数值分析在泥石流监测方面的实际运用

数值分析在泥石流监测方面的实际运用

张忠原

重庆交通大学河海学院 重庆 400074

摘要：泥石流是一种常见的山地灾害，具有难以预测、活动频繁、破坏规模大等特点。近年来，由于人类的破坏，导致异常气候引起的自然灾害日益增加，泥石流地质灾害爆发也日益频繁。泥石流是对该地区人员、财产造成重大损失的地质灾害。因此对于泥石流地质灾害的监测与评估受到众多学者的关注与重视。针对泥石流监测技术研究，我国在上个世纪六十年代对泥石流进行观测分析；在上个世纪八十年代，泥石流自动采样系统的研发使泥石流的监测更加专业化；在本世纪初，建立了半自动化的监测站，为泥石流的研究提供大量数据支撑。监测站监测的数据可能会因为各种外部原因或者是内部原因产生一定的误差，由此可见对于数据处理这一步骤十分重要，运用数值分析对数据进行处理减少误差对泥石流监测结果的影响。关键词：泥石流；数值分析；监测；地震

0引言

泥石流是一种常见的山地灾害，具有难以预测、活动频繁、破坏规模大等特点。对于一个地区的经济、人员、基础设施的损毁是非常严重的[1]。近年来，由于人类对大自然的无限索取破坏，导致异常气候引起的自然灾害日益增加，泥石流地质灾害爆发也日益频繁。舟曲泥石流造成上千人遇难，严重损坏道路、桥梁、电力、网络等基础设施造成直接经济损失数百亿元[2]。泥石流是对该地区人员、财产造成重大损失的地质灾害。因此对于泥石流地质灾害的监测与评估受到众多学者的关注与重视。针对泥石流监测技术研究，我国在上个世纪六十年代对泥石流进行观测分析；在上个世纪八十年代，泥石流自动采样系统的研发使泥石流的监测更加专业化；在本世纪初，建立了半自动化的监测站，为泥石流的研究提供大量数据支撑[3]。监测站监测的数据可能会因为各种外部原因或者是内部原因产生一定的误差，由此可见对于数据处理这一步骤十分重要，运用数值分析对数据进行处理减少误差对泥石流监测结果的影响。

1泥石流形成条件

1.1地形地貌

中国地形复杂，多高山丘陵地带，山区面积广，地势东高西低，为泥石流爆发提供良好的地形地貌条件。汶川位于青藏高原向川西盆地过渡地带，位于岷山、龙门山、邛崃山之间。山高坡陡、地质条件脆弱、植被覆盖率低，地势西北高、东南低，属于高山峡谷地貌[4-5]。区域内主要是板岩、千枚岩、灰岩等岩石易于破碎。

1.2地质条件

汶川地区位于青藏高原与川西平原的交界地带，龙门山断裂带东北与秦岭南端相接西南与四川盆地相接，该断裂带活动明显，导致汶川地区岩石地质构造运动激烈沟壑纵横，河谷切割明显，地质构造复杂多褶皱、地形普遍高陡岩石风化严重多破碎岩石[6]。

1.3气候条件

汶川位于四川盆地与青藏高原的交界地带属于亚热带高山气候，降雨垂直分布明显。降雨空间分布不均匀，南部地区降雨量多，北部地区降雨量少。降雨量时间分布不均匀，年降雨量1400mm左右，其中降雨量多集中于夏季，占全年降雨量80%，为泥石流爆发提供充足的水源。汶川泥石流的形成与降雨息息相关，连续下雨使松散的固体物质抗滑力减小，最终触发泥石流爆发的阈值[7]。

1.4地震因素

泥石流主要集中在大断裂发育的河流沟谷两侧，地震后，这些地区最易爆发泥石流。汶川断裂带受地震影响，地质结构不稳定，地表破坏强烈，由于受到2008年汶川地震的影响，由于地震的影响引起大量岩体松动，将上部大量岩石震碎，滑坡到中部位置，积累大量松散固体物质，形成大量的崩塌滑坡为该地区泥石流的爆发提供了丰富的松散物质[8]。

2数值分析与监测系统

数值分析是关于连续问题研究的计算机算法科学，主要是解决抽象的模型问题，将问题离散化进而得到近似解。由于数值分析的稳定性、准确性与计算快捷性，使得其在各个领域都得到广泛使用，例如，天气预报利用数值分析进行降雨预测、太空船利用数值分析进行轨道预测、汽车公司利用数值分析进行预测汽车相撞时的安全性。对于汶川地区泥石流监测要素主要包括：固体物质、水文条件、动态要素、动力要素、物质组成等。由于该地区降雨量大，并且降雨时空不均匀降雨量多集中于夏季，频繁发生暴雨，由此对于降雨量的监测十分有必要。泥石流监测系统是在泥石流发生前对流域内降雨量、水位、松散物质等重要因素进行监测，利用次声波测定仪来获取泥石流爆发时产生的次声波；在流域附近安置视频装置，利用视频装置对该流域进行实时观测，获得该流域的动态信息[9]。采用小概率事件判别法、端值判别法对异常数据处理；利用最小二乘法、三点线性滑动平滑法对波动数据进行平滑处理，以此来消除在泥石流检测过程中受到各种因素对监测结果准确性的影响[10]。当处理之后的数据达到当地设定的限值，则应通知政府进行人员、财产转移以获得最小损失。

3总结

（1）泥石流爆发的主要因素有降雨、大量的松散固体物质、具有一定坡度的地形。2008年以后汶川地区泥石流是典型的地震后引起的一系列诱发地质灾害，地震流域堆积有大量的松散固体物

质，同时汶川的降雨量集中，这些物质在暴雨条件下转变为地震性泥石流，泥石流的爆发频率非常高，因此对于汶川地区泥石流的监测很有必要，以减少人员、财产的损失。

（2）汶川地区降雨量集中，由于2008年地震影响有大量的松散物质。针对该地区的降雨量、松散物质特点合理布置了监测仪，监测该区域的泥石流发生情况。

（3）对于监测数据的处理，主要是通过数值分析中的拉格朗日插值、三次样条插值法、最小二乘法等一些方法对数据进行处理，为该流域的监测提供保障。

参考文献(References)：

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[3]冯帅,吴红刚,陈小云.长达坂沟泥石流桩板墙拦挡结构极限抗冲压数值分析[J].科学技术与工程,2017,17(31):322-327.

[4]张永双,成余粮,姚鑫,王军,吴树仁,王猛.四川汶川地震-滑坡-泥石流灾害链形成演化过程[J].地质通报,2013,32(12):1900-1910.

[5]余斌,谢洪,王士革,章书成,鲁科,韩林.汶川县泥石流沟在汶川“5.12”地震后的活动趋势[J].自然灾害学

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[6]杨成林,陈宁生,李战鲁.汶川地震次生泥石流形成模式与机理[J].自然灾害学报,2011,20(03):31-37.

[7]张惠惠,马煜,张健楠,李丽,余斌.汶川强震区都江堰虹口小沟地震泥石流灾害调查研究[J].成都理工大学学报(自然科学

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[8]铁永波,唐川.四川省北川县暴雨泥石流的发育与汶川地震的响应特征[J].灾害学,2011,26(04):73-75+81.

[9]赵星,李龙,李禹霏,刘韬.泥石流自动化监测预警技术的应用——以贵州省望谟县望谟河泥石流为例[J].工程地质学

报,2014,22(03):443-449.DOI:10.13544/j.cnki.jeg.2014.03.013.

[10]林小雨,江岳文,温步瀛.基于逼近和牛顿插值法的最佳风电接纳水平确定[J].电力系统保护与控制,2015,43(18):12-17.