地质灾害专业监测预警方法研究——以太原市古交市镇城底镇佛罗汉村滑坡为例

赵安文

(山西省地质环境监测中心,太原 030024)

地质灾害是指在地球的发展演化过程中,由各种地质作用形成的灾害性地质事件。由于地质灾害威胁性较强,常给工农业生产以及人民生命财产造成巨大损失，有的甚至是毁灭性的灾难。随着科技的进步,开展地质灾害专业监测已逐步实现[1]。本次研究以太原市古交市镇城底镇佛罗汉村滑坡为例,对该滑坡的专业监测方法和结果做了介绍。

1 监测预警系统总体架构

地质灾害监测预警系统主要由各类型的一体化监测站设备、现代通信传输系统、专业监测预警系统软件、数据库系统和配套基础设施组成,系统采用物联网、云计算等技术实现数据汇集和处理,可兼容多种专业监测设备,为大系统决策分析提供基础数据。系统的架构见图1。

图1 地质灾害实时专业监测系统架构图Fig.1 Real time professional monitoring system architecture diagram of geological disasters

系统分为现场自动监测报警和分析发布两大部分,采用分层分布式结构,分为采集层、传输层、应用层、发布层。通过采集各专业监测站的实时监测数据,以GPRS/SMS等无线通讯方式,进行网络传输,实现各个滑坡点向监测中心发送和传输数据。监测中心可随时查找测站历史数据,并通过实时数据接收汇集管理及监测预警平台实现各种监测数据的共享,对各种监测数据进行查询、分析、显示和预警管理,达到预警阈值,通过无线预警广播站和手机短信发布实时预警短信[2-3]。

2 滑坡体场地工程地质条件

滑坡体位于古交市西北部中低山区,地势西北高东南低,坡顶高程1 318 m,坡脚高程1 220 m,相对高差98 m。大面积的黄土覆盖,地形坡度较大,地表流水切割强烈,沟谷发育,沟谷下游多呈“V”字形。滑坡体前缘由于村庄在坡脚处削坡建房、修路等人类工程活动,破坏原有地形。滑坡区出露地层主要为石炭系上统太原组(C3t)及第四系上更新统(Q3)。太原组(C3t)主要为泥岩、砂质泥岩、砂岩、煤层互层,总厚度63 m～121 m。第四系上更新统(Q3)为灰黄色黄土,垂直节理发育和大孔隙发育,含钙质结核,厚约3 m～10 m。坡体上部黄土为透水而不含水层,下伏基岩受构造和风化影响,节理裂隙较为发育,平时基本不含水,雨季降水容易下渗至滑移面而渗出,加剧坡体的下滑。

3 滑坡稳定性分析与评价

3.1 滑坡分布特征

佛罗汉村滑坡体长70 m,宽100 m,厚约6 m左右,面积约7 000 m2,体积约42 000 m3,为一小型土质滑坡,见图2。佛罗汉村滑坡在平面上呈舌形,剖面上呈阶梯状,前缘形态受东北部沟谷形状控制。

图2 佛罗汉村滑坡鸟瞰图Fig.2 Aerial view of landslides in Foluohan village

坡体上部为第四系上更新统黄土,厚度约3 m～10 m,黄土呈浅灰黄色,垂直节理发育和大孔隙发育,稍湿。坡体前缘为碎屑岩阶梯状缓坡,坡度30°,坡向120°,坡顶高程1 318 m,坡脚高程1 220 m,坡高98 m。坡体下部出露地层为C3t太原组灰黑色泥岩、炭质泥岩,劈理较发育,泥质结构,强风化。泥岩倾向同坡向,倾角小于坡度。劈理面和土岩接触面均是滑坡潜在优势滑面。十年前该滑坡曾发生过滑动,村民回忆滑坡后缘发育拉张裂缝,前缘四排房屋出现裂缝,本次调查期间,在滑坡体后缘发现有裂缝,裂缝呈近东西向展布,宽约15 cm。佛罗汉村滑坡后缘裂缝见图3,滑坡Ⅰ-Ⅰ′地质剖面图见图4。

图3 佛罗汉村滑坡后缘裂缝Fig.3 Trailing edge cracks of landslides in Foluohan Village

图4 佛罗汉村滑坡Ⅰ-Ⅰ′地质剖面图Fig.4 Ⅰ-Ⅰ′ geological profile diagram in Foluohan Village

3.2 滑坡稳定性分析

后缘裂缝在雨季有变宽迹象,滑坡体前缘渗水严重,表明该滑坡体仍有变形迹象。如前缘继续切坡、后缘裂缝大量渗水,在地震、强降雨等条件下均可能导致滑坡体再次滑动,威胁坡前村庄人员约80人,破坏村庄房屋及村庄公路,潜在财产损失约80万元。在未采取治理搬迁措施前,对佛罗汉村滑坡进行专业监测预警建设十分必要。

4 监测预警布设方案

该滑坡监测主要内容为地表变形监测、含水率监测、视频监测、雨量监测。依现场勘查实际情况,该滑坡体共布设监测站9套,包括地表位移监测站5套(基准点1套、测量点4套)、雨量站1套、土壤含水率1套、远程报警站1套和视频监测站1套。监测网型根据本项目滑坡体的范围、规模、地形地貌、地质因素、通视条件及施测要求,布设为菱型。

位移监测(W)布设原则为主滑方向纵断面布置两个监测点,主滑方向两翼重点变形区域分别布置两个点(W1 、W2 、W3 、W4),形成一个横断面。基准站(WJ)布置在滑坡体周边稳定区域,一般在滑坡体区域以外。雨量计(Y)一般布置在地质灾害体附近空旷无遮挡位置,周边必须无树叶等其它杂物掉落,避开强风区,其周围应空旷、平坦、不受突变地形、树木和建筑物以及烟尘的影响,使在该场地上观测的降水量能代表水平地面上的降雨。土壤含水率(H)通常布置在滑坡体后沿位置,主要监测降雨后地表水通过土壤下渗情况。

据此W1/Y/H位移监测点位于滑坡体上,W2位于滑体中部前端处,W3位于滑坡体东侧, W4位于滑坡体西侧,位移基准点WJ位于滑坡体后缘上部较平坦处。以上各点均满足基本安装要求,具体布设见图5。

图5 佛罗汉村滑坡专业监测点布置图Fig.5 Professional monitoring layout diagram in Foluohan Village

5 监测预警结果

参照设备技术参数,位移监测实时动态解算精度,水平:±10 mm；垂直:±20 mm。通过一年(2018年2月-2019年2月)接收的监测数据分析,剔除通视条件、地形条件以及仪器误差,该滑坡监测点位移—时间曲线无逐渐上升趋势,监测期内未发出预警信息。初步分析滑坡监测期内处于基本稳定状态,监测结果取位移监测点W3,如图6所示。

图6 佛罗汉村滑坡监测结果图Fig.6 Monitoring results of landslides in Foluohan Village

6 结束语

以往滑坡等地质灾害监测预警的主要问题,在于传统通信手段无法满足无信号覆盖偏远地区的数据传输需求、监测精确度不够准、硬件成本高昂、施工难度大等，探索和完善基于北斗高精度定位与短报文数据传输技术的地质灾害监测与预警系统,实现了地质灾害信息的动态管理、实时预警、灾情巡检和应急指挥等功能，确保了信息的及时性和多路并发,从而为灾情巡查和抢救灾区人民生命财产赢得更多宝贵时间。