综合预报方法

综合预报方法（共7篇）

综合预报方法 篇1

我国西部地区多是山区地貌, 高速公路建设中隧道施工数量也尤为众多, 如何在施工过程中降低隧道瓦斯、采空区及涌水突泥等造成的高风险, 保证施工的安全生产也成为了建设方关注的热点。随着超前预报技术装备的提升, 克服仅由一种方法解释带来的不确定性, 结合多种方法增加预报解释的可靠性和精确度, 成为现代施工技术中一项重要的进步。

1 工程概况

南充经大竹至梁平 (川渝界) 高速公路项目位于川东南充和达州市境内, 是四川东向通江达海和陆路出川通道的重要组成部分, 也是完善四川综合交通运输体系和成渝经济区区域高速公路网布局的需要。铜锣山隧道和铜锣山隧道均为A3设计合同段的两座特长隧道;均按双向四车道80km/h高速公路标准设计, 采用分离式双洞布置。

铜锣山隧道穿越铜锣山山脉, 隧道长5023.5m (平均) , 铜锣山隧道位于四川自流盆地东部, 为典型的梳状褶皱山地形。背斜成山, 紧密狭窄;向斜成谷, 宽广平缓, 构造地貌明显。铜锣山隧道地下水主要为碎屑岩类裂隙孔隙水、碳酸盐岩类裂隙溶洞水;洞身位于水平循环带内, 岩溶及岩溶水极其发育;铜锣山隧道正常涌水量为20 万方/d, 最大涌水量59 万方/d;洞身岩溶分布规模不均, 施工中遇煤层、高水压、涌水 (突泥) 的风险性极高。

2 预报方法的选择

目前, 国内外隧道施工地质超前预报技术方法主要可归为两大类:地质法和地球物理方法。

地质法中的超前钻孔法是隧道施工期地质超前预报方法中最直接的方法。这种方法是通过钻孔钻进速度测试和所采取岩芯的观察及相关试验获取隧道掌子面前方岩石 (体) 的强度指标、可钻性指标、地层岩性资料、岩体完整程度指标及地下水状况等诸多方面的直接资料。但因掌子面超前钻孔数量和钻孔深度有限, 有时不能全面地了解前面的地质情况, 且钻孔费用昂贵。

地球物理方法中的TRT方法 (隧道地震波反射层析成像技术) 是一项比较新的技术, 通过分析地震波在不同介质中的波速差异来分析隧道工作面前方地质体的性质 (软弱带、破碎带、断层、含水等) , 位置及规模。另外一种方法是GPR方法 (地质雷达技术) , 这种方法是用无线电波来确定地下介质分布的一种方法, 是指利用宽带的电磁波以脉冲形式来探测地表之下或确定不可视的物体或结构。因发射频率的不同, 长距离预报的TRT法的探测深度范围达100-150 米, 短距离的GPR法的探测深度范围为0-30 米。

3 多种超前预报技术在铜锣山隧道工程中的综合应用

于2011 年9 月, 探测铜锣山隧道进口左线ZK132+899~ZK133+015 段围岩工程地质及水文地质情况, 并提出相应的建议措施。段范围内隧道穿越背斜西翼雷口坡组T2l地层, 岩性主要为薄~中厚层状的泥质灰岩、泥灰岩、灰岩和钙质泥岩等, 局部夹杂岩溶角砾岩。地表发育岩溶蚀槽谷、洼地、落水洞、溶洞等, 隧道内可能出现大小不一的溶洞、溶缝。受断层影响层间挤压较严重, 岩层褶曲发育, 岩体较破碎~破碎。地下水发育, 隧道内多出现股状涌水, 在岩溶与非岩溶接触部位有突水可能。

首先使用长距离预报TRT法对ZK132+991~ZK133+062 段进行探测, 得出的结论基本维持掌子面岩体现状, 主要为砂岩, 岩体较破碎~较完整, 以中粒结构为主, 钙质胶结, 力学强度高, 属于较硬岩。层间结合一般, 稳定性一般~较差, 易掉块、坍塌。节理裂隙发育, 结构面结合一般, 中上部岩体易沿不利结构面滑塌冒落。可能出现地下水发育, 出现线状、股状涌水。

当施工掘进至ZK133+037 处, 利用短距离预报GPR对掌子面进行探测, 探测范围ZK133+037~ZK133+062, 解释数据得出结论掌子面岩性主要为灰岩、泥灰岩, 灰岩呈薄~中厚层状, 弱风化, 微晶质, 岩质较坚硬, 岩体受结构面切割, 易在拱部形成掉块或小规模坍塌。泥灰岩呈片理状, 岩体完整性较差, 较破碎~破碎, 岩性较软, 遇水易坍塌。灰岩与泥灰岩呈互层状产出。掌子面岩层产状主要为310~315∠88~90°, 仅核心土底部褶曲较大, 产状为305∠30°。掌子面附近地下水发育, 掌子面右侧有涌水, 初支拱顶及掌子面边缘渗水如下雨。围岩整体属软硬岩互层, 层间结合较差, 在地下水作用下易引发坍塌。

同时, 在ZK133+037 处进行超前地质钻探过程中阻力较大, 当钻进到15 米左右时, 发生严重顶钻现象, 钻探无法继续。由于水压力过大, 钻杆直接被冲出, 导致钻机损坏。在将钻杆拉出钻孔时, 钻孔中涌出大量混水, 疑似钻孔坍塌 (仍有5 m钻杆卡在钻孔中) , 随后发现掌子面核心土右侧出现喷射状涌水 (喷射距离约3 m) , 分析认为当掌子面继续开挖时, 存在高压涌水风险。通过超前钻探得出结论本次超前地质钻探共完成取芯钻探15m, 基本获得隧道掌子面 (ZK133+037) 前方15m的围岩情况和富水情况等相关地质资料。

最终综合三种预报解释得出结论:该段岩体较破碎, 节理裂隙发育, 结构面结合较差, 稳定性差, 开挖后易风化, 遇水软化、破碎, 造成岩体失稳, 易沿不利结构面滑塌, 掌子面顶部易坍塌冒落。地下水发育, 隧道内多出现股状涌水, 在岩溶与非岩溶接触部位有突水可能。

因此建议施工单位应加强超前支护措施及初期支护措施;地下水发育, 应做好防排水工作, 施工至该段时应施作超前钻孔, 探查地下水状况, 避免出现涌水 (突泥) , 并根据具体情况决定施工作业。

4 结语

综上所述, 通过TRT长距离预报, 超前地质雷达预报, 超前钻孔再次验证这三个阶段的综合超前预报, 增加了隧道超前预报的可靠性和精确度, 给隧道的安全施工奠定了基础。可以相信, 随着超前预报技术的日新月异, 各种预报方法的综合应用手段将更大范围地运用到今后的隧道施工作业中, 给隧道施工提供更好的安全保障。

参考文献

[1]赵永贵, 刘浩, 孙宇, 肖宽怀.隧道超前预报研究进展[J].地球物理学进展, 2003, 18 (4) :460-464.

[2]何成, 江登洪, 陈欣梅.特殊不良地质隧道的超前钻探法预报技术探讨[J].西南公路, 2010, (4) :126-130.

[3]赵永贵.国内外隧道超前预报技术评析与推介[J].地球物理学进展, 2007, 22 (4) :1344-1352.

论述综合录井异常预报的研究 篇2

钻井安全是现代优质高效钻井的前提, 是油气钻探的重要方面。钻井安全不仅能够保障工作人员的生命安全, 而且可以节约钻井成本, 提高石油勘探效率。对维护我国战略能源安全具有特殊重要的战略意义。

任何钻井事故发生之前都伴有一定的先兆。充分应用综合录井仪器的工程参数异常预报手段, 能够极大地降低钻井事故的发生。但录井仪器也不是万能的, 它对井下异常的判断只能简单的进行录取参数进行报警等。对异常的情况及发生原因及状况, 只能靠人为的经验去进行判断及处理等, 这样的结果就是有可能造成预报的不准确和预报的内容叙述等不准确。综合录井进行预报就是充分发挥和利用录井仪的重要作用, 利用现代计算机技术和人员监控相结合来综合对安全事故进行预测和预报。

2 异常事故介绍

在钻井施工过程中, 造成异常事故的原因主要有三个方面。

人员因素:现场施工人员的仪器及机器使用能力和技巧, 对事故的认识等;

工程因素:对地质现场的资料的掌握及拥有量, 施工的科学性及技术性的正确性;

地质因素:施工现场的地质构造, 岩层的定位及地表层的岩层分布。

3 常见事故及造成事故的原因极其举例

常见事故及造成事故包括:下钻遇阻、井漏、井侵、溢流、井涌、井喷、井喷失控、提钻遇卡、井塌、跳钻 (憋钻) 、断钻具、掉钻具、溜钻 (顿钻) 、卡钻、掉水眼与堵水眼、参数异常等

3.1 下钻遇阻的原因

(1) 钻具的不稳定及钻具结构的变化;

(2) 下钻不彻底;

(3) 钻头磨小, 换新钻头后造成下钻遇阻;

(4) 地表层的缩小, 致使下钻困难;

(5) 上次钻完后造成井塌, 再次下钻遇阻, 没有完全预测事故。

在录井仪上表现为钻时突然增大或减小, 或呈趋势性减小或增大

3.2 造成井漏的原因

(1) 溶洞性漏失;

(2) 钻井的地层断裂;

(3) 钻井层出现裂纹;

(4) 钻井溶液密度过高, 超过地表层的抗断裂压力, 压漏地表层;

(5) 钻井的时候, 开泵过猛, 压力机负荷过大, 压漏地层。

3.3 造成井侵的原因

(1) 地层空隙压力大于井底压力

(2) 地层空隙中的压力油液、流体进入井内, 造成地面测量的泥浆密度减小。

在录井仪上表现为出口密度值突然减小或者逐渐增大。钻进中, 总烃、烃组份突然升高。

3.4 造成溢流的原因

(1) 起油管时, 起出管柱体积大于灌注修井液体积;

(2) 下油管时。下入井内管柱体积小于修井液返出井口的体积。

3.5 造成井涌的原因

(1) 地层压力掌握的不确切;

(2) 泥浆柱高度H降低;

(3) 泥浆密度降低;

(4) 抽汲压力的影响。

录井仪表现为气测值大幅度升高;接单根后效气极为明显;钻井液密度减小, 粘度升高。

经验分析:揭开油气层后短起下遇卡, 反复上提下放转具, 造成抽吸。党开泵循环时, 产生井涌。

3.6 造成井喷的原因

(1) 起管柱产生过大的抽汲力;

(2) 起管柱不灌或没有灌满修井液;

(3) 油层套管完好程度的影响;

(4) 设计的影响;

(5) 注水井不停注或未减压;

(6) 修井液中混油过量或混油不均匀, 造成液柱压力低于地层孔隙压力。

在数值上表现为钻井液出口密度突然减小0.04g/cm³以上, 出口温度突然增大或减小。

3.7 造成井喷失控的原因

(1) 起钻抽吸, 造成诱喷;

(2) 起钻不灌钻井液, 或者是没有灌满;

(3) 井口不安装防喷器材, 或者井控装备数量不足, 配有的防喷器材只能保证重点探井或者是特殊的探井;片面的追求钻井的成本, 想尽快投入设备去钻井, 不考虑安全, 也有认为只是钻几百米的井, 用不着安装防喷设备, 安装防喷设备会占用资金;

(3) 防喷设备的安装不符合要求, 或者是安装后调试压力不符合规定要求;

(4) 不能及时的发现溢流, 或者不能准确的发现溢流;

(5) 发现溢流后处理措施不当 (有时候发现溢流不能及时正确的关井, 反而是继续巡视、观察, 导致气侵钻井液或者气柱迅速的上升, 发现后再去关井, 为时已晚) ;

(6) 井身设备不合理, 安装设备部到位;

(7) 对浅地层的危害性缺乏足够的认识及没有基础知识;

(8) 地质设计未能准确的提供地层的压力资料, 导致钻探过程盲目进行;

(9) 空井时间过长, 也没有相关工作人员观察井口;

(10) 相邻注水井不能注压或者是为减少压力的输出;

(11) 钻井过程遇到漏失层段发生井漏, 并且未能及时去处理, 或者是处理措施不当;

(12) 钻井层中混合油量不均匀或混油过量;

(13) 相关人员操作设备部正确, 操作不当。

3.8 提钻遇卡的原因

(1) 钻头钻入井口键槽内部, 没有及时发现;

(2) 井口有落物, 堵塞井口;

(3) 缩径, 钻头有泥包;

(4) 井口有塌陷。

录井仪表现为大钩负荷增大;转盘扭矩增大;立管压力升高, 出口流量减小。

3.9 造成井塌的原因

(1) 钻井液处理不当, 大量加水, 泡塌地层;

(2) 钻井液性能差, 失水过大, 造成井壁不稳定, 容易形成周期性塌陷;

(3) 液注压力低于地层压力造成塌陷;

(4) 停钻时间长, 钻井液沉淀, 性能变坏, 造成井塌陷;

3.1 0 造成跳钻 (憋钻) 的原因

(1) 钻头老化

(2) 井下落物;

(3) 井塌;

(4) 钻头严重有泥;

(5) 钻遇砾石层, 软硬夹层, 不均匀地层。

3.1 1 造成钻具断裂的原因

(1) 大负荷运转;

(2) 泵冲上升;

(3) 使用不当。

4 安全措施

制定钻井活动中的风险管理措施, 是达到风险控制目标、保证风险削减措施的落实以及顺利实施钻井活动的重要保证, 主要包括以下内容:

(1) 建立完善的钻井HSE风险防范保障体系和运行机制, 保证有关风险削减措施的实施;

(2) 组织落实风险防范和削减措施必备的人、财、设备等必备条件和手段, 并制定有关保护设备、工具的配置和采购计划;

(3) 识别钻井活动中各个阶段和不同工艺施工作业中可能产生的HSE风险, 制定防止和削减措施;

(4) 制定钻井作业中各种险情和危害发生的应急反应计划以减少影响;

(5) 钻井安全生产管理措施应形成文件, 以规定、制度和条例形式下发, 指导钻井安全生产;

(6) 制定危害影响和恢复措施;

(7) 对提出的风险防范、削减和恢复措施也可能产生的危害进行再识别和评估, 以确定这些措施在风险控制目标中的作用;

(8) 监控措施;

(9) 建立安全生产指南, 钻井作业安全规程、常规钻井安全技术规程、含硫油气田安全钻井法、钻井设备拆装安全规定、关井操作程序、井场动火管理、井场用电安全规程等。

5 总结

通过以上工程异常预报有关知识的说明, 希望操作人员重视工程异常预报工作。不仅做到发生异常做预报, 更要通过各种间接参数变化提前做出准备判断, 真正做到预报及时有效, 减少甚至避免工程事故的发生, 在现场真真正正地起到综合录井的作用!

参考文献

[1]杨旭.欠平衡钻井录井方法探讨[J].科技情报开发与经济, 2011, (6)

基于综合火险指数的森林火险预报 篇3

火险等级即森林燃烧等级是在森林可燃物分类的基础上结合其他环境条件,将森林划分为不同的火险等级,以便分级管理。我国现行的森林火险区划方案是根据可以获得火险因子数据的有限点来进行区域划分的,问题主要是这些数据的局限性,只能表示有限点的信息,而不能表示面的信息。遥感数据在一定程度上避免了这种弊端,地理信息系统技术则有利于实现对遥感和常规调查所提供的火险因子数据的管理。但是当前利用RS和GIS林火火险分析模型存在的问题有:大部分火险预报系统没有定量表示火险程度;少量用遥感来定量火险程度的,一般只考虑到植被信息,而忽略了高程、道路、人为等引起林火的重要信息。这些问题大大限制了火险预报的精度,因此,如何把二者充分结合起来,提出一个既包含重要火险因子,又能定量表示火险程度的火险预报方法就尤为重要。

1 研究地区和研究方法

1.1 研究区域和研究资料

山东省属农区林业,林农交错,森林防火外延广。到2000年,全省有林地面积227.4万hm2,动植物资源丰富,全省有木本植物73科210属662种,陆栖野生脊椎动物450种,占全国总数的21%。属于国家一、二类保护的珍稀动物有71种。全省已建立森林和野生动物类型自然保护区16处,总面积47.4万hm2,建立森林公园84处,其中国家级森林公园26处,是古树名木的重要汇集区,且森林集中连片、与重点人文资源融入一体,是森林防火的重中之重。在引起火灾原因中,人为原因(上坟烧纸、烧荒和野外吸烟)是近几年引发森林火警火灾的主要原因之一(见图1所示)。再由于易发火灾地区气象站点稀少,并且地区山高林密,以往单一使用气象数据预报火险已经不能满足需要,一个准确的预报火险系统对于尽早发现火点就显得极为重要。

1.2 研究方法

按照森林燃烧圈学说,森林火险的约束条件主要来自5个方面,即火源、气象状况、森林特性、地貌地形和社会因素。森林火灾的发生是各个因子相互作用的结果,森林燃烧的首要条件是一定的天气条件,然后是植被条件,最后是火源。根据以上火灾发生条件,提取出气象因子(包括气温,空气湿度),植被因子(包括树种和死、活可燃物湿度),地形因子(包括高程、坡度、坡向)和偶然因子(包括人为因子)等,研究技术路线如图2所示。

2 林火预报模型(FRI)的构建及计算

根据以上火险因子分析构建4个指数:植被火险指数、气象火险指数、地形火险指数、人为火险因素。火险危险指数(FRI)包括两个部分:一是静态部分,包括地形、居民地、道路和水体等;二是动态部分,包括天气和植被。因此,FRI由构成这几个因素的4个指数计算,见式(1)。

式中:FPI为植被潜在火险指数;NWDI为归一化气象火险指数;NTDI为归一化地形火险指数;MDI为人为火险指数。

2.1 植被潜在火险指数(FPI)

可燃物模型利用美国的火险潜在模型(FPI),该模型假设:如果有活、死植被的湿度,就能预测林火发生的可能性;植被的绿度也能为活植被的湿度提供有用的参照;因为细小死可燃物的湿度对火传播至关重要,所以10 h时滞死可燃物应该代表死植被;因为风是短暂即逝的,所以可以不考虑风的因素。模型定义见式(2)。

式中:FPI为植被潜在火险指数;FMC10HRFRAC为10 h时滞死可燃物湿度(FMC10HR)和水分消失量(H.EXT)的比;VC为活植被湿度。

活可燃物湿度由可燃物水分含量(NDWI)计算出的相对绿度得到,死可燃物湿度由相对湿度和大气温度计算出的10 h时滞死可燃物湿度和各种不同植被的水分消失量的比得到(其中,不同植被的水分消失量可由美国NFDR系统模型得到)。

FPI模型利用可燃物模型图和活、死地被物的负荷量及湿度来预估林火发生的可能性。对于每个像元,可燃物模型图作为参考的资料;相对绿度(RG)被用于确定活、死可燃物负荷量的比值及活可燃物的湿度;10 h时滞代表死可燃物的湿度,为了保持与相对绿度的一致性,湿度可以调节。

2.2 归一化气象火险指数

温度和它相对应的水分含量直接影响火怎样燃烧。空气越热,湿度就越低,它能包含的水分就越少。空气将从死可燃物中吸收水分,从而降低死可燃物的水分含量。太阳辐射能改变可燃物的湿度,可燃物的湿度又改变了空气的湿度。空气中水分含量影响可燃物中的含水量。空气从较湿的可燃物中吸收水分,较干的可燃物又从空气中吸收水分。

天气条件是估测火险的一个重要因素,因此用气温和相对湿度构建一个天气危险指数WDI,WDI由大气温度T、相对湿度RH计算,公式见式(3)。

根据相对湿度75～55可能发生火灾,温度5 ℃即使着火,燃烧也缓慢,据此,取相对湿度60和温度5 ℃计算得到一个近似临界着火值为0.083,据此建立归一化气象火险指数见式(4)。

2.3 地形火险指数

地形是影响火险等级最为重要的地学因子,地形可以通过气流和局部小气候影响林火的发生和蔓延。地形主要包括海拔、坡度和坡向,海拔影响植被的构成、可燃物湿度和大气湿度;在山区,随着海拔高度和降水量的增加,温度降低,湿度变大,林火发生的可能性降低;坡向直接影响地表接收太阳辐射的多寡,造成林火发生可能性在不同坡向上的差异;坡度越大,地表径流越快,地表可燃物越易于干燥,林火发生的可能性越大,由这些组成地形危险指数计算模型见式(5)。

式中:Elevation为海拔,m;Slope为坡度;Aspect为坡向。将正北方向的方位角设为0度,角度顺时针增加。

由于高程700～800 m,坡度5%～10%,坡向0～90为低火险,取高程800 m,坡度10%和坡向90计算得到一个近似临界值为14 424,据此建立归一化地形火险指

数见式(6)。

2.4 人为火险指数

人的活动主要由居住远近、道路的远近情况决定,因此用居民地、道路离森林远近来分析人为因素对火险的影响程度,而水体也对火的隔离和救火便捷度有重要影响,因此也将其考虑其中。根据居民地、道路、水体距离森林的远近分别得出火险值见式(7)～式(9)。

undefined

式中:x为距离,m;y为人为火险指数值。

3 火险预报指数验证

3.1 火点提取

根据植被燃烧时辐射和背景辐射差异,选用22通道亮温为植被燃烧时辐射,31通道亮温为背景辐射构建火点监测指数,利用地表植被覆盖区域较大时这些地区才可能发生火灾的特点,用归一化植被指数(NDVI)来减少因裸土或城市热岛引起的误判来提取火点信息,把实际获取的着火地信息与利用火点指数提取的火点信息相结合来提取着火点的地理位置信息,并与火险综合预报指数结合来进行分析。

3.2 综合火险指数

应用综合火险指数制作的2011年1-8月山东省综合火险指数图,见图3～图7所示。

由图7可以看出,山东省的森林火灾主要分布在森林资源集中连片、地形复杂的鲁中、鲁中南山区和胶东丘陵区。济南林区、崂山林区和昆嵛山牙山林区的综合森林火险指数比较高,是火灾高危区,与历年的统计及情况相符,如图8所示。

山东省3月份的综合火险指数从数值和面积都远远大于6月份的火险指数值和面积,说明3月份的森林火灾数程度大于6月,这与统计数据山东省每个月都有森林火警火灾发生,但主要集中在2～4月、春节前后,春耕生产和旅游活动进入高潮,烧荒烧地堰、游人吸烟等用火行为增多,加之春季干旱少雨,大风天气集中,特别是清明节期间,由于祭祀用火集中,森林火警火灾集中高发的特点相符,见图9所示。

3.3 森林火险划分等级

根据山东省研究森林火险特点,将山东省森林火险等级共分5级,见表1。

山东省地处暖温带大陆性季风气候区,冬春季节十年九旱,风大物燥,高火险天气集中持续,极易诱发重大林火。特别是全球性气候变暖,“厄尔尼诺”、“拉尼娜”现象出现频繁,加剧了森林防火工作的严峻形势,也打乱了既定的森林防火期。

据林业部门统计,2011年3月16日、3月26日、6月2日分别发生了1、5、6起林火,这些地点的森林火险预报结果如表2所示。这些地点的综合火险预报等级均在Ⅲ级及以上的可燃、易燃或强燃区域,可能发生火灾的危害程度在中度以上,而在预报不能点燃或难燃的I级、Ⅱ级区域未发生林火。在12起火灾中,有6次火灾发生在Ⅴ级综合火险等级的条件下,占总发生次数的50%;有5起火灾发生在Ⅳ级森林火险等级的条件下,占总发生次数的41.67%;有1起火灾发生在Ⅲ级,占总发生次数的8.33%。这说明了基于潜在植被火险指数、气象火险指数、地形火险指数、人为火险指数分类的森林火险综合预报模型的准确性,经过2011年防火期的业务实验,预报结果良好,能够满足森林防火业务的需求。

4 结果与分析

笔者利用3S技术、计算机技术和数学建模等知识,将遥感、GIS与传统的森林火灾预测预报方法相结合,取长补短,应用于森林火险预测中,有效提高了火险预报的精度。该火险指数模型充分考虑到了地形、植被、人为等引起火灾的因素,具有火险因子全面、适用性强等特点。FRI图有利于火灾的控制和预防,它能够帮助相关决策单位制定防御计划,主要包括在干旱时期可燃物的控制和防火塔的设置。

该模型也存在一些不足,一是定量描述综合火险指数值每个区域不一样,后续工作是将不同地方的火险指数值按地域来设定;二是因为资料的限制,没有考虑到风、降雨对火险的影响;三是以后应将高光谱引入,利用其特点将纤维素、半纤维素、木质素、浸提成分等引起火灾的木材化学成分提取出来。

摘要：构建综合火险指数模型,该模型包括4个部分:潜在植被火险指数(FPI)、归一化天气火险指数(NWDI)、归一化地形火险指数(NTDI)、人为火险指数(HDI)。详细介绍模型各部分的计算方法。将该模型与遥感、GIS相结合,开发综合森林火险指数预报系统,制作2011年1-8月山东省综合火险指数图,并与实际火灾发生情况进行对比,结果表明,该模型能够取得较好的预测结果。

关键词：森林火灾,火险指数,GIS

参考文献

[1]林其钊,舒立福.林火概论[M].合肥:中国科学技术大学出版社,2003.

[2]傅泽强,王玉彬.内蒙古干草原春季火险预报模型的研究[J].森林防火,2006,(2):28-29.

[3]徐爱傻,李清泉,方陆明,等.基于GIS的森林火灾预报预测模型的研究与探讨[J].浙江林学院学报,2003,20(3):285-288.

[4]尹海伟,孔繁花,李秀珍.基于GIS的大兴安岭森林火险区划[J].应用生态学报,2005,16(5):833-837.

[5]J D Carlson,R E Burgan.Review of user's need in operational fire danger estimation:The Oklahoma example[J].Int.J.Remote Sens.,2003,24(8):1601-1620.

[6]C Mbow,K Gota,G B Bénié.Spectral indexes for fire risk assess-ment in savanna ecosystems[J].Remote Sens.Environ.,2004,91:1-13.

[7]黄宝华,田力.基于MODIS数据的火险潜在指数(FPI)及其应用研究[J].国土资源遥感,2008,19(3):56-60.

[8]Castro R,Chuveico E.Modeling forest fire danger from geographic in-formation system[J].Geocarto International,1998,13(1):15-23.

农田鼠害预测预报及综合防治技术 篇4

1 调查研究方法

种类调查以采集标本, 捕鼠鉴定为主, 结合询问、看鼠迹及洞道结构等方法。种群密度调查采用目测法、堵洞法、捕鼠夹、弓箭射杀等方法, 在平凉市东5县 (区) 根据不同自然生态环境、作物布局进行了系统调查。经过3年的观察研究, 结果表明, 川水区发生较轻, 山塬区危害较重, 平均鼠口密度3.79~10.25只/hm2。害鼠隶属2目、5科、16种。优势鼠种为中华鼢鼠 (Myospalax fontanierii Milne—Edwards) 、大仓鼠 (Cricetulus triton) 及迁移危害的达乌尔黄鼠 (Citellus alasoh-anitus) 、黑线仓鼠 (Cricetulus Barabensis) 等, 在6、9月夏秋作物成熟收获时期有2次活动高峰。

2 调查结果

2.1 习性

在平凉市东5县 (区) 以土层深厚、疏松的山塬地鼠口密度较高。终生营地下生活, 以夜间活动为主, 黎明前为活动高峰, 黄昏时也活动频繁;怕光、怕风、怕水。中华鼢鼠栖息的地面呈现出由直径30~60 cm土丘连成的弯曲形状, 有堵洞和随季节与食物源迁移的习性。

2.2 食性

食性极其复杂, 食料来源广泛, 喜食小麦、玉米、马铃薯、油菜、豆类、当归及林果苗木, 主要取食植物根茎, 能把粮食作物整株拉入洞内, 贮存取食。

2.3 繁殖

害鼠繁殖力强, 在条件适宜时每胎最多可产仔6只, 一般为2~4只, 以春季第1胎产仔率最高, 一年可繁殖1~3胎。其自然寿命不超过6年[1]。

2.4 鼠害发生规律

春季害鼠活动频繁, 危害较重。3月上旬开始活动, 以冬贮食物为主;3月中旬进入繁殖期, 种群数量为稳定增长阶段, 10 d后数量剧增;4月初进入危害高峰期, 主要取食植物根茎部位, 4月中旬活动逐渐减少, 5月底进入越夏阶段[2];6—8月天气炎热, 活动减少;9月上旬至11月上旬又活动频繁, 贮粮备冬, 为秋季活动高峰期。12月至翌年2月种群数量较少。

3 预测预报技术

3.1 一年内进行春、秋2次鼠情预报

第1次在早春3月5—10日, 即害鼠开始繁殖前调查, 预测夏秋害鼠发生趋势;第2次在秋季10月5—10日害鼠停止繁殖时, 预报翌春鼠情。

春季预报:害鼠的总捕获率大于8%, 且优势种群中雌鼠所占比例大于50%, 春季气温正常, 平均气温不低于常年;夏季无洪涝灾害。害鼠可达到中度以上发生程度。

秋季预报:害鼠的总捕获率大于20%, 幼年鼠和中华鼢鼠比例大于50%或产量损失大于20%, 冬季气温正常, 平均气温不低于常年, 翌春害鼠将中度偏重发生。

3.2 种群数量消长因素分析

3.2.1 内因。

害鼠繁殖能力是影响其数量消长的重要因子, 其繁殖能力主要取决于雌鼠数、妊娠率、平均胎仔数、鼠龄结构等指标。一是雌鼠在种群中占的比例。雌鼠个体多, 种群的出生率就高。二是种群年龄比例。成年鼠比例大, 老年鼠比例小表示出生率大于死亡率, 将是一个数量迅速增长的种群。三是鼠类寿命和自然死亡率。在自然界中, 多数害鼠自然死亡, 这对种群的出生率有很大影响。

3.2.2 外因。

鼠类种群数量还受气候、食物、天敌和农事活动等生态环境的影响。一是气象因素。在一个地区内, 不同年份的温度、降雨对鼠类的发生影响很大。一般地温在4℃以上, 气温稳定在10℃以上, 冬季气温偏高, 鼠类自然死亡率低, 越冬基数将增加[3]。二是食物来源。食物的欠丰对鼠类的繁殖和生存有显著影响。食物丰富可提高怀孕和繁殖率, 同时提高了生存率。三是天敌控制。由于大量滥施鼠药, 死鼠不能妥善处理, 引起鼠类天敌二次中毒, 致使天敌濒临灭绝, 生态平衡遭到严重破坏, 这是多年来鼠害严重发生的根本原因。四是人为活动的影响。有些活动抑制了鼠害, 如食物源的生长状况与变更、深耕、灌水、土内施药、人工捕杀等活动也起到了灭鼠的作用。

4 综合防治技术

4.1 生态控制

改变农田生态环境, 造成不利于害鼠生存和繁殖的条件, 主要包括环境改造, 断绝鼠粮, 防鼠建筑及捣毁鼠类栖息地等手段, 可有效降低害鼠密度。

4.2 生物防治

一是利用猫、猫头鹰、蛇等鼠类天敌能有效控制害鼠的数量。二是利用对人、畜无毒而对鼠有致病力的病原微生物灭鼠。

4.3 物理防治

利用各种器械对害鼠进行捕杀, 主要有捕鼠夹、捕鼠笼、弓箭、粘鼠板、电子捕鼠器等方法灭鼠。

4.4 化学防治

化学灭鼠剂有熏杀剂、胃毒剂、驱避剂和绝育剂[4]等, 可选择溴敌隆、氯鼠酮、杀鼠醚、溴鼠灵和敌鼠钠盐等新一代高效抗凝血杀鼠剂[5,6], 配制成毒饵, 投放在离洞口10~30 cm害鼠经常出入的场所。

摘要：通过调查农田鼠害发生情况, 初步掌握其发生种类、分布范围、发生规律及危害习性, 并总结出预测预报技术, 提出综合防治措施。

关键词：农田鼠害,预测预报,防治

参考文献

[1]蒲崇建.甘肃省农作物病虫害测报技术规范[M].兰州:甘肃科学技术出版社, 2009:296-301.

[2]赵希远, 孙发国, 苏建云, 等.宁南山区褐家鼠发生规律及综合防治技术研究[J].甘肃农业科技, 2005 (5) :52-54.

[3]杜玺.安定区马铃薯地区地下害虫为害情况调查及防治[J].甘肃农业科技, 2008 (1) :25-27.

[4]赵桂芝, 施大钊.农业鼠害防治指南[M].北京:金盾出版社, 1994.

[5]张桂芳.青海省农田鼠害综合防治方法[J].青海农技推广, 2003 (3) :36-37.

泰州大雾预报方法 篇5

关键词：大雾,预报方法,检验

大雾是是较为常见的灾害性天气之一, 出现机率高、发生范围广、危害程度大。

随着现代交通运输业的发展, 大雾对交通的影响越来越明显, 常使飞机起降受阻, 高速公路封闭, 轮渡停航, 还会发生交通航运事故。同时, 弥漫在空中的雾滴往往会带有细菌、病毒, 影响城市污染物扩散, 加重二氧化硫等物质的毒性。因此大雾越来越引起社会及气象工作者的广泛关注。

1 泰州大雾的主要天气气候特征

1.1 泰州是江苏大雾高发的地区

由江苏省1961年至1999年平均雾日数分布图 (图略) 可见, 江苏大雾日数地域分布有明显差异, 江淮之间及沿江地区雾日最多, 淮北及苏南较少, 且自西向沿海增加, 由东向西梯度明显, 泰州为高值中心。泰州年均雾日数5 0.4天, 而其西侧的南京则只有2 1.6天。说明虽然同在江苏, 雾日的多少也有很大的差距, 这也说明了大雾更多地出现在沿海地区。

1.2 泰州大雾的时间分布

由泰州各月大雾平均日数图 (图略) 可见:泰州各月均可以发生大雾, 主要频峰在1 0月, 平均雾日为5.7天, 盛发期是秋末冬初的10月至12月, 说明泰州春秋季大雾出现频次最多。

2 形成大雾的天气形势及特征

2.1 形成大雾的天气形势

大雾形成于低层大气稳定条件下, 尤其在晴空、风小、近地层富含水汽的下半夜至清晨, 在大雾出现的前一天, 500h Pa上中纬度通常为平直西风环流, 虽地面气压场较为复杂, 但大致可分为以下四类:变性高压型、入海高压后部型、冷锋前部型、地面倒槽型。前两类多发生辐射雾, 后两类易发生平流雾。

2.1.1 变性高压型

冷空气已经过境, 地面上冷高压减弱变性, 天气晴好, 北风减弱, 但由于下垫面仍较冷, 这时如有海上的暖湿气流往泰州内陆输送, 就提供了充足的水汽条件, 容易造成大雾。

2.1.2 入海高压后部型

地面高压已入海, 强度弱, 北方冷空气还未影响, 泰州处在均压场 (鞍形场) 中, 天气晴好, 风向为东南风, 相对湿度增加明显, 加之晴空, 夜里的辐射降温明显, 为逆温层的形成提供了条件。

2.1.3 冷锋前部型

冷空气东移南下, 位置在河套地区或华北到山东境内时, 泰州处冷锋前部, 这时对流层低层逆温较为显著, 锋面上面暖空气云层中的较暖雨滴落入地面冷空气内, 经蒸发, 使空气达到过饱和。

2.1.4 地面倒槽型

地面图上, 在华南有倒槽伸至长江中下游地区, 该类型大雾发生前, 泰州受地面倒槽的影响已产生或即将产生阴雨天气, 空气达到饱和。

2.2 泰州大雾的特征

2.2.1 温度影响大

泰州大雾多开始于夜里到早晨8时以前, 多消散于9~1 2时, 这主要与温度有关。地面降温有利于空气中水汽的凝结, 升温有利于空气中水汽的蒸发。早晨是一天中温度最低的时段, 一般来说, 泰州一天中的最低温度几乎都出现在3~7时之间, 而到了9时以后, 由于温度逐渐升高, 水汽蒸发导致湿度降低, 大雾也渐渐地消退。

2.2.2 风力较小

泰州大雾发生时风力一般在 (1~3) m/s之间, 最大不超过5 m/s, 微风加强近地面层的乱流, 既能使冷却作用伸展到一定高度, 又不影响下层空气的充分冷却, 有利于雾层发展, 若同时有风向转变, 则空气中水平方向上的混合作用能加速水汽凝结, 有利于形成一定厚度的雾。

3 大雾预报方法

由形成大雾的天气形势及特征, 可以得到大雾预报的启示。结合泰州实际情况和以往大雾预报经验, 得到泰州大雾预报方法如下。

3.1 确定影响系统

(1) 泰州处于变性高压附近, 气压梯度小 (30°N~35°N、115°E~120°E范围内等压线不大于3根——即最大差小于7.5h Pa) 。

(2) 泰州处于入海高压后部, 气压梯度小, 吹东南风 (辐射雾, 傍晚湿度增加) 。

(3) 河套地区或华北到山东有高压, 并将东移南压。

(4) 泰州上游有气旋或华西有低压倒槽东伸到长江中游附近并将继续东移。

对大雾的形成进行天气学分型, 初步判别泰州次日有无大雾, 如果无雾则预报次日无雾;如果有雾, 就对其进行分类, 继续考虑其他条件, 结合本站地面实况资料, 做大雾预报。

3.2 排空指标

(1) 辐射雾:明晨地面偏南风>4 m/s, 或偏北风>3 m/s, 预报无大雾。

(2) 平流雾:明晨地面偏南风>6 m/s, 或偏北风>5 m/s, 预报无大雾。

3.3 预报指标

3.3.1 辐射雾

(1) 今天夜里到明天早晨天气晴到少云。

(2) 数值预报明天早晨T-T d≤3度。

(3) 预计次晨风力小, 小于3 m/s。

(4) 700、850hpa上游有暖平流 (温度脊) 。

3.3.2 平流雾

(1) 数值预报明天早晨T-T d≤3度。

(2) 预计次晨风力小, 小于5 m/s。

(3) 700、850hpa上游有暖平流 (温度脊) 。

3.4 预报方法

对上述指标作二值化处理, 比如平流雾 (1) 数值预报明天早晨T-T d≤3度为1, 否则为0, 利用回归方法, 我们作出每月的预报方程:

根据准确率最高的原则, 判定临界值, 日常应用时计算出的当天的Y, 当着Y>Yc时预报第2天有雾, 反之无雾。

4 效果检验

经对2006年10月至2008年10月两年的大雾预报进行检验, 预报无雾, 实况无雾的没有统计, 则统计的准确性如表1所示。

报准确率为82.4% (=83/ (83+9+7) ) , 如果加上预报无雾, 实况无雾的则准确率更好, 达到了投入业务使用的水平, 对大雾预报有很好的指导作用。

5 结语

(1) 泰州是江苏省大雾的高发区, 大雾主要发生在春秋季, 多出现在夜里至上午8时之间, 上午9时到中午1 2时逐步消散。

(2) 泰州大雾产生在500hPa中纬度为平直西风环流中, 地面图上对应为弱高压、鞍形场、高压后部、倒槽或弱冷锋, 风力在 (1~3) m/s, 湿度及温度的变化对大雾的生成及消散有较好的指示作用。

(3) 大雾预报方法建立了用于计算前的排空指标, 解决了样本少的难题, 避免了出现历史拟合率高、预报准确率低的现象。

(4) 大雾预报方法实施了大雾预报业务流程的自动化和预报客观化。24小时预报准确率达到了82.4%, 具有较高的预报参考作用。

参考文献

[1]濮梅娟, 等.江苏省决策气象服务手册[M].北京:气象出版社, 2001:91～98.

[2]冯厚文.东兴市大雾特征及其预报[J].气象科研与应用, 2007, 6:78～80.

综合预报方法 篇6

关键词：延伸期预报,效果检验,降水,辽宁朝阳

开展延伸期天气预测 (未来10~30 d) 研究不仅是气象现代化的基本要求之一, 也是构建长、中、短、临无缝隙一体化预报体系的重要组成部分。但人们也清楚地认识到, 延伸期天气预测一直以来都是大气科学领域的重点和难点问题, 即便在数值模式已经相对成熟的今天, 想要准确预测长时间尺度的天气变化仍然不是一件容易的事[1,2,3,4]。因此, 如何应用现有的技术和方法实现对延伸期天气较为准确的预估和预测, 是未来开展科学研究的主要方向之一。

1 重点与难点问题

1.1 数值产品的可靠性评价

古人有云:“巧妇难为无米之炊”, 说的是做事如果缺少必要条件, 就很难做成。开展延伸期天气预测也如此, 即缺少必要的数值产品或预测模型, 则延伸期预报便无从谈起。美国环境预报中心 (NCEP) 气候预报系统模式 (CFS) 的研制与应用, 解决了没有“米”的问题, CFS提供了丰富的长期天气数值预报产品 (未来1~45 d) , 如温度、降水、高度场、风场等。有了数值产品, 数值产品可靠性的问题也随之而来, 因为数值模式对不同地区的模拟能力不同, 所以开展模式产品的比较与评估就成为用好数值产品的基础和前提。因此, 开展朝阳地区延伸期预报的主要内容之一就是对CFS产品的适用性进行评估。首先, 评估不同时次 (0:00、6:00、12:00、18:00) CFS产品的精度;其次, 了解和掌握CFS产品在不同季节的可靠性;最后, 订正和利用CFS产品, 开展朝阳地区延伸期天气预测, 并投入业务运行。

1.2 数值产品的可视化

利用现有软件 (Meteoinfo) 实现CFS数值产品的可视化, 使模式产品更直观地呈现给预报员。通过将数值产品 (温度、降水) 插值处理, 定量地研究数值产品与实况的差异, 便于订正工作的展开。

2 延伸期预报效果检验

目前, 朝阳市气象台已制作并发布延伸期天气预报9期, 现对前7期预报进行检验。由表1可知, 4月中、下旬朝阳地区降水过程较多, 但除4月11—12日雨量较大外, 其他过程雨量均较小。数值产品将主要降水时段 (3月31日起报) 报在了13—15日前后, 虽与实况有偏差, 但也表明数值产品对4月中旬前半段的降水是有所考虑的, 具有一定的可靠性。数值产品对4月下旬降水的整体把握不足, 主要是4月下旬多为小范围的局地阵性降水, 系统性降水少。4月中、下旬朝阳地区平均气温为13.1℃, 预报值较实况偏高1~2℃。

数值产品对5月上、中旬降水的把握 (4月20日起报) 明显好于4月。5月上、中旬朝阳地区降水偏多, 有4次降水过程, 其中出现2次 (5月1—3日、5月11—12日) 大雨以上量级的降水。可以看出, 数值产品对5月前4次降水出现时间的预报与实况基本是一致的, 预报值与实况值相差不超过1 d。从降水量级来看, 预报值与实况相差较大, 主要原因在于5月环流调整较为频繁, 模式不同起报时次对同一过程的预报存在差异。5月上、中旬朝阳地区平均气温为17.6℃, 模式预报值为18~19℃, 与实况接近, 略偏高1℃。

数值产品 (4月30日起报) 对朝阳地区5月中、下旬降水过程的预估为6次, 实际降水过程为5次, 基本一致。从降水时间来看, 除对5月20日前后的降水有所空报外, 对其他几次降水的时间把握均较好。但数值产品对降水量级的预报仍然存在很大的不确定性, 特别是对量级较大的降水把握不是很好。5月中、下旬朝阳地区平均气温19.7℃, 预报值为20~21℃, 略偏高。

从5月10日至6月11日的4次延伸期预报效果来看, 降水时间的把握仍然较好, 而对于降水量级, 模式产品与实况还存在较大的误差。对上述7次延伸期预报检验可知, 数值产品对延伸期时段的系统性降水 (东北冷涡、蒙古气旋等) 能够有较好的甄别, 这也是5月、6月降水预报好于4月的主要原因。但数值产品对朝阳地区降水量级的把握不好, 需进一步订正各时次模式产品。延伸期时段温度预报相比于降水要容易些, 从检验情况来看, 模式对朝阳地区温度预报要比实况偏高1℃左右。

3 延伸期预报注意事项

通过对前7期延伸期预报的检验来看, CFS数值产品具有一定的可靠性, 但在实际应用过程中须注意以下几点。

3.1 认真比较不同时次模式产品对降水过程的预报

不同时次模式产品对未来降水过程的预报存在一定的差异 (无论是降水时间还是量级) , 对过去3个月模式产品的检验来看, 若不同时次产品对未来降水时间的把握具有较好的一致性, 则未来出现降水的可能性较大。一般认为最新起报时次的模式产品对未来天气变化的把握要更好一些, 但对过去3个月的检验来看, 18:00起报的模式产品并不总是比0:00、6:00和12:00起报的更准确, 因此认真比较各时次模式产品是做好延伸期预报的前提。

3.2 兼顾其他模式产品

由于CFS产品的时间分辨率更高 (到目前为止, 尚未发现比CFS时间分辨率更高且免费开放的长期数值预报产品) , 所以对于本研究而言, CFS是最为主要的参考。然而兼听则明, 除了CFS产品, 参考更多其他产品 (包括日本的中长期预报产品、NCEP的中期天气展望) 对于更好地把握未来天气变化也是有益的。

4 展望

目前, 延伸期天气预报尚处在探索和初步应用阶段, 数值模式的发展被认为可以从根本上解决不同时间尺度上的天气预报问题。因此, 随着数值模式的不断改进与完善, 精细化数值产品的不断增加, 延伸期天气预报的精度会越来越高。

参考文献

[1]金荣花, 马杰, 毕宝贵.10~30 d延伸期预报研究进展和业务现状[J].沙漠与绿洲气象, 2010, 4 (2) :1-5.

[2]蒋薇, 孙国武, 陈伯民, 等.江苏省汛期强降水过程的延伸期预报试验[J].气象科学, 2011, 31 (增刊1) :24-30.

[3]朱玉祥, 俞小鼎, 赵亮, 等.10~30 d延伸期预报及其策略思考[J].沙漠与绿洲气象, 2013, 7 (4) :38-44.

综合预报方法 篇7

石林隧道全长18218m, 位于弥勒—石林板桥区间, 设计为单洞双线隧道, 线路为“人”字坡, 为全线最长隧道、全国最长单洞双线隧道、全国最长的岩溶隧道。隧道最大埋深约250m, 最小埋深拱顶以上约3m。石林隧道设置“一平导+两斜井”的辅助坑道模式。

2 工程地质

石林隧道地处昆明山字型构造体系东翼, 隧道通过区处于径向构造体系, 受区域构造影响, 区断裂构造发育, 性质复杂。发育法雨哨断层 (F10) 、法雨哨平移断层、法雨哨1号性质不明断层、大平地断层 (F9) 、大平地1号性质不明断、大平地2号性质不明断层等6条断层, 以及4条物探断层破碎带, 部分断层及断层破碎带岩体极破碎、极软弱或岩溶强烈发育。据物探资料显示:结合本隧道的勘察现状、水文地质条件, 预测隧道最大涌水量Q=28.3×104m3/d。其中DK651+230-DK666+300最大涌水量20.3×104m3/d, DK666+300-DK669+448最大涌水量8×104m3/d。

3 超前地质预报方法的选定

针对石林所处地理位置和环境及施工存在的主要工程地质问题, 据国内在隧道地质预报方面的技术水平及大量工程实践, 洞内超前地质预报探测采用地质分析法、物探法、水平钻孔法相结合的综合探测手段, 各种手段扬长避短、长短结合相互验证, 以提高地质超前预报的精度。

4 超前地质预报方法

超前地质预报分长距离预报、中距离和短距离预报。

4.1 长距离超前地质预报

长距离预报主要采用平行导坑、TSP203预报方法。

4.1.1 平行导坑超前

该隧道在线路方向右侧设置了长18129m的平行导坑, 宽7m×高6.5m。由于平行导坑断面小, 开挖进度快, 平行导坑与隧道的间距小, 其揭示的地质情况与隧道通过的地质情况基本相同。本隧平行导坑一般较正洞超前300m-500m左右, 对隧道超前预测预报起到了很大的作用。

4.1.2 TSP203地质波探测

TSP 203是利用地震波的回波原理, 通过一系列有规则排列的微震源, 形成一个地震源断面, 同时地震波接收器采集这些震源所发生的地震沿隧道前方遭遇不同地质体被反射返回的地震波数据, 这些数据通过计算机处理并归纳成不同的种类, 从而分析工作面前方的围岩构造情况。

TSP 203现场施工步骤如下: (1) 爆破钻孔的布置:每一次预报的炮数24个, 炮间距1.5m。炮眼高度1～1.5m, 所有炮眼与接收器的高度应相同。炮眼孔深1.5m (孔深应尽量一致) , 向下倾斜10～20°, 垂直于隧道轴向, 或向前与掌子面成10°夹角。钻孔完成后应注意保护, 防止蹋孔。 (2) 爆破作业:使用毫秒级无延迟电雷管;炸药一般50g左右, 应保证炸药与炮孔严密耦合。 (3) 接收器钻孔的布置:距掌子面约50m, 距第一爆破孔20m, 第一个炮孔距掌子面约5m。必须在隧道两壁各安置1个接收器, 接收器安置高度与炮孔一致。孔径42～45mm, 孔深不小于2m。 (4) 资料的收集和整理:石林隧道TSP-203每100m施作一次, 数据采集时应对每一炮的波幅进行调节, 记录不好或存在干扰时应重新放炮。对采集的数据及时进行三维波场处理, 提取反射界面。根据收集资料分析掌子面前方围岩情况, 为调整施工方案提供依据。

4.2 中距离超前地质预报

中距离预报主要采用地质雷达、超前钻孔、红外探水。

4.2.1 超前地质钻探

超前探孔法是溶洞溶腔探测最直观、最有效、最准确的一种预测预报方法, 是对长距离探测的地质进行验证。本隧道水平钻孔纳入隧道施工循环网络中进行管理。超前钻探按照隧道全长进行探测, 搭接不小于5m。钻机选用Z-GP150型高速钻机, 孔径108mm, 每次钻孔深度60-100m。正洞布设5孔, 平导布设3孔。

根据钻机在钻孔过程中的推力、扭矩、钻速、成孔难易及钻孔出水情况确定前方的地层和特性, 同时进行涌水量和水压测试及水质分析, 判断工作面前方的地层含水情况及性质, 必要时可进行取芯分析。由于该方法不仅能确定隧道工作面前方的地质情况, 还可以起到探水作用。

4.2.2 地质雷达

地质雷达是利用无线电波检测地下介质分布和对地下不可见目标进行扫描, 以确定其地下结构的内部形态及位置的电磁技术。其分辨率高、无损伤。探测和数据处理速度快、机动灵活, 可对工作面前方及隧道四周进行短范围的探测。地质雷达的有效探测距离在完整灰岩地段应达到30m, 在岩溶发育地段根据雷达波形判定。两次预报的重复长度5m左右。石林隧道主要应用于掌子面及坑道周边隐伏岩溶的探测。

4.2.3 红外探水

地下水的活动会引起岩体红外辐射场强度的变化, 红外探水仪通过接收岩体的红外辐射强度, 根据围岩红外辐射场强度的变化值来确定掌子面前方或洞壁四周隐伏的含水体。根据构造探测结果, 趋近不良地质体和地质异常体时, 利用便携式红外线探水仪每隔20-30m对掌子面进行一次含水构造探测。当洞内个别区段渗水量较大时, 亦用红外探水仪探测预报, 探明隧道周边隐伏的含水体, 保证施工安全。

4.3 短距离超前地质预报

短距离预报主要采用地质素描、超长炮孔、隧底钎探三种方法。

4.3.1 地质素描

隧道开挖后利用罗盘仪、地质锤、放大镜、皮尺等简单工具对开挖面围岩类别、岩性、围岩风化变质情况、节理裂隙、产状、断层分布和形态、地下水等情况进行观察和测定后, 绘制地质素描图。通过对洞内围岩地质特征变化分析来推测开挖面前方的地质情况, 据以指导施工。石林隧道在每次开挖后均进行。

4.3.2 超长炮孔根

据设计提供的短距离探测方法, 每次掘进开挖钻孔 (周边炮眼) 时, 掌子面周边布设5至10个炮孔加深3m, 探测掌子面前方的地质及含水状况。

4.3.3 隧底钎探

为探测隧底隐伏岩溶, 在仰拱开挖后在隧底每10m施作5m的钎探, 确保隧道底板5m内无溶洞、溶腔存在, 若有, 需进行加固处理。

5 石林隧道地质分级及采用的探测方法

石林隧道实际地质围岩和地质灾害发生的可能性及破坏性, 超前地质预测预报施工地质等级分为A、B、C三个等级。如表1所示。

根据石林隧道各种地质安全等级具体采取的施工方法如图1所示:

6石林隧道超前地质预报方法

超前预报内容和频率:本隧道位于弥勒富水块段, 施工中遇暗河大的溶洞、岩溶塌陷和岩溶管流可能性极大, 断裂构造交错发育, 岩体较破碎, 隧道中部穿过断层破碎带且存在高地应力岩爆及软岩变形等问题。因此超前地质预报应贯穿整个隧道的施工过程, 结合各种预报方法的适用范围, 普通围岩条件下每隔100-150m预报一次;在A+级、A级围岩、断层破碎带、物探异常地段、可能发生岩爆或软岩变形地段以及其它不良地质地段, 应加强超前地质预报, 增加红外探水和高密度电法进行预报, 其预报频率为50m一次。 (见表2)

7预报结果

(见表3)

8结束语