在线监测技术在地质灾害监测中的应用

徐政宏

（1.新疆维吾尔自治区测绘科学研究院，新疆 乌鲁木齐 830002）

在线监测技术在地质灾害监测中的应用

徐政宏1

（1.新疆维吾尔自治区测绘科学研究院，新疆 乌鲁木齐 830002）

综合运用位移沉降监测、倾斜监测、降雨量监测等方法，对地质灾害点实时在线采集数据进行分析，得到地质灾害点的内部物理变化趋势，为相关部门制定相应的灾害防御和应急处置对策提供有利支持，防患于未然。实验表明，该联合监测方法能较快速准确地监测出受灾点的变化趋势，为预警分析提供了可靠信息，减少了野外巡查人员的工作量。

地质灾害；位移沉降监测；倾斜监测；降雨量监测

据统计，全国各类地质灾害每年平均造成千余人死亡，经济损失上百亿。地质灾害主要包括崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、沉降、地裂缝等[1]，具有分布广泛、活动频繁、危害严重的特点。滑坡是地质灾害中最为严重的一类。新疆地域辽阔，地质和地貌类型复杂多样。新源县是全国发生地质灾害最多的县市之一，其三面环山，地质断裂发育活动强烈，黄土发育，黄土弱透水，导水能力很差，黄土浸水产生软化崩解。新源县降水主要集中在6～10月，年内分配不均，积雪厚度最大可达1～2 m，每年3～4月积雪消融，春季融雪期极易形成滑坡[2]、泥石流灾害；新源县所在的伊犁谷地是新疆主要强震活动区，频发的强烈地震使地质灾害进一步加剧。

1 工作试点区概况

新源县境内发育的地质灾害类型以滑坡为主，崩塌、地面塌陷较少。滑坡物质组成主要为黄土（潜在）滑坡[3]。此次监测试点区有3个，①新源县则克台加郎普特，2002年5月因山体滑坡泥石流堵塞则克台沟形成堰塞湖，两侧山体有滑坡隐患，对则克台镇和伊钢生活生产区域有威胁；②阿热勒托别镇巴特巴合萨依，2012 年发生过滑坡事件，造成28人遇难；③野果林改良场滑坡隐患点，直接威胁沟口居民的生命财产安全。

2 地质灾害在线监测解决方案

2.1 系统架构

在线监测系统集成了在线降雨量监测、位移沉降监测、裂缝监测和内部变形倾斜监测所采集的数据，通过系统实时反馈监测灾害因子信息变化。采取以在线监测系统信息为主，现场野外验证为辅，计算机自动提取、演示和比对两种信息的工作方法，来验证在线监测系统所反馈信息的可靠性（图1）。

图1 在线监测系统示意图

根据实际情况，本文主要的监测项目为降雨量监测、位移沉降监测、裂缝监测和内部变形倾斜监测；采用的报警方法为：①监控管理中心值守人及社区负责人短信报警，②社区声光报警，③政府门户网站邮件报警及信息公示[4]。

2.2 系统功能设计

1）实时采集、传输、计算和分析滑坡体重要运行数据，包括山体降雨量、内部位移、GPS沉降以及裂缝监测等，掌握滑坡体整体运行的安全状态。

2）直观显示各项监测、监控信息数据的历史变化过程及当前状态，为滑坡区安全生产管理人员提供简单、直观、有效的信息参考。

3）一旦出现紧急异常情况（如特大暴雨、滑坡体内部变形异常、滑坡体沉降位移或位移变化速率超过预警值等），系统能及时发出预警信息。

4）通过网络能实现滑坡安全监测系统的远程登录、访问、管理、控制和维护。

5）采用多级管理平台工作模式，实现滑坡体安全监测信息在辖区安全生产管理机构、社区安全管理部门甚至社区居民之间的共享。

2.3 在线监测网点布设

1）监测网可分为高程网、平面网和三维立体监测网。监测基准点应设置在远离致灾地质体的稳定地区，并构成基准网。

2）监测剖面应以绝对位移监测为主，能控制滑坡、危岩主要变形方向，宜利用勘探工程的钻孔、平洞、探井布设；每条监测剖面的监测点应不少于3个；当变形具有多个方向时，每一个方向均应有监测剖面控制。

3）对地表变形地段应布设监测点。对变形强烈地段或当变形加剧时，应调整和增设监测点。

4）在泥石流区若有滑坡、危岩崩塌，应按滑坡及危岩崩塌区的监测要求布置监测工作。泥石流区的监测剖面应与泥石流区主勘探线重合。

3 实验及结果分析

3.1 降雨量监测

本次实验选用翻斗式遥测雨量计，其结构简单、维护方便、可靠性较高；降雨量监测点布设在监测区域内的开阔避风处，地质条件稳定。

采用全天候24 h进行实时采集监测区雨量数据及历史雨量数据，获得监测区雨量的变化情况。从历史雨量分布图（图2）可以看出，7～10月雨量较为集中并逐渐增大，10月最大，月降雨量为80～90 mm，随后月降雨量迅速下降到20 mm以下。系统每天将监测点的采集数据结果写入数据库，在线显示雨量情况，系统根据当地情况及国家气象局对降雨量级别的划分设置降雨量监测预警值，本文推荐设置3级预警值[5]，从图2可得到监测区雨量实时变化情况及历史变化情况，为判断雨量对监测区地质灾害的影响提供有利依据。

图2 新源县一地质灾害监测点雨量变化情况

3.2 位移沉降监测

沉降监测点的监测墩基础应深入冰冻层以下0.5 m；设备选用GPS，用于固定连续静态GPS监测[6]，实时在线监测数据通过GPRS实时发送至数据中心[7]。由相应的数据处理软件自动进行静态处理，大大降低了野外数据采集的成本，并实现了整个监测的自动化，提高了灾害预报的实时性。

采用GPS全天候24 h进行实时数据及历史数据采集，通过分析监测点相对于基准点的三维坐标变化，从而获得监测体的位移量；通过系统将采集数据无人工干预高精解算，将解算结果写入数据库，在线直观显示位移情况。从图3可以直观看出监测体实时变化及历史变化情况，当位移量超过预警值时，系统自动按选用的报警方式显示出现突变情况的监测点。

图3 新源县一地质灾害GPS监测点实时位移变化

3.3 裂缝监测

根据项目实际情况，裂缝监测点应选择有代表性的裂缝进行布设；每一条裂缝的测点至少布设2组；裂缝的最宽处及裂缝末端应设置测点。本文选用表面式裂缝计，主要监测裂缝宽度、量测裂缝深度，在基坑开挖前记录监测对象已有裂缝的分布位置和数量，测定其走向、长度、宽度和深度等情况，标志具有可供量测的明晰端面或中心。

采用裂缝仪全天候24 h进行实时数据采集，反映监测体裂变形变情况，从而获得监测体的变化量。通过系统将采集数据结果写入数据库，在线直观显示位移情况；从图4可以直观看出监测体实时变化及历史变化情况。当位移量超过预警值时，系统自动按选用报警方式显示出现突变情况的裂缝监测点。

图4 新源县一地质灾害裂缝监测点实时形变情况

3.4 倾斜监测

地质灾害隐患点沿主滑方向中心部分布设1个内部位移监测孔，在监测孔内安装3个智能测斜仪，每个监测点有3孔9点，钻孔倾斜＜2°，深度在30 m以上，孔径要求在150 mm以上。本文选用固定式测斜仪，主要监测垂直面水平方向的角度变化，监测坝体沿纵向断面方向不同深度各处水平向的位移量；以孔底测斜仪为基准点，孔口表面位移监测点为校测点；综合分析表面位移与内部位移，可同时监测滑坡体的总体位移和内部相对位移情况。

变形监测报表-内部位移

图5 新源县一地质灾害倾斜监测点实时形变情况

采用测斜仪全天候24 h进行实时数据采集，反映监测体内部位移变形情况，从而获得监测体的位移量。通过系统将采集数据结果写入数据库，在线直观显示位移情况；从图5可以直观看出监测体实时变化情况，当变化量超过预警值时，系统自动按选用报警方式显示整体运行安全状态出现突变情况的监测滑坡体。

3.5 应用结果

新源县地质灾害在线监测系统已在新源县国土资源局运行近两年，预警多次。在线监测系统在堰塞湖监测点位移沉降和倾斜两种监测方式同时发出预警信号，并通过短信的方式发布给已登记相关人员，为管理人员第一时间开展预警工作，启动应急预案，提供了及时可靠的预警信息；后经灾害巡视人员现场核实监测点情况，在线预警平台系统预警信息准确。

该监测系统运行稳定，已成功预警多次，大大减少了地质灾害野外巡查的工作量，降低了人员到实地监测的危险，有效解决了人手不足的问题；提高了该县地质灾害群测群防技术水平。在线监测系统属于无人值守，全天候无间断监测，无线传输试点监测数据，为预警分析提供了可靠的信息，为制定相应的灾害防御和应急处置对策提供有利支持，防患于未然；对于防灾减灾，保护生态环境，保障人民群众生命财产安全具有重要意义。

4 结 语

随着现代科学技术的发展，对地质灾害发生的预测和自动化监测管理的要求越来越高，根据地质灾害风险区分布（地质条件）、气象条件、历史灾害、地形等信息，分析评估地质灾害发生风险，进一步开发对应的经济适用、有效可行的地质灾害监测新技术，建立相应的地质灾害风险评估模型具有重要意义。

[1] 门玉明.地质灾害治理工程设计[M].北京:冶金工业出版社,2011

[2] 国务院令第394号.地质灾害防治条例[S].

[3] 晏同珍,杨顺安,方云.滑坡学[M].武汉:中国地质大学出版社,2000

[4] 彭贵才.探讨地质灾害监测技术方法[J].中华民居旬刊,2012(3):521-525

[5] 唐灿,李铁锋.地质灾害气象预报预警技术要求[M].北京:中国地质环境监测院,2005

[6] 陈永立,陈群国,张亚峰.基于CORS系统的地质灾害监测预警系统的设计与实现[J].测绘与空间地理信息,2012,35(1):79-81

[7] 曹修定.GPRS技术及其在地质灾害监测中的应用[J].中国地质灾害与防治学报,2006(17):69-72

P208

B

1672-4623（2016）07-0093-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.07.030

徐政宏，高级工程师，主要从事航空摄影测量与导航、新型基础测绘项目的研究管理工作。

2016-02-18。

项目来源：中央支持新疆维吾尔自治区经济社会发展规划建设重点基础测绘工程资助项目。