泥石流地质灾害专业监测预警选点工作探讨

（云南省地质环境监测院，昆明 650216）

泥石流隐患点威胁范围大，危害程度大，易造成群死群伤和严重的经济损失。但相对滑坡等其它类型的地质灾害，其位置相对固定，威胁对象明确，便于监测。每条泥石流沟特征不同，地质环境条件不同，泥石流灾害诱发因素不一样，预警的阈值也不完全相同，泥石流专业监测预警和科学研究具有很强的现实意义。如何选择监测对象，选择合适的监测设备与安装点位，是地质灾害专业监测预警工作的第一步；也是监测工作发挥预警效果的基础。本文根据多年的云南省地质灾害专业监测预警工作实践，针对泥石流地质灾害专业监测选点进行总结和探讨，为地质灾害专业监测预警工作提供借鉴和参考。

2001年以来，中国地质环境监测院在全国开展了地质灾害监测预警示范区建设，建立了三峡库区、四川雅安和云南新平三个示范区。经长期监测和分析研究，逐步完善预警预报判据，有效改进预警预报方法，从而提高地质灾害预警预报水平[1]。

2011年，云南省开始实施怒江流域云南段上游地质灾害监测预警示范区建设[2]。2012-2016年度，完成了怒江、迪庆、红河、德宏、昭通、鲁甸地震灾区共141条泥石流沟的专业监测预警工作。在近几年工作的基础上，确定了不同区域、不同地质环境条件下各监测要素预警预报阀值，开发监测预警系统，编写了《云南省地质灾害监测网络数据采集与传输技术标准》，建立了云南省地质灾害专业预警系统建设及运行管理程式。

1 监测泥石流沟的选择

1.1 泥石流沟选择的原则

1.1.1 综合防范措施优化选择

选择开展专业监测预警的泥石流沟，要综合考虑泥石流调查评价、监测预警、治理工程与搬迁避让、应急体系建设等综合防范措施后，比选监测预警方案。

直接威胁对象少于5户的优先选择避让搬迁，直接威胁对象大于5户的纳入专业监测预警体系，威胁县城、乡镇、集镇、行政村、学校、人口密集的村庄等的泥石流沟在没有开展工程治理的情况下可优先选择开展专业监测预警。

1.1.2 综合考虑泥石流地质环境条件

1）地形地貌条件：沟谷上游三面环山、一面出口的瓢状或漏斗状地形，水流向主沟道汇聚，形成一定的搬运能力；沟谷中游沟道狭窄、纵坡降大，有利于泥石流向下游快速流动。

2）流域面积及主沟长：选择3km及以上的主沟长度，以便具备监测预警所需的预警时间和距离。3）物源条件：流域范围内要具备一定规模的丰富固体松散物储量。

4）发生频率：选择高频泥石流沟谷开展专业监测，实现监测预警仪器设备使用周期内能捕捉到泥石流发生的有效信息。

1.1.3 考虑泥石流防范的行政责任主体

1）优先选择威胁县城、乡镇、重点集镇、人口密集的村庄的泥石流沟开展专业监测预警工作。已经、正在治理或已立项开展治理的泥石流沟，可根据当地防范措施需要，适当开展专业监测预警工作。

2）矿山开采、水利水电开发、公路铁路等有明确责任主体，容易引起行政纠纷的泥石流沟，建议由责任主体开展专业监测预警。

1.2 泥石流沟选择的方法

1.2.1 地方上报

首先在需进行的监测预警地区，让辖区的地方国土部门上报需监测的泥石流沟，征求地方政府的防治意见，取得工作上的协调和支持。通过地方上报，获取监测对象的名称、地理位置和威胁对象等初步资料，形成上报泥石流沟列表。

1.2.2 区划和详查数据库中筛选

通过查看1∶10万县域地质灾害调查与区划和近年来实施的1∶5万地质灾害详细调查数据库，核对地方上报的泥石流沟是否在数据库中；比对数据库查看专业队伍调查信息，核对威胁对象，险情等级。筛选威胁对象大于5户的泥石流沟相关信息，形成核实泥石流沟列表。

1.2.3 利用影像核实

结合卫星和Google 影像进行图上核实。根据区划和详细调查数据形成的列表，将泥石流沟点位置投影到卫星或Google 影像上，通过影像图量测，对泥石流沟沟长、纵坡降、流域面积，威胁对象及威胁范围，沟谷两侧村庄分布、道路交通、植被覆盖等情况有较宏观的了解。作为泥石流是否纳入监测点进一步筛选依据之一，形成野外踏勘泥石流沟列表[3]。

1.2.4 野外踏勘

结合影像资料识别结果，进行泥石流特征及监测点位布设方案的详细调查，实地查看泥石流的沟谷基本特征，初步了解沟谷内物源情况，灾害发生历史，明确泥石流威胁对象及避险方案；提出监测点布设方案。通过比选，确定列入监测的泥石流沟，形成年度监测泥石流沟列表。

2 泥石流沟监测设备的选型

根据纳入的监测泥石流沟特征进行监测设备选型。云南的经验是对5km2大小的泥石流沟选用：3～5个雨量计、2～3个泥水位监测仪、1～3个泥石流地声监测仪、1～3个泥石流次声监测仪、1～2 土壤含水率监测仪，1～2个激光夜视摄录仪。

目前云南省采用监测预警设备有：雨量计、土壤含水率监测仪、泥水位监测仪、泥石流地声监测仪、泥石流次声监测仪、激光夜视摄录仪。预警信息发布设备，具备可及时告知监测责任人、防灾责任人及受威胁人员的要求外；还应满足及时上报功能：无线预警广播站、无线预警LED显示终端、LED电子显示屏等。云南省许多地方GPRS/SMS等信号未能完全覆盖，雨量计、土壤含水率监测仪、地声监仪等设备均需采用北斗进行数据传输。需在数据接收中心安装北斗接收指挥机。满足监测预警设备保证稳定可靠，数据传输和预警要及时有效[4]。

1）雨量计。用于泥石流沟流域内降雨量实时监测。采集到降雨量值达到阈值，预警系统根据预警级别向不同受众发布预警信息。监测精度大于或等于0.1mm，可采用增量控制、定时控制两种数据发送触发机制，预警阈值支持系统远程设定和本地设定。

2）土壤含水率监测仪。用于泥石流沟物源土壤含水率的监测，在易滑易堵地段不同深度分层布设土壤水分传感器，根据土壤含水率判断沟岸两侧是否发生滑坡的可能。设备测量2m 深度内相关土壤含水率，分3层进行测量。采用太阳能方式供电；通过GPRS/SMS/北斗等通讯方式进行数据传输，支持数据本地存储。

3）泥水位监测仪。用于对泥石流流通区泥水位监测，监测到短时泥水位持续增大或突然降低，超过阈值时发出预警。传感器精度不小于1mm，量程不小于20m。采用太阳能方式供电，GPRS/SMS/北斗等通讯方式进行数据传输，数据本地存储卡容量不小于8G。

4）泥石流地声监测仪。用于对泥石流发生时地面振动产生的声波监测，当采集到地声频率达到设置阈值时，发出预警信息。设备灵敏度≥3 000mv/g，具有抗干扰能力强，能自动过滤人类活动、动物、流水声音等无效声频率的功能。采用太阳能供电方式，无日照情况下，能正常工作1个月以上；可远程设置报警值，支持泥石流危害对象所在地即时报警。

5）泥石流次声监测仪。用于对泥石流产生的次声波监测，采集到次声频率设置阈值，发出预警信息。设备灵敏度≥50mV/Pa，其它要求同地声监测仪。

6）激光夜视摄录仪。用于泥石流视频监控。网络数字摄像机有效像素200万以上，夜视距离不低于600m；数字摄像机16倍光学变焦以上，模拟摄像机20倍光学变焦以上。视频和照片存储需为通用数据格式。可支持电信/移动/联通等主流3G/4G信号传输；带电池，支持太阳能或风能充电，保证在无风无光的不利条件出现10天以上时电能供应；需实现视频本地存储及互联网远程调用，通过手机、PC等终端实现远程互动和视频观看及下载。

7）无线预警广播站。安装在泥石流沟口及受威胁村庄附近，用于受威胁区即时信号报警。当监测到泥石流发生或洪水暴涨时，即时发送报警信号至受危害居民点，通过预警喇叭即时播报。设备功率不小于400W，IP65 防护标准以上,广播不低于4个喇叭。能对各项达到预警阈值的预警设备发出的报警信号进行语音报警，对20组以上指定预警人员的手机或座机进行短信和语音报警，设定的防灾责任人员和监测人员可通过拨打电话的方式进行语音广播下达撤离和疏散命令。

8）无线预警LED显示终端。即时提供地质灾害预警信息，安装在泥石流沟口或附近人员比较集中的地方，滚动发布各种监测设备的监测、报警信息、图文信息和动画信息。设备为室外彩色LED屏，具有防水、防尘、防高温、防雷、防过流、防短路、防过压、防欠压保护功能；每平方米像素数量不低于10 000点，显示可视面积不0.5～1m2。

9）LED电子显示屏。即时提供地质灾害预警信息，安装在县级国土资源管理部门办公场所，实时了解监测预警信息。设备能滚动播放各种设备的监测指标和报警信息；具有远程控制功能,可实时接收预警信息；每平方米像素数量不低于60 000 点，显示可视面积不小于1.2m2。

10）北斗接收指挥机。用于接收野外预警设备采集的数据。可根据监测设备的数据确定机型，但随着监测设备的增多，建议采用能对下属500用户进行数据接收和管理的机型，设备时延一致性1ms±10ns，监收成功率≥99%，接收信号误码率不大于1×10-5。

3 泥石流沟监测设备安装点位的选择

监测设备安装点位的选择是一项比较专业的技术工作，不能把这工作交给仪器设备安装供应商来完成。专业技术人员在了解设备工作原理、功效、性能的基础上统筹考虑设备的安装点位以便实现监测预警效果的最优化。

3.1 充分发挥各仪器设备的功能

1）各种专业监测预警仪器设备尽量不要一体化安装设计，各种设备分散安装，确保一个设备受损，其它监测设备的预警信息也能传输和发送出来。

2）自动雨量站分布于泥石流沟不同高程段的沟谷左右两岸的不同坡面上。要考虑泥石流流域特征，特别在山顶（或山脊）、物源丰富的支沟、沟口段不同地形地貌特征位置进行布设。

3）泥石流地声监测预警系统探头布设于沟道中岩性较为完整的基岩面上（有利于地声波有效接收）。

4）泥石流次地声监测仪布设于沟道较为平直空旷的地段。

5）视频监测仪布设于拐弯或突出的山嘴高处，摄像头旋转能看得到沟上游、下游及沟底。

6）泥石流监测预警广播站主要布设于受泥石流直接威胁的村庄地势相对较高的地方（有利于预警语音信号发布），同时泥石流沟两侧村民聚集的村庄也应考虑布设，便于预警信息的上下游联动。7）无线预警LED显示终端和泥石流专业监测预警宣传栏最好安装在人员比较集中区域的醒目位置（乡政府、村委会、学校等地）。

3.2 充分考虑预警时间及距离

1）距离主要威胁对象最近的泥水位监测预警设备预警距离在1.5km以上。

2）相邻两套泥水位监测预警设备间的距离不得少于1km（建议1.5km以上）。

3）泥石流一般运动速度为10～20m/s，次声在空气中传播速度一般344m/s[5]；在泥岩中传播速度为1 830～3 962 m/s，在花岗岩中传播速度2 405～4 569 m/s[6]；泥石流地声、次声监测仪有效监测距离5km以上，可以通过地声、次声监测仪提前4～8分钟发出预警，组织受威胁人员撤离。

4）视频监测仪布设在沟谷狭窄易堵塞地段和可能会启动泥石流物源地段；在雨量、泥水位等监测数据发生异常时要及时查看视频监视信息。

3.3 各仪器设备安装位置相对安全

1）各种专业监测预警仪器设备安装位置需要考虑监测预警仪器本身安全性，安装点位不能直接受洪水、崩塌或危岩体、滑坡、沟岸垮塌等灾害威胁。安装的地基要稳固。

2）设备安装点位选择在道路边，不影响行人或车辆通行，与过往车辆保持一定安全距离处。监测设备主要部件要高出地面3m以上，防护栏高度大于2m，加挂警示牌，防止人为破坏。

3）泥水位监测设备安装在泥石流沟边，安装位置要高于最高洪水位。采用悬臂式安装方法，当选择不到合适安装位置时，建议采用拉杆式的安装方法。

3.4 充分考虑点位的自然环境条件

1）交通条件：运输要保证监测设备、安装立杆、水泥砂石等辅助材料搬运到安装点位。考虑后期设备的日常检修维护和设备更换，交通便利是点位选择的重要条件[7]。

2）通讯条件：点位必须有良好通讯网络，使监测数据及时传输到数据接收中心，实现监测设备实时预警[7]。数据传输要考虑双通道传输，一种信号出现异常，能自动切换另外一种进行传输。除视频监测仪安装点位还需要有较强的3G 或4G 信号，其余设备可采用普通sim 卡和北斗通讯卡。

3）光照条件：雨量、泥石流、地声、次生、视频等监测设备采用太阳能供电，仪器设备安装点位处要有充足的光照条件，采光时间最好大于6个小时，周边植被相对较少，没有高大乔木遮挡。

4）通电条件：设备安装施工过程中有时要使用到交流电，无线广播站和无线LED信息显示屏运行过程中要常年通电，保障预警信息和监测信息及时发布。

5）用地条件：设备和防护栏安装用地，尽量选择荒坡地，尽可能少选坡耕地。用地协调宜事先告知地方国土管理部门和村组负责人，请其协调解决用地相关事宜。

3.5 充分考虑监测数据传输通讯条件

1）有GPRS信号的采用GPRS传输数据。

2）没有GPRS信号的采用北斗卫星传输数据。

3）野外调查或选择仪器设备安装点位时，根据传输条件合理确定，通常采取GPRS和北斗卫星双模式，并可自动切换。

4）GPRS和北斗卫星信号难以覆盖的地方采用ZigBee无线传感技术进行数据传输。

5）视频监测仪在条件的允许下可以采用光纤传输，可以进行全天候监测。

4 泥石流沟野外调查及选点

4.1 野外调查

确定了专业监测预警的泥石流沟后，充分收集调查区域内相关资料，进行分析研究。其中气象水文资料主要包括年最大降雨量、多年平均降雨量、年平均蒸发量、24小时、12小时、60分钟最大降雨量等。可通过对不同时相的卫星遥感资料进行对比分析，了解不同时期区域内的人类工程活动和固体松散物质的变化情况。

在野外调查时，要把河流名称、地理位置、经纬度、流域面积、主沟长及支沟情况、纵坡降、直接威胁对象、间接威胁对象、固体松散物储量及分布、沟岸垮塌情况、河流堵塞情况、河床堆积物情况、植被覆盖情况、人类工程活动情况、河流水动力条件、控制断面、历史洪痕、防治措施现状、危险区范围等调查清楚，还需关注泥石流所处的地质环境条件、流域基本特征，做好相关野外调查记录及拍照。

赶场坝石流沟监测预警设备布设图图2西对面沟花岗岩体的岩石学特征

4.2 安装点位确定

泥石流沟野外调查时，根据安装点位选择原则，确定各类监测预警仪器设备的安装位置设备安装点位,明确安装方法，对设备安装点位描绘平剖面图及简易施工图，每条泥石流沟编绘工作部署图。

设备安装点位确定后，在表上填写：具体的地理位置、经纬度、交通条件、通讯信号类型及强度（以确定需办理的sim 卡类型）、光照条件、通电条件、用地条件、监测员及电话、村组负责人及电话、乡镇负责人及电话。并在现场标定醒目标识，打桩，用油漆在平整的地方给点位编号。

5 其它需要注意的问题

5.1 加强与地方国土部门及村镇管理部门的协调

1）待监测设备类型及数量确定后，及时提交监测泥石流沟列表和通讯卡列表给县级国土资源管理部门，明确通讯卡类型、数量及资费，在设备安装前完成办理。

2）必要时需请求当地国土资源部分或村组负责人参与仪器设备占地、用电等问题的综合协调工作。

3）督促地方国土资源局按时缴纳监测预警仪器设备通讯费用，确保信息传输正常。

4）督促地方国土资源局按时发放仪器设备所需的电费、保障监测设备的正常运行。

5.2 尊重当地民风民俗

1）在项目实施过程中要尊重当地少数民族的宗教信仰和民风民俗。要与仪器设备安装点位的土地所有人进行充分沟通协调。使用到墙面和用电时，要征得所有人同意。

2）在项目实施过程中，需对监测区内群众宣传监测预警仪器设备的用途和意义，加大对监测预警仪器设备的保护的宣传力度，尽量避免仪器设备被人为破坏或损坏。

6 赶场坝石流沟监测预警设备布设实例

云南省昭通市盐津县赶场坝泥石流发育于关河左岸，沟口盐津县集镇区244户居民及两所学校，共计1 600余人为泥石流主要威胁对象。该地区属于构造侵蚀与溶蚀相间的中低山地貌。流域内主沟沿东南-北西向展布，中部发育一条NE-SW向支沟。分水岭最高位置高程为1 374m，出口段最低高程为418m，相对高差956m，流域汇水面积5.95km2，主沟长3.86km，纵坡降121‰。泥石流沟两岸不良地质现象发育且地形陡峻，部分地区大面积出露风化强烈的基岩，坡面侵蚀较为强烈，加上近年来人类工程活动建设导致的沟内固体堆积物较多，为泥石流提供了丰富的固体物质来源，在强降雨条件下，易发生泥石流灾害[8]。

依据选点要求，结合赶场坝泥石流特征进行监测设备布设。主沟上游：仅有2G 信号，在主沟两侧开阔空旷平台布设2台雨量计（雨量4、雨量5）。主沟中游：通讯信号可提供稳定3G，在支沟分水岭平台及主沟右岸平台布设2 套雨量计（雨量2、雨量3）；在空旷开阔位置布设次声监测仪；在基岩出露平台位置安置地声监测仪；在主沟及支沟的中上位置处分别布置一套泥水位监测仪；在主沟泥水位及主支沟交汇处视野开阔各布置一套视频。主沟下游：信号优良，在下游开阔位置布设雨量1；因沟口受威胁集镇规模大，展布范围广，沿展布方向在威胁区布设广播站1，广播2，广播站3及显示屏，发布实时的预警预报信息（图、表）。

赶场坝石流沟监测预警设备安装点位布设情况表

7 结论与建议

1）泥石流监测预警选点工作程序：确定需监测的泥石流沟—监测预警设备选型—泥石流野外调查—确定设备安装点位。

2）根据泥石流沟选择原则，通过地方上报—数据库筛选—影像核实—野外踏勘确定监测泥石流沟列表。

3）根据泥石流沟基本特征进行设备选型，监测预警设备必须保证稳定可靠，数据传输和预警要及时有效。

4）安装点位选择应先保证预警时间和预警距离，在设备本身安全的基础上，充分利用自然环境条件，以发挥设备功能和效果。

5）加强与地方的协调沟通，提高地方管理部门对监测预警工作的参与度和积极性。

6）加大对监测预警仪器设备保护的宣传力度，避免仪器设备遭受人为破坏或损坏。