輸電線路地質災害風險與預警監測方法研究

夏選莉，鄧美剛，黃云飛，馬睿

（云南電網有限責任公司德宏供電局，云南 德宏 678400）

0 前言

在全球氣候變化的大背景下，一些區域性的洪澇、高溫、干旱、臺風、雨雪冰凍等極端氣候事件日益加劇。聯合國政府間氣候變化委員會（IPCC）在2012年發布了題為《適應氣候變化的極端事件和氣象災害風險管理》的報告[1]，指出在過去的15年中許多國家可能遭受過極端天氣事件，一些區域性的惡劣天氣、極端氣候事件的強度和發生頻率有增強的趨勢。圖1為2015年至2021年中國地質災害數量及增速圖，類似的每個月份都有眾多的氣象災害發生。中國的東部位于東亞季風區，是世界上受氣象災害影響最嚴重的地區之一。中國的氣象災害呈現出災害類型多、災害強度大、發生頻率高、危害程度重等特點，且伴有年際和區域群發性特征的極端天氣事件正在加劇[2-3]。

圖1 2015～2021年中國地質災害數量及增速

從造成的危害程度及發育分布的規模數量來看，以崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地面沉降最為常見，其中又以崩塌、滑坡、泥石流為主要地質災害隱患[4]。因此，正確的認識地質災害的發育特征，掌握常見地質災害對電網設施的易損性研究方法，從多維度開展對災害體的監測，采取切實可行的防治措施，對避免和減輕地質災害造成的生命財產損失，維護社會穩定、保護生態環境、促進經濟發展具有重要的意義。

1 常見地質災害發育與識別特征

地質災害的孕育和發生常常受各種因素的影響，其中地形地貌、地質構造、地層巖性，這些因素對地質災害的形成和分布具有決定性的作用[5]，且對于地質災害隱患點的發育特征和野外判別、識別起到了十分重要的意義。

地質災害是指由于不良地質作用或者人為活動引起的對人類生命財產和生態環境造成損害的地質現象。常見地質災害包括以下幾種類型：

1）崩塌：陡峻斜坡上的巖土體在重力作用下，突然脫離母體崩落、滾動、堆積在坡腳的地質現象。崩塌一般易在坡度大于45°的高陡邊坡、孤立突出的山嘴或者凹形陡坡地形發育，工程建筑物的邊坡及各類人工邊坡也是可能產生崩塌的地貌部位。通常在野外，可根據坡體的地形地貌和地質結構特征判別可能發生崩塌的坡體[6]。

2）滑坡：指斜坡上的巖土體，受河流沖刷、地下水活動、雨水浸泡等因素影響，在重力作用下，沿著軟弱面（軟弱帶），整體地或者分散地向下滑動的地質現象。對滑坡體的切割分離是產生滑動的構造條件。滑坡中的巖土體被構造切割分離，且切割分離滑坡的構造發育越多，則發生滑坡的可能性越大[7]。

3）泥石流：泥石流是指在山區或者溝谷深壑，地形險峻的地區，因為暴雨、暴雪等因素引發的攜帶有大量泥沙以及石塊的特殊洪流。泥石流的產生一般都是在地形陡峻的山岳地區。順著縱坡降大的狹窄溝谷活動，如干涸的嶂谷、沖溝或有水流的河谷。強烈的地表徑流為泥石流的形成提供動力條件，通常來源于暴雨、冰雪融化和水體潰決等。因此汛期常常是泥石流高發期。

4）地面塌陷：地表巖土體在自然或人為因素作用下發生陷落，在地面形成塌陷坑的地質現象。根據地質發育條件，地面塌陷一般分為喀斯特巖溶塌陷和地下礦產開采塌陷。在我國的各個地區均分布有地面塌陷，其中南方地區的地面塌陷多由喀斯特溶洞造成，而北方地區則多由地下礦產開采引起。

5）地面沉降：由于自然因素或人類活動引發的地下松散巖層固結壓縮并導致一定區域范圍內地面高程降低的地質現象[8]。地面沉降在全國50 多個城市都有出現[9]，長三角地區、華北平原和汾謂盆地已經成為地面沉降的重災區。導致地面沉降災害的主要原因是人類工程經濟活動，主要體現在：對地下水、石油、天然氣等水溶性氣體的大量開采、開采地下礦藏如煤礦、鐵礦等沉積礦床，造成地下大面積采空區，重大建筑或密集的建筑物群對地基長期施加靜荷載，使土層變密實形成沉降。

2 電網地質災害易損性問題研究

在研究電網地質災害易損性問題中，可供選擇的研究方法主要有：計算分析法、實驗模擬法、統計分析法等[10]。計算分析法是指根據可靠性理論通過對具體承災體進行理論建模，分析具體設備在各類災害作用下的應力作用，在力學層面上分析其敏感程度。這種方法的優點在于此類方法是理論分析因此成本比較小，但其存在的明顯缺陷是理論建模的精確性較低，不同模型的計算結果可能相差很大，而且相關的計算量巨大，可能產生錯誤的概率加大，同時其易損性模型只能做到力學層面無法滿足綜合因素的研究；實驗模擬法是在地質災害相關的監測數據以及現場勘測的基礎之上建立實驗室的模擬模型，通過對模型的研究來得到承災體的易損性。這種方法的優點是其對于單體災害的易損度評定較精確，誤差小，但其缺點是這種方法消耗的人力財力較大，不夠經濟，且這種方法靈活性較差，只能對某單體災害進行深入研究，推廣性較差。而災害數據統計分析方法進行電網易損性研究在近些年的災害易損性研究中得到廣泛的驗證，推廣性好；而且統計分析方法可以從歷史資料中找到相關的數據規律，能夠有一定的預測功能，同時這種方法成本較低，適合應用于社會各個單位的日常災害防治工作中。

3 地質災害檢測方法

地質災害監測的主要任務為監測地質災害時空域演變信息、誘發因素等[11-12]，最大程度獲取連續的空間變形數據。應用于地質災害的穩定性評價、預測預報和防治工程效果評估。

從監測儀器同災害體的相對空間關系來分，可以分為接觸類和非接觸類[13]。

接觸類：是指必須安裝于災害體現場或進行現場施測的監測儀器系列。如滑坡深部位移監測、物理和化學場監測等；該類儀器所獲得的信息多為災害體細部信息，信息量豐富。

非接觸類：現場安裝簡易標志或直接于災害體外圍施測的監測儀器。該類監測方法多以獲得災害體地表的絕對變形信息為主，易采用網式施測；特別是突發性地質災害的臨災前后，具有安全、快捷等特點，如激光微位移監測、測量機器人、遙感雷達監測等。

3.1 大地測量法

大地測量法的優點是技術成熟、精度高、資料可靠、信息量大：缺點是受地形視通條件和氣候影響均較大[14]。大地測量法使用的儀器有：①經緯儀、水準儀、測距儀。其特點是投入快、精度高、監測面廣、直觀、安全、便于確定滑坡位移方向及變形速率；適用于不同變形階段的水平位移和垂直位移；受地形通視和氣候的條件影響，不能連續觀測；②全站式電子測距儀、電子經緯儀。其特點是精度高、速度快、自動化程度高、易操作、省人力、可跟蹤自動連續觀測：監測信息量大，適用于加速變形至劇變破壞階段的水平位移、垂直位移監測。

3.2 衛星導航定位系統（GNSS）法

衛星導航定位系統法精度高、投入快、易操作、可全天候觀測，同時測出三維位移量X、Y、Z，對運動中的點能精確測出其速率，且不受視通條件限制：能連續監測[15-16]。

GNSS 用于災害監測的作業方式可分為周期性靜態測量和連續性實時動態測量。當災害體形變速率非常緩慢或者在一定的時間和空間周期內認為是穩定時，即可采用周期性靜態GNSS測量，監測周期根據災害體的形變速率而定。

GNSS 連續性實時動態測量則是將GNSS接收機直接安裝在災害體上，進行連續觀測，具有較高的時間分辨率、可以獲取實時動態形變結果[17-18]。由于GNSS 測量需要接收機同步觀測至少4 顆衛星，因此在高山峽谷區、建筑物密集區及林木茂密區，監測精度和可靠性不能保證。目前GNSS 水平其缺點是成本較高，且只能單點觀測。適用于不同變形階段的水平位移和垂直位移監測。我國已經在京津唐地殼活動區、長江三峽工程壩區和首都國際機場建立了GPS 監測網：并將GPS 技術應用在三峽庫區滑坡、鏈子崖危巖體變形監測以及銅川市川口滑坡治理效果監測。

3.3 航空攝影測量技術

航空攝影測量技術主要指由搭載在飛行器上的傳感器對地面進行大范圍，多角度的實時觀測，對特征點的位置進行精密測量[19-20]。

航空攝影測量技術使用無人機進行大面積的航空攝影，進而實現對災害體表面信息的全覆蓋，通過影像解譯，可以迅速地調查清楚地質災害體的孕災環境和承災體[21]，利用航空測量影像重復度高的特征，保證航攝區內的每個點都能有25 張不同角度的航攝圖像，利用無人機航測處理軟件，能夠生成精細的正射影像（DOM，0.1～0.2 m 分辨率）和地表模型（DSM，0.5 m 采樣間隔）進而實現航攝區三維點云模型的生成，通過與歷史航測模型的比對，對災害體進行整體性的調查分析[22]。

3.4 合成孔徑雷達（InSAR）

InSAR 技術是近年來迅速發展的一項定量化遙感技術，它成功地綜合了合成孔徑雷達成像原理和干涉測量技術，利用傳感器的系統參數、姿態參數和軌道之間的幾何關系等精確測量地表的三維空間位置及微小變化，可有效應用于地形制圖及地表形變的調查與監測工作[23-24]。而近年來多分辨率、多頻段SAR 衛星的發射推動了SAR 衛星監測技術的發展，目前有多種高分辨率、不同波段、多重訪周期SAR 衛星的在軌運行進一步提高了InSAR 技術的監測能力和應用領域。同時基于大數據和云計算平臺的地理信息網絡服務系統正在被廣泛研究，屆時基于InSAR 技術的地質災害準實時探測和監測也將成為可能。InSAR 技術的進步提高了監測的精細化和精準化程度，使得利用衛星給輸變電工程及重要建（構）筑物設施做“體檢”成為可能。

4 結束語

伴隨著各類監測技術的不斷創新升級，各種技術的理論也逐漸成熟，迄今已經有多種監測技術被用于監測各種地質災害，人們對于監測地質災害的精度和準確度也在不斷地上升。但目前地質災害風險預報與監測領域仍面臨許多挑戰。

地質災害發生地區常具有地勢復雜、植被茂密、云層密度大、地表覆蓋物變化劇烈等多重問題，在監測時僅使用單一的手段往往會有缺陷。比如使用InSAR 進行監測時，往往需要幾幅圖像之間具有很強的相干性，這在植被茂密或是地表覆蓋物變化劇烈的情況下難以實現，極大程度上限制了InSAR 技術的發揮。因此需要融合多種監測數據，才能在監測地質災害時做到互補。如何根據不同數據的特點將多源監測數據互補融合，將是未來地質監測領域發展的方向。

地質災害隱患的監測中多源監測技術提供不同的監測數據，其存儲數據格式不同，時間和空間分辨率不同，成像原理等方面也不同，這導致了在使用多源數據的時候會遇到諸多不便。因此多源監測數據如何兼容將是未來需要面臨的一個問題。

地質災害具有突發性，而我國現在對于地質災害預警工作的時效性還不夠強，已經有許多研究表明，在地質災害發生前的一段時間，是可以監測到預警信號的。如：火山爆發之前可以用InSAR 數據監測到火山口周圍有明顯的地表形變，并且可以通過熱紅外數據監測到溫度的變化。如何準確識別預警信號，對于找到地質災害隱患，提前進行地質災害的防治有著巨大的意義。

未來可以將深度學習與各類監測技術相結合，實現自動識別地質災害隱患，進行早期防治；實現自動監測地質災害并發出警報，在地質災害實時預警方面更進一步，保障人民的生命財產安全。