滑坡灾害监测预警技术探析

滑坡灾害监测预警技术探析

罗程

中铝环保生态技术（湖南）有限公司   湖南长沙 410116

摘要：滑坡是危害性极大的一种灾害，随着一系列有效的监测预警技术（如：GNSS监测、雷达监测、无人机测绘等）被广泛应用，越来越多的滑坡灾害获得较好的控制。本文首先针对滑坡灾害进行简要分析，其后具体分析了滑坡灾害监测预警技术方法，并围绕案例展开论述，以期可供参考。

关键词：滑坡灾害；监测预警；GNSS监测；无人机

1引言

我国疆域辽阔，地质环境复杂多样，地质灾害分布广、类型多、频度高、强度大，其中滑坡灾害是我国山区最为频发的地质灾害之一，对人民生命和财产造成了巨大损失，及时、准确、有效的滑坡预警预报具有重要意义。基于国内外高校学者、科研单位针对地质灾害监测预警技术的大量研究，引入了各种先进技术，实现滑坡监测工作由人防向技防的转变，获得了较好的监测预警效果。

2滑坡灾害概述

滑坡是一种常见的地质类灾害，滑坡体主要受重力作用控制，另外在地震、暴雨、人类作业活动的影响下也可能引发。我国国土面积巨大且70%的地域属于山区，地质灾害是山区最频发的自然灾害，而据统计滑坡灾害在传统地质灾害中占比超过65%，造成的平均年经济损失超过亿元，而近年来随着矿坑采矿和剥离活动的不断推进，在采场和排土场形成高陡边坡，在爆破、采矿作业、强降雨等因素影响下，极易引发边坡滑坡。滑坡灾害具有突发性强、危险性大、后期治理困难等特点。因此必须提升滑坡灾害应急管理水平和处置效率，提升综合防灾减灾能力[1]。

滑坡灾害应急处置全过程可分为预防、准备、响应、恢复等阶段，分别对应灾害预防与应急准备、灾害监测与预警、灾害应急响应与救援、灾后恢复与重建等应急管理过程，其中准备阶段是指根据灾害隐患监测和分析预测结果，在滑坡灾害发生前采取适当的应对措施，以期灾害发生后能够做出更有效的反应。目前的滑坡监测往往重地表位移监测，而忽视地下深部监测，不能很好地掌握整个滑坡体的运动特征，且地表监测数据常常因遮挡、信号不稳定或台风暴雨等野外复杂环境的影响存在不稳定或缺失的现象，仅靠地表数据不能很好地实现对地质灾害隐患的实时、准确、可靠监测，因此加强滑坡灾害监测预警技术的进一步研究具有重要意义。

3滑坡灾害监测预警技术方法

3.1地表位移监测

对滑坡的位移量、位移方向、位移速率进行监测。与传统大地测量不同，应采用一体化GNSS监测站，可监测滑坡的三维位移量及其速率，且不受通视条件和气象条件影响，精度要求达到毫米级，同时设备具有运行状态自检、故障报警功能。测量数据和自检数据实时传输，实现实时自动化监测。

3.2裂缝相对位移

利用裂缝计以传感器的电性特征或频率变化来表征裂缝、软弱带的变形情况，精度高，自动化，数据采集快，实现数据实时采集传输。

3.3相关因素监测

采用土壤含水量测定仪设备和雨量监测仪器，监测滑坡区岩土体含水量（率）和降雨量等动态变化。

3.4声光报警

在灾害威胁区、聚集区安置声光报警器，通过无线数据传输接收预警信息，并及时播报。裂缝内安置裂缝报警器，当裂缝张开加大超过设定的报警阈值时，设备的报警器便会发出警报，通知监测人员马上注意查看和避灾。

滑坡灾害体的监测预警工作是一项长久而繁琐的工作，且监测过程具有动态不可预测性，因而在数据阶段性分析和稳定性判定过程不一定会按照预期设想达到满意的效果，因此后期可根据监测的阶段性成果可动态调整监测方法。基于现代科学技术水平的不断发展，边坡监测预警手段不断推陈出新，包括经验估算、人工监测线、全站仪、GNSS站点、无人机测绘、雷达监测等[2]。

3.5人工巡视

（1）对与滑坡形成、活动相关的人类工程活动，如采动、切坡、加载、爆破、振动等，应采用巡查的方式，及时掌握其活动范围、时间及强度。

（2）人工巡视以宏观现象检查、巡查为主，并做好相关记录。

4实例探析滑坡灾害监测预警技术的应用

4.1监测点选取

本项目以某自然村滑坡作为研究区域，该区域环境条件复杂且变形迹象明显。研究区无法获取市电、汛期多雨且连续1周多阴雨和雷电等极端气候条件，观测点位多被山体或树木遮挡，监测设备供电条件差，系统解算很难获得模糊度固定，从而造成设备异常现象频繁。

2014年研究区北西段因强降雨诱发了滑坡灾害，形成多级阶梯，东段滑坡前缘已触及坡脚房屋，变形迹象明显，目前已做挡土墙、搅拌桩支护和排水沟；另一方面该滑坡为2016年第二批省级重大地质灾害隐患点自动化专业监测建设点，监测要素包括雨量、表面位移、含水率，具有一定的工作基础，可与本研究形成对比分析。同时该区域潜在危害性较大，属于威胁100人以上的隐患点，潜在经济损失650万元。

4.2监测点位分布

监测1号点（如图1）布置在滑坡体后缘裂缝带附近，与已有激光位移自动监测可形成对比监测，其北面为山体，该监测点位的东和南都有着大片的树林。监测2号点布置于滑坡体左侧滑壁靠近前缘处，该处变形明显，可实时监测主体结构滑动状况，同时该监测点位的东、南、西南、东北都有着大片的树林。监测基点位于滑坡体范围外靠近后缘的山顶上，地势相对较为平坦，且距离滑坡体140m，既不在滑坡体上也不在滑坡影响范围内，地基稳定，符合基站的建设选址要求。在GNSS监测1号点附近安装阵列式位移计。

图1 基准站和监测站点位分布图

4.3关键技术

4.3.1本地解算算法

本地解算模块包括原始卫星数据以及差分电文的实时解码模块，周跳探测及其修复技术数据预处理模块，较为稳健的抗差滤波参数估计模块，多路径误差削弱技术模块等，从而保证实时监测中滤波解算的精度、稳定性及其可靠性。将本地解算算法封装为库函数，并提供相应的应用接口，便于嵌入式系统的调用和解算，算法的具体流程如图2。

图2 本地解算主要模块框架流程图

4.3.2GNSS高精度变形监测终端

本研究对原有高精度变形监测终端及其相关配件进行了升级，升级前后的变形监测终端配置见表1。本研究GNSS高精度变形监测终端程序包含有GNSS天线、电源无缝切换、本地通信和4G全网通通信4个关键模块。

表1变形监测终端升级前后对比

4.3.3阵列式位移计监测

本研究采用国内自主研发的ADM（ Array Displacement Meter）阵列位移计，ADM阵列位移计使用微机电加速度式传感器，通过加速度计测量重力加速度在不同轴向上的数据来反映出对应轴与重力方向的角度，通过角度的变化计算出对应的长度杆的位移量。采用自适应位移累加算法与智能识别起算点异常变动算法，对传感器数据进行了智能平滑滤波，保证数据的稳定与可靠性。设备采用4G全网通的网络传输，数据传输稳定可靠。充分考虑旋转角校正，解决了设备初安装扭角与后期监测期间因为受力不均发生旋转造成的误差问题，完全不需要其他辅助传感器，通过稳定可靠的算法就能进行前期扭角与后期旋转的误差校正。

4.3.4三维倾斜摄影

利用无人机在滑坡航测数据采集的倾斜摄影数据，航测数据处理后，产出各滑坡的实景三维模型0SGB格式数据，将倾斜摄影0SGB数据转成Cesium的3DTiles格式，利用开源地图引擎Cesium实现模型的加载和可视化。

4.4监测预警情况

滑坡2号监测点表面位移存在两个明显变形阶段（两个台阶），分别是3月27~29日强降雨期间，表面位移累计变化量46mm左右；6月6~10日强降雨期间，累计变化量达到320mm左右，系统多次向滑坡隐患点相关责任人及群测群防员发出预警信息，当地及时组织撤离了受威胁群众。经现场核实，太平村滑坡前缘出现局部崩落现象。该点作为中国地质环境监测院普适型监测示范点，自2019年以来布设了多套普适型监测设备[3]。该点普适型裂缝监测仪（LF01）及GNSS地表位移监测（GP01）同样也捕捉到了坡体的裂缝加大及位移突变，出现几乎一样的变化过程和趋势（如图9和图10），6月7~9日，累计位移变化量近300mm。

2020年6月7日上午，普适型监测设备（LF01）发出红色预警信息，经与中国地质环境监测院（中心）沟通，综合研判滑坡的变形现状和发展趋势，认为滑坡有变形加剧趋势，确定预警等级为红色。在预警短信发出后，随即对太平下坝村小组受威胁群众组织转移，有效的避免了滑坡灾害造成的人民生命财产损失。根据地方的反馈及对滑坡体开展的应急调查，滑坡体内裂逢发育，周界明显，地表树木多呈马刀树状，边坡体被纵横裂缝分割成大小不一的块体，裂缝可见深度达1m以上，裂缝宽度20~30cm，裂缝延伸长度20~30m，边坡完整性差，降雨易渗人坡体，降低边坡的稳定性。

5 结语

综上所述，滑坡灾害防治重在“防”，大量实践已经证明，对滑坡进行实时监测，发现险情及时预警是最为有效地避免或减轻人员伤亡或经济损失的手段之一。对此，需根据滑坡体活动特征，科学选择滑坡灾害监测预警技术，通过准确的预警和及时的应急响应措施，为避险决策提供技术支持，最大限度保障人民群众生命财产安全。

参考文献：

[1]孙光林,胡江春,张玉辉.边坡滑坡灾害治理和监测预警研究进展[J].煤炭技术,2019,38(06):105-107.

[2]廖勇军,覃事胜,姜锋,尹浚伊,汤洋.“人防+技防”监测预警系统在堆积层滑坡中的成功应用——以湖南省石门县南北镇潘坪村雷家山滑坡为例[J].工程技术研究,2021,6(16):61-62.

[3]马娟,赵文祎,齐干,刘哲儒,邢顾莲,叶思卿,陈瑶.基于普适型监测的多参数预警研究——以三峡库区卡门子湾滑坡为例[J].西北地质,2021,54(03):259-269.

作者简介：罗程（1988-），男，湖南常德人，工程师，本科，工作方向：

测绘工程。