区域暴雨泥石流预测预报方法研究

论文摘要

区域暴雨泥石流灾害是山区常见的地质灾害之一，具有群发性、同时性、突发性和成灾大等特点，严重影响山区经济建设的发展。作为山区泥石流灾害防灾减灾工作中一项非常重要的非工程性措施，区域暴雨泥石流预测预报越来越引起人们的重视。其研究主要分为暴雨泥石流形成机理分析、空间预测、以及时间预报等三个部分，而对此进行系统研究的特别少。同时，由于暴雨泥石流灾害的复杂性，目前取得的研究成果还远不能满足山区防灾减灾工作的要求。论文针对目前区域暴雨泥石流预测预报方法在实践应用中存在的局限性，基于已有的研究成果，对暴雨泥石流灾害的形成机理、危险度区划、预报预警、以及基于GIS的预测预报系统集成等进行了全面系统的深入研究，取得了一些创新性成果。1、在形成机理研究方面，根据土体起动到暴雨泥石流形成的动力条件不同，对水动力模式和土动力模式暴雨泥石流的形成机理进行了探讨：①依据降雨入渗过程的变化，将水动力模式暴雨泥石流的形成过程划分为三个阶段，分析了各阶段斜坡松散土体的受力特性，得到了泥石流起动时的临界平均径流深度理论公式；②分析了土动力模式暴雨泥石流的形成过程，得出了土体液化和流动的主要影响因素。从而，为实现基于形成机理和起动条件的暴雨泥石流预测预报奠定了一定的理论基础。2、在危险度区划(空间预测)研究方面，对暴雨泥石流危险度区划指标的选取、规范化处理、权重的确定、以及区划模型的建立等进行了系统研究：①基于粗糙集原理，提出了一种新的区划指标选取方法，基本解决了所选指标代表性和全面性难以兼顾的问题；②利用模糊数学理论，提出了直线型、折线型和曲线型三种规范化处理方法，使得暴雨泥石流危险度区划指标规范化处理更合理；③运用粗糙集原理，提出了指标相对重要度的计算公式，对传统AHP法进行了改进，使构造的判断矩阵具有客观性，避免了人为因素的影响；并提出了一种综合分析方法选取指标主、客观权重的偏好系数，将专家判断和客观分析相结合综合考虑了各指标的主、客观成分，使权重的确定更合理；④基于上述研究，运用可拓方法建立了泥石流危险度区划模型，提出了一种普适性强、信息数据处理易于操作的暴雨泥石流危险度区划方法。3、在预报预警(时间预报)研究方面，运用非线性理论和概率论，建立了区域暴雨泥石流的长、中、短期预报预警模型：①基于残差修正理论，应用残差修正的GM(1，1)预测模型对区域暴雨泥石流活动趋势进行长期预测，有利于指导区域暴雨泥石流的防治规划；②基于模糊理论、可拓方法和Bayes统计推断原理，提出了一种新的区域暴雨泥石流中期预报方法，充分考虑了区域暴雨泥石流近期险情的一般统计特性和区域性特征，能较全面地反映区域暴雨泥石流近期险情的实际情况，有利于指导应急预案各项准备工作的进行；③运用模糊数学及概率分析将区域暴雨泥石流的暴发问题转化为松散土体在暴雨条件下的失稳概率，提出了一种新的区域暴雨泥石流短期预报方法，有利于加强政府部门对区域暴雨泥石流灾害进行群测群防的针对性。4、在预测预报系统集成研究方面，根据区域暴雨泥石流预测预报系统的功能目标，探讨了基于GIS的区域暴雨泥石流灾害预测预报系统开发的技术路线、系统结构设计和数据库设计等问题；提出了系统数据库的建库技术，并构建了区域暴雨泥石流预测预报系统属性数据库的部分数据表；采用基于OLE技术对MapInfo与VB集成的方式，实现了区域暴雨泥石流灾害预测预报成果的直观可视化表达，为泥石流灾害信息管理和建立高效的防灾减灾决策管理体系提供了技术支持。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 选题目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 暴雨泥石流形成机理研究现状
• 1.2.2 暴雨泥石流危险度区划研究现状
• 1.2.3 暴雨泥石流预报预警研究现状
• 1.3 本文研究内容和方法
• 第二章 暴雨泥石流形成机理分析
• 2.1 引言
• 2.2 暴雨泥石流形成的基本条件
• 2.2.1 地质条件
• 2.2.2 地貌条件
• 2.2.3 水源条件
• 2.3 暴雨泥石流形成的影响因素
• 2.4 暴雨泥石流形成机理分析
• 2.4.1 水动力模式暴雨泥石流形成机理分析
• 2.4.1.1 第一阶段分析
• 2.4.1.2 第二阶段分析
• 2.4.1.3 第三阶段分析
• 2.4.2 土动力模式暴雨泥石流形成机理分析
• 2.4.2.1 土动力模式暴雨泥石流形成过程
• 2.4.2.2 土动力模式暴雨泥石流形成各阶段分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 暴雨泥石流危险度区划（空间预测）研究
• 3.1 引言
• 3.2 危险度区划指标体系的建立
• 3.2.1 构建区划指标体系的原则
• 3.2.2 构建备选指标体系的思路
• 3.2.3 危险度区划的分区评价体系和区划指标等级的划分
• 3.2.3.1 危险度区划的分区评价体系
• 3.2.3.2 危险度区划指标等级的划分
• 3.2.4 危险度区划指标的量化
• 3.2.4.1 定量指标的规范化处理
• 3.2.4.2 定性指标的量化
• 3.2.5 备选指标体系的筛选与优化
• 3.2.5.1 粗糙集理论简介
• 3.2.5.2 数据离散化处理
• 3.2.5.3 基于粗糙集理论对备选指标体系的筛选与优化
• 3.2.5.4 实例
• 3.3 危险度区划指标权重的确定
• 3.3.1 基于改进的AHP法确定区划指标的主观权重
• 3.3.1.1 基于粗糙集理论确定各指标的相对重要性
• 3.3.1.2 构造判断矩阵
• 3.3.1.3 由判断矩阵计算各指标的权重
• 3.3.2 基于熵值法确定区划指标的客观权重
• 3.3.3 基于综合权重法确定区划指标的权重
• 3.4 危险度区划模型的建立
• 3.4.1 粗糙模糊可拓模型的建立
• 3.4.1.1 基本原理
• 3.4.1.2 确定经典域和节域
• 3.4.1.3 确定待评物元
• 3.4.1.4 根据距的定义确定关联函数值
• 3.4.1.5 计算关联度，并确定待评区域危险度等级
• 3.4.2 实例
• 3.4.2.1 区划指标的选取及其等级的确定
• 3.4.2.2 区划指标隶属度化
• 3.4.2.3 物元的构造
• 3.4.2.4 计算待评区划单元的关联函数值
• 3.4.2.5 确定待评区划单元泥石流危险度等级
• 3.4.2.6 区划结果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 区域暴雨泥石流预报预警（时间预报）研究
• 4.1 引言
• 4.2 区域暴雨泥石流预报预警基本原理
• 4.2.1 可预报预警性原理
• 4.2.2 成因组合预报预警原理
• 4.2.3 时间预报分类原理
• 4.3 区域暴雨泥石流预报预警模型的建立
• 4.3.1 区域暴雨泥石流活动趋势长期预测模型
• 4.3.1.1 基本原理
• 4.3.1.2 预测模型的建立
• 4.3.1.3 实例
• 4.3.2 区域暴雨泥石流近期险情中期预报模型
• 4.3.2.1 基本原理
• 4.3.2.2 预报模型的建立
• 4.3.2.3 算例
• 4.3.3 区域暴雨泥石流险情随机判别短期预报模型
• 4.3.3.1 基本原理
• 4.3.3.2 预报模型的建立
• 4.3.3.3 算例
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于GIS的区域暴雨泥石流预测预报系统集成研究
• 5.1 引言
• 5.2 区域暴雨泥石流预测预报系统开发策略
• 5.2.1 系统开发原则
• 5.2.2 系统开发方法
• 5.2.3 系统开发策略
• 5.3 区域暴雨泥石流预测预报系统设计
• 5.3.1 系统总体设计
• 5.3.2 系统结构及功能设计
• 5.3.3 数据库设计
• 5.3.3.1 数据模型
• 5.3.3.2 数据库内容
• 5.3.3.3 数据库构建流程
• 5.3.3.4 属性数据库设计
• 5.4 系统集成及主要功能实现
• 5.4.1 集成开发的实现
• 5.4.2 区域暴雨泥石流空间预测结果可视化
• 5.4.3 区域暴雨泥石流时间预报结果可视化
• 5.4.4 信息发布
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文研究工作的总结
• 6.2 今后研究工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要研究成果
• 一、参加的科研项目
• 二、发表和录用的学术论文