廣州市滑坡地質災害專業監測示范點建設

黃鴻偉

(廣州南方測繪儀器有限公司，廣東 廣州510665)

一、引 言

滑坡災害占我國地質災害總數的51%以上，邊坡地質災害監測意義重大。廣州市由于地形地質條件較為復雜、局部斷裂構造較發育、雨水充沛、降雨時空分布不均勻等自然環境條件影響，特別是經濟的高速發展時期，人類工程活動強烈，地質災害時有發生。全市已發多起滑坡地質災害，造成重大損失。災害區域應建立專業地質災害監測示范點，建設包括降雨、深部位移、地表位移多個關鍵因素組成的滑坡地質災害監測系統，以及監測預警分析系統，實現對滑坡地質災害的時間和空間上的預警預報。通過對區域降雨、深部位移、地表位移結合時空發展建立預警模型。從化良口—呂田鎮為低山區滑坡災害易發區，湖光山莊災害點地處國道G105線湖光山莊北側，是一處老滑坡，滑坡體見多條裂縫，裂縫長15～60 m，寬10～30 cm，裂縫兩盤相對錯位差30～60 cm。滑坡仍然處于變形中。滑坡體下的居民大30戶，約150人。本人選定國道G105線湖光山莊北側建立廣州市滑坡地質災害專業監測示范點。

二、監測示范點建設和運行

在G105國道良口—呂田段低山區地質災害專業監測示范點建立降雨量監測系統1套、地表面位移監測系統4套(其中基準站1套、監測站3套)、內部位移監測系統2套，分別用于監測地質災害隱患點的降雨量、表面位移和內部位移，并將監測數據通過無線網絡實時發送至地質災害監測預警中心服務器系統中，并保障監測數據的連續性和完整性，安裝地質災害監測預警系統1套，用于接收和分析監測數據，發出預警信息。

1．區域降雨量監測

降雨量是滑坡地質災害發生的最主要的誘發因素，示范點地處從化，雨水十分充沛，降雨時空分布不均，因此本項目十分重視對區域降雨量的實時監測。取得降雨量資料，結合位移變化進行關聯分析，構建監測預警模型十分重要。為了實時準確監測示范點區域降雨量，在現場安裝了雨量自動監測站，通過GPRS實現實時數據遠程傳輸，為提高監測預警提供有力保障。

2015年1月12日0點開始，降雨量達61 mm，降雨持續到13日8點累計達72 mm(見圖1)，暴雨誘發了滑坡的發展。

圖1

2．深部位移監測

在滑坡災害監測中，人們更為關心的是滑體深部，特別是滑動面處的滑移變形和滑動方向，鉆孔傾斜儀的出現較為圓滿地解決了該問題，現已成為觀測深部水平位移的重要手段。由于其適應于各種類型的斜坡且穩定可靠，被廣泛應用于滑坡變形監測中。示范點地質條件差，圖2(a)為現場鉆孔取芯圖，現場安裝南方深部位移自動監測站實時進行深部位移監測，掌握滑坡深部位移情況十分必要。圖2(b)為深部位移監測曲線圖，對照之前1月12—13日的降雨圖表可以清楚直觀地分析解讀下面圖表:12日0時開始降雨，降雨入滲引起土壤含水率增加，從而導致滑坡體抗剪強度下降，引起深部12日6時開始發生位移變化;13日8時降雨停止后，隨著滑坡體入滲水分逐漸排除后，13日14時滑坡體重新恢復平衡。

圖2

3．地表位移監測

地表位移監測是滑坡監測預警的重要依據，現階段邊坡地質災害監測中大量采用GPS進行位移監測，但現場環境導致向坡一側衛星遮擋嚴重，并且多路徑效應影響明顯，常導致GPS監測數據解算失敗或精度不好。加入北斗衛星提高了衛星高度截止角，可有效減少多路徑效應的影響，提高了解算精度。北斗衛星的應用提高了監測系統對邊坡地質災害監測現場環境的適應性，以及邊坡地質災害監測系統可靠性和有效性，具有重要的現實意義。現場采用能同時接收GPS+北斗的南方SM02自動化監測站進行滑坡地表位移的實時監測。圖3可以看出經過今年雨季降雨的影響，滑坡體地表已經發生了十幾毫米的位移。

圖3

三、滑坡地質災害專業監測系統建設

地質災害自動化監測預警系統包括數據采集模塊、數據分析處理模塊和安全信息管理模塊。邊坡地質災害自動化監測信息系統數據采集軟件功能框如圖4所示。

圖4

1．數據采集軟件

數據采集軟件功能模塊主要包括系統工具、數據采集、數據管理和數據通信。下面分別加以說明。

1)系統自檢功能。有系統自檢、自診斷功能，能對系統各部位運行狀態自檢、自診斷，并實時打印自檢、自診斷結果，以及運行中的異常情況，作為硬拷貝文檔。

2)數據通信功能。實現監控主機與各臺測控裝置(MCU)、監控主機與信息管理主機之間的雙向數據通信。通過通信媒體與上級計算機連接，可實現遠程數據傳輸和系統遠程控制。

3)數據采集功能。數據采集軟件具備兩種運行方式:

a．中央控制方式(應答式):由數據采集軟件下達命令，網絡節點上的所有測控裝置(MCU)進行巡測或選測，測量完畢后將數據根據命令存儲在監控主機中;

b．自動控制方式(自報式):測控裝置(MCU)按內部設定時間間隔自動進行測量，測量完畢后將數據存儲，并根據命令將存儲數據傳送到監控主機中存儲。

4)數據管理功能。將原始監測數據儲存在監控主機的數據庫中，可按要求對存儲數據進行初步處理，供運行人員瀏覽和檢查;具有完善的臨時和歷史測值的數據庫管理功能;測值數據可顯示、查尋、檢索、繪制過程線、拷盤、打印等。

2．信息管理軟件

邊坡安全監測信息管理軟件用于對邊坡安全監測自動化系統采集的監測數據及其他有關邊坡安全的信息進行自動獲取、存儲、加工處理和輸入輸出，并且為數據分析軟件提供完備的數據接口;提供保存和處理邊坡安全信息的現代化手段，以便利用邊坡安全監測數據和各種邊坡安全信息對邊坡性態作出分析判斷，對邊坡安全監測資料進行整編分析，生成有關報表和圖形，做好邊坡安全運營和管理工作。

(1)數據分析模塊

1)過程線分析:以時間為X軸，雨量、邊坡表面位移、深部位移等觀測量為Y軸，繪制時間序列曲線。

2)滯后時間分析:由于降水入滲變化與邊坡位移的變化不完全同步，降水達到峰(谷)值的時刻往往比位移達到峰(谷)值的時刻來得晚，存在一定的時間差，即“滯后時間”。系統采用自動化智能分析推求滯后時間。

3)沉降分析:通過繪制垂直位移與時間的關系曲線對邊坡垂直位移的變化進行分析，了解邊坡垂直位移的變化情況。

4)水平位移分析:通過繪制水平位移與時間的關系曲線對該水平位移變化情況進行分析，了解不同水平的位移變化情況。

5)安全預測:通過對邊坡的綜合狀態進行分析處理，提出相應的預防措施。

(2)數據查詢模塊

1)歷史數據查詢:對以往的歷史數據進行分類、分時間段進行查詢。

2)遠程錄像查詢:查詢遠程服務器上的視頻信息。

3)數據下載:可以從遠程服務器上下載所需要的數據信息。

4)查詢結果輸出:根據用戶查詢結果，提供多種文件格式輸出。

(3)數據輸出模塊

通過對歷史數據的分析，可以對所有的數據進行統計分析，整理形成日報表、周報表、月報表、季度報表、年報表，以所需的報表格式輸出進行進一步分析、打印。系統輸出模塊可在技術人員的操作下，按相關規范要求對觀測資料進行整編，對各項監測項目的資料進行在線或離線自動整編，并按規定的內容打印各種統計報表，繪制各種圖形。

(4)安全預警模塊

1)安全預警值。邊坡自動化監測的主要內容包括表面位移、深部位移、雨量。其中降雨作為誘發邊坡滑坡、坍塌等的一個重要因子，其變化間接反映了邊坡體的穩定性;降雨對邊坡的影響除了形成水壓力，還將造成巖土體的力學性質發生弱化。雨量監測數據有利于后期對邊坡穩定性綜合分析提供第一手原始資料料。邊坡的破壞模式類型主要是平面滑動，有單一平面滑動和同向雙平面滑動兩種。各監測點位移量的變化能夠最直接、最直觀地反映邊坡變化趨勢，因此擬采用位移量作為安全報警值。滑坡變形是一個連續的過程，位移變化累積達到一定程度才會發生滑坡，因此安全預警值以累積變化和變化速率兩個控制值為依據。

2)報警方式。包括短信報警、郵件報警、語音報警等方式，每種方式都有相應的特點，可根據用戶的選擇、實際情況的危急程序、報警級別等選擇適當的報警方式，或多種報警方式相結合，來確保用戶及時收到預警信息。

本系統預警模塊預警功能采用多級預警設計，預警初步設計分為黃色、橙色、紅色三級，其中三級較重，二級嚴重，一級特別嚴重，建立報警躍遷機制:當報警產生一段時間或次數后，如未處理報警，自動提升報警級別。當報警處理完后自動解除。

四、結束語

廣州市滑坡地質災害專業監測示范點建設完成并運行半年以來，實時監控了示范點滑坡區域降雨量，以及降雨后引起的深部位移和地表位移的變化。通過大量數據的關聯分析，證明了監測示范點監測要素選擇合理，各要素關聯清晰，監測設備精度滿足滑坡監測實際需求，尤其是北斗衛星的引入確保了監測系統滿足了滑坡監測現場環境的客觀要求，實現了預期目標，并已取得初步成效。

［1］ 地質災害防治條例［EB/OL］．2004-06-25．www．mlr．gov．cn/zwgk/flfg/dzhjgl/200406/t20040625-13574．htm．

［2］ 廣州市地質災害防治規劃(2005—2020年)［EB/OL］．2008-01-22．www．laho．gov．cn/zwgk_1/ghjh/fzgh/200801/t20080122_160382．htm．

［3］ 殷躍平．長江三峽庫區移民遷建新址重大地質災害及防治研究［M］．北京:地質出版社，2004．

［4］ 周平根．地災監測預警傳感器網絡［J］．南方國土資源，2011(10):12-14．