武理工灾害与应急仿真技术专题讲座：泥石流（土石流）监测与预警

气候天气灾害研究中心CenterforWeatherClimateandDisasterResearch土石流监测与预警气候天气灾害研究中心主任主讲人：谭义绩教授1气候天气灾害研究中心CenterforWeatherClimateandDisasterResearch•壹、土石流简介•贰'成因•参、类别•肆、监测方式•伍、紧急应变防灾•六、总结2壹、气候天气灾害研究中心CenterforWeatherClimateandDisasterResearch•定义：土石流系指泥、砂、砾及巨石等物质与水之混合物，受重力作用所产生之流动体，沿坡面或沟渠由高处往低处流动之自然现象。•组成物质与特性：(―)内部物质其颗粒大小从黏土、砂、砾石乃至巨石都有，且含量比例差异性大。(二)土石粒径愈大，破坏性愈强。3气候天气灾害研究中心CenterforWeatherClimateandDisasterResearch•

土石：作为土石流中的固态物质。•水分：可降低摩擦力，帮助固态物质流动。•坡度：提供动力。4参、类别气候天气灾害研究中心CenterforWeatherClimateandDisasterResearch•泥流型(mudflow):粒径小，主要为黏土、粉土和砂等；其运动方式以泥水本身的流动为主，而砂石则悬浮于其中，流速约为2〜20m/s。5云南省蒋家沟泥流6气候天气灾害研究中心将豕沟位在云南省东北部的乌蒙山区中，沟长12km，流域面积47.1平方km2。平时由山泉汇聚而成的沟水量不过lm3/s，却频繁爆发土石流，一年少则十多次，多可达三十次。爆发规模大的时候，土石流总量可达37万m，；延时可达12小时、流量达2400m3/s；在坡度6.5%的谷地中，最大流速竟达15米每秒。这样爆发频繁、规模巨大的泥石流是世上少有的。气候天气灾害研究中心CenterforWeatherClimateandDisasterResearch2010年舟曲土石流灾害2010年8月7日晚间，甘肃省舟曲县突然降下暴雨，县城北面的罗家峪与三眼峪爆发严重土石流，强力冲刷舟曲县城，沿河岸房屋被迅速冲毁，土石流堵塞嘉陵江上游支流白龙江，于8日凌晨形成堰塞湖。舟曲县被堰塞湖围困，逾一半面积浸泡在水中，洪灾夹带土石流，导致县城由北向南5公里长、500公尺宽区域被夷为平地。截至8月21日，以舟曲县4万人口观之，灾民人数竟高达2万人，死亡人数达1,434人。7气候天气灾害研究中心CenterforWeatherClimateandDisasterResearch舟曲县所处的白龙江河谷地带是中国滑坡（走山）、土石流最为发达的地区之一，一直以来有许多专家提出警告，然而政府并无采取应有的防范措施。致灾主因有不同的说法：•泥石流专家马东涛认为，舟曲县泥石流主要是水文气象、地形地貌和地质环境条件决定的。人类活动对泥石流形成的影响相对较小。•中国地质环境监测院周平根博士认为舟曲地区的开发导致森林、植被遭到破坏，在连日暴雨的作用下灾害必然发生。•美国AATA国际环境评估机构的王平博士认为虽然地形、岩石性质和气候的影响确实决定了地质灾害的潜在威胁，但是过度开发导致的环境破坏是地质灾害的主要原因。舟曲土石流灾害前后对照图8气候天气灾害研究中心CenterforWeatherClimateandDisasterResearch2014年华盛顿洲欧索土石流灾害在美国华盛顿州西雅图东北方的小镇欧索(Oso)东边约6公里处，于3月22日早上10点余(当地时间)发生大规模土石流，近乎2.6平方公里的面积被土石覆盖，截至4月9号，已确认有36人死亡、尚余10人下落不明。灾害发生时，部分地区的土石流水深一度高达4.5公尺。9泥流型类别气候天气灾害研究中心CenterforWeatherClimateandDisasterResearch致灾原因：•灾害前一个多月降雨约为过往平均值的两倍，同时三月份的降雨量为该月纪录以来的第四高。•大多专家认为，该地区地质松软，对水份敏感，为土石流的潜势地区。当地有不乏土石流的历史案例，最近一次则在2006年。10参、类别气候天气灾害研究中心CenterforWeatherClimateandDisasterResearch•砾石型(granularflow):粒径大，主要由砂石、砾石和卵石等所组成；其运动方式以碰撞和滚动为主，泥水只扮演润滑的角色，流速约在3-10m/s之间。11参、类别H小I气候天气灾害研究中心CenterforWeatherClimateandDisasterResearch阿富汗一石流12类别-崩塌（非土石流）气候天气灾害研究中心CenterforWeatherClimateandDisasterResearchIn尼泊尔13气候天气灾害研究中心参、类别.cenieriorweamerclimateanaDisasterKesearcnIn南韩14鼻肆、监测方气候天气灾害研究中心CenterforWeatherClimateandDisasterResearch•以往土石流发生前的预警系统是以雨量为指标，根据有效雨量强度和有效累积雨量间的变动情形，在土石流未发生前发布预报或警报，以达到避灾及减灾之目的。然而，土石流发生因素除了雨量以外，还必须有土砂料源和溪流坡度两潜在因素的配合；换言之，降雨因素固然是不可或缺的重要考量，但不够全面，即使可以掌握土石流和降雨量之间的长期相关性，还是不能保证可以准确地预测土石流的发生规律。15鼻肆、监测方气候天气灾害研究中心CenterforWeatherClimateandDisasterResearch•既然土石流发生前的溪流土砂运移趋势较难以掌握，发展土石流发生时的实时观测系统（包括红外线摄影机、钢索检知器、地声检知器......等），则是相对可行的因应对策。16智能型手机BOXBOXIOI-BOX红外线摄影机钢索检知器光电透雾摄影机光电透雾摄影机+防护罩一体型全功能回转台类比转数位讯号经光纤或乙太网络延伸器回至电务段录像存档光电透雾摄影机光电透雾摄影机防救灾车辆现场遥控红外线传感器4Channel影像服务器闪光警示灯以3警报喇叭5C2VCableRJ-45CableRS-485Cable10CableIVS-BOX4ChannelDVR5.6"LCDDisplay鼻肆、监测方气候天气灾害研究中心CenterforWeatherClimateandDisasterResearch•钢索检知器：架设于防砂坝溢洪口或横跨河道两岸，当土石流流过时会扯断钢索因而发出警讯。18•地声检知器：利用土石流在运动过程中因土石相互摩擦撞击所发出的声响，作为土石流发生的观测机制。肆.臣左测方式rm//illzu丄I胡气候天气灾害研究中心wCenterforWeatherClimateandDisasterResearch19tsst"芯•哗预防『预防先行，防治结合』，建立—个应变防御系统，以防止灾害，包括预测，早期预警能力和应急指挥处理能力。伍、紧急应变防灾随着社会的发展，人类活动的影响，灾害事故变得越来越频繁。它已经严重损害了人民群众的生命和财产。气候天气灾害研究中心CenterforWeatherClimateandDisasterResearch处理*高强度降雨h气候天气灾害研究中心CenterforWeatherClimateandDisasterResearch灾害的关联性-以台风为例监测仪器配置-边坡防灾安控基本架构=CenterforWeatherClimateandDisasterResearch气候天气灾害研究中心倾斜及剧缝富一一线/■-深层滑动位移土壤孔隙水压力倾斜及彩钓挡土墙锚碇预力田土墙荷重监测气候天气灾害研究中心CenterforWeatherClimateandDisasterResearch监测项目监测仪器地层滑动电子式倾度管地滑计地下水位及水压电子式水压计/水位井挡土墙倾斜，岩石滑动电子式倾斜计钢索感应器雨量监测地锚荷重雨量计地锚荷重计裂缝宽度电子式裂缝计地层滑动监测人工量测作业3气球\■□功能：用以观察边坡地下土壤深层滑动。口运用：地下土壤、挡土墙。口使用仪器：倾斜管+倾度仪（人工）倾斜管+电子式倾度仪（自动化）气候天气灾害研究中心CenterforWeatherClimateandDisasterResearch仪器:电子式倾度管气候天气灾害研究中心CenterforWeatherClimateandDisasterResearch保护措施ABS倾度管地滑计」仪器:口功能：用以观察边坡两点间的滑动量。口使用仪器：滑动钢索+重槌+变位计半自动化自动化a气候天气灾害研究中心滩/,CenterforWeatherClimateandDisasterResearch函KU《’丫口功能：用以观察边坡地下水位及水压变化°吋LenieriorweamerumnaieanauisasierKesearcn函乂,“口使用仪器：水位观测管+水位指示器（人工）电子式水位计（透气管）/水压计（自动化）观测管水位量测水位/水压计指示器保护管反基座保护讯号线、务水泥皂土浆回填MiniLoggerPVCt之里石回坟透水孔及不织布不织布水压计子式水压计仪器:电子式水压计气候天气灾害研究中心CenterforWeatherClimateandDisasterResearch■□功能：用以观察大地或结构物之倾角变化，挡土墙倾斜监测■■■■,-■a■■,■■■■■---一—B—«■■■'uenrertotweaineri,mmanausasrerKesearcn口运用：地表、岩石、挡土墙、结构物，口使用仪器：铜盘+倾斜仪（人工）电子式倾斜计（自动化）地表型铜盘结构型铜盘人工量测设备仪器电子式倾斜计倾斜计装完成siiilMkkd加心41：nCh-JiiHdikbur.lr>zE4t-N«l^dtoSlHiChrjivieSkvkN-monntedtOSMvalbi^MCOjridBg”跻¥小另7uil'*ainibi□■■SftCtlW-EmmlbiarkKTHiidBjglwpil^rHhhiJivirfchar.气候天气灾害研究中心CenterforWeatherClimateandDisasterResearch其他类型监测仪器雨量计监测降雨状况钢索感应器鬻a监测落石尔I岛或土石流监测地锚荷重变化裂缝计监测裂缝变化气候天气灾害研究中心CenterforWeatherClimateandDisasterResearchIrJL1

TtsJrnirftlIvJ5^丁工习M/ivu月m*•>e系统整合snIntegral控制■crt-l'J土木Civil气候天气灾害研究中心CenterforWeatherClimateandDisasterResearchkA*41*智能型手机BOXBOX铁路边坡安全预警系统架构光电透雾摄影机光电透雾摄影机光电透雾摄影机光电透雾摄影机+防护罩一体型全功能回转台防救灾车辆现场遥控钢索检知器红外线传感器IOI-BOX类比转数位讯号经光纤或乙太网络延伸器回至电务段录像存档IVS-BOX4Channel影像服务器闪光警示灯以3警报喇叭5C2VCableRJ-45CableRS-485Cable10Cable4ChannelDVR5.6"LCDDisplayr,^3.ivixl/U山％U*L-|■=,『人气候天气灾害研究中心CenterforWeatherClimateandDisasterResearch•有鉴于2012/6/14南回铁路台东路段及6/15南回铁路花莲开往台南的自强号列车，在南回线加禄站前，撞上覆盖在铁轨上厚达30公分土石流，所幸未造成人员伤亡，惟仍对铁路行车安全影响甚巨。•相关报导中了解，台湾铁路管理局分别在最危险的枋山1号隧道、枋野2号隧道，两边共设置4个监视系统，由分驻所监控，只是南回线土石容易坍塌的路段至少10余处甚或更多，监视系统太少，无法实时判定铁道路轨状况，对于土石流等影响铁路行车安全，难发挥作用。•建立铁路边坡安全土石流预警系统，可以加强铁道路轨行车安全，维护台铁列车及乗客安全。气候天气灾害研究中心(14&M*训除选坡却同＞Y卜适1处优坡冠实槌优峻即首丁程5顷评・尝梆彊癞罗除宀用功山间•列扇撞土若出斩帅白哲喉在太才3晒财道口投上土石流•申湄刘轨卜右虽列事在氐推里和山里撞上郁融土石流•并爷大丽♦蓉充虢列申梅岩东起太麻里娉编满特道口撞上两部巨E,屡廉脱轨frtaw管危雄边坡虑试力式南退线#臼蜀可闻片高距耕左遂的列«・在行起南聋线的访山〜号落遇时*在荫道口渣遇土石流，皓成3重福3韩伤台铁列管危险边坡uenierTorwearnerrmareanausasrerKesearcn榴体疆嘉｝nm«m=BM(,5播5公■■]白中■葫HHNIII(♦“■松■)边坡防灾安控4,500,0000013,859,4310012,182,950001%EXD逻2,201,9600012,150,000001素。先以研究顾问案或建立示范点为主，5,000,0000011.880.0000012.工程（芯片）：利用sensor建置侦测点，侦测滑动位移等。并且须考量偏远地区人手不足因交通部公19路总局第三区养护工程处102041公开取103年度北观处所辖北得报价劳务102/1qr-nnnn海岸游憩据点巡杳计单或企类2/30外u,uuu昼案

划书交通部观光局北海7岸及观音山国家风景区管理成高公局，公路总局，台铁有需要-基本以气象，雨量为警戒。雨量预测准确可达2-3天，雷达侦测准确可达3小时（1.25平方公里-以2阶段解决方案处理1.系统非工程（水量）:搜集资料做气象资料分析，水纹分析。订定警戒值，警告号志/CCTV监控，讯号网络传输，加强巡1021009387公路总局第三区养护工程处103年天气预判分析与公路安全风险评估技术服务本资料建置及检测评估交通部台6湾铁路管理局10缤嚣盘蜡水道纵TM1021015BT11花莲县政1。2年席花莲县桥梁基"府4新北市淡新北市淡水区雨水下荧当彖4水区公所水道及侧沟系统调杳锦嗤%委托技术服务案着惊翕watl02190碧聴K台南市政102年度辜南市水利建T育墅§府水利局造物检查计划劳务采铭碧艾瞳安选或公南i回线（大武2号北口籍编、大竹2号北口、新吉吴审髦劳务102/1，nnnm北口）边坡安全实时熠単丈类2/303,151,500001警示i甬报系统委托技齢齢、房备凉辛溶开征求）劳务类103/01/06劳务类102/12/31父通部公8路总局第103年度第四区养护工公开招劳务102/1四区养护程处辖区防灾预警天标类2/27工程处气分析服务工作9交通部台湾铁路管理局PR02029BMxasaaMii铁路K17+035~130边坡安全检测、监测及评估-委薛凭术服务工限制性招标（经公开评选或公劳务类102/12/27公开招劳务102/12/26标类性黛评公求制标开或征限招公选开务劳类102/12/13公开招劳务102/1标类2/05气候天气灾害研究中心CenterforWeatherClimateandDisasterResearch、，卩/U/J、W/UM/J气候天气灾害研究中心CenterforWeatherClimateandDisasterResearch•第一层防线：钢索检知器、传感器告警•第二层防线：固定摄影机侦测土石覆盖铁轨警告•第三层防线：当系统接收第一或第二层触发讯息时，随即启动全向型摄影机做影像拉近自动追踪确认，减少误判讯息。。利用controlbox整合各式传感器与设备•钢索检知器、固定式摄影机(AlarmInput)•全向摄影机(RS485)•闪光警报灯及警报喇叭(RelayOutput)•

DVR及VideoServer可做现场或远端操控全向摄影。实际应/IJZU气候天气灾害研究中心CenterforWeatherClimateandDisasterResearch•实际应用时，我们可以将数支高画质监视器架设在平交道适当的位