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)境保護國家重點實驗室，成都610059；2.中國地質(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，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產(chǎn)的安全，對冷木溝建立全面系統(tǒng)的泥石流災(zāi)害監(jiān)測預(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渡地帶，為龍門山斷褶強烈侵蝕斜坡式中高山區(qū)，地形變化總趨勢為北西高而南東低。監(jiān)測區(qū)歷經(jīng)多次構(gòu)造變動，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（龍門后山斷裂）為界，北部為金湯弧形構(gòu)造帶，中南部為龍門山構(gòu)造帶。對監(jiān)測區(qū)影響較大的主要為龍門山構(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)屬龍門山構(gòu)造帶西南段，本區(qū)挽近期地殼運動以間歇性大面積抬升為主，屬四川盆地活動斷層構(gòu)造區(qū)，其晚期活動性均較強，為松潘、龍門山地震帶的一部分。據(jù)四川省地震局1985年—1994年觀測資料，震中位于寶興縣境內(nèi)的地震有11次，最大震級4.5級，最小震級為3.1級，根據(jù)地震烈度＜3度的為無感烈度、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級特大地震，即發(fā)生于龍門山斷裂帶上，由于斷裂的破裂是從映秀向北延伸，寶興縣位于龍門山斷裂帶的西南段，受地震影響相對較弱。2013年4月20日，廬山發(fā)生7.0級強烈地震，寶興縣受地震影響較強，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。溝域最高點高程3 044m，溝口高程為996m，相對高差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，主溝長約3.98km，平均縱比降212‰。溝域最高點高程3 044m，溝口高程為996m，相對高差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小時降雨量80.0mm以上。

2 部署方案

冷木溝泥石流的監(jiān)測預(yù)警部署主要圍繞其誘發(fā)因素、形成條件、規(guī)模、運動特點和及時快捷的預(yù)警系統(tǒng)而展開的。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)測內(nèi)容

根據(jù)監(jiān)測緊迫性，可分為應(yīng)急監(jiān)測與長期監(jiān)測兩部分。應(yīng)急監(jiān)測主要保障今年汛期的安全，長期監(jiān)測除滿足今年安全度汛外，還要保障縣城的長治久安，其中，溝道岸坡、治理工程的檢測與監(jiān)測也是較為重要的一部分。

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

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

2.2 主要監(jiān)測預(yù)警設(shè)備

（1）雨量計由雨量傳感器、自動采集傳輸儀和太陽能電瓶組成，用來監(jiān)測降雨量并進行數(shù)據(jù)自動采集傳輸。

（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，實現(xiàn)泥水位傳感器對被測泥石流之間距離的精確測量并進行自動傳輸。測試表達(dá)式如式（1）所示。

式中：D為泥位傳感器到被測泥石流的距離；C為光速；T為電磁波運行時間。

（3）泥石流地聲（振動）波具有它獨特的振動頻率、波形，通過檢波器測出泥石流地聲波的主頻范圍，并與溝道環(huán)境背景產(chǎn)生的振動區(qū)別開來，并根據(jù)泥石流地聲強度（振幅）與泥石流流量成正比的關(guān)系進行監(jiān)測，地聲自動監(jiān)測報警裝置拾取到的震動信號電壓幅度超過預(yù)先設(shè)定的警戒值時，做聲光實時報警。

（4）為能夠在夜間、陰雨天對泥石流進行清晰流暢的觀測，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)測儀選擇兩種視頻監(jiān)測儀，分別是遠(yuǎn)距離和近距離激光夜視視頻監(jiān)測儀。

（5）裂縫報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)裂縫張開加大超過3mm（此值可以自由設(shè)定）時，報警器的電源開關(guān)釘被拔下，電源接通，報警器便會發(fā)出聲光報警。需要及時查看和避災(zāi)，確保人身生命財產(chǎn)安全。電源開關(guān)釘插入，電源斷開，停止報警。

（6）LD500A地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測無線預(yù)警系統(tǒng)是一款多功能遠(yuǎn)距離地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測無線預(yù)警系統(tǒng)。系統(tǒng)主機采用專用數(shù)字信號處理芯片，可同時管理多臺不同地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測傳感器系統(tǒng)無線發(fā)射副機，接收靈敏較高，可實現(xiàn)現(xiàn)場語音報告監(jiān)測點的警情。

2.3 監(jiān)測方案

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

總體思路為：把監(jiān)測預(yù)警等級劃分為藍(lán)、黃、橙、紅4級（見表1）。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)或視頻圖像進行綜合分析，當(dāng)達(dá)到某一預(yù)警等級值或情況時，啟動相應(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，據(jù)累積降雨量、日降雨量、小時降雨量和10分鐘降雨量等，確定相應(yīng)的等級。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；同時，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)合實時泥石流的流動形態(tài)視頻圖像和群測群防員了解的情況啟動相應(yīng)的等級。第四，防災(zāi)警報儀作為最后一道關(guān)口，至關(guān)重要。結(jié)合上述綜合情況，進行專家、政府管理人員會商，啟動各級應(yīng)急預(yù)案，尤其是第一級應(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，啟動各級應(yīng)急預(yù)案時應(yīng)審慎，但應(yīng)把握“寧愿聽到罵聲也不愿聽到哭聲”的原則。

表1 監(jiān)測預(yù)警等級劃分

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套自動雨量計、2套泥水位、2套地聲和1套防災(zāi)警報儀。其中，3套雨量計安裝在形成流通區(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)警報儀安裝在溝口堆積區(qū)影響范圍之外（見圖3）。

圖3 冷木溝泥石流監(jiān)測部署示意圖

2.4 監(jiān)測方案實施

北斗自動雨量計、泥石流綜合監(jiān)測系統(tǒng)的主機部分統(tǒng)一采用地質(zhì)災(zāi)害多參數(shù)采集傳輸儀，通過分別連接不同的前端傳感器實施不同的功能。采集的數(shù)據(jù)通過北斗衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)以短報文數(shù)據(jù)封裝格式傳輸?shù)胶笈_監(jiān)控存儲服務(wù)器，完全實現(xiàn)了無人值守，遠(yuǎn)程實時動態(tài)監(jiān)測；后臺監(jiān)控存儲服務(wù)器存儲的數(shù)據(jù)可以通過小型的鄉(xiāng)鎮(zhèn)級GIS系統(tǒng)的顯示與預(yù)報，既實現(xiàn)了大型專業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)的基本功能，又極大地降低了系統(tǒng)建造與運行的成本。

服務(wù)器軟件運行在遠(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個前端監(jiān)控儀器，可以同時向多臺從服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)實時數(shù)據(jù)。其中報警手機功能用于設(shè)定可以直接接收報警短信的手機號碼，目前下位機可以預(yù)置4個號碼；在打開報警開關(guān)后，當(dāng)采集的信號大于或小于設(shè)定的報警閾值時，可以把報警短信直接發(fā)送到相關(guān)手機上面，以提高報警相應(yīng)速度。

2.5 監(jiān)測目的

根據(jù)泥石流的形成條件、誘發(fā)因素、啟動機理、運動特點和發(fā)展趨勢，采用降雨量、地聲、泥水位、斷線、視頻、防災(zāi)報警儀和信息化管理系統(tǒng)等多種手段，實現(xiàn)地表與地下、野外與室內(nèi)、自動化與人工、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)測方法，建立系統(tǒng)化立體監(jiān)測網(wǎng)，進行全天候監(jiān)測，使監(jiān)測設(shè)備不論在應(yīng)急監(jiān)測期間還是在長期監(jiān)測中，都能發(fā)揮重要的作用。同時，以降雨量為第一級預(yù)警，泥位、地聲、斷線為二級預(yù)警，視頻和人工為三級預(yù)警，并輔以群測群防員和值班員（鄉(xiāng)、村級），縣市級和省部級等多級聯(lián)合監(jiān)測預(yù)警，以達(dá)到“多手段、多層次、應(yīng)急與長期、科普與科研、指導(dǎo)和引領(lǐng)、群專結(jié)合、多級監(jiān)測預(yù)警”的主要目的。

3 冷木溝泥石流監(jiān)測成功預(yù)警實例

2013年5月23日16時許，在冷木溝內(nèi)發(fā)生了一次特大暴雨，所有儀器正常運行，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，安裝的各個儀器實時準(zhǔn)確地將現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳回寶興縣國土資源局地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測信息中心，冷木溝北斗自動雨量計首先檢測到有降雨量，在16：05已經(jīng)檢測到有2.5mm的降雨量，此時，相關(guān)技術(shù)人員已經(jīng)到達(dá)監(jiān)測信息中心，實時觀測大屏幕監(jiān)控畫面和監(jiān)測數(shù)據(jù)，在17：05，冷木溝北斗自動雨量計檢測到一小時降雨量達(dá)到45mm；17：13，通過冷木溝2號泥石流監(jiān)測點傳回來的數(shù)據(jù)顯示1小時降雨量已經(jīng)達(dá)到63mm，同時泥水位的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示為11.109m，已經(jīng)達(dá)到儀器預(yù)先設(shè)定的報警閾值，就在此時，放置在監(jiān)測信息中心的無線報警主機實時發(fā)出報警信號，顯示在冷木溝2號泥石流監(jiān)測點的泥水位值超過預(yù)警閾值，同時，通過視頻監(jiān)控畫面發(fā)現(xiàn)，在冷木溝1號視頻監(jiān)控儀監(jiān)控到的泥石流溝里的水量已經(jīng)很大，超過1號大壩沖向了大壩一側(cè)的道路，并且流量在不斷增加，經(jīng)過在場的專家協(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安置地。2分鐘后，冷木溝1號視頻監(jiān)控顯示了更大的洪峰通過監(jiān)控斷面，沖毀道路，與之前預(yù)測判斷一致。18：05降雨結(jié)束，洪峰慢慢退去，泥石流威脅警報解除。

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

4 結(jié)語

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

圖5 泥石流災(zāi)害視頻監(jiān)測

（3）全方位、多手段、系統(tǒng)化和立體監(jiān)測。不但能及時監(jiān)測預(yù)警，而且可為動態(tài)設(shè)計提供依據(jù)等。

（4）自動化監(jiān)測能保障全天候，尤其是在夜晚和降雨等惡劣條件下實現(xiàn)實時監(jiān)測和無線直接報警，達(dá)到及時和安全有效的目的。

（5）經(jīng)過2013年5月23日暴雨誘發(fā)冷木溝泥石流的檢驗，已安裝的泥石流監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)和各個相關(guān)儀器能夠及時準(zhǔn)確有效地傳輸實時數(shù)據(jù)并達(dá)到預(yù)警效果。

（6）由于受時間、客觀條件的限制，監(jiān)測系統(tǒng)需進一步持續(xù)改進和完善。例如，可以在今后在網(wǎng)絡(luò)條件不方便的情況下，通過手機發(fā)送短信的方式控制雨量監(jiān)測、泥水位監(jiān)測，視頻監(jiān)控開關(guān)，避免晴朗天氣條件下，監(jiān)測系統(tǒng)無意義的運行，以便延長監(jiān)測系統(tǒng)的使用壽命。

［1］裴向軍，黃潤秋.“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：自然科學(xué)版，2013（3）：257－263.

［2］李渝生，王運生，裴向軍，等.“4.20”蘆山地震的構(gòu)造破裂與發(fā)震斷層［J］.成都理工大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2013（3）242－249.

［3］師哲，張平倉，舒安平.泥石流監(jiān)測預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)研究［J］.長江科技學(xué)院院報，2010（11）：115－119.

［4］黃潤秋，裴向軍，李天斌.汶川地震觸發(fā)大光包巨型滑坡基本特征及形成機理分析［J］.工程地質(zhì)學(xué)報，2008，16（6）：730－741.

［5］張倬元，王士天，王蘭生.工程地質(zhì)分析原理［M］.北京：地質(zhì)出版社，1994.