泥石流监测方法

泥石流野外观测是指对自然界中泥石流的各种要素进行实际测量,获得泥石流原型的各种物理量,根据泥石流的组成和运动规律进行研究,揭示泥石流现象的本质和机理。

6.4.1泥石流观测一般方法介绍

6.4.1.1线路选择和车站建设

泥石流观测站的勘测选址,首先应选择每年发生足够泥石流的流域,满足观测需要,并有良好的交通、电力、通讯等设施和生活条件。站点一般选在盆地下游环流积累段附近,控制整个输出信息。同时要充分考虑控制全流域所必需的观测断面和观测点的布置,以达到观测的同步性和连续性。

6.4.1.2流域背景数据分析

收集流域背景数据。

流域自然环境的变化包括自然本身的变化和人为因素引起的环境变化。

(1)流域水文气象;

(2)盆地地质地貌背景信息;

(3)流域内的社会、文化和经济活动;

(4)流域内的自然资源。

2)流域及其邻近地区历史上各种天灾人祸的调查。

(1)地震;

(2)暴雨、冰雹、高温等灾害性天气;

(3)滑坡、塌方、雪崩、冰崩等事件;

(4)山洪;

(五)森林火灾;

(6)主要经济活动及其对流域环境的影响。

6.4.1.3泥石流观测内容

1)地层区固液两相物源的受控测量

(1)水文气象学

(2)滑坡及其变形观测:对流域内补给泥石流源的重要滑坡进行探测是非常必要的,其仪器设备有:滑坡位移计、测斜仪、孔隙水压力计、定位桩等。

(3)地下水观测:盆地源区地下水活动对泥石流形成起重要作用,通常采用测井和春季露头进行观测。

(4)土壤含水量的观测:特别是饱和含水量在土壤中起着重要作用,采用剖面取样分析法或土壤水分仪进行测试。

2)观察运动元素

泥石流运动过程和各种运动要素的观测是泥石流观测试验的重点。观测断面选择在相对较直的环流区,布置2 ~ 3个测量断面。

(1)选择断面:断面间距20 ~ 20~200m,视具体情况而定。选择截面后,测量每个截面的几何特征。其横向特征表示水深与截面积的关系,纵向特征表示沟床的总坡度。每次泥石流后,如果断面变化较大,必须反复测量。

(2)水龙头流速的测量:通常用秒表记录水龙头通过已知距离的两段的时间,即可得出水龙头的平均流速。

(3)泥浆液面和泥浆深度:采用超声波水位计测量泥石流面标高。泥石流发生前龙头泥面与沟底的标高差就是龙头高度。龙头的高度不代表泥石流全过程的泥深,因为泥深沿阵列变化太大,龙头的泥深最大,龙尾的泥深为零。

(4)地表坡度:泥石流是不稳定的、不均匀的,因此需要测量泥面坡度。

(5)全过程测量:观测泥石流从其形成到堆积扇进行分散或通过堆积扇流入主河道的全过程。

3)样品分析

(1)密度和含水量;

(2)颗粒分析;

(3)化学成分和胶体成分分析;

(4)流变试验。

4)沟床变形的测量

泥石流沟床具有冲淤量大的特点,往往一次泥石流过后,沟床面目全非,这对工程设计具有重要意义。通常,在泥石流过程之前和之后进行多次测量,以比较沟床不同部分的侵蚀和沉积变化。

5)物理和机械特性值的测量

主要有泥石流冲击试验和声学特性测量。

6.4.2泥石流观测的主要方法

一般来说,泥石流的发生有两个基本条件:丰富的固体物质和一定强度的大量降雨。丰富的固体物质是指沟道内有大量松散的固体物质,包括降雨时的崩塌和滑坡提供的固体物质驱动的泥石流;坡面大量固体物质向沟道移动(滑坡或坡面泥石流)并在沟道内形成泥石流;滑坡形成土坝,被水流冲走形成溃坝泥石流。根据泥石流形成的基本条件,结合降雨的观测、降雨强度和降雨历时的分析,给出泥石流暴发的临界条件,从而预测泥石流的发生。

不同地区的地理、地貌、地质特征不同,泥石流暴发的临界雨量指标也会不同。因此,调查油气管道所在小流域的泥石流环境条件和背景,确定泥石流暴发的临界降雨量指标,是管道泥石流监测的两个主要内容。

降雨量观测

在泥石流形成区设置雨量站。尽可能收集一次降雨过程的降雨历时数据,为最终确定泥石流降雨阈值提供基础条件。

6.4.2.2泥石流暴发临界雨量指标的研究与确定

一般来说,泥石流的雨量观测强调24小时雨量的观测,而24小时雨量观测强调3小时雨量的观测。0 ~ 3小时的雨量观测,特别是10分钟和1小时,是泥石流雨量观测的重点。通过对不同降雨条件下泥石流的研究,确定了泥石流暴发的临界降雨指标。

6.4.3泥石流预警观测

研究表明,次声信号会在泥石流的启动和运动过程中产生,是泥石流过程中特有的信号。所以用次声报警来监测和捕捉这个信号,进而对泥石流做出预警是非常有效的。

泥石流次声报警器是中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所经过10年研制的。自1995以来,已有数十例泥石流事件无漏报、误报的申请,并已获得专利批准(专利号ZL01256480X)。目前,该设备已用于委内瑞拉、西班牙、四川、云南和台湾省的泥石流观测。