应用PIV法测定泥石流流速

研究泥石流的运动形态,多采用多普勒流速仪对其水位、流速等水文物理量进行观测。图像解析流速测量方法(PIV法)与流速仪测定的结果比较,其误差只有5%。2006年7月日本亚洲航测株式会社平川泰之等人应用PIV法对泥石流运动进行监测试验,并用多普勒流速仪同步观测与检验。结果验证PIV法有较高的实用性。即使当泥石流表面飞沫较多时,也能观测泥石流表面流速。并能较好的展示平面流速的分布,特别是在横断方向的流速分布。当摄影光圈和画质的亮度差时,会增加PIV法观测难度。在图像解析时需要更多的静止图像,解析前要对图像进行对比调整才有可能消除影响。在有水雾发生的情况下,对图像解析比较困难,可以考虑增加照相点或次数,为PIV法解析图像提供较多的后备资料。此项研究成果,对我国进行泥石流运动的研究,有一定的借鉴作用。     

植物根系特征与根区土壤水分高通量监测管道机器人研制

研究水分胁迫下的根系特征对于节水农业的发展具有重大意义。针对现有根系观测与土壤水分监测方法难以满足野外条件下根系和根区水分的同步、原位、高通量监测的不足,该研究研制了一种基于STM32芯片的管道机器人系统。系统由管道机器人、数据基站与PVC透明管道组成,通过在土壤中埋设管道机器人系统,控制机器人搭载的微距相机与土壤水分传感器在巡航时拍摄根系图像,并获取土壤水分数据。由根系图像识别分割与提取程序对图像进行畸变校正与根系识别,获取管道方向上植株的根系面积、长度与密度等特征参数。实验室条件下进行相机拍摄效果、图像畸变校正、识别与分割误差及里程轮测距误差测试,以及土壤水分传感器标定试验。测试结果表明：1)管道机器人能够清晰地拍摄到根系图像,图像畸变校正效果较好,单个像素点长度和面积分别为44μm和0.002 mm²,单张根系图像的拍摄范围为14.17 mm×10.60 mm;2)土壤水分传感器输出电压与土壤体积含水率之间呈现良好线性关系,决定系数R²为0.990;3)自主巡航定位准确度较高,平均相对误差为1.47%。在田间条件下进行的根系生长动态监测...     

流域源头泥石流的流动形态

掌握流域源头泥石流流动形态的信息对实施措施至关重要。然而,由于监控困难而鲜有对荒废溪流源头泥石流进行观测。为监测其流动形态,在日本中部的大谷滑坡内的"一泽"流域上游建立了监控系统。通过实地监测获取的视频图像分析,将其流动形态分为两种:一种以石砾为主,另一种以泥水为主。以石砾为主的泥石流因有更大的流阻而不能用曼宁公式计算;后者的流速可用曼宁公式计算。在泥石流流动中,石砾在前,泥水在后。在典型的泥石流波动中,石砾流流经时,流深最大;在泥石流流经时,流速最大。某些波动仅包含一种流动形态。在流动中,石砾的颗粒大小不同。在"一泽"流域上游泥石流颗粒大小分布不清晰。     

花岗岩斜坡表层崩塌的观测方法

有关自然斜坡表层崩塌现象,目前的研究还不能完全解释清楚,至于准确预测在何处发生崩塌更为困难。2002～2010年日本学者小山敢等人在鸟取县进行地质调查时,发现了极易产生崩塌的斜坡,并对此进行观测研究。通过微地形测量,通过简易贯入试验发现脆弱层,调查疏松层、旧崩塌痕迹和露岩的分布,确定疏松层只存在于滑裂面的下方。最后选定观测地点。观测内容主要为:地下水观测、斜坡移动量观测、雨量观测。虽然在观测期间没有发生表层崩塌,却观测到斜坡发生了移动的数据为研究预测未来发生表层崩塌取得第一手资料。     

降雨对土壤水分特征影响研究

降雨渗透、产生径流,诱发山体崩塌、泥石流或产生水土流失。研究降雨~径流~土壤水分的关系,阐明土壤中水分运动现象,提高山地灾害预测精度。2006年,日本京都大学梁伟立等人采用土壤样本室内试验、室内与野外结合试验、野外观测试验法,对雨水渗透过程的模拟精度进行解析。室内试验法不能模拟实际浸透现象;室内与野外结合试验法与室内试验法接近;野外观测试验法,雨水的储水量、基质位能变化趋势与观测值一致,能模拟实际浸透现象,测试精度较高。     

基于GPS和美国环境预报中心观测信息的InSAR大气延迟改正方法研究

InSAR技术是近年来迅速发展起来的极具应用价值的空间对地观测新技术,具有监测精度高、范围大、成本低、空间连续覆盖等优点,为滑坡、泥石流等地质灾害监测提供了一种新型的监测方法。由于地质灾害多发生在暴雨频发、地质地貌复杂的区域,特殊的地理位置与气候使得InSAR技术应用中受大气延迟的影响非常严重,导致InSAR图像错误解释。     

规则林地覆盖度照相测量法的精度分析

为定量研究照相法测量规则林地覆盖度中采样策略、相机非垂直拍摄等因素对覆盖度计算结果的影响,该文对河北怀来的一片梨树林进行了实地测量,通过对测量数据的统计计算,利用植被结构生成软件Onyx tree professional重建梨树林场景,采用基于物理的光线追踪算法模拟相机拍摄的照片,提出了规则林地覆盖度照相法测量的采样方案,并通过计算机模拟检验了采样方案。通过精确控制模拟相机的拍摄条件,进一步分析了非垂直拍摄对测量精度的影响。结果表明,相机的非竖直拍摄对覆盖度计算结果的精度有较大的影响,误差最大可达27.9%。该文提出的测量方案为规则林地的覆盖度实地测量提供了参考。     

日本应用数字化地图对滑坡判定的研究

以位于日本九州中央地带、崩塌后经过 2 0a以上演变继续扩大的市房山崩塌地群为研究对象 ,用现代卫星遥感技术进行长期监测 ,再利用GIS技术对崩塌地进行分析。判别结果为 :1)Landsat-TM和SPOT -HRV -XS卫星对崩塌地的判别精确度为 71%以上 ,其判别面积可以在实际应用中使用。 2 )卫星观测日和传感器的不同会对判别值(Ivn)产生影响 ,所以求这个值时考虑在观测日很近的航片的立体性是非常必要的。 3)既要由国土地理院发行的 5 0m的数字化地图来判别崩塌地实际影像 ,又要用GIS的标高资料计算河道网 ,然后扣除这些面积。 4 )如果不用与崩塌地大小相称的地上分辨率高的卫星资料 ,其判别精度就不高     

沙质沉积岩坡面崩塌的水文条件

在沙质沉积岩台地内,具有大量的岩屑堆,其地下水位变化是诱发崩塌的起因。观测表明:降雨后,在沙质沉积岩岩屑堆区,地表径流很快转化为地下径流。当地下水位长期处于高位时,一旦发生较大降雨,地下水位出现急剧上升,此时则是岩屑堆崩塌的高危时期。沙质沉积岩坡面的剖面上从上到下大量分布有管孔、裂隙。地表径流通过管隙和裂隙渗透进入地下,形成管流,很快到达基岩,再从台地山麓的周边地区流出。当台地内地下水流出量超出岩屑堆排水能力时,岩屑堆内的地下水位急剧上升,以至引起崩塌。基于沙质沉积岩谷地低水位时的流量测定,岩屑堆崩塌是发生泥石流的起源,而不是沙质沉积岩谷地。     

日本泥石流形态观测

滑川北股泽为日本泥石流易发区。1982～2004年共有11次的观测记录,其中7次获得了泥石流VTR图像,观测器械设在第1#塘坝～上游塘坝群的泥石流流下堆积区间。通过监控摄像可以获得泥石流的水文图及流出塘坝堆沙区域的泥石流的图像。并求得泥石流的流量、流速、波高、土沙生产量、土沙堆积量、土沙流出量。通过分析可认为:由于过去的长期存在不稳定的土沙堆积在山坡、溪床内,成为泥石流发生的间接原因;近期的超强降雨是诱发泥石流的直接原因。其堆积机制:因水保工程曾拦截数次泥石流,伴随堆沙区域的地形变化,原河床的坡度变化点成为主要边界,后续泥石流开始逆向堆积。     

日本有关GPS在观测滑坡体移动中的应用

在日本 ,构造脆弱的地质带曾多次发生滑坡 ,滑坡危险性判断和崩塌、预测是依据土块移动量的测量数据判断的。近年来 ,采用GPS观测系统对土表崩塌和滑坡体移动量进行观测 ,这项技术与传统的伸缩计法相比 ,克服了易受气象条件限制、测点设置难等弊端 ,能长期提供观测点的情报。通过介绍GPS观测系统的工作原理和适用条件以及GPS确定位置的方法和分类 ,并通过列举GPS在测量滑坡体移动量中应用实例 ,说明了GPS是测量大规模滑坡体绝对移动量和移动方向的有效手段。     

山体崩塌后对流域输沙量的影响

山体发生崩塌等山地灾害,改变了流域运动形态。定性分析其危害远远大于常规的水土流失。但定量分析,究竟危害到什么程度,目前还没有相关的详细研究报道。2008年日本学者Laurentia DHANIO等人根据2004年3月26日发生在印尼的山地灾害相关资料,定量研究了因山体发生崩塌、滑坡,对流域输沙量的影响。其结论是:山地灾害的发生,不仅造成河流的泥沙大量沉积,且崩塌前径流深为降水量的60%,而崩塌后下降到45%。浑浊度比崩塌前提高了400倍。此项研究揭示了流域内一旦发生滑坡,必然产生大量的水土流失,增加了流域治理难度。但也提示我们应利用这种改变规律,决策流域治理手段。此项研究成果对我国研究山体崩塌、滑坡或泥石流等山地灾害的防治,具有一定的借鉴作用。     

利用非接触传感器连续监测泥沙动态

利用监控录像和泥沙移动探测传感器等非接触监测手段,多应用于泥石流等的监测,对于洪水观测还没有得到充分利用。2009年日本株式会社综合防灾系统研究所小川达则等人就非接触传感器从正常洪水到发生灾害时对泥沙移动动态观测进行了相关研究。利用非接触传感器的观测方法能掌握平常洪水到灾害时的泥沙移动动态。通过复合设置各种非接触传感器,补充各自的缺点,利用各传感器信息的相互关系,能连续高精度地探测泥沙移动的发生、流出规模、流出情况等泥沙动态。在所利用的各传感器上增添新技术,探测出新的情报,通过引进新技术开发的各种传感器强化防沙观测局的情报,达到有效利用。     

称重式坡面径流小区水流流量自动测量系统

坡面径流小区流量观测是坡地水土流失状况研究的重要内容。该文提出了一种新型的含沙水流流量自动观测方法和测量系统。通过受力分析和水力推导,得到了无含沙水流流量测定计算模型和含沙水流流量校正公式。模型验证和参数标定的试验结果表明：无含沙水流的拉力输出值和流量之间的关系与推导得到的水力学模型非常吻合,决定系数可以达到0.99。含沙水流流量通过校正可以得到精度很高的观测结果,与人工观测平均相对误差仅为0.4％。因此,该含沙水流自动测量系统具有很好的可靠性和观测精度,有一定的应用前景。     

日本关于复合型泥石流发生的判别

由崩塌物流入河道后继续流动而泥石流化的泥石流称为复合型泥石流。若崩塌物的坡下部存有使其能形成天然坝或岩锥的地形 ,则可阻止泥石流的运行。日本学者山田孝等人在日本过去已发生的泥石流实例中 ,选择 7件复合型泥石流、6件形成天然坝的泥石流事件 ,进行统计分析。崩塌底部至流入河道的距离 ,崩塌地与崩塌底部的比高 ,在进行复合型泥石流及天然坝的判别中影响不大 ;崩塌物流入河道的角度为 10°～ 6 2°(平均为 31 4°)是影响最大的因素 ;流入河道地带的坡度为 6°～ 2 5°(平均 15 1°)时 ,影响次之。     

基于半球摄影法的果树叶面积指数检测张立俊3，洪添胜1,2,3，吴伟斌1,2,3※，Joseph Mwape Chileshe1,2,3

摘要：为解决传统方法中从数据获取到数据处理出现的误差,进一步改善操作方法,该文设计了一种半球摄影法检测系统,使用鱼眼镜头在不同位置下拍摄单棵果树。对拍摄的图像进行处理,并对叶面积指数测量值和真实值进行验证对比,研究影响测量叶面积指数的因素。研究结果表明：鱼眼镜头在不同方位、不同偏移、不同高度下拍摄,以及不同软件处理方法都会对叶面积指数的测量产生影响。最优化的参数组合为：选择果树东方位拍摄,鱼眼镜头距离柑橘树主干25 cm,距离地面高度89 cm;在软件处理分析时,应取LAI4R,天顶角设为60°,同时采用软件遮罩功能对与冠层无关的区域进行屏蔽。在上述方法操作下,系统线性回归模型的决定系数R2为0.8268,测量值与真实值的平均绝对误差为0.31,平均相对误差为14.19%。该方法可为单棵果树叶面积指数的检测提供研究基础。     

根据地基振动推测泥石流规模

通过在日本的烧岳上上堀泽设置地震计,观测泥石流运动时地基振动特性,建立了波峰振动加速度与波峰流量,振动加速度振幅时间积分与泥石流体积之间的函数关系,并且两两变量之间里拉强的正相关,相关系数分别为０．９０和０．９８。由此断定：可以通过观测地基振动来推测石砾型泥石流流量或泥沙总输出量。但当振动加速度小于 ４０ ｍ／ｓ２时,泥石流波峰流量的推测值误差比率会有超过 ５０％的情况。当振动加速度振幅的时间积分小于８００ ｍ／（ｓ２·ｓ）时,推测泥石流体积,误差比率虽然也有超过５０％的情况出现,但是在发生比其规模大的泥石流时,推测精度显著提高。     

因地制宜做好滑坡泥石流预警系统建设建设社会主义新农村

云南省彝良县因特殊的地质、地貌和气候水文条件,成为滑坡泥石流等山地灾害最为集中地区,滑坡泥石流灾害频繁发生,危害集镇、村庄、交通运输和农业生产等。为减少滑坡泥石流对当地人民生命财产的危害,1991年成立了麻窝滑坡泥石流预警点,2002年列为滑坡泥石流群测群防县,开展了以雨量、排桩为主的滑坡观测工作,面对大面积的滑坡,建立滑坡泥石流预警系统,以"土法"观测为主,仪器监测与人工监测相结合,保障了人民生命财产安全。     

藏东南直白沟冰崩型泥石流孕灾条件与动力特征

[目的] 分析西藏林芝市米林县派镇直白沟2020年9月10日泥石流灾害的形成条件、启动机制和动力特征，为藏东南地区重大工程建设中的冰崩型泥石流灾害的监测预警及风险防控提供科学参考。 [方法] 综合利用野外调查、多期遥感解译、灾害监测和现场观测等手段，研究了泥石流的启动过程、冲淤特征和灾损情况，计算了动力参数。 [结果] “9·10”泥石流灾害是高位冰岩崩驱动形成的，包括3个形成过程： ①受2017年米林地震对岩体震裂作用和冻融循环作用，南侧分水岭发育高位冰岩崩，形成冰岩碎屑流在斜坡冰碛平台运动， ②冰岩碎屑流铲刮斜坡冰碛物与松散岩土体，进入2^#支沟运动并沿途携带沟道物质，放大碎屑流规模。 ③通过运动过程中的碰撞摩擦，冰体发生相变，冰岩碎屑流转化为泥石流。 [结论] 冰崩型泥石流的触发条件、水土耦合过程和动力特征均异于常规冰川降雨复合型泥石流，其动力参数受启动点高势能和运动中冰水相变作用影响，与现有计算方法所得结果具有极大差异。未来对冰川泥石流灾害防治研究不能直接采用现有降雨型泥石流动力参数计算方法，应基于泥石流启动机制来分析动力参数。     

基于物源数量的泥石流危险性评估——以都江堰白沙河为例

汶川地震通过诱发滑坡和崩塌产生大量松散固体物质促进了泥石流的暴发,且大多数地震次生泥石流为超大规模,对地震灾后重建造成严重威胁。从区域上进行泥石流灾害危险性评估是目前地震灾区恢复重建和区域经济发展所必须而又紧迫的工作。通过对地震次生泥石流形成条件的分析,提出了一种基于泥石流物源数量,并结合遥感及GIS技术的泥石流危险性快速评估方法。通过在都江堰白沙河59个小流域的应用证明,评估结果与实际灾害情况较吻合,能够为地震灾区泥石流防灾减灾提供参考。此方法适用于地震灾区在短时间内物源突然富集的流域,并且受到遥感图像精度的影响,同时也具有一定时限性,需要根据遥感图像进行周期性更新。此方法能对地震灾区大区域泥石流危险性进行快速评估分级,尤其适用于野外调查无法开展的河流上游区域的泥石流评估。