汶川地震区泥石流监测预警方法研究——以四川省三大片区泥石流为例

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降低泥石流危害的一个重要方法,就是对泥石流进行监测预警。5.12汶川特大地震之后的几个汛期内,汶川地震区内尤其是2010年8月中旬在四川省三大片区暴发了具有群发性、突发性、破坏性、灾害链效应等特征的泥石流。通过与历史上其他强地震后的泥石流暴发情况比较可以判定,汶川地震区泥石流灾害还将持续多年。正当汶川地震的影响还未消除之时,2013年4月20日在四川省雅安市芦山县再次暴发7.0级大地震,可见强震区泥石流灾害问题将会长期存在。监测是获得研究泥石流的基础数据的理想方法,有益于准确的了解泥石流的启动和发展过程,预警能够在泥石流即将来临之时最大程度减小危害。因此,结合汶川地震区泥石流特征,进行强震区泥石流监测预警研究具有重要的理论意义和实用价值。
   本文通过对汶川地震区典型的三大片区七条泥石流沟进行调查和分类,并在其基础上进行监测方法的研究,分别对单一仪器和多监测手段协同预警进行研究,最后通过几次泥石流实例进行分析,反馈和完善监测预警。取得了以下主要成果和结论:
   (1)震后至“8.13”泥石流事件之前,结合勘察资料统计得出红椿沟、烧房沟、牛圈沟和走马岭沟内的崩滑堆积物型物源占总物源量的50%以上,“8.13”泥石流事件之后作为主要研究的六条泥石流沟内的崩滑堆积物型物源仍然是主要物源,占总物源量的40%以上。其他物源类型还有潜在崩滑堆积物型物源、沟道老堆积物型物源和坡面浅表层堆积型物源。上述每种物源都可能在暴雨的条件下转化为泥石流。现场调查泥石流后特有的地形地貌特点结合前人研究成果总结其启动方式主要有沟道启动形式、堵溃启动形式和坡面侵蚀启动三种形式。
   (2)泥石流监测体系主要包括三大部分,即前端野外监测、中间资料接收中心及后台监测预警系统。本文主要研究前端野外监测方法,目前在三大片区依托相关项目选择七条典型泥石流沟建成映秀、龙池、清平三个野外监测示范区,监测示范区内运用了多种监测手段和方法,其中包括:降雨量监测、泥石流泥位监测、泥石流视频监测、泥石流接触式断线仪等方法。这些监测仪器和方法各有所长,要因地制宜充分的发挥作用。例如:降雨量监测一般布置于泥石流沟的形成区或者主要物源处;泥位计一般布置在沟道冲淤稳定的部位;而视频监测和接触式断线仪一般布置在泥石流沟的关键断面等重点关心的部位。在实际监测过程中还总结了一些经验和教训等。
   (3)在泥石流的调查过程中,为了精确测量泥石流沟道地形和泥石流堆积体积,探索了运用三维激光扫描进行精确地形测量和计算泥石流堆积体积的一套方法。首先、在汛期前对泥石流沟道和治理工程(如拦挡坝库区)进行三维激光扫描,经过数据去噪,数据插补,数据提取等步骤获得三维点云数据,进而建立三维网格,最后做出三维地形图。一旦暴发泥石流,在泥石流暴发之后再对泥石流沟道地形和治理工程进行一次三维激光扫描,再次获得三维地形图,将两期的地形进行建模,然后比对进行布尔运算可以得到泥石流的对沟谷的冲刷和侵蚀范围和深度。
   (4)结合本次三大片区泥石流的特点和监测布置初步探索单一监测仪器预警方法。包括:
   ①利用统计的监测数据资料,详细的制定了统计降雨事件的原则、选取与定义针对预警描述降雨过程的降雨指标、制定预警雨量指标站的选取原则、统计降雨事件;最终通过总结单沟暴发泥石流的降雨临界值按照拟定的公式初步建立两种三大片区七条泥石流沟的单沟降雨预警指标。
   ②探索现场三维激光扫描测得精确沟道地形,再结合泥位计监测进行泥石流规模的计算。
   ③合理运用泥石流接触式断线仪和视频监测进行泥石流预警。
   (5)在上述单一监测仪器预警方法的基础上,摸索单沟多监测手段协同预警方法。建立运用降雨预警指标对泥石流是否发生进行预警的方法;在判断泥石流是否发生的基础上,针对泥石流沟内已有治理工程的泥石流进一步运用泥石流泥位计监测预警的方法对泥石流危险度进行预警;同时断线法和视频监测起到辅助作用。这样就能将单条泥石流沟中的各个监测仪器和预警方法协同进行预警。
   (6)对应于泥石流的四个预警等级,紧急程度不同,相应的信息发布的内容也不同,在三大片区监测示范点进行预警发布有四个不同等级的发布对象,即:管理部门、监测责任人、威胁对象和汛期值班人员,这四类对象的职责不同,关注的对象有所差别,因此针对上述情况,初步拟定了简单的预警信息的发布内容和流程。
   (7)分析监测到的2012年8.14文家沟泥石流、8.17文家沟泥石流和8.17走马岭沟泥石流实例。统计降雨监测数据,得到降雨过程的小时雨强和前期有效累计降雨量等降雨指标,将降雨指标统计结果绘制在降雨预警图中,校核制定的单沟泥石流降雨阈值指标,分析泥位计监测资料和断线监测结果,应用三维激光扫描方法测量泥石流堆积体积,还原泥石流事件的全过程。
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