滑坡災害監測預警技術探析與應用

趙忠海

摘 要：滑坡是一種常見多發且危害嚴重的地質災害。開展滑坡監測可以及時獲取其發生、發展及演化過程中的數據信息，從而提前進行預警并采取應對措施以避免或減少滑坡所造成的危害。本文系統總結了當前滑坡監測預警的主要技術方法，并以北京延慶黃峪口滑坡為例，對滑坡監測預警技術的實際應用進行了分析和探討，闡明了滑坡災害監測預警工作中存在的主要問題，分析了原因，提出了建議，并對滑坡災害監測預警技術的未來工作方向進行了展望。

關鍵詞：滑坡;地質災害;監測預警;探析;展望

Abstract： Landslide is a kind of frequent and serious geological hazards. Monitoring landslide deformation can acquire the data information in the process of occurrence， development and evolution in time， thereby taking measures in advance to avoid or reduce hazards caused by landslides. Taking the Huangyukou landslide in Yanqing District of Beijing as an example， this paper systematically summarizes the main technical methods of landslide deformation monitoring， analyzes the practical application of landslide deformation monitoring technology， expounds the main problems in the landslide monitoring and early warning work， analyzes the reasons， puts forward some suggestions， and prospects the future work direction for landslide deformation monitoring and early warning technology.

Keywords： landslide; geological hazard; deformation monitoring; analysis; prospect

0 引言

我國是世界上地質災害最為嚴重的國家之一，每年均有數千乃至上萬起地質災害發生，其中尤以崩塌、滑坡、泥石流最為多發，危害最為嚴重。據自然資源部地質災害技術指導中心統計，近十年（2009—2018年）我國平均每年發生地質災害12623起，近五年（2014—2018年）平均每年發生地質災害7866起（圖1），總體情況非常嚴峻，給國家和人民生命財產安全造成了巨大損失。而在這眾多起地質災害中，滑坡以其易發性和易損性大而成為危害性最為巨大的地質災害之一。據自然資源部地質災害技術指導中心統計，2019年全國共發生地質災害 6181 起，其中滑坡 4220 起，占地質災害總數的 68.27 %（圖2）（自然資源部地質災害技術指導中心，2020）。

滑坡是指斜坡上的部分巖土體沿其軟弱結構面（帶）在重力等綜合因素的影響下，失去原有平衡而向下滑動的不良地質現象。因其具有數量大、分布廣、發生頻繁、緩慢性和隱蔽性等特點，一旦發生除了會造成巨大的人員傷亡和經濟損失外，甚至還會產生重大的政治和社會影響（曹陽威等，2016）。同時也給國家的防災減災工作帶來巨大困難。為了消除或減輕滑坡災害隱患可能導致的災害損失，目前采用的措施主要有工程治理、搬遷避讓以及監測預警等，其中監測預警作為地質災害風險減緩的重要措施之一，越來越受到人們的重視。

1 滑坡變形監測預警技術現狀

滑坡變形監測的常用方法大體可分為人工監測和儀器監測。其中，人工監測主要是依靠專業技術人員或群測群防員借助簡單的工具如紙帶、木條、卷尺等，在可能發生滑坡的現場進行實地觀測。該方法簡單易行，可以此判斷坡體是否移動，但無法判斷坡體變形是否有繼續發展的趨勢，更無法提供可用于滑坡預警預報的有效數據;儀器監測主要是借助雨量計、裂縫計以及應力儀等專業儀器設備，對處于初始變形階段和穩定變形階段的滑坡進行遠程監測，以獲取表征坡體變形的相關參數以及可能誘發坡體變形的影響因素如降雨、地下水等相關數據，用于開展滑坡預警預報工作。

早期的滑坡監測技術較為落后，主要是采用人工監測方法。自20世紀50年代末期以來，許多科技成就特別是電子技術、計算技術、測量技術的成就被成功引用到地質工程領域，極大地推動了滑坡監測技術的進展。

從21世紀初開始，各類單體滑坡的專業監測及區域性的滑坡監測預警工作在我國相繼開展起來，如2003—2007年，湖北三峽庫區、四川雅安、云南哀牢山、陜西延安以及福建東南等地即先后開始了滑坡專業監測工作和測預警工作，迄今為止，滑坡監測預警工作在我國已開展了近20年，滑坡監測預警技術也取得了較快進步和較大發展。

1.1 滑坡變形監測技術現狀

關于滑坡變形監測的技術方法前人已做過較為系統的總結。其中比較有代表性的技術分類方法有兩類：一類是根據監測儀器的感受元件與被監測對象的接觸情況將滑坡變形監測技術方法分為接觸式變形監測和非接觸式變形監測兩種（霍東平等，2015）;另一類是根據監測對象的不同，將滑坡變形監測技術方法分為位移監測、物理場監測、地下水監測和外部誘發因素監測四種（唐亞明等，2012）（表1）。

1.2 滑坡變形預警技術現狀

滑坡主要的誘發因素是地震和降雨。由于地震所誘發的滑坡往往具有突發性，加之現階段對地震尚無法做到準確預報，故通過監測地震去分析、研判滑坡發生的可能性大小進而進行提前預警和預報的難度較大。而降雨因數據易于獲得且其所誘發的滑坡多具有一個緩慢發展的過程而成為滑坡監測預警的重要研究對象。多年來人們一直致力于滑坡臨界雨量值的研究，從不同角度建立了各種預警預報模型，對滑坡預警預報進行了有益嘗試，并取得了較大進展（徐則民等，2007）。

國際上對于滑坡降雨臨界值方面的研究，主要集中在20世紀八九十年代。1980年Caine對全球不同地區降雨與滑坡的關系進行了研究;1984年Band等對香港地區的滑坡降雨臨界值進行了研究;1987—1988年，Wieczorek等根據1982年的舊金山海灣滑坡和當時的降雨數據建立了滑坡與降雨強度和持續時間的臨界關系曲線;而1998年Glade通過對新西蘭惠林頓地區的滑坡與降雨資料進行研究后所建立的確定降雨臨界值的3個模型——日降雨量模型、前期降雨量模型和前期土體含水狀態模型，則基本概括了當前降雨誘發滑坡臨界值的確定方法。

國內對于滑坡降雨臨界值方面的研究，主要始于2000年以后。2003年，謝劍明等對浙江省臺風區和非臺風區的滑坡降雨臨界值進行了研究;2004年，吳樹仁等以三峽庫區滑坡為例對滑坡預警判據進行了研究;2006年，李鐵峰等結合前期有效雨量和Logistic模型對降雨臨界值的確定進行了研究，并以三峽地區作了方法驗證;2007年，李昂等采用統計方法對四川雅安雨城區的滑坡降雨臨界值進行了研究;此外，浙江、云南、陜西等地均確立了各自的滑坡降雨臨界值，并開展了實際的預警預報。總的看來，目前國內的降雨誘發滑坡臨界值模型都可以歸結為上述的日降雨量（或降雨強度）和前期降雨量模型，均是采用統計技術對歷史上已發生的滑坡和當時的降雨資料進行分析，然后取其統計意義上的臨界點作為降雨誘發滑坡的臨界值。

2 黃峪口滑坡變形監測的技術思路

2.1 黃峪口滑坡基本特征

黃峪口滑坡位于北京市延慶區舊縣鎮黃峪口村東北方向山體的西側山坡上，平面形態呈圈椅狀，剖面上為傾斜坡狀，地形起伏較大。該滑坡總體坡向約270°左右，坡度上緩下陡，上部坡度約20°～30°，下部坡度約30°～45°，滑坡體后緣高程約770 m，滑坡體前緣高程約640 m，滑坡體左側、右側中下部及前緣均臨空（圖3）。

該滑坡體主要由中元古界薊縣系鐵嶺組（Jxt）地層組成，主要巖性為中厚層狀白云巖夾中薄層狀頁巖，滑體主要由第四系碎石土及鐵嶺組白云巖夾頁巖組成，巖石堅硬，較破碎，節理裂隙較發育，風化較嚴重;滑床主要由鐵嶺組白云巖夾頁巖組成，巖石堅硬，完整，風化較弱;滑帶主要由頁巖組成，巖石軟弱，風化嚴重。

野外調查查明，該滑坡是由于前緣采石卸荷而導致坡體失穩造成的。據鉆探資料（圖4），該滑坡體共存在淺層、深層兩個潛在滑面，其中淺層滑面埋深約9～15 m，深層滑面埋深約17～20 m。根據地形、地貌及地表變形情況，共劃分出淺層、深層兩個滑坡體。其中淺層滑坡體縱向（滑動方向）長約160 m，橫向寬約180 m，平面面積約28800 m2，體積約35萬m3;深層滑坡體縱向（滑動方向）長約220 m，橫向寬約205 m，平面面積約44000 m2，體積約79萬m3，故該滑坡體為一個多層、多級的牽引式滑坡。根據該滑坡體穩定性評價結果，其淺層和深層滑坡體在自重工況下均處于基本穩定狀態，在自重+降雨（50年一遇）工況下均處于欠穩定狀態，在自重+降雨（100年一遇）和自重+地震工況下均處于不穩定狀態（北京市城鄉建設勘察設計院有限公司，2020）。

2.2 黃峪口滑坡變形監測的技術思路

黃峪口滑坡的主要誘發因素為降雨和人類工程活動，故監測工作的主要內容應包括滑坡變形跡象（位移和物理場）及其誘發因素（降雨和人類工程活動）的監測。在綜合考慮黃峪口滑坡的區域概況、地質特征、變形特點、誘發因素以及成災機理等情況后，擬對該滑坡變形監測進行如下部署：1）在滑坡邊界或影響范圍外的山坡上，部署1臺（套）自動雨量監測站;2）在滑坡體前緣、中部和后緣地表裂縫，垂直裂縫方向部署多臺（套）裂縫位移監測站;3）在滑坡體中前部和中部，部署多臺（套）遠程應力監測站;4）在淺層和深層滑坡體的中部，分別部署1～2臺（套）深部位移監測站;5）在淺層和深層滑坡體的中部，分別部署1～2臺（套）GNSS位移監測站。

因為該處采石和修路等人類工程活動早已停止和完成，故沒必要對人類工程活動進行監測。因為該滑坡是巖質滑坡，且該處地下水位處于滑面以下，故沒必要對地下水情況（地下水位、孔隙水壓力和土壤含水率）進行監測。

3 滑坡變形監測預警技術的分析和探討

3.1 滑坡變形監測預警工作存在的主要問題

近20年來，我國開展了大量的滑坡專業監測和預警工作，取得了比較豐碩的成果，但總體看來，其成功預警率卻不甚理想。這一方面表現在成功預警實例中專業預警所占比例過低;另一方面表現在許多實際發生的滑坡災害并沒有被實施監測。造成上述結果的原因很多，但主要可概括為以下幾點：一是對滑坡隱患點的排查和識別工作做得不夠精細，存在“誤認”和“漏查”情況;二是監測儀器設備的專業性和適用性有待提高，很多監測儀器設備原本是為其它應用領域研發的，用于監測滑坡變形就會受到地形、地貌、氣象、工作時長以及數據采集、傳輸條件等諸多因素的限制和影響;三是監測預警模型的應用范圍過大，依靠統計學理論和方法建立的預警模型及由其推導出來的雨量臨界值本身就存在以點代面、以偏概全的先天不足，其應用范圍具有很大局限性。如果其應用范圍過大，勢必忽視了該范圍內不同邊坡地質條件差異的影響，從而導致預警預報信息失準。

3.2 滑坡變形監測預警技術的探析和展望

上述分析表明，影響滑坡變形監測預警成功率的原因主要體現在隱患識別、監測設備以及預警模型3個方面。為此，要在不斷提高滑坡隱患排查和識別工作精度的基礎上，一方面要抓緊開展監測儀器設備的研發，提高監測儀器設備的專業性和適用性;另一方面還要進一步加強監測預警模型的研究工作。目前國內外在滑坡變形監測的技術、方法和手段上已無太大差距，很多新技術也逐漸應用到了滑坡變形監測領域。而在預警技術方面，隨著對滑坡勘查程度的不斷提高及成災機理研究的不斷深入，預警閾值（臨界雨量值）的準確度也越來越高。展望下一步工作，除了繼續加強監測儀器設備研發和監測預警模型研究外，還要積極借鑒、引入新技術和新方法，同時還要加強各種監測數據綜合應用方面的研究，結合具體滑坡的實際情況，探索、優化滑坡變形監測預警方案，讓各種監測數據都能在最終的臨災預警工作中發揮最大的作用。

4 結論

（1）系統總結了當前國內外在滑坡災害監測預警技術方面的主要技術和方法。

（2）以北京延慶黃峪口滑坡為例，闡述了滑坡災害監測預警技術的技術思路。

（3）當前滑坡災害監測預警工作存在的主要問題有兩個：一個是專業預警成功率較低;另一個是大量的地質災害在已有的監測點之外。其主要原因有以下3點：一是由于對滑坡隱患點的早期排查和識別不準;二是由于滑坡監測儀器設備的專業性和適用性不好;三是由于對滑坡監測預警模型的研究不夠。

（4）針對滑坡災害監測預警技術的現狀和監測預警工作中存在的問題，對滑坡監測預警技術和工作進行了分析和探討，提出了合理建議，并對其未來工作方向進行了展望。

參考文獻：

北京市城鄉建設勘察設計院有限公司，2020. 延慶黃峪口滑坡勘查報告[R]：1-70.

曹陽威，馬亞楠，2016. 滑坡遠程實時監測預警技術面臨的問題和挑戰[J]. 華北科技學院學報， 13（2）：98-104.

霍東平，張彬，彭軍還，等，2015. 滑坡變形監測技術研究現狀與展望[J]. 工程勘察，43（8）：62-67.

李鐵峰，叢威青，2006. 基于Logistic 回歸及前期有效雨量的降雨誘發型滑坡預測方法[J]. 中國地質災害與防治學報，17（1）：33-35.

李昂，侯圣山，周平根，2006. 四川雅安市雨城區降雨誘發滑坡研究[J]. 中國地質災害與防治學報，18（3）：15-17+14.

唐亞明，張茂省，薛強，等，2012. 滑坡監測預警國內外研究現狀及評述[J]. 地質論評，58（3）：533-541.

吳樹仁，金逸民，石菊松，2004. 滑坡預警判據初步研究：以三峽庫區為例[J]. 吉林大學學報（地球科學版），34（4）：596-600.

徐則民，黃潤秋，唐正光，2007. 頭寨滑坡的工程地質特征及其發生機制[J]. 地質論評，53（5）：691-698+727-728.

謝劍明，劉禮領，殷坤龍，等，2003. 浙江省滑坡災害預警預報的降雨閾值研究[J]. 地質科技情報，22（4）：101-105.

自然資源部地質災害技術指導中心，2020. 2020 年全國突發性地質災害趨勢預測[R].1-63.

Band E W， Premchitt J， Phillipson H B， 1984. Relationship between rainfall and landslide in HongKong[J]. Proceeding 4th International Symposium Landslides， Toronto：1377-1384.

Caine N， 1980. The rainfall intensity-duration control of shallow landslides and debris flows[J]. Geografiska Annaler. Series A： Physical Geography， 62（1-2）：23-27.

Glade T， 1998. Models of antecedent rainfall and soil water status applied to different regions in New Zealand [J]. In：23rd general assembly of the European Geophysical Society， hydrology， oceans & atmosphere， Anonymou， Annales Geophysicae， 16（S）： 24-70.

Wieczorek G F， 1982. Effect of rainfall intensity and duration on debris flows in central Santa Cruz Mountains， California. In： Costa and Wieczorek （eds）. Debris Flows/Avalanches： Processes， Recognition and Mitigation Reviews in Engineering Geology[M]. Geological Society of Americal， （7）：23-104.