泥石流灾害成因与风险调控2010-11-12

天 气 预 报
卫 星 云 图
人 口 密 度
经 济 密 度
土 地 利 用
特 殊 建 设 项 目
泥 石 流 灾 害 监 测 系 预 警 统
泥 石 流 激 发 因 素
承 灾 体
地 形 地 质 植 被 土 壤 侵 蚀 否 暴 发 泥 石 流 是 泥 石 流 暴 发 时 间 和 规 模 可 能 灾 情 预 报 泥 石 流 可 能 波 及 范 围 泥 石 流 形 成 背 景 条 件
红外线摄像机
②地声预警仪： 使用地声传感器，观测 泥石流运动过程中在岩土体 中传播的振动波，采集的信 号超过预设的阈值时进行报 警。
泥石流地声预警仪可分为 四个部分：信号选频放大 部分、比较整形、显示、 声光报警部分，由12V供电。 可实现振动阀值的设定和 显示，完成对通道变化的 动态监测；报警部分分为 有线和无线两种，以达到 实时报警的效果。

二、泥石流监测预警技术

危险性预测技术 临灾预报技术：基于降水监测的预报和基于泥 石流起动机理的预报

监测预警技术：可分为人工简易监测与仪器监 测，仪器监测又分为接触式和非接触式。
1961年，建立东川山地灾害观测站，进行泥石流原位观测。
客座公寓 3号综合楼
2号观测楼 野外实验室 采样房 1号观测楼
观测设备及野外实验
蒋家沟泥石流观测系统
危险性泥石 危险性泥石 流预测 流预测
泥石流临灾预报 泥石流临灾预报
(1)基于降水监测的泥石流预报：由暴雨引发的泥
石流灾害，在数量上和造成的损失，分别要占这类灾害总 数的90%和95%以上。 根据流域特征布设雨量站，监测流域的降雨量，并通过 GPRS等通讯系统适时获得数据，利用已建立的模型进行泥 石流预报。
今年来山区工程建设增多，泥石流危险区经济密度和人口密
度增大，特别是减灾意识不强的工程人员增多，受灾对象增 多。
近年来，强降雨、地震等激发泥石流的极端事件间频发，导
致群发性大规模泥石流发生频度增大，造成巨大人员伤亡和 经济损失。
山区城镇发展挤占压缩泥石流排泄路径，在排泄通道上修建
房屋，居住了越来越多的居民。
陈晓清研究了降雨作用下土体特征（主要监测内容有土体含水量、水 势、孔隙水压力等），发现在土体破坏发生之前，监测的土体含水量 水势、孔隙水压力几种土体特征参 数都发生明显或较明显的变化，可 以通过建立基于土体特征参数的变 化的模型判断土体破坏，以及泥石 流源地的泥石流形成。可以较坡面 泥石流发生时提前了约12-23分钟。
③超声波泥位报警仪： 利用回波测距的原理，测得传感 器断面的泥石流流深推断泥石流的规 模，可根据事先计算的不同频率洪水 位设定警报阈值，从而实现自动分级 预警。
④泥石流次声警报器：根据泥石流次声音频特征，利用次声原 理研制了泥石流次声警报系统。该系统灵敏度为55cmv/pa，主 机部分由滤波器、放大镜、声光警报器和数据传输口构成。数 据采集器可与计算机相连，采集的数据供数据分析研究使用。 在中国科学院东川泥石流观测研究站实测实验。经过4场泥石 流的实测证明，该系统运行正常，可提前30分钟至40分钟发出 泥石流警报，达到了预期的效果。
土木工程技术
生态工程技术
泥石流减灾非工程措施
泥石流防治工程技术
泥石流综合防治技术体系
主沟床纵剖面
主河 沟道 纵坡 分段 形成 作用 灾害 特征 功能 分区 防治 思路 防治 措施 ≤0.03 洪泛区 0.03-0.08 堆积区 泥石流堆 积、土水 分离 0.08-0.10 流通段 泥石流均 衡输送 0.10-0.40 形成区 ≥0.40 水源区 汇流造峰
平均每年死亡约1000人 财产损失数十亿元
北峪河泥石流威胁的甘肃武都城市
山地灾害威胁西宁市区
危害道路交通 危害道路交通
危害农田 危害农田
泥 石 流 淤 埋 和 毁 坏 大 量 优 良 耕 地

毁坏面积： 70.8 hm2 (三眼峪: 50hm2 ;罗家 峪:20.8hm2 ) 三眼峪毁坏城区面 积:3 hm2 三眼峪毁坏农田: 47hm2
⑤红外线光遮断器：原理和钢索监测器原理相同，是通过泥 石流碰触遮断红外光线使探测器触发一信号，再传至仪器 的数据采集器，但和钢索检知器不同处为红外线光遮断器 属于非接触式，一端发射另 一端则为接收，其平时状态 为通路状态，一旦当泥石流 遮断光线后即造成短路而触 发警报。
发射端 接收端
气 象 雷 达
高克昌
一、中国泥石流灾害与分布规律
中国泥石流灾害及其危害 中国泥石流灾害及其危害
八 月 七 日 舟 曲 泥 石 流 灾 害
死亡和失踪1765人
大 峪泥石 流形 成区
小 峪泥石 流形 成区
罗家峪泥石流形 成区
这是被泥石流搬运至三眼峪出山口以外的巨石，泥石流堆积扇 和沟道中200~500m3 . 的巨石还有很多。
(2)仪器监测：分为接触式和非接触式 • 1)接触式：钢索监测器、压力式泥位计、冲击力 监测器 • 2)非接触式：通过仪器获得泥石流的影像、声音、 振动、泥位等信息判断泥石流是否发生并估计其 规模，主要有摄像机、次声警报器、地声警报器、 超声波（激光）泥位计等
•
1)接触式监测器：钢索监测器、压力式泥位计、冲击力监测器 ①钢索监测器： 其作用原理是利用泥石碰触钢线使钢线断裂，造成 探测器内部感测轴(sensing shaft)位移形成通路而传出信 号。钢索监测器由于需要冲击力使钢线断裂，故较适用于 泥石流流动冲刷段。
全球灾变事件与重大地质灾害战略研讨会
泥石流灾害成因与风险调控
崔 鹏（pengcui@） 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所 中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室 2010年11月12日
内容提要
一、中国泥石流灾害成因与分布规律 二、泥石流监测预警技术 三、泥石流工程治理技术 四、泥石流风险管理 五、减灾思考
雨量遥测仪
单沟：预测模型
成昆线模型
由成（都）昆（明）铁路甘洛试验区 64 次观测资料确定的泥石流形 成降雨量组合指标为：
R K( H H H ) H ( D) H ( D) H ( D)
24 1 1/ 6 24 1 1/ 6
式中：R 一降雨综合指标；K 一前期降雨修正系数，K≥１，在甘洛试 验 区 K ＝ １ ； H24, H1,H1/6 一 分 别 为 24h,1h 和 10min 最 大 降 雨 量 (mm);H24(D),H1(D)和 H1/6(D)一分别为 24h、1h 和 10min 单因子临界雨 量阈值,随沟谷和地区而不同,在甘洛试验区,它们分别为 60min,20mm 和 10mm。 当 R＜2.8 时,不会发生泥石流,R≥3.6 时,发生泥石流的
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蒋 家 沟 泥 石 流 预 报 模 型
(2)基于泥石流起动机理的预报：基于泥石流起动机理
的泥石流预报模式研究目前尚处于起步阶段，但其监测参数 可以结合现有的降水监测预报技术，能够大大提高预报模型 的精度，并且可以为降水预报模型提供参数，很大程度上提 高了降水预报模型的区域适应性。 崔鹏研究员提出准泥石流体的 概念，建立了以影响准泥石流 体力学性质、便于测定的底床 坡度、细粒含量和水分饱和度 为自变量的应力状态函数。通 泥石流形成观测和试验 过100余次模拟实验，建立了 泥石流起动临界条件数学模型 和解析曲面，并进一步建立了 泥石流起动的尖点突变模型。
③冲击力监测： 测量泥石流冲击力不仅可以确定泥石流是否发生，而且 根据冲击力的大小还可以判断泥石流的规模，可以根据冲击 力大小进行灾害规模分级，从而发出不同级别的预警信号。
• •
2)非接触式监测器： 通过仪器在不接触泥石流体的情况下获得泥石流的影 像、声音、振动、泥位等信息判断泥石流是否发生并估计 其规模，主要有摄像机、次声警报器、地声警报器、超声 波（激光）泥位计等 ①影像监视：为了直观判断泥 石流的暴发与规模，可以通过 定点照相或录像泥石流沟道的 整体或局部。 通过数字图像处理方法，可以 实现数码摄像机视频数据中泥 石流的自动识别，并判断规模 大小。
信 息 处 理
预 报 服 务
专 线 公 众 媒 体 专 线 减 灾 专 家 专 线 业 务 主 管 专 线 地 方 行 政 长 官
电 视
广 播地 方 减 灾 Fra bibliotek 站减 灾 对 策
三、泥石流工程治理技术
社会经济条件 环境条件 灾害活动状况
灾害信息
灾害敏感性分析
灾害活动趋势
灾害综合防治
监测预报
风险分析
生态脆弱，调控泥石流形成因素与过程的能力有限。 泥石流形成机理、运动规律、成灾机制等基础研究薄弱，制
约监测预警、灾害治理和风险管理水平提高。
2010年我国泥石流重大灾害远远大于往年， 人员死亡和失踪超过2000人，主要灾害事件有：
舟曲8-8特大山洪泥石流灾害：1765人遇难和失踪 云南贡山泥石流8-18特大泥石流灾害：92人遇难和失踪 汶川8-13特大山洪泥石流灾害：72人遇难和失踪 云南巧家小河7-13特大泥石流灾害：45人遇难和失踪 耳沟村7-24重大泥石流灾害：24人遇难和失踪 广西岑溪6-2特大泥石流灾害：42人遇难和失踪
几率约占 85%, R＝2.8～3.6 时,有可能发生泥石流。
单沟：预测模型
蒋家沟模型
在这些长系列观测数据基础上，提出了一系列泥石流预报模 型。如蒋家沟模型： R10＝5.5-0.098(Pa＋Pt)＞0.5mm(临界线) R10＝6.9-0.123(Pa＋Rt)＞1.0mm(暴发线) R 式中： 10－10min 降雨量(mm); Rt 一泥石流发生时刻前的当日降 雨量(mm)，Pa 一泥石流发生前 20d 内的有效降雨量, P R ( K ) ， Ｋ为递减系数，取为 0.8,i=1,2......20,Ri 为泥石流发生前 i 天降雨 量。该式预报提前时间为 17 一 200min,报准率为 86%,错报 3%, 漏报为 11%。


中国泥石流分布 中国泥石流分布

我国山洪、泥石流、滑坡（工程边坡）灾害分布广、 数量多、危害重
全国统计情况：
有成灾记录的泥石
流沟1万多条
中型以上滑坡3万
余处 重要威胁对象：
70%的山区交通干线 大部分大型水电站 1300多座山区城镇
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震后泥石流分布 震后泥石流分布
沿断裂构造带密集分布 在地震活动带成群分布 在软弱岩石和软硬相间岩石区成片状集
土体体积含水 土体体积含水 量曲线图 量曲线图 土体孔隙水 土体孔隙水 压力曲线图 压力曲线图
土体水势 土体水势 曲线图 曲线图
泥石流起动后的监测预警 泥石流起动后的监测预警
(1)人工简易监测：通过暴发时沟道上游发出的轰隆声、
沟道内出现的断流现象、登高观察沟道上游泥石流暴发与 运动情况等判断泥石流是否发生，并大致确定泥石流的可 能规模，从而做出相应的反应，如进一步观测、向上级汇 报、立即通过敲锣等方式告知下游危险区群众撤离等，主 要用于群测群防工作。 人工简易监测为紧急避灾赢得 宝贵的时间，但用于泥石流时 主要靠人的感官，观测距离 近，受环境影响大，误判率 高，对泥石流的规模把握不准。
地震以前的舟曲
Photo by Libaidejiuhu
地震以后的舟曲
滑坡比地震的危害大
2008年9月24日泥石流以后的舟曲
泥石流的危害有时比滑坡大
2010年8月14日四川绵竹清平乡泥石流
危害城镇与 1300多座城镇受到山地灾害威胁和危害 危害城镇与 四川擂鼓镇泥石流冲毁灾民按照房 委内瑞拉泥石流摧毁6座 村庄 村庄 城市，一次死亡3万余人
中分布
沿着深切割的高山峡谷区沿河流和交通
线成带状分布
分布与暴雨和长历时高强度降水的分布
区域一致
今近年泥石流成灾严重的原因 今近年泥石流成灾严重的原因
我国2/3国土上广泛发育着泥石流，山区大部分城镇和村庄坐
落在泥石流堆积扇上，公路、铁路通过泥石流危险区，泥石 流对人民生命财产安全和重大工程安全影响巨大。
②压力式泥位计：
由于泥石流进入主沟沟床后，多表现出阵性特征，而且泥石流形 状呈前陡后缓，对沟床基地的压力变化呈准周期变化，可以监测泥石 流主沟沟床底部的压力变化，监测泥石流运动。主要监测方法包括最 常用的压阻式压力传感器或阻应变片压力传感器、半导体应变片压力 传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、 谐振式压力传感器等监测，还可以采用目前新发展起来的光纤传感器 来监测。