基于雨型的泥石流发生临界降雨条件及预测模式

降雨是泥石流形成中关键而最具动态性的因素，不同的降雨过程对泥石流起动具有不同的影响，降雨过程研究的滞后在一定程度上制约了降雨泥石流形成临界条件的准确性和预测预报的精度。本课题首次引入雨型的概念，采用无因次法对雨型进行分类并建立与泥石流发生相对应的雨型体系，通过原型调查、模拟试验与实时监测相结合的方式，揭示不同雨型对泥石流起动的影响，对比研究容易诱发泥石流的主要雨型，从雨量、雨强和雨型三个方面阐明不同降雨前提下泥石流起动的临界条件，建立基于雨型和临界降雨条件的预测模式，从而为今后泥石流精细化的预测预报提供判据。研究的成功实施有助于揭示不同降雨过程对泥石流起动的影响和控制作用，对进一步完善泥石流起动机理和泥石流发生条件预测研究具有重要理论意义，而对于泥石流防灾减灾具有一定的实践意义。

首先通过资料收集、野外观测等工作手段，全面收集了大渡河流域、攀西地区和汶川震区三个泥石流高发区近年来发生的132次泥石流灾害事件及其降雨过程，系统分析了降雨过程对泥石流发生的影响，进而通过典型灾害调查、泥石流起动物理模拟试验等工作的开展对泥石流起动与降雨过程响应进行了研究。研究取得了以下四个方面的成果：（1）提出了泥石流发生雨型的定义并建立了不同时间尺度（包括24h时间尺度和1h时间尺度）的雨型体系。24h时间尺度的雨型根据前期有效降雨或当日降雨在总降雨量中的贡献进行划分，分为短临降雨激发型、短临降雨主导型、前期有效降雨与短临降雨平衡型、前期降雨主导型。1h时间尺度雨型的划分主要依据小时降雨量的时间分布与泥石流发生时刻的关系，分为无峰型、峰前型、峰中型和峰后型；（2）研究了泥石流发生与降雨雨型的响应。泥石流发生对应24h时间尺度的雨型以前期降雨与短临降雨平衡型所占比重最大，多达31.8%，其次为前期降雨主导型和短临降雨主导型，分别占27.3%和25.0%，而短临降雨激发型仅占15.2%，证明了前期降雨对泥石流起动起到的积极作用。对于泥石流发生与1h时间尺度雨型响应表明，研究区泥石流事件降雨过程没有无峰型雨型，体现出了山区降雨的特征，而峰前型、峰中型和峰后型泥石流事件分别占样本总数的16.7%、44.4%和38.9%；（3）在国内外泥石流起动物理模拟试验现状与进展总结研究基础上，下垫面以大渡河流域熊家沟为模型，开展了不同降雨强度和径流条件下泥石流起动的物理模拟试验，初步研究、印证了冲沟型泥石流的形成机理、演化特征及其与降雨过程的响应；（4）开展了基于雨型的泥石流发生临界降雨条件及预测研究。基于24h时间尺度雨型，以前期有效雨量和当日降雨量为降雨参数，分别建立了攀西地区、大渡河流域和汶川震区泥石流发生的临界24h降雨条件；通过雨场划分，根据平均小时降雨量、累积小时降雨量与降雨历时关系和激发小时降雨量和累积小时降雨量关系，建立了汶川震区基于1h临界降雨量（小时雨强）的泥石流预测关系式。研究成果有利于进一步增强泥石流形成机理与降雨条件的认识，对大渡河流域、攀西地区和汶川震区泥石流气象预警和防灾减灾具有参考价值。