地質災害專業監測預警方法研究
——以太原市古交市鎮城底鎮佛羅漢村滑坡為例

趙安文

(山西省地質環境監測中心,太原 030024)

地質災害是指在地球的發展演化過程中,由各種地質作用形成的災害性地質事件。由于地質災害威脅性較強,常給工農業生產以及人民生命財產造成巨大損失，有的甚至是毀滅性的災難。隨著科技的進步,開展地質災害專業監測已逐步實現[1]。本次研究以太原市古交市鎮城底鎮佛羅漢村滑坡為例,對該滑坡的專業監測方法和結果做了介紹。

1 監測預警系統總體架構

地質災害監測預警系統主要由各類型的一體化監測站設備、現代通信傳輸系統、專業監測預警系統軟件、數據庫系統和配套基礎設施組成,系統采用物聯網、云計算等技術實現數據匯集和處理,可兼容多種專業監測設備,為大系統決策分析提供基礎數據。系統的架構見圖1。

圖1 地質災害實時專業監測系統架構圖Fig.1 Real time professional monitoring system architecture diagram of geological disasters

系統分為現場自動監測報警和分析發布兩大部分,采用分層分布式結構,分為采集層、傳輸層、應用層、發布層。通過采集各專業監測站的實時監測數據,以GPRS/SMS等無線通訊方式,進行網絡傳輸,實現各個滑坡點向監測中心發送和傳輸數據。監測中心可隨時查找測站歷史數據,并通過實時數據接收匯集管理及監測預警平臺實現各種監測數據的共享,對各種監測數據進行查詢、分析、顯示和預警管理,達到預警閾值,通過無線預警廣播站和手機短信發布實時預警短信[2-3]。

2 滑坡體場地工程地質條件

滑坡體位于古交市西北部中低山區,地勢西北高東南低,坡頂高程1 318 m,坡腳高程1 220 m,相對高差98 m。大面積的黃土覆蓋,地形坡度較大,地表流水切割強烈,溝谷發育,溝谷下游多呈“V”字形。滑坡體前緣由于村莊在坡腳處削坡建房、修路等人類工程活動,破壞原有地形。滑坡區出露地層主要為石炭系上統太原組(C3t)及第四系上更新統(Q3)。太原組(C3t)主要為泥巖、砂質泥巖、砂巖、煤層互層,總厚度63 m～121 m。第四系上更新統(Q3)為灰黃色黃土,垂直節理發育和大孔隙發育,含鈣質結核,厚約3 m～10 m。坡體上部黃土為透水而不含水層,下伏基巖受構造和風化影響,節理裂隙較為發育,平時基本不含水,雨季降水容易下滲至滑移面而滲出,加劇坡體的下滑。

3 滑坡穩定性分析與評價

3.1 滑坡分布特征

佛羅漢村滑坡體長70 m,寬100 m,厚約6 m左右,面積約7 000 m2,體積約42 000 m3,為一小型土質滑坡,見圖2。佛羅漢村滑坡在平面上呈舌形,剖面上呈階梯狀,前緣形態受東北部溝谷形狀控制。

圖2 佛羅漢村滑坡鳥瞰圖Fig.2 Aerial view of landslides in Foluohan village

坡體上部為第四系上更新統黃土,厚度約3 m～10 m,黃土呈淺灰黃色,垂直節理發育和大孔隙發育,稍濕。坡體前緣為碎屑巖階梯狀緩坡,坡度30°,坡向120°,坡頂高程1 318 m,坡腳高程1 220 m,坡高98 m。坡體下部出露地層為C3t太原組灰黑色泥巖、炭質泥巖,劈理較發育,泥質結構,強風化。泥巖傾向同坡向,傾角小于坡度。劈理面和土巖接觸面均是滑坡潛在優勢滑面。十年前該滑坡曾發生過滑動,村民回憶滑坡后緣發育拉張裂縫,前緣四排房屋出現裂縫,本次調查期間,在滑坡體后緣發現有裂縫,裂縫呈近東西向展布,寬約15 cm。佛羅漢村滑坡后緣裂縫見圖3,滑坡Ⅰ-Ⅰ′地質剖面圖見圖4。

圖3 佛羅漢村滑坡后緣裂縫Fig.3 Trailing edge cracks of landslides in Foluohan Village

圖4 佛羅漢村滑坡Ⅰ-Ⅰ′地質剖面圖Fig.4 Ⅰ-Ⅰ′ geological profile diagram in Foluohan Village

3.2 滑坡穩定性分析

后緣裂縫在雨季有變寬跡象,滑坡體前緣滲水嚴重,表明該滑坡體仍有變形跡象。如前緣繼續切坡、后緣裂縫大量滲水,在地震、強降雨等條件下均可能導致滑坡體再次滑動,威脅坡前村莊人員約80人,破壞村莊房屋及村莊公路,潛在財產損失約80萬元。在未采取治理搬遷措施前,對佛羅漢村滑坡進行專業監測預警建設十分必要。

4 監測預警布設方案

該滑坡監測主要內容為地表變形監測、含水率監測、視頻監測、雨量監測。依現場勘查實際情況,該滑坡體共布設監測站9套,包括地表位移監測站5套(基準點1套、測量點4套)、雨量站1套、土壤含水率1套、遠程報警站1套和視頻監測站1套。監測網型根據本項目滑坡體的范圍、規模、地形地貌、地質因素、通視條件及施測要求,布設為菱型。

位移監測(W)布設原則為主滑方向縱斷面布置兩個監測點,主滑方向兩翼重點變形區域分別布置兩個點(W1 、W2 、W3 、W4),形成一個橫斷面。基準站(WJ)布置在滑坡體周邊穩定區域,一般在滑坡體區域以外。雨量計(Y)一般布置在地質災害體附近空曠無遮擋位置,周邊必須無樹葉等其它雜物掉落,避開強風區,其周圍應空曠、平坦、不受突變地形、樹木和建筑物以及煙塵的影響,使在該場地上觀測的降水量能代表水平地面上的降雨。土壤含水率(H)通常布置在滑坡體后沿位置,主要監測降雨后地表水通過土壤下滲情況。

據此W1/Y/H位移監測點位于滑坡體上,W2位于滑體中部前端處,W3位于滑坡體東側, W4位于滑坡體西側,位移基準點WJ位于滑坡體后緣上部較平坦處。以上各點均滿足基本安裝要求,具體布設見圖5。

圖5 佛羅漢村滑坡專業監測點布置圖Fig.5 Professional monitoring layout diagram in Foluohan Village

5 監測預警結果

參照設備技術參數,位移監測實時動態解算精度,水平:±10 mm；垂直:±20 mm。通過一年(2018年2月-2019年2月)接收的監測數據分析,剔除通視條件、地形條件以及儀器誤差,該滑坡監測點位移—時間曲線無逐漸上升趨勢,監測期內未發出預警信息。初步分析滑坡監測期內處于基本穩定狀態,監測結果取位移監測點W3,如圖6所示。

圖6 佛羅漢村滑坡監測結果圖Fig.6 Monitoring results of landslides in Foluohan Village

6 結束語

以往滑坡等地質災害監測預警的主要問題,在于傳統通信手段無法滿足無信號覆蓋偏遠地區的數據傳輸需求、監測精確度不夠準、硬件成本高昂、施工難度大等，探索和完善基于北斗高精度定位與短報文數據傳輸技術的地質災害監測與預警系統,實現了地質災害信息的動態管理、實時預警、災情巡檢和應急指揮等功能，確保了信息的及時性和多路并發,從而為災情巡查和搶救災區人民生命財產贏得更多寶貴時間。