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地质气象灾害监测系统典型实例:云南东川蒋家沟泥石流综合实验、观测系统

发布时间:2014-06-16

 由于泥石流是一种非均质、非恒定的流体,具有结构成分复杂、颗粒粒径变化大、容重高、冲击力强,冲淤强烈等特点,这使得现灯的成熟的流体力学理论和土力学埋论难以解释泥石流的若干特殊物理解现象。因此,通过系统仝面的模拟实验和野外系统观测,逐步透过忐象抓住泥石流的本质特征、并藉此对泥石流的若干特殊现象作出科学的解释就拔得尤为必要。

  我国从20世纪50年代末起,中国科学院东川站、成都山地灾害与环境研究所、兰州冰川冻土沙漠研究所、中国铁道科学研究院西南分院、甘肃街交通科学研究所、云南省东川矿务局、昆明铁路局等多家单位先后在石南蒋家沟、浑水沟、大白泥沟、老干沟和四川黑沙河、“滩及西藏古乡沟、甘肃火烧沟、柳湾沟等地对泥石流开展了大量的野外现场观测研究。其中云南东川蒋家沟泥石流观测站是持续时间最长、实验观测研究内容最具代表性的泥石流野外观测实验合站,蒋家沟所在的小江流域是我国乃至世界典型的暴雨泥石流高发区,已有详细数据的饵类泥石流沟就有100多条,每年雨季都会有数十条沟谷暴发泥石流。蒋家沟作为小江流域最其代表件的一条泥石流沟, 平均每年发生的泥石流高达15场左右,最高时曾有一年28场的记录,因此也就成为难得的大然泥石流观测研究场所。

  蒋家沟泥石流观测研究站向1961年建站至今,已从简易的人工观测发展到现在的半自动化观测,建立了泥石流形成机制、运动要素、静力学、动力 学、预辔报、冲淤、减灾工程、退化环境恢复重建等观测研究系统,拥有降雨监测网、超声波泥位监测仪、大型采样缆道及缆道控制系统、静力 学及流变学综合实验分析系统、冲击力测试仪、地声振动报警仪,超声波遥感报警仪、全站仪地形测量系统、泥石流动态摄像、测量系统等观测实 验仪器和设备,能够开展泥石流的形成、运动、力学性质、冲淤特征、预警报和治理效益等观测实验研究。 具体来说包括以下内容:

  1、泥石流形成的观测研究。在泥石流形成区设立了4个侵蚀观测场,7 个滑坡位移观测断面,4个泥石流和径流观测断面,3个地下水观测点和6个雨量观测点。通过观测,研究泥石流的形成机理和形成过程,建立泥石流的形成模式。

  2、泥石流的运动观测研究。主要观测研究泥石流的流速、流态、流动过程和浓度变化;探索泥石流的阻力规律和运动机理,确立流速计算公式。

  3、泥石流的动力特征观测研究。主要观测研究泥石流运动引起的冲击力、振动和地声,建立冲击力和振动计算公式。

  4、泥石流取样和静力特征的实验研究。主要进行泥石流暴发时直接取样,测定泥石流样品的容重、黏度、屈服但、机械组成、化学成分、堆积物的上力学特征,研究泥石流体的结构静力学特性和流变模式。

  5、泥石流冲淤观测研究。主要观测研究各类泥石流的冲淤过程及其与泥石流输移的关系,建立泥石流冲淤模式。

  6、泥石流预警报实验研究。主要研究泥石流形成与暴雨强度、前期降雨、固体物质补给和汇流过程的关系,泥石流运动引起的振幅和强度,泥石|流的运动特征和流动过程,建立泥石流预报和各种警报的模式,研制预警仪器,实现泥石流警报。通过观测,基本上探明了以雨量为主进行短期预报的原理,建立了预报模式,初步实现了泥石流预报,预报提前时间为20〜40分钟,有的超过1小时。

  7、泥石流治理效益的观测研究。主要观测研究工程和生物措施在泥石流治理中的作用。

  通过长期的观测实验研究,东川站在泥石流观测实验方法与技术、基础| 资料积累、泥石流发生、流动、堆积机理研究以及预警报技术开发与应用、减灾工程实践、退化生态环境改良修复、荒滩十地利用等方面取得了一系列重要的创新性成果,部分达到国际先进或领先水平。比如同步测到了泥石流浪速、泥位、冲击力、地声和冲淤的变化过程;提出了缓坡泥石流和陡坡泥石流的发育过程模型;较全面地探讨了泥石流的侵蚀、搬运与干堆积过程; 较深入地分析了泥石流的流态和流变特征;建立了泥石流流速、流量、冲击力计算公式;提出了颗粒散体重力流模塑;探讨了泥石流启动机理和启动模型;较系统地提出了泥石流规模预测的理论与方法;率先建立了暴雨泥石流预报模式,其准确率达85%,预报提前时间达20多分钟;开发成功准确率达90%的泥石流地声报警和超声波泥位报警系统,并应用于长江上游地区;对30余条泥石流沟实施综合治理成功;探索出了泥石流防治工程可行性评估的模型实验系统技术与方法,为泥石流防治工程节约大量投资。

  在工程治理方面,除了蒋家沟,东川的大桥河、石羊沟、尼拉姑沟、深 沟、祝国寺沟、田坝干沟、小水沟、黑水河、达德沟、拖畓沟、黑沙沟、因民沟、阿旺小河、烂泥沟、老龙沟、李家湾、汤丹三岔路沟、小石洞沟、汪家菁等30多条泥石流沟都进行了不同程度的治理。水土流失面积曲原来的68.5%,下降到55.6%,生态环境开始好转。东川泥石流防治不仅获得了明显的社会效益、生态效益和经济效益,而且还总结出了一套防治经验,推动了泥石流防治和研究工作的发展。来源:《地质气象灾害》