公路泥石流监测的主要内容及其方法分析

彭小平

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司)

公路泥石流监测的主要内容及其方法分析

彭小平

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司)

泥石流在我国山区分布十分广泛，其属于固、液两相流体运动，具有爆发突然、过程短暂、破坏性大等特点。针对公路泥石流监测的主要内容及其方法做了具体分析。

公路;泥石流;监测;内容;方法

1 公路泥石流的监测主要内容

1.1 形成条件监测

(1)泥石流固体物质来源监测

固体物质来源监测是对流域内补给泥石流的物源(含构造松散体、风化层和开山、采矿、采石、弃渣等堆石、堆土)进行观测，其中还包括对形成区滑坡及其斜坡变形体的观测。

(2)泥石流水源监测

流域源头区水流与地下水活动对泥石流形成具有重要作用，通常采用断面观测和测井进行观测。此外，还应重点监测降雨雨量和历时等。水源来自冰雪和冻土消融的，监测其消融水量和消融历时等。对上游或高处有高山湖、水库、渠道时，应监测其大量渗漏或突然溃决的可能性。在固体物质集中分布地段，应进行降雨入渗和地下水动态监测。

1.2 运动情况监测

(1)泥石流运动要素监测

泥石流动态要素监测包括爆发时间、历时、过程、类型、流态和流速、泥位、流面宽度、爬高、阵流次数、沟床纵横坡度变化、输移冲淤变化和堆积情况等，并同取样分析相配合，测定输砂率、输砂量或泥石流流量、总径流量、固体总径流量等。

(2)沟床冲淤变化监测

泥石流沟有大冲大淤的特点，往往一次泥石流过后，沟床面目皆非，这对公路建设设计具有重要意义。通常在一次泥石流过程前后多次测量，以比较沟床不同部位的冲淤变化。冲淤变化可采用泥位计，用于实测泥石流流面高程。

1.3 流体特征监测

(1)泥石流流体物理性质监测

泥石流流体物理性质监测包括:密度和含水量、颗粒组分、化学成分和胶体成分分析、流变特性。

(2)流体物理力学特征值监测

主要观测泥石流流速、流量、地声频谱和冲击力等。

2 公路泥石流监测方法分析

2.1 泥石流监测的一般方法

(1)观测点的确定

勘选泥石流观测站址，首先应选择每年发生足够多的泥石流场次的流域建站，以满足观测的需要，且要有良好的交通、电力、通讯等设施和生活条件。站址一般选在流域下游流通堆积段附近，以能控制整个输出信息。同时建站应充分考虑到整个控制整个流域必要的观测断面，观测点的布设，已达到观测的同步性、连续性。

(2)流域背景资料的收集

①流域自然环境的变迁，包括自然界本身的变化和人为因素的影响而产生的环境的变化。②流域水文、气象。③流域地质地貌背景资料。④流域内社会、人文、经济活动。⑤流域内自然资源。

(3)流域及邻近地区历史上各种自然灾害、人为灾害调查

调查内容包括:地震、暴雨、冰雹、雪崩、高温等自然灾害;滑坡、山崩、冰崩等事件;山洪;森林火灾;重大经济活动及其对沟道环境的影响。

2.2 公路泥石流监测技术

(1)利用TM卫星数据监测

泥石流沟流域面积一般达到km2的数量级，用TM卫星数据监测泥石流的数据有7个波段，各个波段图像的标准差是不同的。计算泥石流沟各波段的标准差，并按大小排成一个序列，发现地理条件相同，标准差序列也相同。在一定尺度范围内，各泥石流沟的标准差序列和周围不一致，表示该沟处于特殊的发育阶段，有暴发泥石流的可能性。因此，利用TM卫星数据监测泥石流的方法可行。

(2)基于“3S”技术的公路泥石流监测技术

目前，遥感技术(RS)正朝高分辨率、多时相和多角度方向发展，遥感技术的应用也经历由静态到动态、由定性到定量的发展过程;地理信息系统(GIS)则具有强大的空间信息管理、查询、处理和分析功能，是多元空间数据的最佳存储、处理和分析数据库系统;全球定位系统(GPS)目前已由静态GPS发展到动态GPS，由延时处理发展到实时处理，在RS领域和GIS领域主要用于观测数据的高精度定位、影像与图形数据之间的高精度配准、镶嵌、几何校正、多元数据复合处理和分析等。3S技术在泥石流监测过程中信息提取、存储管理、分析处理、应用模型及分析成果等方面均具有较好的应用前景。

2.3 公路泥石流监测方法比选与适应性

(1)与降雨量直接有关的监测模式

观测和统计资料表明，单沟泥石流和区域泥石流的发生都有一个最低的激发雨量，称为泥石流发生的临界雨量阈值。根据泥石流发生的灾害历史事件和地貌、地质、地形、土壤、植被等影响因素确定泥石流发生的临界雨量(或雨强)或建立泥石流发生的临界雨量(或雨强)经验公式。在不同的研究中，临界雨量有不同的指标，一般有临界日雨量、临界小时雨量和临界10 min雨量等。这种方法称为临界雨量阈值判别法，根据该方法建立了不同区域的预测预报模型。

(2)与降雨地表径流有关的监测模式

与降雨地表径流有关的监测模式也称为水文水深监测模式，其基本原理是:降雨量要通过山坡或沟道径流量的变化才能使泥石流发生，尤其是以沟床堆积物再搬运形式的泥石流发生，被认为主要是由于流域径流量出现了超常洪流量所致，不同的流域泥石流发生存在一个临界的径流水深界限值，这个界限值的获得可作为泥石流预测预报的根据。

(3)与地震因素有关的泥石流监测模式

如下即为由地形、地震烈度、水分三因素组合作用判别地震泥石流发生的模式

式中:K为地震泥石流发生的综合判别因子，当K＞1时可能发生地震泥石流，K=0时不发生地震泥石流;Tw为地震期的水分因子，震期在旱季取为0;Mm为地震烈度表征的固体物质因子，烈度低于V度时为0;Er为地震区的地形因子，震区在平原为0。

该模式是一种综合了震区、震期条件等多类问题的组合直观判别方法，属于区域预测性质。

(4)与天气系统生成和气象因子有关的模式

与天气系统生成和气象因子有关的模式(天气形势分析预报模式)的基本原理是基于激发泥石流的降雨过程是在一定的环境背景与天气系统影响下形成的。天气形势分析预报模式的特点是，把泥石流现象与天气形势预报结合起来，把泥石流预报的复杂问题转变为天气过程形势的分析和降雨量的预报问题，从而可借助天气过程预报，对泥石流发生区域和时间作出预报，这在区域泥石流灾害预报方面有进一步开发研究的必要。

(5)与泥石流流域背景相关的综合监测预报模式

因为暴雨泥石流的发生是泥石流沟的地面条件组合达到某一能级后，由降雨激发而产生的。在掌握野外调查资料和大量泥石流发生的历史资料的基础上，选取若干个基本泥石流发生因子和降雨因子建立了多元线性回归分析预报模型:

式中:xi(i=1，2，…，8)分别代表坡度、坡积物厚度、植被覆盖度、地形切割度、岩石破裂度、流域面积、降雨量;ai(i=0，1，2，…，8)是9个待定参数。利用历史资料和地学因子实际调查资料来求解回归方程，得出参数值，可以对泥石流进行短临预报。

3 结语

综上所述，泥石流灾害是公路水毁类型之一。对此，在公路建设过程中，必须重视泥石流监测预报工作，明确监测内容，不断采用新技术、新手段，提高监测准确性，实现有效防治。

［1］ 贵州省交通规划勘察设计研究院.西部地区公路地质灾害监测预报技术研究［J］.西部交通科技，2009，(3):42－46.

［2］ 孔亚平，韩用顺，彭述刚，等.震区都汶公路沿线典型泥石流沟淤埋强度评估［J］.公路交通科技，2014，31(1):54－55.

［3］ 郭晓军，崔鹏，马力，等.都汶公路沿线诱发泥石流的降雨特征［J］.山地学报，2014，32(6):739－746.

U416.1

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1008－3383(2015)10－0005－01

2015－07－01