GPS在長(zhǎng)江二壩滑坡安全監(jiān)測(cè)中應(yīng)用的研究和推廣

孫勇

【摘要】論述了GPS在長(zhǎng)江二壩滑坡安全監(jiān)測(cè)中應(yīng)用的研究和推廣。GPS是英文Global Positioning System（全球地位系統(tǒng)）的簡(jiǎn)稱，是利用衛(wèi)星，在全球范圍內(nèi)實(shí)時(shí)進(jìn)行定位、導(dǎo)航的系統(tǒng)。本文首先簡(jiǎn)要介紹了隔河巖大壩外測(cè)變形GPS自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的概況，從模擬試驗(yàn)及用多種資源所進(jìn)行了外部檢核評(píng)定的該系統(tǒng)的靈敏度，表明該系統(tǒng)能用于精度要求很高的大壩外觀形變監(jiān)測(cè)。然后介紹了GPS用于三峽庫(kù)區(qū)滑坡監(jiān)測(cè)的實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)可以得出GPS 用于滑坡監(jiān)測(cè)的精度，列舉GPS在滑坡監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，最后得出運(yùn)用GPS定位技術(shù)進(jìn)行大壩安全監(jiān)測(cè)是優(yōu)秀。

【關(guān)鍵詞】GPS；大壩滑坡；安全監(jiān)測(cè)

引言

目前，隨著科技的快速發(fā)展，GPS全球定位在測(cè)繪行業(yè)中引領(lǐng)前沿，尤其是在精密測(cè)量，港口航道建設(shè)、道路橋梁建設(shè)、形變監(jiān)測(cè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、航空遙感、地理信息系統(tǒng)和國(guó)防軍事科研等得到廣泛的應(yīng)用。由于近年來我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害比較嚴(yán)重，我國(guó)目前已建成的水庫(kù)大壩約86000座，壩高在15米以上的約有19000座。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，在已建的這些水庫(kù)大壩中，被列為病險(xiǎn)的大中型水庫(kù)有620余座，被列為病險(xiǎn)的小型水庫(kù)有33600余座。對(duì)部分大壩存在的缺陷或隱患，如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，將直接影響大壩的安全，甚至演變?yōu)闈蔚臑?zāi)難性事故。

GPS精密定位技術(shù)已在大地測(cè)量、地殼形變監(jiān)測(cè)、精密工程測(cè)量等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用和普及。與觀測(cè)邊角相對(duì)幾何關(guān)系的傳統(tǒng)測(cè)量方法相比，GPS監(jiān)測(cè)具有很大的優(yōu)點(diǎn)。GPS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以使監(jiān)測(cè)工作完全自動(dòng)化，快速簡(jiǎn)便，建立無人守值的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，適用各種高精度變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，更好的為大壩及滑坡安全監(jiān)測(cè)服務(wù)。

1、GPS自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成

GPS自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理（包括分析、管理）三大部分組成，三部分采用局域網(wǎng)絡(luò)聯(lián)成一個(gè)有機(jī)的自動(dòng)化系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖1。數(shù)據(jù)采集由7臺(tái)GPS組成，其中GPS1、GPS2為基準(zhǔn)站，位于壩下游兩岸；GPS3～7為外觀監(jiān)測(cè)站，位于壩面，其中GPS6位于大壩拱冠；GPS1和GPS2數(shù)據(jù)傳輸采用新一代DS擴(kuò)頻通訊技術(shù)，將GPS信息傳輸至控制中心，GPS3～7采集的數(shù)據(jù)，通過光纖傳輸至控制中心；數(shù)據(jù)處理由總控、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)管理4個(gè)模塊組成（4個(gè)軟件均為自行開發(fā)的專用軟件）。

2、四川雅安峽口滑坡

雅安峽口滑坡位于四川雅安市北隴西鄉(xiāng)境內(nèi)，隴西河中游峽谷東岸。該地區(qū)基巖由白堊系砂巖、泥巖組成。滑體物質(zhì)為古崩塌堆積物，為碎石塊夾紫紅色粘土，塊石直徑0.2～2m。滑坡體入滲徑流條件好，地下水層較淺，該地區(qū)氣候溫暖濕潤(rùn)，雅安號(hào)稱雨城，年平均氣溫16℃，年降雨量1800mm，而且集中在6～9月。該地區(qū)是古滑坡區(qū)，1981年8月19日深夜，由于暴雨傾盆，大量雨水流入坡體誘發(fā)大規(guī)模滑動(dòng)，造成房屋倒塌，公路和渠道被毀。1995年雨季后，復(fù)活滑坡上的變形蠕動(dòng)體又出現(xiàn)了不同程度的變形，成了潛在滑坡體。為了測(cè)定滑坡的變形，在滑坡體外穩(wěn)定的巖體上選擇基準(zhǔn)點(diǎn)二個(gè)，一個(gè)在東，一個(gè)在北面山梁上。編號(hào)為ya15，ya17。

根據(jù)當(dāng)?shù)鼗麦w特點(diǎn)選擇監(jiān)測(cè)點(diǎn)，這些點(diǎn)要能反映滑坡體整體變形方向、變形量，又要能反映滑坡體范圍和變形速率。每個(gè)點(diǎn)還要考慮接收衛(wèi)星信號(hào)情況，測(cè)點(diǎn)上空不要有大面積遮擋物。在雅安試驗(yàn)區(qū)共布了15個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。在滑坡剖面上，從上到下布設(shè)5個(gè)點(diǎn)，與測(cè)斜儀、裂縫位移監(jiān)測(cè)儀很近。在雨量計(jì)和地下水位測(cè)量?jī)x附近安放3個(gè)測(cè)點(diǎn)。其余7個(gè)點(diǎn)在滑坡體周邊。點(diǎn)間距平均120m，最長(zhǎng)229m，最短17m。在每個(gè)測(cè)點(diǎn)上都建造GPS觀測(cè)墩。該墩為鋼筋混凝土澆灌，地下1.5m，地上1.5m，并設(shè)有強(qiáng)制對(duì)中裝置。

經(jīng)過數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理和分析，滑坡體不僅僅有沿主滑坡方向的位移，還有垂直于主滑坡方向的位移。這是因?yàn)榛麦w中間部分突出，兩側(cè)凹陷的緣故。GPS滑坡監(jiān)測(cè)的結(jié)果準(zhǔn)確反映了該滑坡體的滑動(dòng)趨勢(shì)和位移。

3、GPS用于三峽庫(kù)區(qū)滑坡監(jiān)測(cè)的試驗(yàn)

三峽庫(kù)區(qū)是中國(guó)地理上的一個(gè)相對(duì)較新的地名詞，三峽水庫(kù)庫(kù)容極大，由于三峽兩岸山體下部未來長(zhǎng)期處于浸泡之中，因此發(fā)生山體滑坡、塌方和泥石流的頻率會(huì)有所增加，這將是三峽庫(kù)區(qū)面臨的主要地質(zhì)災(zāi)害。該地區(qū)土地類型多樣，丘陵、山地面積大，平地面積小，土地結(jié)構(gòu)復(fù)雜、垂直差異明顯。因特定的地理?xiàng)l件，地震、崩塌、滑坡、泥石流等災(zāi)害也時(shí)有發(fā)生。庫(kù)區(qū)地處四川盆地與長(zhǎng)江中下游平原的結(jié)合部，跨越鄂中山區(qū)峽谷及川東嶺谷地帶，北屏大巴山、南依川鄂高原。為探索GPS在三峽庫(kù)區(qū)滑坡監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，我們?cè)谌龒{庫(kù)區(qū)新灘至巴東段（約55km），選擇9個(gè)崩滑體和3個(gè)滑坡進(jìn)行GPS滑坡監(jiān)測(cè)試驗(yàn)。全段布設(shè)7個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，53個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

4、結(jié)論

GPS完全可代替常規(guī)的監(jiān)測(cè)方法用于高精度的外觀變形監(jiān)測(cè)。在滑坡體外觀變形監(jiān)測(cè)時(shí)，應(yīng)采用GPS快速靜態(tài)相對(duì)定位方法。與常規(guī)大地測(cè)量方法相比，GPS在大壩和滑坡外觀安全監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用有以下優(yōu)點(diǎn)：①觀測(cè)不受氣候等外界條件的影響，可常年、全天候觀測(cè)；②觀測(cè)的各變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)在時(shí)間上同步，能同時(shí)反映某一時(shí)刻的變形量，這有利于分析不同水位、不同氣象條件下的變形機(jī)理與規(guī)律；③大壩上所有變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維位移能同步測(cè)出；④監(jiān)測(cè)工作可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化，使監(jiān)測(cè)、監(jiān)控、指揮、決策實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離遙控，建立無人值守監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，極大地提高生產(chǎn)效率。隨著GPS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的不斷完善，數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理（包括分析、管理）都不需要人為的干預(yù)，這使GPS在大壩滑坡中有越來越廣闊的應(yīng)用前景。尤其是“隔河巖大壩外觀GPS自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”的建成也拓寬了GPS技術(shù)的應(yīng)用，促進(jìn)了大壩滑坡安全監(jiān)測(cè)的技術(shù)革命。本系統(tǒng)的技術(shù)，還可廣泛地應(yīng)用于高邊坡、滑坡、大型建筑物、大橋、局部地區(qū)的地面沉降、礦山采空區(qū)等變形監(jiān)測(cè)。隨著本系統(tǒng)的不斷完善，不斷被人們認(rèn)識(shí)，我們相信GPS定位技術(shù)在大壩滑坡安全監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用將會(huì)產(chǎn)生具大的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的歷史意義。