][0020]
式中：
[0021]ht
——逻辑变量，取0或1，在目标点位日均气温不低于0℃时，逻辑变量取1，相反，若目标点位日均气温小于0℃，逻辑变量取0；
[0022]
t
t
——目标点位日均温，℃；
[0023]
通过式3计算目标点位积雪积累量c；
[0024][0025]
式中：
[0026]
c——目标点位积雪积累量，mm；
[0027]
ps——计算时间范围内固态降水量，mm；
[0028]
p——计算时间范围内降水总量，mm；
[0029]
t
l
——液态降水临界气温，取2℃；
[0030]
t
t
——目标点位日均温，℃；
[0031]
ts——固态降水临界气温，取0℃；
[0032]
计算积雪消融水当量as的逐日累积总量与目标点位积雪积累量c的关系，当积雪消融水当量as的逐日累积总量与目标点位积雪积累量c相等时，满足式4时，积雪消融完毕；
[0033][0034]
式中：
[0035]asn
——由度日模型计算出的第n天的积雪消融水当量as，n＝1，2，3，
…
，b；
[0036]
b——积雪消融完毕日的正温天数；
[0037]
d、计算得出积雪消融完毕日后，则进入冰川消融期，通过式5计算冰水泥石流流域的地形因子r；
[0038]
r＝x+0.65lg(a/w2)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式5
[0039]
式中：
[0040]
r——冰水泥石流流域的地形因子；
[0041]
x——冰水泥石流的坡向因子，通过式6计算；
[0042]
a——冰川面积，m2；
[0043]
w——冰水泥石流形成区纵坡降为17度处的沟床平均宽度，m；
[0044]
x＝sin(θ/2)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式6
[0045]
式中：
[0046]
θ——冰水泥石流的冰川坡向，度，0
°
＜θ≤360
°
；
[0047]
e、通过式7计算冰水泥石流的温度因子t；
[0048]
t＝(t0+0.27t7+1.48ty)/t
p
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式7
[0049]
式中：
[0050]
t——冰水泥石流的温度因子；
[0051]
t0——当日日均温度，度；
[0052]
t7——前7日积温和，度；
[0053]
ty——当年冰川消融期有效正积温，度；
[0054]
t
p
——当地多年平均积温，度；
[0055]
f、通过式8计算冰水泥石流的发生指标l；
[0056]
l＝rt
0.17
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式8
[0057]
式中：l——冰水泥石流的发生指标；
[0058]
g、通过冰水泥石流的发生指标l判断冰川消融期初期冰水泥石流的发生：
[0059]
当l＜3.18时，冰水泥石流发生的可能性小；当3.23＞l≥3.18时，冰水泥石流发生的可能性中等；当l≥3.23时，冰水泥石流发生的可能性大。
[0060]
所述步骤a中，冰水泥石流形成区具体是指冰水泥石流流域的中下游沟道。
[0061]
所述步骤g中，冰水泥石流流域若有主沟及至少一条支沟时，则以最大的l值为发生指标判断冰水泥石流发生的可能性。
[0062]
本发明适用于冰川及积雪区以下堆积区以上的形成区的沟床坡度有17度以上的沟道的冰水泥石流预警。
[0063]
本发明的基本原理如下：
[0064]
冰水泥石流的形成机理是由于温度的升高，造成冰水泥石流流域的上游冰雪融化，起动中下游的松散固体物源，形成冰水泥石流。因此这类冰水泥石流的形成机理与我国西部地区普遍的沟床起动型泥石流不同，也与我国东部地区的浅层滑坡汇集型泥石流不同。沟床起动型泥石流是由于强降雨形成的大流量山洪侵蚀沟床松散固体物源，形成泥石流。浅层滑坡汇集型泥石流是由于较长时间的降雨和较强降雨，先有较多的浅层滑坡进入沟道形成泥石流物源，再被较大流量洪水搬运，形成泥石流。这两种类型的泥石流都需要较强的降雨强度形成较大流量洪水，侵蚀搬运沟床固体物源。但是由于温度升高造成的上游冰雪融化形成的流域洪水往往持续时间较长，但流量较小，很难像西部一般的泥石流一样，直接由洪水侵蚀搬运沟道固体物源形成泥石流。
[0065]
在我国冰水泥石流的发生地点以西藏和新疆为主，这些地区的冰水泥石流流域的沟道坡度较大。冰水泥石流的形成机理为：上游冰雪融化形成的流域洪水在沟道内局部水位抬升，当水位抬升较高时，造成局部松散固体物源饱水失稳，并造成失稳区域上游侵蚀，下游冲刷，最后形成冰水泥石流。松散固体物源饱水失稳所需要的坡度远小于松散颗粒的休止角。因此沟道坡度过小，不能达到松散固体物源饱水失稳所需要的最小坡度，冰水泥石流很难发生。如果坡度过大，上游冰雪融化形成的洪水流动过快，水位难以抬升，也很难形成冰水泥石流。而形成这种松散固体物源饱水失稳的最小坡度就是17度。
[0066]
在冰川消融期中，由于短时间内冰川冰自身产生的融水量较少，难以形成起动泥石流所需要的较大流量，所以单纯依靠短时间内冰川融水来激发泥石流较为困难。当冰川表面接受太阳辐射产生后，产生的融水沿冰川内的垂直裂隙下渗至冰川内部，冰川内部存在尚未贯通的裂隙，如图2中的a通道，所以上层产生的融水会储存在冰川内部的裂隙中。但是贯通的裂隙无法储存融水，如图2中的b通道。当冰川内部储存的融水达到一定量时，冰川内部未打通的裂隙将会贯通，其中储存的融水将会在短时间内大量释放，为冰水泥石流的起动提供充足的水源。
[0067]
在冰川消融期初期冰水泥石流发生时，由于冰川内部不存在已经贯通的裂隙，表层冰川产生的融水绝大部分都进入到未贯通的裂隙中；当温度上升到一定条件，储存在冰川未打通裂隙的融水突然释放，提供足够的水流，起动沟床固体物质形成冰水泥石流。随着冰川消融的持续进行，到了后期冰水泥石流发生时，表层冰川产生的融水大部分进入，从而能够顺利将融水排出到已打通裂隙中，只有少部分进入能够储存融水的未打通裂隙中，所以对于后期冰水泥石流而言，还需要更高的气温来增加短时融水量，使得融水进入未打通的裂隙中，才有可能使总融水量再次达到能够激发冰水泥石流的水平。所以冰川消融期前期冰水泥石流与冰川消融期后期冰水泥石流有所不同。
[0068]
本发明通过对比研究西藏和新疆公路沿线泥石流的发育与分布特征，研究得出以冰水泥石流流域中下游沟道坡度为依据的冰水泥石流沟道地形条件。从冰水泥石流的形成
机理出发，考虑了地形因素中的坡度这个重要因素的作用，体现出影响冰水泥石流形成的决定因素及其重要性。同时，考虑不同区域的差别，考虑了当地多年平均积温t
p
，前7日积温和t7，当日日均温度t0和当年冰川消融期有效正积温ty，共同组成了冰水泥石流的温度因子t。最终，再结合冰水泥石流流域的地形因子r与冰水泥石流的温度因子t，组成了冰水泥石流在冰川消融期初期的冰水泥石流预警模型。
[0069]
本发明的有益效果主要表现在以下方面：
[0070]
1、本发明，“a、通过谷歌地球或现场测量，确定冰水泥石流的基本地形数据，包括冰川面积a、冰水泥石流形成区纵坡降为17度处的沟床平均宽度w和测量冰川区的坡向θ；b、由当地气象站或监测站点获得当地多年平均积温t
p
、前7日积温和t7、当日日均温度t0和当年冰川消融期有效正积温ty，其中当年冰川消融期有效正积温ty的计算时间段为积雪消融完毕的那一日为积温统计的起始日，到冰水泥石流发生时为止；c、通过式1-式4计算积雪消融完毕日；d、计算得出积雪消融完毕日后，则进入冰川消融期，通过式5计算冰水泥石流流域的地形因子r；e、通过式7计算冰水泥石流的温度因子t；f、通过式8计算冰水泥石流的发生指标l；g、通过冰水泥石流的发生指标l判断冰川消融期初期冰水泥石流的发生”，作为一个完整的技术方案，较现有技术而言，针对导致冰水泥石流形成的地形条件及温度条件进行内在机理的深入研究，并作出综合判断，建立冰川消融期初期冰水泥石流预警模型，确定冰水泥石流的预警划分级别，能够对冰水泥石流的发生作出准确判断。
[0071]
2、本发明，充分考虑冰川消融期冰川融化特征，给出了冰川消融期初期冰水泥石流发生的判断模型，适用性强。
[0072]
3、本发明，以冰水泥石流的坡向因子x、冰川面积a和冰水泥石流形成区纵坡降为17度处的沟床平均宽度w来计算冰水泥石流流域的地形因子r，为冰水泥石流发生的地形条件提供了基本特征，进一步提高了冰水泥石流预警的准确性。
[0073]
4、本发明，以当地气象站或监测站点获得当地多年平均积温t
p
、前7日积温和t7、当日日均温度t0和当年冰川消融期有效正积温ty这些因素，计算冰水泥石流的温度因子t，为冰水泥石流发生的温度条件提供了基本特征，进一步保障了冰水泥石流预警的准确性。
[0074]
5、本发明，将冰水泥石流的地形条件与温度条件有机结合起来，充分考虑地形与温度在冰水泥石流形成中的作用，使得冰水泥石流的预警判断更加合理，更加准确。
[0075]
6、本发明，适用于冰川及积雪区以下堆积区以上的形成区的沟床坡度有17度以上的沟道的冰水泥石流预警，冰水泥石流预警方法简单，易于执行。
附图说明
[0076]
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的具体说明：
[0077]
图1为本发明北半球冰水泥石流的冰川坡向示意图；
[0078]
图2为本发明冰川消融内部产生裂隙示意图。
具体实施方式
[0079]
实施例1
[0080]
参见图1，一种冰川消融期初期冰水泥石流的预警方法，包括以下步骤：
[0081]
a、通过谷歌地球或现场测量，确定冰水泥石流的基本地形数据，包括冰川面积a、
冰水泥石流形成区纵坡降为17度处的沟床平均宽度w和测量冰川区的坡向θ；
[0082]
b、由当地气象站或监测站点获得当地多年平均积温t
p
、前7日积温和t7、当日日均温度t0和当年冰川消融期有效正积温ty，其中当年冰川消融期有效正积温ty的计算时间段为积雪消融完毕的那一日为积温统计的起始日，到冰水泥石流发生时为止；
[0083]
c、通过式1-式4计算积雪消融完毕日；
[0084]as
＝ddf*pdd
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式1
[0085]
式中：
[0086]as
——某日内积雪消融水当量，mm w.e.；
[0087]
ddf——积雪的度日因子，mm*d-1
*℃-1
；
[0088]
pdd——某日内的正积温，℃，通过式2计算；
[0089][0090]
式中：
[0091]ht
——逻辑变量，取0或1，在目标点位日均气温不低于0℃时，逻辑变量取1，相反，若目标点位日均气温小于0℃，逻辑变量取0；
[0092]
t
t
——目标点位日均温，℃；
[0093]
通过式3计算目标点位积雪积累量c；
[0094][0095]
式中：
[0096]
c——目标点位积雪积累量，mm；
[0097]
ps——计算时间范围内固态降水量，mm；
[0098]
p——计算时间范围内降水总量，mm；
[0099]
t
l
——液态降水临界气温，取2℃；
[0100]
t
t
——目标点位日均温，℃；
[0101]
ts——固态降水临界气温，取0℃；
[0102]
计算积雪消融水当量as的逐日累积总量与目标点位积雪积累量c的关系，当积雪消融水当量as的逐日累积总量与目标点位积雪积累量c相等时，满足式4时，积雪消融完毕；
[0103][0104]
式中：
[0105]asn
——由度日模型计算出的第n天的积雪消融水当量as，n＝1，2，3，
…
，b；
[0106]
b——积雪消融完毕日的正温天数；
[0107]
d、计算得出积雪消融完毕日后，则进入冰川消融期，通过式5计算冰水泥石流流域的地形因子r；
[0108]
r＝x+0.65lg(a/w2)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式5
[0109]
式中：
[0110]
r——冰水泥石流流域的地形因子；
[0111]
x——冰水泥石流的坡向因子，通过式6计算；
[0112]
a——冰川面积，m2；
[0113]
w——冰水泥石流形成区纵坡降为17度处的沟床平均宽度，m；
[0114]
x＝sin(θ/2)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式6
[0115]
式中：
[0116]
θ——冰水泥石流的冰川坡向，度，0
°
＜θ≤360
°
；
[0117]
e、通过式7计算冰水泥石流的温度因子t；
[0118]
t＝(t0+0.27t7+1.48ty)/t
p
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式7
[0119]
式中：
[0120]
t——冰水泥石流的温度因子；
[0121]
t0——当日日均温度，度；
[0122]
t7——前7日积温和，度；
[0123]
ty——当年冰川消融期有效正积温，度；
[0124]
t
p
——当地多年平均积温，度；
[0125]
f、通过式8计算冰水泥石流的发生指标l；
[0126]
l＝rt
0.17
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式8
[0127]
式中：l——冰水泥石流的发生指标；
[0128]
g、通过冰水泥石流的发生指标l判断冰川消融期初期冰水泥石流的发生：
[0129]
当l＜3.18时，冰水泥石流发生的可能性小；当3.23＞l≥3.18时，冰水泥石流发生的可能性中等；当l≥3.23时，冰水泥石流发生的可能性大。
[0130]
本实施例为最基本的实施方式，针对导致冰水泥石流形成的地形条件及温度条件进行内在机理的深入研究，并作出综合判断，建立冰川消融期初期冰水泥石流预警模型，确定冰水泥石流的预警划分级别，能够对冰水泥石流的发生作出准确判断。
[0131]
实施例2
[0132]
参见图1，一种冰川消融期初期冰水泥石流的预警方法，包括以下步骤：
[0133]
a、通过谷歌地球或现场测量，确定冰水泥石流的基本地形数据，包括冰川面积a、冰水泥石流形成区纵坡降为17度处的沟床平均宽度w和测量冰川区的坡向θ；
[0134]
b、由当地气象站或监测站点获得当地多年平均积温t
p
、前7日积温和t7、当日日均温度t0和当年冰川消融期有效正积温ty，其中当年冰川消融期有效正积温ty的计算时间段为积雪消融完毕的那一日为积温统计的起始日，到冰水泥石流发生时为止；
[0135]
c、通过式1-式4计算积雪消融完毕日；
[0136]as
＝ddf*pdd
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式1
[0137]
式中：
[0138]as
——某日内积雪消融水当量，mm w.e.；
[0139]
ddf——积雪的度日因子，mm*d-1
*℃-1
；
[0140]
pdd——某日内的正积温，℃，通过式2计算；
[0141][0142]
式中：
[0143]ht
——逻辑变量，取0或1，在目标点位日均气温不低于0℃时，逻辑变量取1，相反，若目标点位日均气温小于0℃，逻辑变量取0；
[0144]
t
t
——目标点位日均温，℃；
[0145]
通过式3计算目标点位积雪积累量c；
[0146][0147]
式中：
[0148]
c——目标点位积雪积累量，mm；
[0149]
ps——计算时间范围内固态降水量，mm；
[0150]
p——计算时间范围内降水总量，mm；
[0151]
t
l
——液态降水临界气温，取2℃；
[0152]
t
t
——目标点位日均温，℃；
[0153]
ts——固态降水临界气温，取0℃；
[0154]
计算积雪消融水当量as的逐日累积总量与目标点位积雪积累量c的关系，当积雪消融水当量as的逐日累积总量与目标点位积雪积累量c相等时，满足式4时，积雪消融完毕；
[0155][0156]
式中：
[0157]asn
——由度日模型计算出的第n天的积雪消融水当量as，n＝1，2，3，
…
，b；
[0158]
b——积雪消融完毕日的正温天数；
[0159]
d、计算得出积雪消融完毕日后，则进入冰川消融期，通过式5计算冰水泥石流流域的地形因子r；
[0160]
r＝x+0.65lg(a/w2)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式5
[0161]
式中：
[0162]
r——冰水泥石流流域的地形因子；
[0163]
x——冰水泥石流的坡向因子，通过式6计算；
[0164]
a——冰川面积，m2；
[0165]
w——冰水泥石流形成区纵坡降为17度处的沟床平均宽度，m；
[0166]
x＝sin(θ/2)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式6
[0167]
式中：
[0168]
θ——冰水泥石流的冰川坡向，度，0
°
＜θ≤360
°
；
[0169]
e、通过式7计算冰水泥石流的温度因子t；
[0170]
t＝(t0+0.27t7+1.48ty)/t
p
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式7
[0171]
式中：
[0172]
t——冰水泥石流的温度因子；
[0173]
t0——当日日均温度，度；
[0174]
t7——前7日积温和，度；
[0175]
ty——当年冰川消融期有效正积温，度；
[0176]
t
p
——当地多年平均积温，度；
[0177]
f、通过式8计算冰水泥石流的发生指标l；
[0178]
l＝rt
0.17
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式8
[0179]
式中：l——冰水泥石流的发生指标；
[0180]
g、通过冰水泥石流的发生指标l判断冰川消融期初期冰水泥石流的发生：
[0181]
当l＜3.18时，冰水泥石流发生的可能性小；当3.23＞l≥3.18时，冰水泥石流发生的可能性中等；当l≥3.23时，冰水泥石流发生的可能性大。
[0182]
所述步骤a中，冰水泥石流形成区具体是指冰水泥石流流域的中下游沟道。
[0183]
本实施例为较佳实施方式，充分考虑冰川消融期冰川融化特征，给出了冰川消融期初期冰水泥石流发生的判断模型，适用性强。
[0184]
以冰水泥石流的坡向因子x、冰川面积a和冰水泥石流形成区纵坡降为17度处的沟床平均宽度w来计算冰水泥石流流域的地形因子r，为冰水泥石流发生的地形条件提供了基本特征，进一步提高了冰水泥石流预警的准确性。
[0185]
实施例3
[0186]
参见图1，一种冰川消融期初期冰水泥石流的预警方法，包括以下步骤：
[0187]
a、通过谷歌地球或现场测量，确定冰水泥石流的基本地形数据，包括冰川面积a、冰水泥石流形成区纵坡降为17度处的沟床平均宽度w和测量冰川区的坡向θ；
[0188]
b、由当地气象站或监测站点获得当地多年平均积温t
p
、前7日积温和t7、当日日均温度t0和当年冰川消融期有效正积温ty，其中当年冰川消融期有效正积温ty的计算时间段为积雪消融完毕的那一日为积温统计的起始日，到冰水泥石流发生时为止；
[0189]
c、通过式1-式4计算积雪消融完毕日；
[0190]as
＝ddf*pdd
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式1
[0191]
式中：
[0192]as
——某日内积雪消融水当量，mm w.e.；
[0193]
ddf——积雪的度日因子，mm*d-1
*℃-1
；
[0194]
pdd——某日内的正积温，℃，通过式2计算；
[0195][0196]
式中：
[0197]ht
——逻辑变量，取0或1，在目标点位日均气温不低于0℃时，逻辑变量取1，相反，若目标点位日均气温小于0℃，逻辑变量取0；
[0198]
t
t
——目标点位日均温，℃；
[0199]
通过式3计算目标点位积雪积累量c；
[0200][0201]
式中：
[0202]
c——目标点位积雪积累量，mm；
[0203]
ps——计算时间范围内固态降水量，mm；
[0204]
p——计算时间范围内降水总量，mm；
[0205]
t
l
——液态降水临界气温，取2℃；
[0206]
t
t
——目标点位日均温，℃；
[0207]
ts——固态降水临界气温，取0℃；
[0208]
计算积雪消融水当量as的逐日累积总量与目标点位积雪积累量c的关系，当积雪消融水当量as的逐日累积总量与目标点位积雪积累量c相等时，满足式4时，积雪消融完毕；
[0209][0210]
式中：
[0211]asn
——由度日模型计算出的第n天的积雪消融水当量as，n＝1，2，3，
…
，b；
[0212]
b——积雪消融完毕日的正温天数；
[0213]
d、计算得出积雪消融完毕日后，则进入冰川消融期，通过式5计算冰水泥石流流域的地形因子r；
[0214]
r＝x+0.65lg(a/w2)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式5
[0215]
式中：
[0216]
r——冰水泥石流流域的地形因子；
[0217]
x——冰水泥石流的坡向因子，通过式6计算；
[0218]
a——冰川面积，m2；
[0219]
w——冰水泥石流形成区纵坡降为17度处的沟床平均宽度，m；
[0220]
x＝sin(θ/2)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式6
[0221]
式中：
[0222]
θ——冰水泥石流的冰川坡向，度，0
°
＜θ≤360
°
；
[0223]
e、通过式7计算冰水泥石流的温度因子t；
[0224]
t＝(t0+0.27t7+1.48ty)/t
p
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式7
[0225]
式中：
[0226]
t——冰水泥石流的温度因子；
[0227]
t0——当日日均温度，度；
[0228]
t7——前7日积温和，度；
[0229]
ty——当年冰川消融期有效正积温，度；
[0230]
t
p
——当地多年平均积温，度；
[0231]
f、通过式8计算冰水泥石流的发生指标l；
[0232]
l＝rt
0.17
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式8
[0233]
式中：l——冰水泥石流的发生指标；
[0234]
g、通过冰水泥石流的发生指标l判断冰川消融期初期冰水泥石流的发生：
[0235]
当l＜3.18时，冰水泥石流发生的可能性小；当3.23＞l≥3.18时，冰水泥石流发生的可能性中等；当l≥3.23时，冰水泥石流发生的可能性大。
[0236]
所述步骤a中，冰水泥石流形成区具体是指冰水泥石流流域的中下游沟道。
[0237]
所述步骤g中，冰水泥石流流域若有主沟及至少一条支沟时，则以最大的l值为发生指标判断冰水泥石流发生的可能性。
[0238]
本实施例为最佳实施方式，以当地气象站或监测站点获得当地多年平均积温t
p
、前7日积温和t7、当日日均温度t0和当年冰川消融期有效正积温ty这些因素，计算冰水泥石流的温度因子t，为冰水泥石流发生的温度条件提供了基本特征，进一步保障了冰水泥石流预警的准确性。
[0239]
将冰水泥石流的地形条件与温度条件有机结合起来，充分考虑地形与温度在冰水泥石流形成中的作用，使得冰水泥石流的预警判断更加合理，更加准确。
[0240]
适用于冰川及积雪区以下堆积区以上的形成区的沟床坡度有17度以上的沟道的冰水泥石流预警，冰水泥石流预警方法简单，易于执行。
[0241]
下面以新疆天山公路对本发明进行说明：
[0242]
新疆天山公路g217，位于我国西北部的天山山脉和昆仑山脉：g217“独山子——库车”，亦称独库公路段是一条南北疆的重要交通要道。独库公路北起准格尔盆地西南边缘的石油重地——克拉玛依市独山子区，南迄于天山山脉南麓阿克苏市库车县，由北向南横跨整个天山山脉，其2/3左右的里程穿越海拔2000m以上的寒冻山区，全线穿过4次高山区，途径天山5条较大的河流。根据调查，泥石流在天山公路全线均有分布，但主要集中在北段和南段。天山公路全线各类泥石流共有231处，包括坡面泥石流和沟谷泥石流，其中北段有53处，中段有3处，南段有178处，其中，对公路危胁较严重的泥石流有89处，对公路构成毁灭性威胁重大的泥石流共有12处，其中10处位于北段，主要分布于k629-k660之间。
[0243]
在g217公路k629-k660段的泥石流沟中，以k636泥石流沟的冰水泥石流灾害最为严重，在20世纪70年代对g217公路沿线进行勘测时，将k636这条最大泥石流沟误认为是不活跃的泥石流沟，未作防灾工程处理。但是随着近年来全球气温的普遍升高，研究区内的冰雪层消融进一步加剧，在夏季高温时，流域内冰雪融水量开始增大，导致g217公路k636冰水泥石流沟爆发频繁，严重影响了公路畅通。从1984年至今，k636沟由于高温引发的冰川消融期初期冰水泥石流共发生8次。
[0244]
以g217公路k636泥石流沟发生冰川消融期初期泥石流的日期，以及k636泥石流沟和周围泥石流中，未发生冰川消融期初期泥石流且气温较高的日期为例，对冰水泥石流进行预警判断。
[0245]
表1为g217公路k636泥石流沟及周围泥石流沟道中，高温条件下冰水泥石流的36个案例的参数及相应的冰水泥石流的发生指标l，以及泥石流的实际发生情况。由于所选泥石流沟道距离较近，所以当地多年平均积温t
p
采用相同值，取14.13℃。
[0246]
表1
[0247]
[0248][0249]
根据冰水泥石流的发生指标l：
[0250]
当l＜3.18时，冰水泥石流发生的可能性小；当3.23＞l≥3.18时，冰水泥石流发生的可能性中等；当l≥3.23时，冰水泥石流发生的可能性大。
[0251]
通过表1中冰水泥石流的发生指标l值计算结果结合实际发生情况显示：判断冰水泥石流发生可能性大的有3个，实际发生冰水泥石流；判断冰水泥石流发生可能性中等的有7个，实际5个发生冰水泥石流，2个未发生冰水泥石流；判断冰水泥石流发生可能性小的有26个，实际都未发生冰水泥石流。
[0252]
综上所述，应用本发明所述方法对冰川消融期初期冰水泥石流的预警判断较为准确。

技术特征：

1.一种冰川消融期初期冰水泥石流的预警方法，其特征在于，包括以下步骤：a、通过谷歌地球或现场测量，确定冰水泥石流的基本地形数据，包括冰川面积a、冰水泥石流形成区纵坡降为17度处的沟床平均宽度w和测量冰川区的坡向θ；b、由当地气象站或监测站点获得当地多年平均积温t
p
、前7日积温和t7、当日日均温度t0和当年冰川消融期有效正积温t
y
，其中当年冰川消融期有效正积温t
y
的计算时间段为积雪消融完毕的那一日为积温统计的起始日，到冰水泥石流发生时为止；c、通过式1-式4计算积雪消融完毕日；a
s
＝ddf*pdd
ꢀꢀꢀꢀ
式1式中：a
s
——某日内积雪消融水当量，mm w.e.；ddf——积雪的度日因子，mm*d-1
*℃-1
；pdd——某日内的正积温，℃，通过式2计算；式中：h
t
——逻辑变量，取0或1，在目标点位日均气温不低于0℃时，逻辑变量取1，相反，若目标点位日均气温小于0℃，逻辑变量取0；t
t
——目标点位日均温，℃；通过式3计算目标点位积雪积累量c；式中：c——目标点位积雪积累量，mm；p
s
——计算时间范围内固态降水量，mm；p——计算时间范围内降水总量，mm；t
l
——液态降水临界气温，取2℃；t
t
——目标点位日均温，℃；t
s
——固态降水临界气温，取0℃；计算积雪消融水当量a
s
的逐日累积总量与目标点位积雪积累量c的关系，当积雪消融水当量a
s
的逐日累积总量与目标点位积雪积累量c相等时，满足式4时，积雪消融完毕；式中：a
sn
——由度日模型计算出的第n天的积雪消融水当量a
s
，n＝1，2，3，
…
，b；b——积雪消融完毕日的正温天数；
d、计算得出积雪消融完毕日后，则进入冰川消融期，通过式5计算冰水泥石流流域的地形因子r；r＝x+0.65lg(a/w2)
ꢀꢀꢀꢀ
式5式中：r——冰水泥石流流域的地形因子；x——冰水泥石流的坡向因子，通过式6计算；a——冰川面积，m2；w——冰水泥石流形成区纵坡降为17度处的沟床平均宽度，m；x＝sin(θ/2)
ꢀꢀꢀꢀ
式6式中：θ——冰水泥石流的冰川坡向，度，0
°
＜θ≤360
°
；e、通过式7计算冰水泥石流的温度因子t；t＝(t0+0.27t7+1.48t
y
)/t
p
ꢀꢀꢀꢀ
式7式中：t——冰水泥石流的温度因子；t0——当日日均温度，度；t7——前7日积温和，度；t
y
——当年冰川消融期有效正积温，度；t
p
——当地多年平均积温，度；f、通过式8计算冰水泥石流的发生指标l；l＝rt
0.17
ꢀꢀꢀꢀ
式8式中：l——冰水泥石流的发生指标；g、通过冰水泥石流的发生指标l判断冰川消融期初期冰水泥石流的发生：当l＜3.18时，冰水泥石流发生的可能性小；当3.23＞l≥3.18时，冰水泥石流发生的可能性中等；当l≥3.23时，冰水泥石流发生的可能性大。2.根据权利要求1所述的一种冰川消融期初期冰水泥石流的预警方法，其特征在于：所述步骤a中，冰水泥石流形成区具体是指冰水泥石流流域的中下游沟道。3.根据权利要求1所述的一种冰川消融期初期冰水泥石流的预警方法，其特征在于：所述步骤g中，冰水泥石流流域若有主沟及至少一条支沟时，则以最大的l值为发生指标判断冰水泥石流发生的可能性。4.根据权利要求1所述的一种冰川消融期初期冰水泥石流的预警方法，其特征在于：适用于冰川及积雪区以下堆积区以上的形成区的沟床坡度有17度以上的沟道的冰水泥石流预警。

技术总结

本发明公开了一种冰川消融期初期冰水泥石流的预警方法，属于泥石流防治工程技术领域，其特征在于，包括以下步骤：a、确定冰水泥石流的基本地形数据；b、由当地气象站或监测站点获得当地多年平均积温T

技术研发人员：

余斌 马啸宇 王有林 李树武 李为乐 杨贤 曹钧恒 包健

受保护的技术使用者：

中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司

技术研发日：

2022.06.14

技术公布日：

2022/9/19