杜 鵬，裴向軍，朱繼良，李 鵬

（1.成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都610059；2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心，河北 保定071051）

0 引言

冷木溝泥石流位于雅安市寶興縣穆坪鎮(zhèn)冷木溝村，溝口地理坐標(biāo)為東經(jīng)103°25′40″，北緯31°04′43″。監(jiān)測(cè)區(qū)位于S210線和寶興河交匯處西側(cè)，有鄉(xiāng)村公路直接到達(dá)監(jiān)測(cè)區(qū)，交通較為便利。

2012年，冷木溝泥石流溝暴發(fā)了“8.18”大規(guī)模泥石流，不僅導(dǎo)致溝道內(nèi)堆積大量的松散物，而且也導(dǎo)致部分溝道岸坡的穩(wěn)定性降低。同時(shí)，2013年“4.20”蘆山地震誘發(fā)了大量的崩塌、滑坡和不穩(wěn)定斜坡等，為泥石流的暴發(fā)提供了大量的物源，進(jìn)一步提升了冷木溝暴發(fā)泥石流的可能性。為了保證寶興縣人民生命財(cái)產(chǎn)的安全，對(duì)冷木溝建立全面系統(tǒng)的泥石流災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警是十分重要的。［1］

1 冷木溝泥石流地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域地質(zhì)概況［2］

寶興縣地處四川盆地與青藏高原東南緣的過(guò)渡地帶，為龍門(mén)山斷褶強(qiáng)烈侵蝕斜坡式中高山區(qū)，地形變化總趨勢(shì)為北西高而南東低。監(jiān)測(cè)區(qū)歷經(jīng)多次構(gòu)造變動(dòng)，形成了不同特征的構(gòu)造體系，處于巨型“歹”字型構(gòu)造體系中部與龍門(mén)山北東向構(gòu)造帶結(jié)合部位，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，褶皺斷裂發(fā)育。以趕羊溝斷裂（龍門(mén)后山斷裂）為界，北部為金湯弧形構(gòu)造帶，中南部為龍門(mén)山構(gòu)造帶。對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)影響較大的主要為龍門(mén)山構(gòu)造帶的寶興背斜、趕羊溝斷裂、五龍斷裂及大川—雙石斷裂。

圖1 寶興縣交通位置圖

工作區(qū)屬龍門(mén)山構(gòu)造帶西南段，本區(qū)挽近期地殼運(yùn)動(dòng)以間歇性大面積抬升為主，屬四川盆地活動(dòng)斷層構(gòu)造區(qū)，其晚期活動(dòng)性均較強(qiáng)，為松潘、龍門(mén)山地震帶的一部分。據(jù)四川省地震局1985年—1994年觀測(cè)資料，震中位于寶興縣境內(nèi)的地震有11次，最大震級(jí)4.5級(jí)，最小震級(jí)為3.1級(jí)，根據(jù)地震烈度＜3度的為無(wú)感烈度、3～6度為有感地震、＞6度為破壞性地震，到目前為止，震中在寶興縣境內(nèi)的均為有感地震。2008年5月12日，汶川發(fā)生8.0級(jí)特大地震，即發(fā)生于龍門(mén)山斷裂帶上，由于斷裂的破裂是從映秀向北延伸，寶興縣位于龍門(mén)山斷裂帶的西南段，受地震影響相對(duì)較弱。2013年4月20日，廬山發(fā)生7.0級(jí)強(qiáng)烈地震，寶興縣受地震影響較強(qiáng)，其地震烈度為Ⅶ度。

冷木溝泥石流流域內(nèi)出露的地層主要為元古界澄江—晉寧期第三期及第五期巖漿巖（）、古生界二迭系下統(tǒng)茅口組（p1）灰?guī)r及第四系全新統(tǒng)崩坡積（）、滑坡堆積、泥石流堆積層（。

1.2 冷木溝流域特征

冷木溝位于寶興縣城區(qū)北部，寶興河左岸，平面形態(tài)略呈橢圓形，流域面積9.44km2。溝域最高點(diǎn)高程3 044m，溝口高程為996m，相對(duì)高差2 048m。冷木溝溝道彎曲，河床粗糙，溝谷形態(tài)為“V”型?？傮w沿東西展布，冷木溝流域形態(tài)為典型的“喇叭口”型，主溝長(zhǎng)約3.98km，平均縱比降212‰。溝域最高點(diǎn)高程3 044m，溝口高程為996m，相對(duì)高差2 048m。冷木溝流域內(nèi)主要發(fā)育6條支溝，左岸1條，右岸5條（圖2）。

圖2 冷木溝水系分布圖

1.3 氣象水文特征

該區(qū)雨量充沛，暴雨強(qiáng)度大。據(jù)寶興氣象站資料，多年平均降雨量1 101.5mm，最大年降雨量為1 279.0mm，最大日降雨量達(dá)123.5mm，最大3小時(shí)降雨量80.0mm以上。

2 部署方案

冷木溝泥石流的監(jiān)測(cè)預(yù)警部署主要圍繞其誘發(fā)因素、形成條件、規(guī)模、運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和及時(shí)快捷的預(yù)警系統(tǒng)而展開(kāi)的。泥石流類型為暴雨類—溝谷型—大型—中頻—黏性泥石流。

2.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

根據(jù)監(jiān)測(cè)緊迫性，可分為應(yīng)急監(jiān)測(cè)與長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)兩部分。應(yīng)急監(jiān)測(cè)主要保障今年汛期的安全，長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)除滿足今年安全度汛外，還要保障縣城的長(zhǎng)治久安，其中，溝道岸坡、治理工程的檢測(cè)與監(jiān)測(cè)也是較為重要的一部分。

根據(jù)應(yīng)急監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)，本次監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容有：雨量、泥水位、地聲、可視化監(jiān)測(cè)。

長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)主要內(nèi)容包括：流速、流量、沖擊力、侵蝕度、攔擋工程和滑坡監(jiān)測(cè)等。其中，滑坡監(jiān)測(cè)以地表監(jiān)測(cè)為主，輔以必要的深部監(jiān)測(cè)。

2.2 主要監(jiān)測(cè)預(yù)警設(shè)備

（1）雨量計(jì)由雨量傳感器、自動(dòng)采集傳輸儀和太陽(yáng)能電瓶組成，用來(lái)監(jiān)測(cè)降雨量并進(jìn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)采集傳輸。

（2）電磁波雷達(dá)泥水位傳感器采用發(fā)射—反射—接收的工作模式，實(shí)現(xiàn)泥水位傳感器對(duì)被測(cè)泥石流之間距離的精確測(cè)量并進(jìn)行自動(dòng)傳輸。測(cè)試表達(dá)式如式（1）所示。

式中：D為泥位傳感器到被測(cè)泥石流的距離；C為光速；T為電磁波運(yùn)行時(shí)間。

（3）泥石流地聲（振動(dòng)）波具有它獨(dú)特的振動(dòng)頻率、波形，通過(guò)檢波器測(cè)出泥石流地聲波的主頻范圍，并與溝道環(huán)境背景產(chǎn)生的振動(dòng)區(qū)別開(kāi)來(lái)，并根據(jù)泥石流地聲強(qiáng)度（振幅）與泥石流流量成正比的關(guān)系進(jìn)行監(jiān)測(cè)，地聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置拾取到的震動(dòng)信號(hào)電壓幅度超過(guò)預(yù)先設(shè)定的警戒值時(shí)，做聲光實(shí)時(shí)報(bào)警。

（4）為能夠在夜間、陰雨天對(duì)泥石流進(jìn)行清晰流暢的觀測(cè)，在選擇視頻傳感器方面要求具備激光、夜視功能，本次視頻監(jiān)測(cè)儀選擇兩種視頻監(jiān)測(cè)儀，分別是遠(yuǎn)距離和近距離激光夜視視頻監(jiān)測(cè)儀。

（5）裂縫報(bào)警器需要固定安裝在裂縫的一側(cè)，將拉線直拴在裂縫的另一側(cè)嵌入墻內(nèi)的水泥釘上，當(dāng)裂縫張開(kāi)加大超過(guò)3mm（此值可以自由設(shè)定）時(shí)，報(bào)警器的電源開(kāi)關(guān)釘被拔下，電源接通，報(bào)警器便會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警。需要及時(shí)查看和避災(zāi)，確保人身生命財(cái)產(chǎn)安全。電源開(kāi)關(guān)釘插入，電源斷開(kāi)，停止報(bào)警。

（6）LD500A地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)無(wú)線預(yù)警系統(tǒng)是一款多功能遠(yuǎn)距離地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)無(wú)線預(yù)警系統(tǒng)。系統(tǒng)主機(jī)采用專用數(shù)字信號(hào)處理芯片，可同時(shí)管理多臺(tái)不同地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)傳感器系統(tǒng)無(wú)線發(fā)射副機(jī)，接收靈敏較高，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)語(yǔ)音報(bào)告監(jiān)測(cè)點(diǎn)的警情。

2.3 監(jiān)測(cè)方案

應(yīng)急監(jiān)測(cè)階段主要針對(duì)暴雨溝谷型泥石流的誘發(fā)因素和運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，采用降雨量、泥水位、地聲和視頻監(jiān)測(cè)。

總體思路為：把監(jiān)測(cè)預(yù)警等級(jí)劃分為藍(lán)、黃、橙、紅4級(jí)（見(jiàn)表1）。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)或視頻圖像進(jìn)行綜合分析，當(dāng)達(dá)到某一預(yù)警等級(jí)值或情況時(shí)，啟動(dòng)相應(yīng)的預(yù)警預(yù)案。首先，雨量作為第一要素。根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，據(jù)累積降雨量、日降雨量、小時(shí)降雨量和10分鐘降雨量等，確定相應(yīng)的等級(jí)。其次，泥水位作為第二要素。根據(jù)溝口排導(dǎo)堤斷面寬度和高度的情況，決定泥水位值及其預(yù)警等級(jí)；同時(shí)，考慮地聲和溝道內(nèi)易于壅塞段的情況。第三，視頻圖像為第三要素。在上述基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)時(shí)泥石流的流動(dòng)形態(tài)視頻圖像和群測(cè)群防員了解的情況啟動(dòng)相應(yīng)的等級(jí)。第四，防災(zāi)警報(bào)儀作為最后一道關(guān)口，至關(guān)重要。結(jié)合上述綜合情況，進(jìn)行專家、政府管理人員會(huì)商，啟動(dòng)各級(jí)應(yīng)急預(yù)案，尤其是第一級(jí)應(yīng)急預(yù)案。由于地質(zhì)條件和降雨的復(fù)雜性及科學(xué)理論不完全成熟性，啟動(dòng)各級(jí)應(yīng)急預(yù)案時(shí)應(yīng)審慎，但應(yīng)把握“寧愿聽(tīng)到罵聲也不愿聽(tīng)到哭聲”的原則。

表1 監(jiān)測(cè)預(yù)警等級(jí)劃分

儀器主要部署在泥石流的形成區(qū)和流通區(qū)。冷木溝泥石流溝部署了4套視頻、3套自動(dòng)雨量計(jì)、2套泥水位、2套地聲和1套防災(zāi)警報(bào)儀。其中，3套雨量計(jì)安裝在形成流通區(qū)，3套視頻安裝在形成流通區(qū)，1套視頻安裝在流通堆積區(qū)，2套泥水位和2套地聲安裝在形成流通區(qū)，1套防災(zāi)警報(bào)儀安裝在溝口堆積區(qū)影響范圍之外（見(jiàn)圖3）。

圖3 冷木溝泥石流監(jiān)測(cè)部署示意圖

2.4 監(jiān)測(cè)方案實(shí)施

北斗自動(dòng)雨量計(jì)、泥石流綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主機(jī)部分統(tǒng)一采用地質(zhì)災(zāi)害多參數(shù)采集傳輸儀，通過(guò)分別連接不同的前端傳感器實(shí)施不同的功能。采集的數(shù)據(jù)通過(guò)北斗衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)以短報(bào)文數(shù)據(jù)封裝格式傳輸?shù)胶笈_(tái)監(jiān)控存儲(chǔ)服務(wù)器，完全實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；后臺(tái)監(jiān)控存儲(chǔ)服務(wù)器存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可以通過(guò)小型的鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)GIS系統(tǒng)的顯示與預(yù)報(bào)，既實(shí)現(xiàn)了大型專業(yè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本功能，又極大地降低了系統(tǒng)建造與運(yùn)行的成本。

服務(wù)器軟件運(yùn)行在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心，用于接收回傳的數(shù)據(jù)，下發(fā)控制命令，可以連接200個(gè)前端監(jiān)控儀器，可以同時(shí)向多臺(tái)從服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。其中報(bào)警手機(jī)功能用于設(shè)定可以直接接收?qǐng)?bào)警短信的手機(jī)號(hào)碼，目前下位機(jī)可以預(yù)置4個(gè)號(hào)碼；在打開(kāi)報(bào)警開(kāi)關(guān)后，當(dāng)采集的信號(hào)大于或小于設(shè)定的報(bào)警閾值時(shí)，可以把報(bào)警短信直接發(fā)送到相關(guān)手機(jī)上面，以提高報(bào)警相應(yīng)速度。

2.5 監(jiān)測(cè)目的

根據(jù)泥石流的形成條件、誘發(fā)因素、啟動(dòng)機(jī)理、運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)，采用降雨量、地聲、泥水位、斷線、視頻、防災(zāi)報(bào)警儀和信息化管理系統(tǒng)等多種手段，實(shí)現(xiàn)地表與地下、野外與室內(nèi)、自動(dòng)化與人工、數(shù)據(jù)與視頻、硬件與軟件、直接與間接等相結(jié)合的監(jiān)測(cè)方法，建立系統(tǒng)化立體監(jiān)測(cè)網(wǎng)，進(jìn)行全天候監(jiān)測(cè)，使監(jiān)測(cè)設(shè)備不論在應(yīng)急監(jiān)測(cè)期間還是在長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)中，都能發(fā)揮重要的作用。同時(shí)，以降雨量為第一級(jí)預(yù)警，泥位、地聲、斷線為二級(jí)預(yù)警，視頻和人工為三級(jí)預(yù)警，并輔以群測(cè)群防員和值班員（鄉(xiāng)、村級(jí)），縣市級(jí)和省部級(jí)等多級(jí)聯(lián)合監(jiān)測(cè)預(yù)警，以達(dá)到“多手段、多層次、應(yīng)急與長(zhǎng)期、科普與科研、指導(dǎo)和引領(lǐng)、群專結(jié)合、多級(jí)監(jiān)測(cè)預(yù)警”的主要目的。

3 冷木溝泥石流監(jiān)測(cè)成功預(yù)警實(shí)例

2013年5月23日16時(shí)許，在冷木溝內(nèi)發(fā)生了一次特大暴雨，所有儀器正常運(yùn)行，并成功完成預(yù)警工作，給當(dāng)?shù)氐睦习傩粘韵铝艘活w日后的定心丸。

下午16：10左右，寶興縣城突遭降雨，安裝的各個(gè)儀器實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳回寶興縣國(guó)土資源局地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)信息中心，冷木溝北斗自動(dòng)雨量計(jì)首先檢測(cè)到有降雨量，在16：05已經(jīng)檢測(cè)到有2.5mm的降雨量，此時(shí)，相關(guān)技術(shù)人員已經(jīng)到達(dá)監(jiān)測(cè)信息中心，實(shí)時(shí)觀測(cè)大屏幕監(jiān)控畫(huà)面和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在17：05，冷木溝北斗自動(dòng)雨量計(jì)檢測(cè)到一小時(shí)降雨量達(dá)到45mm；17：13，通過(guò)冷木溝2號(hào)泥石流監(jiān)測(cè)點(diǎn)傳回來(lái)的數(shù)據(jù)顯示1小時(shí)降雨量已經(jīng)達(dá)到63mm，同時(shí)泥水位的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示為11.109m，已經(jīng)達(dá)到儀器預(yù)先設(shè)定的報(bào)警閾值，就在此時(shí)，放置在監(jiān)測(cè)信息中心的無(wú)線報(bào)警主機(jī)實(shí)時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，顯示在冷木溝2號(hào)泥石流監(jiān)測(cè)點(diǎn)的泥水位值超過(guò)預(yù)警閾值，同時(shí)，通過(guò)視頻監(jiān)控畫(huà)面發(fā)現(xiàn)，在冷木溝1號(hào)視頻監(jiān)控儀監(jiān)控到的泥石流溝里的水量已經(jīng)很大，超過(guò)1號(hào)大壩沖向了大壩一側(cè)的道路，并且流量在不斷增加，經(jīng)過(guò)在場(chǎng)的專家協(xié)商后，縣領(lǐng)導(dǎo)下達(dá)冷木溝下游群眾緊急撤離命令，被疏散的500余名群眾按照前期應(yīng)急演練路線，全部迅速地安全撤離至臨時(shí)安置地。2分鐘后，冷木溝1號(hào)視頻監(jiān)控顯示了更大的洪峰通過(guò)監(jiān)控?cái)嗝?，沖毀道路，與之前預(yù)測(cè)判斷一致。18：05降雨結(jié)束，洪峰慢慢退去，泥石流威脅警報(bào)解除。

圖4 泥石流災(zāi)害雨量、泥位、地聲綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

4 結(jié)語(yǔ)

（1）冷木溝泥石流的類型為暴雨類—溝谷型—大型—中頻—黏性泥石流。

（2）針對(duì)暴雨溝谷型泥石流的誘發(fā)因素和運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，采用降雨量、泥水位、地聲和視頻監(jiān)測(cè)。在形成區(qū)和流通區(qū)部署4套視頻、3套自動(dòng)雨量計(jì)、2套泥水位、2套地聲和1套防災(zāi)警報(bào)儀。

圖5 泥石流災(zāi)害視頻監(jiān)測(cè)

（3）全方位、多手段、系統(tǒng)化和立體監(jiān)測(cè)。不但能及時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警，而且可為動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)提供依據(jù)等。

（4）自動(dòng)化監(jiān)測(cè)能保障全天候，尤其是在夜晚和降雨等惡劣條件下實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和無(wú)線直接報(bào)警，達(dá)到及時(shí)和安全有效的目的。

（5）經(jīng)過(guò)2013年5月23日暴雨誘發(fā)冷木溝泥石流的檢驗(yàn)，已安裝的泥石流監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)和各個(gè)相關(guān)儀器能夠及時(shí)準(zhǔn)確有效地傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并達(dá)到預(yù)警效果。

（6）由于受時(shí)間、客觀條件的限制，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需進(jìn)一步持續(xù)改進(jìn)和完善。例如，可以在今后在網(wǎng)絡(luò)條件不方便的情況下，通過(guò)手機(jī)發(fā)送短信的方式控制雨量監(jiān)測(cè)、泥水位監(jiān)測(cè)，視頻監(jiān)控開(kāi)關(guān)，避免晴朗天氣條件下，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無(wú)意義的運(yùn)行，以便延長(zhǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的使用壽命。

［1］裴向軍，黃潤(rùn)秋.“4.20”蘆山地震地質(zhì)災(zāi)害特征分析［J］.成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013（3）：257－263.

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