簡易山體滑坡監測預警裝置

文上海交通大學附屬中學國際高一（3）班謝述羽

簡易山體滑坡監測預警裝置

文上海交通大學附屬中學國際高一（3）班謝述羽

山體滑坡是山坡上的巖土受重力作用，沿著山坡產生剪切位移整體向下移動的現象，是一種常見的地質災害。作為自然災害，山體滑坡雖難以避免，但通過監測預報可減少其帶來的損失。

山體滑坡的形成與氣象、水文、地質構造等許多因素有關。目前，全國近90%的滑坡災害是由降雨誘發的，一次降雨可引發數百甚至上千處滑坡，尤其是強降雨及連續性降雨。通過在滑坡體的適當位置監測災害地的降雨量、滑坡體的表面裂縫、深層位移、傾斜變形以及地下水位，可有效預報山體滑坡。

現有的山體滑坡監測、預測方案多基于有線/無線傳感網（物聯網）/GPS/BeiDo等，用專門的監測儀器對滑坡體的表面裂縫、深層位移、傾斜變形、地下水位以及災害地降雨量進行監測，成本高，需專業人員操作。且由于GPS/BeiDou衛星信號在復雜地形區域易被阻擋，無線通信多路徑效應較嚴重，費用高，布線條件差，所以要想在我國廣大的山區全部安裝專業的山體滑坡監測設備幾乎不可能。

基于此，本人設計了一種簡易山體滑坡監測預警裝置，其結構簡單、成本低廉，如后續制作調試成功，將具有較好的社會效益和實用價值。

一、總體結構

山體滑坡災害監測預警裝置總體框圖如圖1所示。

圖1左側表示現場的n個監測點、雨量監測模塊和地表滑動監測模塊監測到的山體滑坡事件。若任意監測模塊有預警事件發生，則啟動報警模塊，保證只要有一個監測模塊檢測到山體滑坡的可能性，均可以發出報警信號。

報警模塊如圖2所示。監測模塊中的1、3、5號端口與報警電路的7號端口相連，2、4、6號端口與報警電路8號端口相連。

正常情況下（沒有發生滑坡事件），電源2所在的電路未接通（端口7與8間斷開），電磁繼電器的觸頭連接電源1所在電路，發光二極管（正常工作指示燈）保持常亮。發生山體滑坡時，端口7與8間直連，電磁繼電器吸下電觸頭，預警燈和預警鈴工作，發出報警信號。

圖1 監測報警系統邏輯框圖

圖2 報警模塊

二、雨量監測

雨量測量模塊如圖3所示，它是由一個特制的雨量測量桶、固定端子和沿固定槽可上、下浮動的移動端子組成。

當雨量達到一定值時會有山體滑坡的危險，移動端子（被綁定在一個浮標上）在雨量筒中水的浮力下沿著槽上浮，與固定端子閉合。對應于圖3（b）的雨量開關閉合，發出報警信號。

圖3

三、監測點（地下水和傾斜監測）

地下水和傾斜監測模塊如圖4，它由固定端子和移動端子組成的末端帶有導體的絕緣棒和帶蓋子的空心探頭組成。

圖4 地下水和傾斜監測模塊

由于地下水的含量過高有可能導致山體滑坡，其水位到達警戒值時，移動端子上移，與固定端子閉合，對應于圖4（d）的水位開關閉合。

地下土壤滑坡導致的山體滑坡會使監測管傾斜，吊著的絕緣棒末端的導體端子僅在地底滑坡發生時與空心探頭底部內壁上的導體面碰觸，相當于圖4（d）的傾斜開關閉合。當有n個檢測節點時，其邏輯連接圖如圖4（e）所示，即所有探頭的水位開關和傾斜開關并行連接。

四、地表滑坡

地表滑坡監測模塊如圖5，是一個用帶常閉拉開開關和帶導線的橡皮筋將n個監測點（圖中實例標出4個）兩兩相連構成的，相當于圖5（d）所示的常閉拉開開關組。

地表滑坡是山體滑坡的征兆之一。非山體滑坡時，常閉拉開開關全部閉合，在線圈的磁力作用下，常閉磁簧開關斷開。山體滑坡時，只要任意兩個監測點之間的距離發生變化，對應橡皮筋上的常閉開關就會被拉開，使常閉磁簧開關因線圈失去磁力而閉合，通過端子5、6發出警報信號。

通過設計相應的簡易裝置對降雨量、地表裂縫、深層位移、傾斜變形和地下水位等進行監測。若任意監測模塊有預警事件發生，則啟動報警模塊，保證只要有一個監測模塊檢測到山體滑坡的可能性，均可以發出報警信號。

該監測預警系統結構簡單、成本低廉，還可任意增加監測節點，擴大監測范圍，實用性強。

圖5 地表滑坡監測模塊