山区小流域暴雨山洪灾害分区预警研究 被引量：25

1

作者 王协康 杨坡 +1 位作者 孙桐 许泽星 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期29-38,共10页

受水沙耦合致灾作用,暴雨山洪灾害一般表现为山洪洪水灾害、山洪水沙灾害及山洪泥石流灾害3种模式,不同灾害模式的成灾特点、灾害规模、致灾指标及阈值常存在显著差异。传统暴雨山洪灾害防治预警技术的研究思路主要以“雨量-径流-成灾... 受水沙耦合致灾作用,暴雨山洪灾害一般表现为山洪洪水灾害、山洪水沙灾害及山洪泥石流灾害3种模式,不同灾害模式的成灾特点、灾害规模、致灾指标及阈值常存在显著差异。传统暴雨山洪灾害防治预警技术的研究思路主要以“雨量-径流-成灾水位”雨水情分析为主,缺乏“雨-水-沙”变化系统研究,未充分考虑洪水泥沙耦合作用下山洪灾害易发区的成灾特征,尤其是超量泥沙补给造成的“沟床淤积-水位陡增”型山洪灾害极易漏警。结合金沙江支流中都河小流域和岷江支流白沙河小流域山洪灾害实地调查及分析,初步表明流域内山体滑坡形成的松散体是流域水沙运动的重要泥沙补给源,从而极易诱发暴雨山洪水沙灾害和山洪泥石流灾害。采用TRIGRS模型分析中都河小流域和白沙河小流域的滑坡易发性,将滑坡低风险区划为暴雨山洪洪水灾害预警区,对具有丰富固体物源的滑坡中、高风险区,根据陡缓衔接河段泥沙易灾区判别法划分为山洪水沙灾害和山洪泥石流灾害预警区。结合4种暴雨山洪洪水灾害预警方法,即洪水水位陡涨率判定法、实时累积雨量法、水位-流量反推法及简易雨量站广播预警法,分析中都河小流域典型暴雨山洪灾害预警区的预警指标,以基于河床冲淤变化的洪水位上涨率法确定白沙河小流域暴雨条件下山洪水沙灾害预警区的预警水位。结果表明:TRIGRS模型划分的滑坡风险区与中都河小流域和白沙河小流域滑坡、泥石流灾害调查较为吻合;中都河小流域滑坡风险较低,沿河村落均可划为山洪洪水灾害预警区;白沙河小流域下游滑坡风险较低的沿河村落可划为山洪洪水灾害区,中、上游为滑坡中、高风险区,其中,沟床陡缓坡衔接段划为山洪水沙灾害预警区,陡坡段划为山洪泥石流预警区。中都河小流域暴雨山洪灾害预警分析表明:水位-流量� 展开更多

关键词 山洪灾害 水沙耦合致灾 分区预警 预警指标

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机器学习在滑坡智能防灾减灾中的应用与发展趋势 被引量：22

2

作者 窦杰 向子林 +5 位作者 许强 郑鹏麟 王协康 苏爱军 刘军旗 罗万祺 《地球科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1657-1674,共18页

滑坡灾害易发频发、点多面广、隐蔽性强、危害严重.开展“天‒空‒地‒深”观测一体化的滑坡早期识别、易发性评价及预测预报,对于保障人民生命和财产安全,推进滑坡灾害防治能力现代化具有重要意义.目前,依靠人工解译的滑坡识别耗时耗力,... 滑坡灾害易发频发、点多面广、隐蔽性强、危害严重.开展“天‒空‒地‒深”观测一体化的滑坡早期识别、易发性评价及预测预报,对于保障人民生命和财产安全,推进滑坡灾害防治能力现代化具有重要意义.目前,依靠人工解译的滑坡识别耗时耗力,采用启发式模型的滑坡易发性评价不能较好地探明环境因子之间的非线性关系,基于传统监测数据的滑坡预测预报精度较低.机器学习算法凭借其强大的非线性处理能力及鲁棒性等优势,逐渐广泛应用于滑坡智能防灾减灾中.基于此,本研究系统阐述了机器学习在滑坡灾害早期识别、易发性评价及预测预报等方面的具体应用,综述了多种机器学习算法在上述3个领域中运用的优劣,最终对机器学习在滑坡灾害中未来的发展趋势进行了展望. 展开更多

关键词 滑坡灾害 可解释性机器学习 滑坡演化 知识-数据-机理三驱动 智能防灾减灾 激光雷达 工程地质.

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泥沙补给突变下的山洪灾害研究构想和成果展望 被引量：16

3

作者 王协康 刘兴年 周家文 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期1-10,共10页

全球山地面积占陆地面积的30%,每年有超过5 000人死于山洪灾害。中国山洪灾害防治区面积占陆地面积的48%,居住人口占全国人口的44.2%。2000年以来,中国每年约1 000人因山洪灾害死亡,山洪灾害死亡人数占洪涝灾害死亡人数的70%左右。山地... 全球山地面积占陆地面积的30%,每年有超过5 000人死于山洪灾害。中国山洪灾害防治区面积占陆地面积的48%,居住人口占全国人口的44.2%。2000年以来,中国每年约1 000人因山洪灾害死亡,山洪灾害死亡人数占洪涝灾害死亡人数的70%左右。山地区域地形险峻,地表破碎,表层风化层厚,局地暴雨频发,洪水陡涨猛落,沟床冲淤调整剧烈,山洪水沙运动耦合致灾突出。山洪灾害防治已成为中国工农业、能源、交通、国防安全等国家重大工程基础建设、区域社会经济发展和人民生命财产安全面临的突出难题,暴雨山洪灾害研究仍是中国当前防洪减灾工作的重点和难点。面对严峻的山洪水沙灾害风险形势,传统忽略泥沙运动影响的防灾理论与技术难以解决山洪水沙耦合致灾问题,无法满足目前重大山洪水沙灾害防治的实际需求,突出表现为泥沙补给突变对重大山洪灾害的成灾效应认识不够、山洪水沙运动耦合成灾区识别不清、山洪水沙灾害防治技术针对性不强、山洪水沙运动防灾减灾的区域联动性考虑不全等。因此,急需通过系统梳理暴雨山洪水沙运动规律,实现山洪水沙耦合成灾理论创新,提出重大山洪水沙灾害的源头治理和区域全面防范的有效措施,显著提高中国山洪水沙灾害防治技术水平,为保障国家重大工程安全和人民生命财产安全提供理论基础和技术支撑。长期以来的暴雨山洪灾害预报预警理论及防治技术研究多以降雨径流水位分析为主,以临界降雨/水位阈值条件为判据,较少涉及泥沙补给突变引发的沟床剧烈调整致灾机制,而大量的暴雨山洪灾害现场表明泥沙补给与洪水的耦合作用是重大山洪灾害的关键源动力。“泥沙补给突变下的山洪灾害研究”项目以山区暴雨山洪灾害现场调查与灾害试验反演模拟为基础,采用水文学、土力学、水力学及河流动力学� 展开更多

关键词 山区流域 暴雨洪水 泥沙补给 山洪灾害 成灾机理

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四川省甘洛县2019年群发性山洪泥石流灾害的形成机理 被引量：13

4

作者 李钰 甘滨蕊 +2 位作者 王协康 陈明亮 周家文 《水土保持通报》 CSCD 北大核心 2020年第6期281-287,共7页

[目的]对四川省甘洛县2019年群发性山洪泥石流灾害成因机理进行分析,为山区山洪泥石流灾害防控减灾提供参考。[方法]对2019年甘洛县山洪泥石流灾害开展现场调查,并结合相关影像和雨情数据等资料,对山洪泥石流灾害的影响因素以及形成机... [目的]对四川省甘洛县2019年群发性山洪泥石流灾害成因机理进行分析,为山区山洪泥石流灾害防控减灾提供参考。[方法]对2019年甘洛县山洪泥石流灾害开展现场调查,并结合相关影像和雨情数据等资料,对山洪泥石流灾害的影响因素以及形成机理进行分析。[结果] 2019年甘洛县山洪泥石流主要是由于短期强降雨所诱发的,加之区内有丰富的固体物源以及有利的地形地貌条件;山洪泥石流灾害是洪水与固体物质相互作用共同致灾的产物;山洪泥石流运动过程中受到地形以及一些工程设施的影响比较明显;同时山洪泥石流会挤压主河道甚至阻断河道,从而导致更大灾害。[结论]基于甘洛县山洪泥石流灾害的形成机理与致灾特征,应该以加强灾区生态修复与水土保持为本,采取工程防治与生态防治相结合的治灾措施。 展开更多

关键词 山洪泥石流 影响因素 形成机理 致灾模式 防控措施 甘洛县

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国内外免像控无人机航测软件在数字滑坡中的应用效果对比——以三峡库区黄土坡滑坡为例 被引量：1

5

作者 何雨健 窦杰 +3 位作者 王协康 付永虎 马豪 汪恒 《中国地质灾害与防治学报》 CSCD 2024年第5期160-173,共14页

滑坡灾害是中国最常见的地质灾害之一,高效、便捷和准确地实现数字滑坡是滑坡防灾减灾的关键环节。近年来,由于高效率和低成本等优势,免像控无人机航测技术已被逐渐应用于数字滑坡分析领域。文章探讨了基于免像控技术的各航测软件在滑... 滑坡灾害是中国最常见的地质灾害之一,高效、便捷和准确地实现数字滑坡是滑坡防灾减灾的关键环节。近年来,由于高效率和低成本等优势,免像控无人机航测技术已被逐渐应用于数字滑坡分析领域。文章探讨了基于免像控技术的各航测软件在滑坡地形处理中的优劣势,以及应用于数字滑坡技术中的可行性。选取长江三峡库区的大型黄土坡滑坡为研究对象,借助大疆Phantom 4 RTK无人机获取研究区高分辨率遥感数据,采用4款国内外常用的专业航测处理软件Pix4D Mapper、Photoscan、Context Capture以及DJI Terra分别进行数字化处理,并从正射图质量、精度误差、耗时及操作难度四个维度进行对比分析并应用。结果表明:(1)在单体滑坡航拍面积高达2.23 km^(2)的情况下,Pix4D Mapper软件生成的正射图质量效果最好且能达到大比例尺制图要求;(2)在精度误差上,DJI Terra与Pix4D Mapper表现最好,其中20个检查点的平面中误差均未超过10 cm,垂直中误差均未超过30 cm,综合对比结果发现在较大面积的单体滑坡灾害分析中Pix4D Mapper软件最具优势。认为可基于数字滑坡图件遥感解译获取了滑坡基本数字信息并通过GIS软件将滑坡数字信息储存起来建立滑坡灾害大数据库。研究显示,免像控无人机航测技术在今后滑坡灾害大数据库的快速建立方面具有巨大优势并将成为重要的研究方向之一,可为滑坡灾害防治与应急调查快速分析提供技术与数据支撑。 展开更多

关键词 免像控 无人机 数字滑坡 精度评估 航测软件

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华南丘陵区马贵河小流域暴雨山洪灾害强降水特征 被引量：4

6

作者 谌芸 曾智琳 +4 位作者 王协康 李晟祺 徐辉 李青 李辉 《工程科学与技术》 EI CSCD 北大核心 2023年第3期158-164,共7页

降水强度及持续时间是引发山洪灾害的重要气象因素,短时间内高强度的降水极易诱发山洪灾害,研究降水因子时空变化是防范及预警山洪灾害的关键环节。为了探索不同时间尺度的降水与局地山洪灾害之间的潜在联系,本文利用2010—2018年稠密... 降水强度及持续时间是引发山洪灾害的重要气象因素,短时间内高强度的降水极易诱发山洪灾害,研究降水因子时空变化是防范及预警山洪灾害的关键环节。为了探索不同时间尺度的降水与局地山洪灾害之间的潜在联系,本文利用2010—2018年稠密的气象自动站逐小时降水观测数据,统计分析了以马贵河小流域为中心的华南丘陵区多尺度降水特征,重点从短时强降水(降水量≥20 mm/h)的角度揭示了诱发该流域山洪灾害的可能降水成因,并分类建立了该区域典型短时强降水事件的天气学概念模型。研究表明:马贵河小流域并非华南丘陵区的年降水、年暴雨高频中心,但短时强降水发生频次较高,强度较大;山洪灾害频发与时间尺度更短的短时强降水关系更为密切,而非普遍关注的暴雨天气过程;该流域的短时强降水具有双峰型分布特征,华南前汛期(4—6月)短时强降水频次与强度略高于后汛期(7—9月),但后汛期午后的峰值频次更为集中;典型短时强降水过程可分为冷式切变型、低空低涡型、偏南急流型和热带气旋型等4种基本类型,不同环流类型的系统配置与环境条件具有明显差异。该成果一方面加深了对华南丘陵区短时强降水与山洪灾害内在联系的科学认识;另一方面,可为当地短时强降水及山洪灾害预报预警提供技术支持。 展开更多

关键词 暴雨山洪 多尺度降水 概念模型 华南丘陵

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基于时效差的山洪预警评定方法 被引量：5

7

作者 张艳军 邹薏轩 +2 位作者 王协康 张平仓 许文盛 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期10-18,共9页

水文模型在山洪预警中得到了广泛应用,但由于传统的模型评定指标着重于从数理统计上判断模拟预报的精度,认为真值两侧的误差影响相同,易造成山洪虚警、漏警同概率出现。山洪灾害防治以人民生命安全为首要问题,山洪漏警带来的人员伤亡比... 水文模型在山洪预警中得到了广泛应用,但由于传统的模型评定指标着重于从数理统计上判断模拟预报的精度,认为真值两侧的误差影响相同,易造成山洪虚警、漏警同概率出现。山洪灾害防治以人民生命安全为首要问题,山洪漏警带来的人员伤亡比虚警导致的经济损失更值得关注。因此,“优先减少漏警”应为山洪模拟的重要原则。在综合考虑立即转移预警时刻、准备转移预警时刻和成灾水位出现时刻对预警的影响后,提出了“山洪预警时效差”评定指标,对山洪预警中的水文模型进行评判。以官山河流域1975年以来的较大山洪为例,分别以“山洪预警时效差”以及洪峰流量相对误差、峰现时间绝对误差和纳什效率系数3个传统方法为评判指标,分别采用TOPMODEL模型、TVGM模型和新安江模型对各场次洪水进行模拟和山洪预警,然后对预警结果进行评定。结果表明,“山洪预警时效差”和传统指标的评定结果存在明显差异:通过传统的评定指标,认为TVGM模型最优;而山洪预警时效差指标却认为TOPMODEL模型最优。这是因为TVGM模型虽然准确度更高,但会造成更多的漏警,符合传统数理评定标准但不符合山洪预警要求。因此,依据“山洪预警时效差”对水文模型进行评定,可有效提高山洪预警的有效性和可靠性,比传统评定指标更符合山洪预警要求。 展开更多

关键词 山洪灾害 水文模型 山洪预警时效差 山洪预警 官山河流域

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基于信息熵理论的黄土高原小流域雨量站网优化 被引量：4

8

作者 丁文峰 韩昊宇 +2 位作者 王协康 郭宜薇 王一然 《工程科学与技术》 EI CSCD 北大核心 2022年第2期113-121,共9页

地面雨量站是降水数据最直接的来源,合理的雨量站点密度与空间布局能准确反映流域面雨量,对于构建流域水文模型至关重要。以黄土高原岔巴沟流域为研究对象,采用2001-2010年流域内11个地面雨量站的日、周、15 d时间尺度降雨量序列,以信... 地面雨量站是降水数据最直接的来源,合理的雨量站点密度与空间布局能准确反映流域面雨量,对于构建流域水文模型至关重要。以黄土高原岔巴沟流域为研究对象,采用2001-2010年流域内11个地面雨量站的日、周、15 d时间尺度降雨量序列,以信息熵理论为基础,基于最大信息最小冗余准则(MIMR),分析11个地面雨量站之间降雨的信息相互关系和信息传递规律,并结合流域多年降雨时空分布特征,对岔巴沟流域雨量站网进行优化。结果表明:岔巴沟流域降雨量在2001—2010年间无明显变化趋势,降雨空间分布呈由西南到东北递减趋势;不同时间尺度降雨序列的联合熵、互信息、冗余信息变化总体相同;总体信息随站点增多趋向稳定,站点之间传递的信息越来越少,冗余信息越来越多;另外,随着时间尺度变大,联合熵稳定越快,冗余信息越多。依据流域雨量站点间信息熵变化规律,对岔巴沟流域雨量站网进行了优化,确定不同时间尺度下的流域最佳雨量站密度和分布,优化后的流域雨量站网能较好的反映流域降雨信息。研究结果可为今后流域雨量站网的优化布局提供理论依据。 展开更多

关键词 信息熵理论 雨量站网优化 最大信息最小冗余准则 岔巴沟小流域

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测雨雷达在暴雨山洪灾害防御中的应用初探

9

作者 舒毅 王协康 +1 位作者 雷声 许小华 《中国防汛抗旱》 2024年第5期21-26,共6页

面对全国极端天气灾害带来的防汛新形势和新挑战,测雨雷达建设是提升暴雨山洪灾害防御能力的必然要求。分析了传统地面点雨量站在应用中存在的不足和雷达定量降水估算方法。探讨测雨雷达布局和在暴雨山洪灾害防御中的应用:在测雨雷达布... 面对全国极端天气灾害带来的防汛新形势和新挑战,测雨雷达建设是提升暴雨山洪灾害防御能力的必然要求。分析了传统地面点雨量站在应用中存在的不足和雷达定量降水估算方法。探讨测雨雷达布局和在暴雨山洪灾害防御中的应用:在测雨雷达布局中,雷达0°仰角观测覆盖范围应尽可能减少重点区域观测盲区;在暴雨灾害预警应用中,测雨雷达可有效前移灾害防御时间线和提高灾害防御识别区确定性;在洪水流量模拟应用中,测雨雷达将洪峰预报时间提前了25 min,但出现模拟流量峰值相对实测流量峰值偏低的情况。未来,测雨雷达与气象卫星、地面水文站网和监测平台实现更深入的融合应用可为防灾、减灾、救灾工作提供更好支撑。 展开更多

关键词 测雨雷达 0°仰角观测覆盖范围 暴雨灾害预警 洪水流量模拟

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山区卵砾石河道水流阻力计算 被引量：2

10

作者 罗铭 黄尔 +1 位作者 王协康 杨奉广 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期404-412,共9页

卵砾石河道广泛存在于山区河流中,在卵砾石河床近底层的水流流速低于上方流速,速度剖面出现拐点,类似于自由剪切流动,传统的指数型和对数型水流阻力公式计算误差偏大。将自由剪切流理论类比到山区卵砾石河道,并考虑山区河流特殊流态、... 卵砾石河道广泛存在于山区河流中,在卵砾石河床近底层的水流流速低于上方流速,速度剖面出现拐点,类似于自由剪切流动,传统的指数型和对数型水流阻力公式计算误差偏大。将自由剪切流理论类比到山区卵砾石河道,并考虑山区河流特殊流态、流场和剪切力的影响,引入雷诺数(Re)、弗劳德数(Fr)和摩阻流速利用水槽数据进一步修正了该类水流阻力公式。筛选位于意大利南部的亚平宁山脉140条山区河流野外数据对新公式进行验证,并检验对比了已发表的多个山区河流阻力公式。结果表明:修正后的水流阻力公式Nash-Sutcliffe效率指数最接近1、均方根误差最小、相对误差最小。自由剪切流动的类比是从湍流结构角度推导河道水流阻力,能更好地阐释特殊水流结构,进而提高计算精度。 展开更多

关键词 山区河流 卵砾石河道 阻力系数 自由剪切流 亚平宁山脉

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山区河道粗颗粒床面垂线流速分布规律试验研究 被引量：2

11

作者 张绍培 杨阳 +2 位作者 杨奉广 王协康 刘兴年 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期152-157,共6页

粗颗粒床面普遍存在于山区河道中,在浅水条件下,水深与床面颗粒粒径的比值h/d较小,此时河道中水流垂线流速分布难以用传统的对数公式或对数补偿公式进行准确描述。在室内概化水槽中,利用玻璃珠及乒乓球模拟粗颗粒床沙,对不同h/d下的垂... 粗颗粒床面普遍存在于山区河道中,在浅水条件下,水深与床面颗粒粒径的比值h/d较小,此时河道中水流垂线流速分布难以用传统的对数公式或对数补偿公式进行准确描述。在室内概化水槽中,利用玻璃珠及乒乓球模拟粗颗粒床沙,对不同h/d下的垂线流速分布规律进行了系统的试验研究。前人研究发现,不同淹没度(h/d)下的理论床面取值并不统一。考虑到工程应用方便,作者采用普通粗糙床面河道下的理论床面值,即y0为0.2d。将试验测得数据进行无量纲化处理后与对数补偿公式计算得到的理论值对比,并率定公式中的系数B与尾流系数Π到最佳。结果表明:当h/d较小时,系数B随着h/d的增大减小,尾流系数Π随着h/d的增大而增大;而当h/d较大时,B与Π都趋于一个常数。最后,建立了适用于山区粗颗粒卵砾石泥沙河道的垂线流速分布公式,并将其与众多前人试验数据进行拟合检验。检验结果表明,作者提出的垂线流速分布公式具有较高的计算精度,同时对于普通粗糙床面河道,该公式也具有很好的适应性。 展开更多

关键词 卵石颗粒床面 低淹没度 流速分布 对数补偿公式

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基于阻力原理的稳定河流几何形态判定方法研究

12

作者 张焕 杨奉广 +2 位作者 王协康 黄尔 刘兴年 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期139-145,共7页

受上游来水来沙条件影响,自然河道通过自我冲淤调整,常形成稳定的几何形态。稳定河流几何形态设计在工程应用中十分重要,稳定断面有利于水沙输移,且避免河道冲淤平衡破坏发生。本文系统分析了达西水流阻力梯度沿程变化,表明阻力梯度主... 受上游来水来沙条件影响,自然河道通过自我冲淤调整,常形成稳定的几何形态。稳定河流几何形态设计在工程应用中十分重要,稳定断面有利于水沙输移,且避免河道冲淤平衡破坏发生。本文系统分析了达西水流阻力梯度沿程变化,表明阻力梯度主要作用于三方面:河道深度调整,河道宽度调整,河道坡降调整。若调整宽度与深度的概率为线性关系,可推导出稳定河流几何形态关系式。在泥沙输移作用下,总能坡可分解为两部分,清水对应能坡和泥沙运动产生的附加能坡,其中,清水对应能坡可采用清水河道达西阻力表达式计算,泥沙输移附加能坡,可利用实测资料推求。通过分析含有总坡降的河道几何形态表达式,指出未知函数与坡降的0.3次方呈线性关系,而指数则与参数关系明显,随着参数的增大而呈现减小的趋势。利用收集的野外实测数据确定了这些未知变量,并给出了相应的求解表达式,该表达式不仅适用于沙质河道,还适用于砾卵石河道。以大量野外实测数据与室内试验数据对比分析,本文提出的稳定河道几何关系计算方法具有很高的精度。 展开更多

关键词 稳定河道 达西阻力系数 阻力梯度 水沙输移 附加能坡

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受降雨影响的浅水泥沙颗粒起动规律

13

作者 肖克 杨奉广 +4 位作者 聂锐华 黄尔 王协康 刘兴年 彭清娥 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第13期121-127,共7页

山区浅层水流深度极浅且移动缓慢,降雨条件下其泥沙输移现象尚不明确。为探明受到降雨影响下的浅水河流均匀沙起动问题,该研究假设雨滴落入河道后会影响到整个水流区,形成雨滴群与水流混合的流体,从孔隙介质流理论入手,假设当降雨存在... 山区浅层水流深度极浅且移动缓慢,降雨条件下其泥沙输移现象尚不明确。为探明受到降雨影响下的浅水河流均匀沙起动问题,该研究假设雨滴落入河道后会影响到整个水流区,形成雨滴群与水流混合的流体,从孔隙介质流理论入手,假设当降雨存在时床面泥沙颗粒增加了向上的附加力,进一步分析泥沙颗粒的受力情况,推导出层流水流泥沙颗粒起动关系表达式。从含沙水流流速分布规律得到启发,雨滴落入层流水流的状态类似于含沙水流,当降雨存在时层流水流流速分布仍然满足线性关系。利用无降雨泥沙起动经典试验数据,确定了拖曳力系数以及上举力系数,发现两者都是沙粒雷诺数的函数。利用已有研究的降雨实测数据,求出了8种降雨强度(0.254~152.4mm/h)下的雨滴直径分布概率密度表达式(R2=0.998),进而求出雨滴的平均直径表达式,并给出受降雨影响的层流水流泥沙颗粒起动切应力计算模型。该研究模型表明降雨的存在使得泥沙起动所需的临界摩阻流速减小。通过与已有研究进行对比分析,该研究建立的受降雨影响的浅水泥沙颗粒起动计算公式具有最高的精度,平均误差仅为14.8%,能够为山区水沙灾害防治提供理论支撑。 展开更多

关键词 降雨 切应力 泥沙颗粒 摩阻流速 相对暴露度

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山洪灾害监测预警关键技术与集成示范研究构想和成果展望 被引量：20

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作者 张平仓 丁文峰 王协康 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期1-11,共11页

中国山洪灾害点多面广,发生频繁,但因山洪灾害问题的多样性和复杂性,目前在主要关键技术领域的研究仍处于起步和技术探索阶段,不能适应当前防御山洪灾害的实际需要。如何精准预报局地强降雨,研发山洪监测技术体系,提炼山洪灾害动态多预... 中国山洪灾害点多面广,发生频繁,但因山洪灾害问题的多样性和复杂性,目前在主要关键技术领域的研究仍处于起步和技术探索阶段,不能适应当前防御山洪灾害的实际需要。如何精准预报局地强降雨,研发山洪监测技术体系,提炼山洪灾害动态多预警指标,实现从注重灾后救助向灾前预防转变。如何研发因地制宜的山洪灾害预报模型,搭建风险评估平台,构建山洪灾害防御模式,提高山洪灾害预警和风险防范能力,是当前山洪灾害研究的前沿和热点问题,也是目前国家大力实施山洪灾害防治县级非工程措施项目建设必须要面对的现实问题。围绕上述问题,凝练如下3个关键研究目标:1)理清山洪灾害动力过程,建立山区局地暴雨预报模型和山洪动态模拟模型;2)研发构建山洪多要素立体监测技术与体系,实现山洪灾害预警与风险评估信息的实时动态传输与发布,解决山洪洪峰流量预报精度不高、预警期和应急抢险处置时效短等问题;3)构建多层次、多目标的山洪灾害动态预警与风险评估平台,提炼山洪灾害防灾减灾模式,并示范推广。通过研究实现以下创新:1)从揭示诱发山洪的中小尺度天气系统形成机理入手,研发山区短时临近暴雨预报技术,提高山区致灾洪水暴雨预报精度,有效延长山洪灾害预警期。2)通过研究多源遥感、雷达、微纳感知、智能识别等山区雨洪监测数据采集技术与适应、实用稳定的传统技术集成与融合,构建空天地一体化山洪多要素立体监测技术体系,实现技术创新,延长山洪预警期。3)通过解析山区暴雨洪水-灾变响应过程,阐明暴雨山洪形成过程及致灾动力机制,构建基于降雨预测和土壤含水量动态监测的山洪过程动态模拟模型,提高山洪灾害预警准确性与可靠性。4)以山区洪水的运移过程为切入点,建立山洪灾害多指标预警模型,研发山洪灾害实� 展开更多

关键词 山洪灾害 立体监测 动态预警 监测预警信息平台

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中都河流域“8·16”山洪致灾机理分析 被引量：12

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作者 孙桐 杨坡 +2 位作者 许泽星 王以逵 王协康 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期132-138,共7页

中国西南地区地形地貌条件复杂,极端暴雨山洪灾害频发,显著制约地区社会经济发展。为科学认识暴雨山洪形成过程,揭示受灾地区致灾机制,构建符合区域特征的山洪灾害预警体系,以四川省屏山县中都河流域“8·16”山洪灾害为例,结合实... 中国西南地区地形地貌条件复杂,极端暴雨山洪灾害频发,显著制约地区社会经济发展。为科学认识暴雨山洪形成过程,揭示受灾地区致灾机制,构建符合区域特征的山洪灾害预警体系,以四川省屏山县中都河流域“8·16”山洪灾害为例,结合实地调查及基础资料,从地区降雨特性、洪水陡涨过程及人类活动3方面入手,系统分析了此次暴雨山洪的灾变响应过程,以及采用水位流量反推法和洪水水位陡涨率判定法计算山洪灾害预警指标阈值。结果表明:此次山洪灾害成因主要在于上游马边县地区短时强降雨导致下游屏山县中都镇河水陡涨,极大缩短了沿河居民转移时间;当地居民围滩造地侵占河道,减少了行洪面积,属于典型的地区强降雨与人类活动综合影响下的突发性暴雨山洪灾害;对比两种预警方法的结果,发现水位流量反推法预警精度稍差且多次出现漏警,洪水水位陡涨率法预警期显著延长,预警效果更为可靠。因此,建议中都河流域山洪灾害防御采用洪水水位陡涨率法和传统预警相结合,以流域划分模式构建马边屏山两县行政联合的山洪预警体系,可为该区域乃至其他类似山洪灾害频发地区的防治提供科学依据。 展开更多

关键词 山洪灾害 致灾机理 洪水水位陡涨率 临界雨量 预警体系

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岷江都江堰河段交汇区水流运动特性数值模拟 被引量：9

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作者 许泽星 郑媛予 +2 位作者 关见朝 方春明 王协康 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期59-66,共8页

明渠河流交汇常形成复杂的水流结构,从而影响该区域的水沙运动及河床变形。采用实测资料验证的平面2维数学模型,对白沙河支流与岷江干流交汇区的水流运动进行了模拟分析。结果表明:干支来流变化将形成不同的壅水低速区、干支流掺混区、... 明渠河流交汇常形成复杂的水流结构,从而影响该区域的水沙运动及河床变形。采用实测资料验证的平面2维数学模型,对白沙河支流与岷江干流交汇区的水流运动进行了模拟分析。结果表明:干支来流变化将形成不同的壅水低速区、干支流掺混区、挤压高速区和水流分离区。随着汇流比(支流白沙河流量与岷江干流流量比值)的增大,入汇口干流上游受到支流顶托作用增强,产生的壅水低速区水位偏高;掺混区内,干支来流相互顶冲作用增强,流速降低,挤压高速区内支流对干流的挤压也增强,最高流速出现的位置越靠右岸,高速带越窄。直角入汇的白沙河支流受到干流的挤压作用,入汇后流向发生显著改变,而白沙河的弧形左岸使支流沿岸线流动的同时不断调整流向,降低了支流脱壁流动的可能性,可有效抑制分离区的形成。在支流白沙河流量不变,岷江干流流量改变的情况下,干支流量差越大,干流对支流的顶托作用越强,即干流向支流上游顶冲的距离越长,产生的壅水范围越大。通过揭示白沙河入汇岷江时干支流相互顶托、挤压和掺混的水流运动特征,可为都江堰河段的防洪及河道整治等提供理论依据。 展开更多

关键词 河流交汇区 都江堰河段 数值模拟 汇流比

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暴雨山洪灾害预警指标计算方法比较研究 被引量：8

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作者 杨坡 许泽星 +1 位作者 闫旭峰 王协康 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期157-165,共9页

山区河流受地形地貌及降雨过程影响,洪水具有显著的陡涨、陡落过程,这种短历时陡涨过程极大缩短了沿河居民的有效安全转移时间,给山洪灾害防治带来了极大困难。山洪预警预报是山洪灾害防治非工程措施的重要组成部分,一般分为水位预警和... 山区河流受地形地貌及降雨过程影响,洪水具有显著的陡涨、陡落过程,这种短历时陡涨过程极大缩短了沿河居民的有效安全转移时间,给山洪灾害防治带来了极大困难。山洪预警预报是山洪灾害防治非工程措施的重要组成部分,一般分为水位预警和雨量预警。由于山区洪水历时短且监测站不足,水位预警在国内应用较少,传统流量反推法常以雨洪同频计算预警雨量,预警结果多出现漏警,不能满足防御山洪灾害的实际需求。为提高暴雨山洪的预警精度及预警时长,提出了基于洪水上涨率判定法和实时累积雨量法两种计算预警指标的方法。以四川省金沙江支流中都河流域“8·16”山洪灾害为例,依据不同预警方法的预警准确性与预警时长,探讨了这两种方法与传统水位流量反推法的差异。结果表明:传统水位流量反推法的预警精度较低,难以达到预期的预警效果;洪水上涨率判定法的预警精度较高,但该方法的预警时长受洪水涨退特性影响,对延长预警时长有一定影响;采用基于小流域场次洪水与降雨过程变化关系的实时累积雨量法其结果均未出现漏警,且有效延长了预警时长,若以山洪灾害技术要求的预警时长30 min为准,提出的两种方法延长预警时长基本超过30%,满足预警要求。因此,建议在设定累积雨量阈值的基础上,结合洪水上涨率进行灾害预警,以便更为有效地提高山洪灾害的预警准确率。 展开更多

关键词 山洪灾害 成灾水位 洪水陡涨率 实时累积雨量 山洪预警

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坡面植被覆盖度对泥沙输移的影响特性 被引量：7

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作者 孙一 刘晓燕 +2 位作者 田勇 伊晓燕 王协康 《工程科学与技术》 EI CSCD 北大核心 2022年第5期12-18,共7页

植被恢复是黄土高原产沙大幅减小的重要原因之一。为探究坡面植被覆盖度对泥沙输移的影响,采用理论分析和野外小区试验相结合的方法,分析了植被覆盖度与坡面输沙率之间的关系。基于Einstein泥沙运动理论,从泥沙运动的角度对坡面泥沙颗... 植被恢复是黄土高原产沙大幅减小的重要原因之一。为探究坡面植被覆盖度对泥沙输移的影响,采用理论分析和野外小区试验相结合的方法,分析了植被覆盖度与坡面输沙率之间的关系。基于Einstein泥沙运动理论,从泥沙运动的角度对坡面泥沙颗粒的运动过程进行理论分析,建立了坡面相对输沙率与植被覆盖度间的关系式;通过野外径流冲刷试验对该关系式予以验证,试验共设置6个流量级(流量范围在0.14~1.40 L·s^(-1)之间,分别为0.14、0.28、0.56、0.83、1.11、1.40 L·s^(-1))、8个植被覆盖度(0、20%、30%、40%、50%、60%、80%、100%),共48组试验。结果表明:计算值较实测值整体偏大,大流量条件下计算值与实测值吻合较好,小流量条件下计算值与实测值有一定的偏差。综合理论与试验分析可知:植被对输沙能力的影响与植被覆盖度、植被株径和泥沙粒径有关;在相同的坡面地形及植被覆盖度条件下,株径较小的植被比株径较大的植被更有利于减沙;同一种植被,在泥沙粒径较粗的地区减沙效果更为明显,只需达到一个较小的覆盖度,便可以开始发挥有效的减沙效益;在植被覆盖度较低时,发挥有效减沙效果的覆盖度阈值由坡面泥沙粒径和植被株径决定。 展开更多

关键词 黄土高原 植被覆盖度 坡面水流 输沙率 有效减沙阈值

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坡面水流流速对贴地植被的响应特性试验研究 被引量：7

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作者 孙一 田勇 +1 位作者 刘晓燕 王协康 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期85-89,共5页

坡面上植被对坡面流流速有着显著影响,进而对坡面的输沙特性起着重要作用,而覆盖度是植被影响坡面粗糙度的一个重要因素。以往研究多集中在植被覆盖度相对较小的范围。为进一步探明植被覆盖度与坡面流流速间的相关关系,基于坡面流系列... 坡面上植被对坡面流流速有着显著影响,进而对坡面的输沙特性起着重要作用,而覆盖度是植被影响坡面粗糙度的一个重要因素。以往研究多集中在植被覆盖度相对较小的范围。为进一步探明植被覆盖度与坡面流流速间的相关关系,基于坡面流系列概化变坡水槽试验,采用人工塑料草模拟贴地植被,设置了在0～80%范围之间的9种不同的贴地植被覆盖度、3种不同的坡度(10°、20°、25°)以及6个不同的流量级(0.286～1.058 L/s)条件下的共计162组清水径流试验,对坡面流流速特性进行了定量研究。试验结果表明:随着贴地植被覆盖度的增大,流速沿坡长由增大变为减小;当覆盖度小于30%时,流速受流量的影响较大;当覆盖度大于30%后,流速受流量的影响较小。将植被覆盖度引入坡面流流速计算公式,采用生长模型中常见的e–x表达形式反映植被对坡面粗糙度的影响,对公式中的k进行修正,应用非线性回归的方法对试验数据进行回归分析,确定参数k、a、b、c分别为10.06、–1.71、0.22、0.4,所得公式的计算效果良好(R^2=0.96)。将公式应用于其他文献中提及的实验室水槽试验条件,所得的计算值与文献中的实测值符合较好(R^2=0.73)。公式对实验室试验具有良好的适应性,而其对野外条件的适用性仍有待于进一步检验。 展开更多

关键词 坡面水流 贴地植被 覆盖度 流速

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重庆市复兴河小流域山洪灾害降雨驱动指标预警模型研究 被引量：7

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作者 彭万兵 赵东 +1 位作者 黄尔 王协康 《中国防汛抗旱》 2019年第7期1-4,共4页

暴雨山洪灾害防御地区降雨—流量—水位关系复杂多变,而预警模式常以成灾水位倒推降雨条件,难以全面真实反映内在的降雨产流响应过程。以重庆市复兴河小流域山洪灾害调查为基础,采用降雨驱动指标法,充分考虑降雨强度、降雨量与前期降雨... 暴雨山洪灾害防御地区降雨—流量—水位关系复杂多变,而预警模式常以成灾水位倒推降雨条件,难以全面真实反映内在的降雨产流响应过程。以重庆市复兴河小流域山洪灾害调查为基础,采用降雨驱动指标法,充分考虑降雨强度、降雨量与前期降雨量耦合作用的影响,建立了以降雨强度和有效累计降雨量关系的预警模型,与以往的暴雨洪水及山洪成灾事件作为比对,提出了降雨驱动指标2000作为立即转移指标、1800作为预警指标的村级山洪灾害预警模型,为山区小流域山洪灾害防治提供了科学依据。 展开更多

关键词 山洪灾害调查 降雨-流量-水位关系 降雨驱动指标法 村级山洪预警模型 重庆市 小流域

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