论文部分内容阅读
小流域具有面积小、沟谷长度短和汇流速度快等特点,降雨径流反应迅速,短历时高强度降雨在较短时间内就会使沟谷产生超强的水动力条件,诱发泥石流灾害。尤其是我国东南沿海地区,经常受台风暴雨影响,常常在许多小流域同时出现泥石流灾害。针对小流域泥石流灾害的特点,依托典型小流域的降雨量、径流量监测,探究不同降雨过程条件下径流量的变化规律,提出泥石流启动降雨阈值预测模型,创建泥石流防治的虹吸分流新方法。研究取得的主要进展如下:(1)选择小流域开展了降雨径流量监测,监测结果显示径流量曲线波动趋势与降雨量分布基本一致,降雨特征决定了径流产生能力。选取降雨量P、平均雨强IAVE、最大30min雨强I30、最大10min雨强I10、初始径流量Q初,降雨历时D作为降雨特征参数进行研究。利用灰色关联分析法求解降雨特征对径流产生能力的影响系数,计算结果显示平均最大30 min雨强I30对径流产生能力贡献最大。(2)降雨特征值与径流产生能力存在较强的非线性关系,以降雨量P、平均雨强IAVE、最大30 min雨强I30、最大10 min雨强I10、初始径流量Q初作为模型输入因子,运用移动最小二乘(MLS)模型,遗传神经网络(GABP)模型以及遗传支持向量机(GASVM)模型对径流变化系数进行预测,计算结果显示MLS模型预测精度最高,可以对径流产生能力进行预测。同时利用NAM水文模型计算沟谷径流量,计算结果显示NAM水文模型可以用于小流域沟谷径流量的预测。(3)考虑泥石流形成区下垫层对泥石流形成的影响,提出基于临界流量和基于临界流深的泥石流启动降雨阈值预测模型。两种模型都判定研究区小流域在两年重现期降雨条件下发生泥石流,判定结果与实际情况相符。对比两种预测模型,基于临界流深的泥石流启动降雨阈值模型不仅可以判断泥石流的发生,还可判断泥石流的发生强度以及范围。(4)提出了MLS泥石流平均流速预测模型,预测模型根据影响因素数值所在范围不同而应用不同的映射拟合函数,且通过若干个公式分段表达泥石流流速,并引入紧支概念捕捉影响因素数值的微小变化,从而获得了更高的预测精度。(5)创建了泥石流防治的虹吸分流新方法,修筑了虹吸分流泥石流防治试验工程。监测数据表明:虹吸分流技术可将沟谷内大部分洪水进行分离。经FL0-2D模型计算可知经分流作用后,下游形成区沟谷的最大径流深度明显减少,抑制了泥石流的发生。