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山区铁路沿线泥石流监测与预警研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 选题背景和意义

1.1.1 选题背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状分析

1.2.1 泥石流形成机制研究现状

1.2.2 泥石流运动机理研究现状

1.2.3 泥石流预报研究现状

1.2.4 泥石流预警研究现状

1.2.5 泥石流预警报系统

1.3 本论文主要研究内容、研究思路与技术路线

1.3.1 研究主要内容

1.3.2 研究思路

1.3.3 技术路线

第2章 泥石流监测预警关键参数分析

2.1 泥石流形成过程及预警关键参数分析

2.1.1 泥石流形成过程及影响因素

2.1.2 降雨预警参数分析

2.1.3 泥石流源地土体降雨入渗深度预警参数分析

2.1.4 沟道堵溃决型泥石流沟道泥位预警参数分析

2.2 泥石流运动过程及标志性参数分析

2.2.1 泥石流运动过程阶段沟床冲淤深度参数分析

2.2.2 泥石流运动过程阶段次声波参数分析

2.2.3 泥石流运动过程阶段沟道泥位参数分析

2.3 泥石流成灾过程及标志性参数分析

2.3.1 泥石流成灾过程阶段泥位参数分析

2.3.2 泥石流成灾过程阶段冲击力参数分析

2.4 本研究监测与预警关键参数

2.5 本章小结

第3章 泥石流源地土体起动模型及监测技术研究

3.1 泥石流源地物源识别

3.2 泥石流源地土体起动模型

3.3 泥石流源地土体起动预警机制

3.4 土体降雨入渗深度监测技术研究

3.4.1 土体降雨入渗深度监测原理

3.4.2 土体降雨入渗深度监测仪结构及电路设计

3.4.3 土体降雨入渗深度监测系统设计

3.4.3 土体降雨入渗深度监测控制流程

3.5 应用方法

3.6 小结

第4章 泥石流次声预警机制及监测技术研究

4.1 泥石流次声特征

4.1.1 次声波主要的物理特性

4.1.2 泥石流次声特性

4.2 泥石流次声监测技术研究

4.2.1 泥石流次声监测仪原理及特性

4.2.2 DBF-IS泥石流次声监测仪研制

4.3 铁路沿线泥石流次声监测预警研究

4.3.1 系统构成

4.3.2 泥石流发生位置确定原理

4.3.3 泥石流规模确定原理

4.3.4 系统功能

4.4 铁路沿线泥石流次声监测预警系统应用方法

4.5 小结

第5章 泥石流灾害泥位预警机制及监测技术研究

5.1 泥石流流量计算

5.1.1 泥痕调查法泥石流流量计算

5.1.2 雨洪法泥石流流量计算

5.2 泥石流泥位确定

5.3 泥石流成因分类及泥位特征

5.4 山区铁路泥石流泥位预警机制

5.4.1 泥石流沟谷铁路桥涵过流能力

5.4.2 山区铁路沿线泥石流泥位预警机制

5.5 泥石流泥位实时监测系统研发

5.5.1 系统组成

5.5.2 极点式水位计工作原理

5.5.3 极点式泥位传感器结构及监测终端电路设计

5.5.4 泥石流泥位监测系统设计

5.6 本章小结

第6章 山区铁路沿线泥石流监测预警系统研究

6.1 山区铁路沿线泥石流监测预警系统预警机制

6.1.1 山区铁路泥石流灾害特征

6.1.2 泥石流灾害预警类型

6.1.3 泥石流灾害预警临界位

6.2 山区铁路沿线泥石流监测预警系统组构

6.3 山区铁路沿线泥石流实时监测预警系统原理

6.3.1 铁路沿线降雨实时监测技术

6.3.2 监测数采终端检测原理及控制流程

6.3.3 中心控制系统原理及控制流程

6.4 监测预警系统预警流程及灾害发布

6.4.1 泥石流预警流程

6.4.2 泥石流预警发布方式

6.5 小结

第7章 监测预警系统应用实例分析

7.1 船房沟泥石流基本特征

7.1.1 地质构造

7.1.2 水文地质,工程地质及环境地质条件

7.1.3 泥石流基本特征

7.2 现场试验

7.2.1 船房沟泥石流各关键参数预警临界值(标准)确定

7.2.2 现场试验仪器布设及安装

7.2.3 系统运行状态

7.2.4 数据收集及处理

7.3 试验结果与讨论

7.3.1 实验结果分析

7.3.2 系统应用方法

7.4 小结

结论

1 结论

2 需要深入研究的问题

3 展望

致谢

参考文献

一、攻读博士学位期间发表的相关论文

二、攻读博士学位期间参加科研情况

三、攻读博士学位期间科研项目鉴定及获奖情况

四、个人简历

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摘要

泥石流灾害严重威胁着山区铁路的运营安全,给铁路造成巨大的经济损失。山区铁路一般穿行于偏僻、环境恶劣的山区,其泥石流灾害前兆信息获取困难,当前预警报模型主要建立在统计模型的基础上,缺乏物理模型的支撑,且预警模型与实时成灾信息检测脱节,这些均使的泥石流灾害预警报困难、准确率较低。本研究在认真总结最新泥石流研究成果的基础上,突破以降雨信息为主的单因素预警模型,增加泥石流发生的源地土体降雨入渗深度信息、沟道泥位信息、次声信息等信息,研究相关要素的灾害信息监测与传输技术,针对性地开发相关监测仪器,研制在恶劣环境下,能稳定可靠地对泥石流灾害先兆及临灾信息进行实时监测、传输、汇集的数据网络监测系统,然后利用系统工程方法,开发实时灾害信息监测数据网络与泥石流预警模型等硬软件资源最佳整合的泥石流预警报系统,将泥石流灾害预警建立在稳定信息源的基础上。山区铁路沿线泥石流监测预警系统研究在下列几个方面为泥石流灾害预警做出了以下成果:
  (1)分析了泥石流形成机理及运动过程特征,根据山区铁路沿线泥石流灾害特征,提出流域降雨、源地土体降雨入渗深度、泥石流次声、沟道运动泥位是山区铁路泥石流灾害预警的关键监测参数。
  (2)建立基于泥石流源地土体降雨入渗临界深度的泥石流灾害预警机制,论述了山区铁路沿线暴雨型泥石流源地土体起动的降雨入渗临界深度的确定方法及适用条件,在此基础上研制的土体降雨入渗深度监测仪,该仪器可定性、半定量地实时监测泥石流源地土体的含水量及其随深度的分布状态,从而获得泥石流源地土体降雨入渗的过程及土体水分分布状态,进而预测可能起动物源规模、形成泥石流的可能性。
  (3)建立通过泥石流次声信息进行泥石流灾害预警的预警机制及其泥石流次声信号监测技术,在此基础上研制了一种可同时具有报警和记录信号过程的泥石流次声监测仪,该仪器可放置在远离泥石流沟的各工区站房、值守点等地方,可适应恶劣山区自然条件下的泥石流次声信号监测,中心计算机根据接收的各监测点的次声信号判别泥石流发生与否、发生位置、规模等,并根据预设程序发出不同类比的警报。
  (4)建立了基于铁路桥涵过流能力、泥石流沟道内滑坡及堵塞体堵溃决因素为基础的泥石流沟道泥位灾害预警模型,在此基础上探讨了适合山区铁路沿线泥石流沟谷恶劣自然条件下的泥石流沟道泥位监测技术、泥位监测预警网络系统的构建方法,以及系统预警机制。
  (5)建立基于泥石流流域降雨、源地土体降雨入渗深度、泥石流次声、沟道泥位等关键参数的山区铁路沿线泥石流预警机制,根据泥石流灾害自身的规模、泥石流过程特征,结合铁路自身的抗灾能力,从铁路安全行车要求出发,将山区铁路沿线泥石流灾害预警划分为提示性预警、形成性预警、非常成灾性预警、成灾性预警四种类型,建立不同预警类型的泥石流灾害预警指标临界值、预警流程及其信息发布方式。利用系统工程学,整合泥石流的降雨信息监测、泥位信息监测、源地土体降雨入渗深度信息监测、泥石流次声监测等灾害信息监测技术,建立了适应山区恶劣自然环境的自备电源无线多因素、多通道的泥石流监测预警网络系统,该系统可实时采、汇集泥石流流域的泥石流形成先兆信息和成灾信息,并根据系统采集的监测信息按预定方式进行泥石流灾害预警和灾害信息发布。
  (6)通过采用研制的仪器,山区铁路沿线泥石流灾害监测预警系统在成昆铁路成昆线桐子林工区碴石场弃土场船房沟进行现场观测试验,试验监测结果良好,试验观测期间成功地预警了两次小规模泥石流,观测结果验证了利用降雨信息、源地土体降雨入渗深度信息、沟道泥位信息来预警泥石流灾害方法的可行性和可靠性,该监测预警系统在泥石流灾害预警研究方面有广阔的发展和应用前景。

著录项

  • 作者

    李朝安;

  • 作者单位

    西南交通大学;

  • 授予单位 西南交通大学;
  • 学科 地质工程
  • 授予学位 博士
  • 导师姓名 胡卸文;
  • 年度 2012
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 U216.419.2;
  • 关键词

    山区铁路; 泥石流灾害; 网络监测; 预警系统;

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