[发明专利]一种建立水土流失监测与预警模型的方法

说明书

技术领域

本发明涉及铁路沿线环境安全评估和预警，尤其是涉及铁路沿线水土流失监测与预警。

背景技术

铁路是国民经济的大动脉，在交通运输中起着重要的作用，而水土流失严重影响铁路的正常运行和行车安全。我国是水土流失活动较频繁的国家之一，而铁路又是遭受水土流失危害最严重的行业之一。水土流失常常会对铁路路基形成冲毁、淤埋、堵塞桥涵等，严重影响铁路的安全运营。随着近年来全球环境的恶化，极端气候频发，铁路不断地向山区延伸，铁路沿线水土流失灾害频发，严重威胁铁路运输线营运安全，每年铁路受灾损失居高不下。水土流失灾害是铁路运输线上所遇到的最频繁的自然灾害，常常淤埋、堵塞、冲毁铁道线路，引发铁路断道、列车出轨等安全事故，给铁路运营安全带来严重威胁，因此建立一个完善的水土流失监测与预警系统对于铁路安全的意义十分重大。

针对水土流失造成的泥石流等地质灾害的监测预警系统的方法包括模糊数学方法、人工神经网络法、灰色理论、GIS技术、可拓理论、回归分析法。早期的系统模型基于降雨条件建立预警模型，没有与当地的地质环境条件结合，预测预警精度不高。经过研究发现影响水土流失的因素主要有岩性结构、地形地貌、土层植被、水文条件、气候降雨等，因此科研人员进一步建立了降雨条件与地质条件耦合的监测与预警系统，综合考虑了山坡坡度、边坡松散物质储量、植被覆盖率、土壤含水量、历史降雨量、实时降雨量等多个因素。

土壤中的孔隙充满水，具有从高水势点向低水势点流动的不平衡性；水流不会改变土壤中水储存量。土壤水分饱和后，土壤颗粒间的胶结物发生变化，如膨胀、溶解等，土壤颗粒间的团聚性能减弱，土壤团聚体遭到破坏，土粒间的作用力，如范德华力、水膜张力、粘结力等消失或失去作用，土粒间发生滑动，再加上水力的作用，土壤会发生溜坍，引起边坡垮塌，导致水土流失，引发自然灾害，掩埋路基，冲垮堤坝等，因此土壤含水量是评价边坡溜坍和水土流失是否发生的重要因素之一，现有技术中考虑了土壤含水量因素，但是没有进一步考虑土壤中不同位置含水量对水土流失的造成的区别。

发明内容

本发明目的在于提供一种建立水土流失监测与预警模型的方法，考虑边坡不同位置土壤含水量对水土流失的造成的区别，建立一个多点、多层的多维预测模型；该方法通过以下步骤建立：

步骤S1，选取水土流失监测与预警的影响指标；

步骤S2，对各个影响指标进行评分；

步骤S3，根据层次分析法对以及评分结果对各个影响指标赋予权重系数；

步骤S4，根据功效系数法计算每个影响指标的功效系数值，再结合所述权重系数加权求和得到总功效系数；

步骤S5，根据总功效系数判断是否发生水土流失。

进一步的所述步骤S1中所述影响指标包括多个位置的土壤含水量，设置其监测点布置为多点和多层相结合的布置方式，对同一个单元边坡的不同高度位置分别布点，对同一高度的不同土壤深度位置分别布点，测量多点的土壤含水率。

进一步的所述步骤S2中对所述不同高度位置测定的土壤含水率给予不同的评分，在所述步骤S3中对所述不同高度位置测定的土壤含水率赋予不同的权重系数。

进一步的所述权重系数为边坡位置越高土壤含水量的权重系数越小，边坡位置越低土壤含水量的权重系数越大。

进一步的所述步骤S4中对所述不同深度位置测定的土壤含水率赋予不同的功效系数评价值。

进一步的所述功效系数评价值包括土壤含水量的满意值和不允许值，所述土壤深度越小土壤含水量的满意值和不允许值越小，所述土壤深度越大土壤含水量的满意值和不允许值越大。

进一步的所述同一个单元边坡的不同高度位置为边坡上、中、下部位，所述同一高度的不同土壤深度位置土壤表层、深层部位。

与现有技术相比：本发明的方法基于层次分析法确定影响因子权重系数，基于功效系数法构建水土流失预警模型，能够考虑多个变量，对水土流失沟进行整体性预测，其中土壤含水量是是否发生边坡溜坍和水土流失的重要因素，对土壤中含水量的测定采用多点和多层相结合的布置方式，且在建立预警模型中根据具体位置设置不同的评价参数，能够得到一个多点、多层的多维预测模型，相比传统的单点土壤含水量预测模型能够反映整个边坡的水土流失状况，进一步提高水土流失监测与预警系统的精度。

附图说明

图1是本发明水土流失预测预警指标层次体系图。

图2是本发明土壤含水量布置拓扑结构。