在線監測技術在地質災害監測中的應用

徐政宏

（1.新疆維吾爾自治區測繪科學研究院，新疆 烏魯木齊 830002）

在線監測技術在地質災害監測中的應用

徐政宏1

（1.新疆維吾爾自治區測繪科學研究院，新疆 烏魯木齊 830002）

綜合運用位移沉降監測、傾斜監測、降雨量監測等方法，對地質災害點實時在線采集數據進行分析，得到地質災害點的內部物理變化趨勢，為相關部門制定相應的災害防御和應急處置對策提供有利支持，防患于未然。實驗表明，該聯合監測方法能較快速準確地監測出受災點的變化趨勢，為預警分析提供了可靠信息，減少了野外巡查人員的工作量。

地質災害；位移沉降監測；傾斜監測；降雨量監測

據統計，全國各類地質災害每年平均造成千余人死亡，經濟損失上百億。地質災害主要包括崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、沉降、地裂縫等[1]，具有分布廣泛、活動頻繁、危害嚴重的特點。滑坡是地質災害中最為嚴重的一類。新疆地域遼闊，地質和地貌類型復雜多樣。新源縣是全國發生地質災害最多的縣市之一，其三面環山，地質斷裂發育活動強烈，黃土發育，黃土弱透水，導水能力很差，黃土浸水產生軟化崩解。新源縣降水主要集中在6～10月，年內分配不均，積雪厚度最大可達1～2 m，每年3～4月積雪消融，春季融雪期極易形成滑坡[2]、泥石流災害；新源縣所在的伊犁谷地是新疆主要強震活動區，頻發的強烈地震使地質災害進一步加劇。

1 工作試點區概況

新源縣境內發育的地質災害類型以滑坡為主，崩塌、地面塌陷較少。滑坡物質組成主要為黃土（潛在）滑坡[3]。此次監測試點區有3個，①新源縣則克臺加郎普特，2002年5月因山體滑坡泥石流堵塞則克臺溝形成堰塞湖，兩側山體有滑坡隱患，對則克臺鎮和伊鋼生活生產區域有威脅；②阿熱勒托別鎮巴特巴合薩依，2012 年發生過滑坡事件，造成28人遇難；③野果林改良場滑坡隱患點，直接威脅溝口居民的生命財產安全。

2 地質災害在線監測解決方案

2.1 系統架構

在線監測系統集成了在線降雨量監測、位移沉降監測、裂縫監測和內部變形傾斜監測所采集的數據，通過系統實時反饋監測災害因子信息變化。采取以在線監測系統信息為主，現場野外驗證為輔，計算機自動提取、演示和比對兩種信息的工作方法，來驗證在線監測系統所反饋信息的可靠性（圖1）。

圖1 在線監測系統示意圖

根據實際情況，本文主要的監測項目為降雨量監測、位移沉降監測、裂縫監測和內部變形傾斜監測；采用的報警方法為：①監控管理中心值守人及社區負責人短信報警，②社區聲光報警，③政府門戶網站郵件報警及信息公示[4]。

2.2 系統功能設計

1）實時采集、傳輸、計算和分析滑坡體重要運行數據，包括山體降雨量、內部位移、GPS沉降以及裂縫監測等，掌握滑坡體整體運行的安全狀態。

2）直觀顯示各項監測、監控信息數據的歷史變化過程及當前狀態，為滑坡區安全生產管理人員提供簡單、直觀、有效的信息參考。

3）一旦出現緊急異常情況（如特大暴雨、滑坡體內部變形異常、滑坡體沉降位移或位移變化速率超過預警值等），系統能及時發出預警信息。

4）通過網絡能實現滑坡安全監測系統的遠程登錄、訪問、管理、控制和維護。

5）采用多級管理平臺工作模式，實現滑坡體安全監測信息在轄區安全生產管理機構、社區安全管理部門甚至社區居民之間的共享。

2.3 在線監測網點布設

1）監測網可分為高程網、平面網和三維立體監測網。監測基準點應設置在遠離致災地質體的穩定地區，并構成基準網。

2）監測剖面應以絕對位移監測為主，能控制滑坡、危巖主要變形方向，宜利用勘探工程的鉆孔、平洞、探井布設；每條監測剖面的監測點應不少于3個；當變形具有多個方向時，每一個方向均應有監測剖面控制。

3）對地表變形地段應布設監測點。對變形強烈地段或當變形加劇時，應調整和增設監測點。

4）在泥石流區若有滑坡、危巖崩塌，應按滑坡及危巖崩塌區的監測要求布置監測工作。泥石流區的監測剖面應與泥石流區主勘探線重合。

3 實驗及結果分析

3.1 降雨量監測

本次實驗選用翻斗式遙測雨量計，其結構簡單、維護方便、可靠性較高；降雨量監測點布設在監測區域內的開闊避風處，地質條件穩定。

采用全天候24 h進行實時采集監測區雨量數據及歷史雨量數據，獲得監測區雨量的變化情況。從歷史雨量分布圖（圖2）可以看出，7～10月雨量較為集中并逐漸增大，10月最大，月降雨量為80～90 mm，隨后月降雨量迅速下降到20 mm以下。系統每天將監測點的采集數據結果寫入數據庫，在線顯示雨量情況，系統根據當地情況及國家氣象局對降雨量級別的劃分設置降雨量監測預警值，本文推薦設置3級預警值[5]，從圖2可得到監測區雨量實時變化情況及歷史變化情況，為判斷雨量對監測區地質災害的影響提供有利依據。

圖2 新源縣一地質災害監測點雨量變化情況

3.2 位移沉降監測

沉降監測點的監測墩基礎應深入冰凍層以下0.5 m；設備選用GPS，用于固定連續靜態GPS監測[6]，實時在線監測數據通過GPRS實時發送至數據中心[7]。由相應的數據處理軟件自動進行靜態處理，大大降低了野外數據采集的成本，并實現了整個監測的自動化，提高了災害預報的實時性。

采用GPS全天候24 h進行實時數據及歷史數據采集，通過分析監測點相對于基準點的三維坐標變化，從而獲得監測體的位移量；通過系統將采集數據無人工干預高精解算，將解算結果寫入數據庫，在線直觀顯示位移情況。從圖3可以直觀看出監測體實時變化及歷史變化情況，當位移量超過預警值時，系統自動按選用的報警方式顯示出現突變情況的監測點。

圖3 新源縣一地質災害GPS監測點實時位移變化

3.3 裂縫監測

根據項目實際情況，裂縫監測點應選擇有代表性的裂縫進行布設；每一條裂縫的測點至少布設2組；裂縫的最寬處及裂縫末端應設置測點。本文選用表面式裂縫計，主要監測裂縫寬度、量測裂縫深度，在基坑開挖前記錄監測對象已有裂縫的分布位置和數量，測定其走向、長度、寬度和深度等情況，標志具有可供量測的明晰端面或中心。

采用裂縫儀全天候24 h進行實時數據采集，反映監測體裂變形變情況，從而獲得監測體的變化量。通過系統將采集數據結果寫入數據庫，在線直觀顯示位移情況；從圖4可以直觀看出監測體實時變化及歷史變化情況。當位移量超過預警值時，系統自動按選用報警方式顯示出現突變情況的裂縫監測點。

圖4 新源縣一地質災害裂縫監測點實時形變情況

3.4 傾斜監測

地質災害隱患點沿主滑方向中心部分布設1個內部位移監測孔，在監測孔內安裝3個智能測斜儀，每個監測點有3孔9點，鉆孔傾斜＜2°，深度在30 m以上，孔徑要求在150 mm以上。本文選用固定式測斜儀，主要監測垂直面水平方向的角度變化，監測壩體沿縱向斷面方向不同深度各處水平向的位移量；以孔底測斜儀為基準點，孔口表面位移監測點為校測點；綜合分析表面位移與內部位移，可同時監測滑坡體的總體位移和內部相對位移情況。

變形監測報表-內部位移

圖5 新源縣一地質災害傾斜監測點實時形變情況

采用測斜儀全天候24 h進行實時數據采集，反映監測體內部位移變形情況，從而獲得監測體的位移量。通過系統將采集數據結果寫入數據庫，在線直觀顯示位移情況；從圖5可以直觀看出監測體實時變化情況，當變化量超過預警值時，系統自動按選用報警方式顯示整體運行安全狀態出現突變情況的監測滑坡體。

3.5 應用結果

新源縣地質災害在線監測系統已在新源縣國土資源局運行近兩年，預警多次。在線監測系統在堰塞湖監測點位移沉降和傾斜兩種監測方式同時發出預警信號，并通過短信的方式發布給已登記相關人員，為管理人員第一時間開展預警工作，啟動應急預案，提供了及時可靠的預警信息；后經災害巡視人員現場核實監測點情況，在線預警平臺系統預警信息準確。

該監測系統運行穩定，已成功預警多次，大大減少了地質災害野外巡查的工作量，降低了人員到實地監測的危險，有效解決了人手不足的問題；提高了該縣地質災害群測群防技術水平。在線監測系統屬于無人值守，全天候無間斷監測，無線傳輸試點監測數據，為預警分析提供了可靠的信息，為制定相應的災害防御和應急處置對策提供有利支持，防患于未然；對于防災減災，保護生態環境，保障人民群眾生命財產安全具有重要意義。

4 結 語

隨著現代科學技術的發展，對地質災害發生的預測和自動化監測管理的要求越來越高，根據地質災害風險區分布（地質條件）、氣象條件、歷史災害、地形等信息，分析評估地質災害發生風險，進一步開發對應的經濟適用、有效可行的地質災害監測新技術，建立相應的地質災害風險評估模型具有重要意義。

[1] 門玉明.地質災害治理工程設計[M].北京:冶金工業出版社,2011

[2] 國務院令第394號.地質災害防治條例[S].

[3] 晏同珍,楊順安,方云.滑坡學[M].武漢:中國地質大學出版社,2000

[4] 彭貴才.探討地質災害監測技術方法[J].中華民居旬刊,2012(3):521-525

[5] 唐燦,李鐵鋒.地質災害氣象預報預警技術要求[M].北京:中國地質環境監測院,2005

[6] 陳永立,陳群國,張亞峰.基于CORS系統的地質災害監測預警系統的設計與實現[J].測繪與空間地理信息,2012,35(1):79-81

[7] 曹修定.GPRS技術及其在地質災害監測中的應用[J].中國地質災害與防治學報,2006(17):69-72

P208

B

1672-4623（2016）07-0093-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.07.030

徐政宏，高級工程師，主要從事航空攝影測量與導航、新型基礎測繪項目的研究管理工作。

2016-02-18。

項目來源：中央支持新疆維吾爾自治區經濟社會發展規劃建設重點基礎測繪工程資助項目。