公路泥石流監(jiān)測的主要內(nèi)容及其方法分析

彭小平

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司)

公路泥石流監(jiān)測的主要內(nèi)容及其方法分析

彭小平

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司)

泥石流在我國山區(qū)分布十分廣泛，其屬于固、液兩相流體運動，具有爆發(fā)突然、過程短暫、破壞性大等特點。針對公路泥石流監(jiān)測的主要內(nèi)容及其方法做了具體分析。

公路;泥石流;監(jiān)測;內(nèi)容;方法

1 公路泥石流的監(jiān)測主要內(nèi)容

1.1 形成條件監(jiān)測

(1)泥石流固體物質(zhì)來源監(jiān)測

固體物質(zhì)來源監(jiān)測是對流域內(nèi)補給泥石流的物源(含構(gòu)造松散體、風(fēng)化層和開山、采礦、采石、棄渣等堆石、堆土)進行觀測，其中還包括對形成區(qū)滑坡及其斜坡變形體的觀測。

(2)泥石流水源監(jiān)測

流域源頭區(qū)水流與地下水活動對泥石流形成具有重要作用，通常采用斷面觀測和測井進行觀測。此外，還應(yīng)重點監(jiān)測降雨雨量和歷時等。水源來自冰雪和凍土消融的，監(jiān)測其消融水量和消融歷時等。對上游或高處有高山湖、水庫、渠道時，應(yīng)監(jiān)測其大量滲漏或突然潰決的可能性。在固體物質(zhì)集中分布地段，應(yīng)進行降雨入滲和地下水動態(tài)監(jiān)測。

1.2 運動情況監(jiān)測

(1)泥石流運動要素監(jiān)測

泥石流動態(tài)要素監(jiān)測包括爆發(fā)時間、歷時、過程、類型、流態(tài)和流速、泥位、流面寬度、爬高、陣流次數(shù)、溝床縱橫坡度變化、輸移沖淤變化和堆積情況等，并同取樣分析相配合，測定輸砂率、輸砂量或泥石流流量、總徑流量、固體總徑流量等。

(2)溝床沖淤變化監(jiān)測

泥石流溝有大沖大淤的特點，往往一次泥石流過后，溝床面目皆非，這對公路建設(shè)設(shè)計具有重要意義。通常在一次泥石流過程前后多次測量，以比較溝床不同部位的沖淤變化。沖淤變化可采用泥位計，用于實測泥石流流面高程。

1.3 流體特征監(jiān)測

(1)泥石流流體物理性質(zhì)監(jiān)測

泥石流流體物理性質(zhì)監(jiān)測包括:密度和含水量、顆粒組分、化學(xué)成分和膠體成分分析、流變特性。

(2)流體物理力學(xué)特征值監(jiān)測

主要觀測泥石流流速、流量、地聲頻譜和沖擊力等。

2 公路泥石流監(jiān)測方法分析

2.1 泥石流監(jiān)測的一般方法

(1)觀測點的確定

勘選泥石流觀測站址，首先應(yīng)選擇每年發(fā)生足夠多的泥石流場次的流域建站，以滿足觀測的需要，且要有良好的交通、電力、通訊等設(shè)施和生活條件。站址一般選在流域下游流通堆積段附近，以能控制整個輸出信息。同時建站應(yīng)充分考慮到整個控制整個流域必要的觀測斷面，觀測點的布設(shè)，已達到觀測的同步性、連續(xù)性。

(2)流域背景資料的收集

①流域自然環(huán)境的變遷，包括自然界本身的變化和人為因素的影響而產(chǎn)生的環(huán)境的變化。②流域水文、氣象。③流域地質(zhì)地貌背景資料。④流域內(nèi)社會、人文、經(jīng)濟活動。⑤流域內(nèi)自然資源。

(3)流域及鄰近地區(qū)歷史上各種自然災(zāi)害、人為災(zāi)害調(diào)查

調(diào)查內(nèi)容包括:地震、暴雨、冰雹、雪崩、高溫等自然災(zāi)害;滑坡、山崩、冰崩等事件;山洪;森林火災(zāi);重大經(jīng)濟活動及其對溝道環(huán)境的影響。

2.2 公路泥石流監(jiān)測技術(shù)

(1)利用TM衛(wèi)星數(shù)據(jù)監(jiān)測

泥石流溝流域面積一般達到km2的數(shù)量級，用TM衛(wèi)星數(shù)據(jù)監(jiān)測泥石流的數(shù)據(jù)有7個波段，各個波段圖像的標準差是不同的。計算泥石流溝各波段的標準差，并按大小排成一個序列，發(fā)現(xiàn)地理條件相同，標準差序列也相同。在一定尺度范圍內(nèi)，各泥石流溝的標準差序列和周圍不一致，表示該溝處于特殊的發(fā)育階段，有暴發(fā)泥石流的可能性。因此，利用TM衛(wèi)星數(shù)據(jù)監(jiān)測泥石流的方法可行。

(2)基于“3S”技術(shù)的公路泥石流監(jiān)測技術(shù)

目前，遙感技術(shù)(RS)正朝高分辨率、多時相和多角度方向發(fā)展，遙感技術(shù)的應(yīng)用也經(jīng)歷由靜態(tài)到動態(tài)、由定性到定量的發(fā)展過程;地理信息系統(tǒng)(GIS)則具有強大的空間信息管理、查詢、處理和分析功能，是多元空間數(shù)據(jù)的最佳存儲、處理和分析數(shù)據(jù)庫系統(tǒng);全球定位系統(tǒng)(GPS)目前已由靜態(tài)GPS發(fā)展到動態(tài)GPS，由延時處理發(fā)展到實時處理，在RS領(lǐng)域和GIS領(lǐng)域主要用于觀測數(shù)據(jù)的高精度定位、影像與圖形數(shù)據(jù)之間的高精度配準、鑲嵌、幾何校正、多元數(shù)據(jù)復(fù)合處理和分析等。3S技術(shù)在泥石流監(jiān)測過程中信息提取、存儲管理、分析處理、應(yīng)用模型及分析成果等方面均具有較好的應(yīng)用前景。

2.3 公路泥石流監(jiān)測方法比選與適應(yīng)性

(1)與降雨量直接有關(guān)的監(jiān)測模式

觀測和統(tǒng)計資料表明，單溝泥石流和區(qū)域泥石流的發(fā)生都有一個最低的激發(fā)雨量，稱為泥石流發(fā)生的臨界雨量閾值。根據(jù)泥石流發(fā)生的災(zāi)害歷史事件和地貌、地質(zhì)、地形、土壤、植被等影響因素確定泥石流發(fā)生的臨界雨量(或雨強)或建立泥石流發(fā)生的臨界雨量(或雨強)經(jīng)驗公式。在不同的研究中，臨界雨量有不同的指標，一般有臨界日雨量、臨界小時雨量和臨界10 min雨量等。這種方法稱為臨界雨量閾值判別法，根據(jù)該方法建立了不同區(qū)域的預(yù)測預(yù)報模型。

(2)與降雨地表徑流有關(guān)的監(jiān)測模式

與降雨地表徑流有關(guān)的監(jiān)測模式也稱為水文水深監(jiān)測模式，其基本原理是:降雨量要通過山坡或溝道徑流量的變化才能使泥石流發(fā)生，尤其是以溝床堆積物再搬運形式的泥石流發(fā)生，被認為主要是由于流域徑流量出現(xiàn)了超常洪流量所致，不同的流域泥石流發(fā)生存在一個臨界的徑流水深界限值，這個界限值的獲得可作為泥石流預(yù)測預(yù)報的根據(jù)。

(3)與地震因素有關(guān)的泥石流監(jiān)測模式

如下即為由地形、地震烈度、水分三因素組合作用判別地震泥石流發(fā)生的模式

式中:K為地震泥石流發(fā)生的綜合判別因子，當(dāng)K＞1時可能發(fā)生地震泥石流，K=0時不發(fā)生地震泥石流;Tw為地震期的水分因子，震期在旱季取為0;Mm為地震烈度表征的固體物質(zhì)因子，烈度低于V度時為0;Er為地震區(qū)的地形因子，震區(qū)在平原為0。

該模式是一種綜合了震區(qū)、震期條件等多類問題的組合直觀判別方法，屬于區(qū)域預(yù)測性質(zhì)。

(4)與天氣系統(tǒng)生成和氣象因子有關(guān)的模式

與天氣系統(tǒng)生成和氣象因子有關(guān)的模式(天氣形勢分析預(yù)報模式)的基本原理是基于激發(fā)泥石流的降雨過程是在一定的環(huán)境背景與天氣系統(tǒng)影響下形成的。天氣形勢分析預(yù)報模式的特點是，把泥石流現(xiàn)象與天氣形勢預(yù)報結(jié)合起來，把泥石流預(yù)報的復(fù)雜問題轉(zhuǎn)變?yōu)樘鞖膺^程形勢的分析和降雨量的預(yù)報問題，從而可借助天氣過程預(yù)報，對泥石流發(fā)生區(qū)域和時間作出預(yù)報，這在區(qū)域泥石流災(zāi)害預(yù)報方面有進一步開發(fā)研究的必要。

(5)與泥石流流域背景相關(guān)的綜合監(jiān)測預(yù)報模式

因為暴雨泥石流的發(fā)生是泥石流溝的地面條件組合達到某一能級后，由降雨激發(fā)而產(chǎn)生的。在掌握野外調(diào)查資料和大量泥石流發(fā)生的歷史資料的基礎(chǔ)上，選取若干個基本泥石流發(fā)生因子和降雨因子建立了多元線性回歸分析預(yù)報模型:

式中:xi(i=1，2，…，8)分別代表坡度、坡積物厚度、植被覆蓋度、地形切割度、巖石破裂度、流域面積、降雨量;ai(i=0，1，2，…，8)是9個待定參數(shù)。利用歷史資料和地學(xué)因子實際調(diào)查資料來求解回歸方程，得出參數(shù)值，可以對泥石流進行短臨預(yù)報。

3 結(jié)語

綜上所述，泥石流災(zāi)害是公路水毀類型之一。對此，在公路建設(shè)過程中，必須重視泥石流監(jiān)測預(yù)報工作，明確監(jiān)測內(nèi)容，不斷采用新技術(shù)、新手段，提高監(jiān)測準確性，實現(xiàn)有效防治。

［1］ 貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院.西部地區(qū)公路地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報技術(shù)研究［J］.西部交通科技，2009，(3):42－46.

［2］ 孔亞平，韓用順，彭述剛，等.震區(qū)都汶公路沿線典型泥石流溝淤埋強度評估［J］.公路交通科技，2014，31(1):54－55.

［3］ 郭曉軍，崔鵬，馬力，等.都汶公路沿線誘發(fā)泥石流的降雨特征［J］.山地學(xué)報，2014，32(6):739－746.

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