滑坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成與實(shí)際應(yīng)用

摘 要：本文在工作實(shí)踐的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地總結(jié)了滑坡地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成和特點(diǎn)，詳細(xì)介紹了新疆鞏留縣地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警示范站的構(gòu)成、特點(diǎn)和運(yùn)行過程，針對(duì)該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在地震和降水因素影響下監(jiān)測(cè)滑坡體變形過程的實(shí)際運(yùn)行狀況，評(píng)價(jià)了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可行性和適宜性，并提出今后工作的方向和建議。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；實(shí)時(shí)采集；遠(yuǎn)程無線傳輸；成圖分析；運(yùn)行

中圖分類號(hào)：P315.62；TP212.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2014） 16-0000-01

地質(zhì)災(zāi)害的危害對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)家安全構(gòu)成的威脅引起國(guó)家高度重視，針對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的專項(xiàng)監(jiān)測(cè)與研究已成為一項(xiàng)急迫的任務(wù)。《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》將“地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究”列為優(yōu)先主題。新疆鞏留縣的滑坡地質(zhì)災(zāi)害是伊犁谷地最為發(fā)育的災(zāi)種之一，當(dāng)前，易發(fā)區(qū)內(nèi)監(jiān)測(cè)技術(shù)滯后，監(jiān)測(cè)手段單一，地質(zhì)災(zāi)害治理難度大。因此，以防災(zāi)減災(zāi)為目的，研究區(qū)域內(nèi)滑坡地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，促進(jìn)新疆伊犁谷地滑坡地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)方法和監(jiān)測(cè)設(shè)施的調(diào)整，在當(dāng)前階段尤為必要。

一、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成

2009年-2011年，新疆地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院完成了《新疆鞏留縣地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警示范站建設(shè)及動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目》，在鞏留縣莫乎爾鄉(xiāng)阿拉爾村建立了以地表裂縫監(jiān)測(cè)、地表位移監(jiān)測(cè)、深部位移監(jiān)測(cè)、土體含水率監(jiān)測(cè)和相關(guān)因素（氣象）監(jiān)測(cè)的滑坡地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。采用的監(jiān)測(cè)設(shè)備有無線裂縫位移計(jì)、全站儀、鉆孔傾斜儀、含水率監(jiān)測(cè)儀和四要素自動(dòng)氣象站，相關(guān)監(jiān)測(cè)設(shè)備均進(jìn)行編號(hào)、配備相應(yīng)的保護(hù)裝置。采用的監(jiān)測(cè)方法有測(cè)縫法、大地測(cè)量法、深部橫向位移監(jiān)測(cè)法、地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)法和氣象監(jiān)測(cè)法。在監(jiān)測(cè)場(chǎng)區(qū)內(nèi)布設(shè)了無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，用于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)傳送。在日常辦公區(qū)域設(shè)立監(jiān)控中心，通過公共通信網(wǎng)絡(luò)的GPRS功能遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過收集-處理-入庫(kù)的過程后，可通過WEB頁面進(jìn)行查詢、瀏覽、統(tǒng)計(jì)和分析。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、傳輸、查詢和分析為一體。

二、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)

以上監(jiān)測(cè)方法除地表位移監(jiān)測(cè)采用高精度全站儀定期觀測(cè)外，其余監(jiān)測(cè)方法均可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)。同傳統(tǒng)的簡(jiǎn)易監(jiān)測(cè)方法相比，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和傳輸方式是連續(xù)的、較穩(wěn)定的，數(shù)據(jù)的采集和傳輸周期較短，通常在8小時(shí)1次，氣象監(jiān)測(cè)1小時(shí)1次。所使用的監(jiān)測(cè)儀器大部分可實(shí)現(xiàn)無人值守。其數(shù)據(jù)采集、傳輸能夠自動(dòng)或觸發(fā)實(shí)現(xiàn)；其次，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程無線傳輸是另一主要特點(diǎn)。通常情況下，監(jiān)控中心設(shè)立在遠(yuǎn)離監(jiān)測(cè)場(chǎng)區(qū)的工作區(qū)域，需借助公共通信網(wǎng)絡(luò)將各類監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)控中心。這對(duì)于跟蹤災(zāi)害體變形過程，進(jìn)行災(zāi)害體變形臨界分析具有十分重要的意義；第三，當(dāng)監(jiān)控中心收獲數(shù)據(jù)后，可進(jìn)行最新數(shù)據(jù)的查詢和成圖分析。WEB顯示由后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)、支持軟件及WEB軟件組成，自動(dòng)完成各要素在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)變形過程的成圖分析，操作簡(jiǎn)便，成果直觀明了。

三、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行

以監(jiān)測(cè)場(chǎng)區(qū)在2011年10月-11月期間，歷經(jīng)一次降雨過程和地震過程為例，論述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行過程。

2011年10月28-31日，監(jiān)測(cè)區(qū)歷經(jīng)一次間歇性降雨過程，降雨總量約18.0毫米；降雨期間，通過各監(jiān)測(cè)要素信息反饋，土體含水率介于9%-16%之間，屬于自然狀態(tài)下土體飽和度變幅范圍，1號(hào)鉆孔處深部發(fā)生約10mm的位移，位移方向?yàn)榛麦w主滑方向；僅1號(hào)、2號(hào)地表裂縫位移分別發(fā)生約7mm和1mm的拉張性位移。滑坡體穩(wěn)定性較差。2011年11月1日08時(shí)21分、22分，新疆鞏留縣、伊寧縣交界處和新源縣、尼勒克交界處先后發(fā)生6.0和4.1級(jí)地震，震源深度分別為28千米、8千米。震中分別距鞏留縣地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警示范站約46千米、40千米；至5日18時(shí)，震區(qū)ML1.0級(jí)以上余震37次。11月06日06時(shí)35分，新疆伊寧縣再次發(fā)生2.9級(jí)地震。根據(jù)11月1日-11月6日各監(jiān)測(cè)要素反饋信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，受地震和前期降雨影響，地震發(fā)生后，滑坡體顯現(xiàn)出一定的變形，尤其是余震期間，變幅較為明顯。現(xiàn)就地震前、后滑坡體地表裂縫位移、深部位移和地表絕對(duì)位移進(jìn)行對(duì)比分析。

（一）地表裂縫位移監(jiān)測(cè)11月1日，在地震作用下，滑坡隱患后緣裂縫有明顯變形，滑坡體后緣中段裂縫（3號(hào)位移計(jì)監(jiān)測(cè)地段）發(fā)生明顯位移，位移量約32mm（圖1）。11月6日，受余震影響，滑坡隱患后緣裂縫中段（3號(hào)位移計(jì)和5號(hào)位移計(jì)監(jiān)測(cè)地段）發(fā)生反向位移（注：滑坡體正向位移方向?yàn)樾逼缕孪颍Ｆ渲?號(hào)位移計(jì)先反向位移約80mm，隨即正向位移約65mm，5號(hào)位移計(jì)反向位移約50mm，隨即正向位移約45mm（圖2）。

圖1 3號(hào)無線位移過程曲線 圖2 5號(hào)線無線位移過程曲線

綜合滑坡體后緣裂縫各地段在地震后裂縫變形的持續(xù)性數(shù)據(jù)分析，滑坡隱患后緣處于不穩(wěn)定狀態(tài)，后緣中段較兩翼更不穩(wěn)定；尤其是在微弱的間歇性降水過程后，歷經(jīng)一次地震時(shí)，滑坡體發(fā)生瞬時(shí)擺動(dòng)位移，后緣穩(wěn)定性差。

（二）深部位移監(jiān)測(cè)。1號(hào)深部位移監(jiān)測(cè)區(qū)域?yàn)榛麦w主剖面線上段土體，監(jiān)測(cè)深度分別為17m、22m。10月28—31日連續(xù)降水過程中，深度為17m處發(fā)生約10mm位移量，深度為22m處發(fā)生約4mm位移量；11月1日地震后，僅有約1mm的變化量，11月6日，受余震影響，分別發(fā)生11mm和4mm位移量（圖3）。2號(hào)深部位移監(jiān)測(cè)區(qū)域?yàn)榛麦w東側(cè)副剖面線中段，監(jiān)測(cè)深度分別為18m、23m。10月31-11月5日，發(fā)生兩次反向位移。深度為18m處發(fā)生位移量均為7.0mm，深度為23m處發(fā)生位移量均為3mm（圖4）。滑坡體坡面為凹形，其東側(cè)地勢(shì)較中部高，10月31日發(fā)生反向位移是在重力作用下，由降水的滯后效應(yīng)形成，11月5日發(fā)生反向位移屬于地震影響的滯后作用形成。

圖3 1號(hào)鉆孔傾斜儀深部位移過程曲線 圖4 2號(hào)鉆孔傾斜儀深部位移過程曲線

綜合滑坡體深部監(jiān)測(cè)區(qū)域變形的持續(xù)性數(shù)據(jù)分析，滑坡深部土體不穩(wěn)定，主要集中在深度約15-25m范圍內(nèi)。其中，滑坡體主剖面線上段土體在降水、地震各種因素綜合作用下，尤其是余震期間，深部土體不穩(wěn)定；滑坡體東側(cè)副剖面線中段土體，在地震等各種因素綜合作用下，尤其是余震期間，表現(xiàn)為受擠壓后反向移動(dòng)，又逐漸釋放能量至自然狀態(tài)。斜坡體局部呈現(xiàn)中心震擺現(xiàn)象，其土體結(jié)構(gòu)被破壞，使該潛在滑坡土體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，為滑體的下滑提供了動(dòng)力條件。

（三）絕對(duì)位移監(jiān)測(cè)

地震前、后分別進(jìn)行了全站儀監(jiān)測(cè)，對(duì)斜坡體中上部布設(shè)的8處絕對(duì)位移標(biāo)志進(jìn)行水平位移和高程位移變形測(cè)量，并對(duì)水平位移變形和高程位移變形進(jìn)行分析。

圖5 地震前、后地表位移平面示意圖

根據(jù)地震前、后水平位移測(cè)量成果，各絕對(duì)位移標(biāo)志均發(fā)生一定量的水平位移。其中，位移量最大的為3號(hào)標(biāo)志，設(shè)置于滑坡體主剖面線的上段，其位移量為91mm，其次為7號(hào)標(biāo)志，設(shè)置于滑坡體主剖面線的中段，其位移量為51mm；上述兩處絕對(duì)位移標(biāo)志位移方向與滑坡主滑方向（斜坡坡向）一致。位移量最小的為8號(hào)標(biāo)志，設(shè)置于滑坡體東側(cè)副剖面線下段，位移量為15mm，滑坡體兩翼較中部位移變形較小。受斜坡坡體地形影響，滑坡體兩翼滑動(dòng)方向與主滑方向呈現(xiàn)一定夾角。見地表變形平面示意圖（圖5）。根據(jù)地震前、后高程位移測(cè)量成果，各絕對(duì)位移標(biāo)志均發(fā)生一定量的高程變化。其中，高程降低變化量最大的為3號(hào)標(biāo)志，設(shè)置于滑坡體中部的主剖面線上段，高程降低31mm；高程增加變化量最大的是8號(hào)標(biāo)志，設(shè)置于滑坡體東側(cè)的副剖面線下段，高程增加變化量為27mm。

綜上所述，從滑坡裂縫監(jiān)測(cè)、滑坡體深部位移監(jiān)測(cè)和滑坡體地表絕對(duì)位移監(jiān)測(cè)結(jié)果分析，受地震影響，在前期有降雨過程的影響下，滑坡體中段整體變形較大，滑坡體穩(wěn)定性差。

四、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)適宜性評(píng)價(jià)

根據(jù)鞏留縣地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警示范站自動(dòng)監(jiān)測(cè)運(yùn)行記錄，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)故障主要發(fā)生在數(shù)據(jù)采集和傳輸階段，故障表現(xiàn)形式為數(shù)據(jù)采集為空白值和不傳輸，主要原因?yàn)槎窘笛┢陂g，監(jiān)測(cè)設(shè)備在低溫（-15℃以下）下，其使用的鋰電池供電不足，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)設(shè)備斷電造成數(shù)據(jù)采集儀自動(dòng)關(guān)機(jī)，采集數(shù)據(jù)為空白值；其次，監(jiān)測(cè)場(chǎng)區(qū)內(nèi)的無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器采用太陽能蓄電池供電，在冬季降雪期間或連續(xù)陰天過程中，日照時(shí)間短，充電不足，當(dāng)?shù)陀诠ぷ鳡顟B(tài)的最低電壓值時(shí)，無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器自動(dòng)關(guān)機(jī)，數(shù)據(jù)傳輸隨機(jī)中斷。

五、結(jié)束語

鞏留縣地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警示范站自2009年陸續(xù)建設(shè)運(yùn)行以來，在技術(shù)人員的維護(hù)下，系統(tǒng)運(yùn)行基本正常，取得了數(shù)萬個(gè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)信息現(xiàn)場(chǎng)采集、遠(yuǎn)程無線傳輸、即時(shí)查詢和快速分析，取得了較好的示范效果。實(shí)踐證實(shí)，將該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害防治或重大地質(zhì)災(zāi)害隱患的防治中是可行的，在地質(zhì)災(zāi)害防治工程中也可選擇使用。多參數(shù)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將在地質(zhì)災(zāi)害防治工作中起到重要的作用。

[作者簡(jiǎn)介]魏賢程（1979.10-），男，新疆人，工程師，研究方向：水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)、工程地質(zhì)及地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估和監(jiān)測(cè)。