广州市滑坡地质灾害专业监测示范点建设

黄鸿伟

(广州南方测绘仪器有限公司，广东 广州510665)

一、引 言

滑坡灾害占我国地质灾害总数的51%以上，边坡地质灾害监测意义重大。广州市由于地形地质条件较为复杂、局部断裂构造较发育、雨水充沛、降雨时空分布不均匀等自然环境条件影响，特别是经济的高速发展时期，人类工程活动强烈，地质灾害时有发生。全市已发多起滑坡地质灾害，造成重大损失。灾害区域应建立专业地质灾害监测示范点，建设包括降雨、深部位移、地表位移多个关键因素组成的滑坡地质灾害监测系统，以及监测预警分析系统，实现对滑坡地质灾害的时间和空间上的预警预报。通过对区域降雨、深部位移、地表位移结合时空发展建立预警模型。从化良口—吕田镇为低山区滑坡灾害易发区，湖光山庄灾害点地处国道G105线湖光山庄北侧，是一处老滑坡，滑坡体见多条裂缝，裂缝长15～60 m，宽10～30 cm，裂缝两盘相对错位差30～60 cm。滑坡仍然处于变形中。滑坡体下的居民大30户，约150人。本人选定国道G105线湖光山庄北侧建立广州市滑坡地质灾害专业监测示范点。

二、监测示范点建设和运行

在G105国道良口—吕田段低山区地质灾害专业监测示范点建立降雨量监测系统1套、地表面位移监测系统4套(其中基准站1套、监测站3套)、内部位移监测系统2套，分别用于监测地质灾害隐患点的降雨量、表面位移和内部位移，并将监测数据通过无线网络实时发送至地质灾害监测预警中心服务器系统中，并保障监测数据的连续性和完整性，安装地质灾害监测预警系统1套，用于接收和分析监测数据，发出预警信息。

1．区域降雨量监测

降雨量是滑坡地质灾害发生的最主要的诱发因素，示范点地处从化，雨水十分充沛，降雨时空分布不均，因此本项目十分重视对区域降雨量的实时监测。取得降雨量资料，结合位移变化进行关联分析，构建监测预警模型十分重要。为了实时准确监测示范点区域降雨量，在现场安装了雨量自动监测站，通过GPRS实现实时数据远程传输，为提高监测预警提供有力保障。

2015年1月12日0点开始，降雨量达61 mm，降雨持续到13日8点累计达72 mm(见图1)，暴雨诱发了滑坡的发展。

图1

2．深部位移监测

在滑坡灾害监测中，人们更为关心的是滑体深部，特别是滑动面处的滑移变形和滑动方向，钻孔倾斜仪的出现较为圆满地解决了该问题，现已成为观测深部水平位移的重要手段。由于其适应于各种类型的斜坡且稳定可靠，被广泛应用于滑坡变形监测中。示范点地质条件差，图2(a)为现场钻孔取芯图，现场安装南方深部位移自动监测站实时进行深部位移监测，掌握滑坡深部位移情况十分必要。图2(b)为深部位移监测曲线图，对照之前1月12—13日的降雨图表可以清楚直观地分析解读下面图表:12日0时开始降雨，降雨入渗引起土壤含水率增加，从而导致滑坡体抗剪强度下降，引起深部12日6时开始发生位移变化;13日8时降雨停止后，随着滑坡体入渗水分逐渐排除后，13日14时滑坡体重新恢复平衡。

图2

3．地表位移监测

地表位移监测是滑坡监测预警的重要依据，现阶段边坡地质灾害监测中大量采用GPS进行位移监测，但现场环境导致向坡一侧卫星遮挡严重，并且多路径效应影响明显，常导致GPS监测数据解算失败或精度不好。加入北斗卫星提高了卫星高度截止角，可有效减少多路径效应的影响，提高了解算精度。北斗卫星的应用提高了监测系统对边坡地质灾害监测现场环境的适应性，以及边坡地质灾害监测系统可靠性和有效性，具有重要的现实意义。现场采用能同时接收GPS+北斗的南方SM02自动化监测站进行滑坡地表位移的实时监测。图3可以看出经过今年雨季降雨的影响，滑坡体地表已经发生了十几毫米的位移。

图3

三、滑坡地质灾害专业监测系统建设

地质灾害自动化监测预警系统包括数据采集模块、数据分析处理模块和安全信息管理模块。边坡地质灾害自动化监测信息系统数据采集软件功能框如图4所示。

图4

1．数据采集软件

数据采集软件功能模块主要包括系统工具、数据采集、数据管理和数据通信。下面分别加以说明。

1)系统自检功能。有系统自检、自诊断功能，能对系统各部位运行状态自检、自诊断，并实时打印自检、自诊断结果，以及运行中的异常情况，作为硬拷贝文档。

2)数据通信功能。实现监控主机与各台测控装置(MCU)、监控主机与信息管理主机之间的双向数据通信。通过通信媒体与上级计算机连接，可实现远程数据传输和系统远程控制。

3)数据采集功能。数据采集软件具备两种运行方式:

a．中央控制方式(应答式):由数据采集软件下达命令，网络节点上的所有测控装置(MCU)进行巡测或选测，测量完毕后将数据根据命令存储在监控主机中;

b．自动控制方式(自报式):测控装置(MCU)按内部设定时间间隔自动进行测量，测量完毕后将数据存储，并根据命令将存储数据传送到监控主机中存储。

4)数据管理功能。将原始监测数据储存在监控主机的数据库中，可按要求对存储数据进行初步处理，供运行人员浏览和检查;具有完善的临时和历史测值的数据库管理功能;测值数据可显示、查寻、检索、绘制过程线、拷盘、打印等。

2．信息管理软件

边坡安全监测信息管理软件用于对边坡安全监测自动化系统采集的监测数据及其他有关边坡安全的信息进行自动获取、存储、加工处理和输入输出，并且为数据分析软件提供完备的数据接口;提供保存和处理边坡安全信息的现代化手段，以便利用边坡安全监测数据和各种边坡安全信息对边坡性态作出分析判断，对边坡安全监测资料进行整编分析，生成有关报表和图形，做好边坡安全运营和管理工作。

(1)数据分析模块

1)过程线分析:以时间为X轴，雨量、边坡表面位移、深部位移等观测量为Y轴，绘制时间序列曲线。

2)滞后时间分析:由于降水入渗变化与边坡位移的变化不完全同步，降水达到峰(谷)值的时刻往往比位移达到峰(谷)值的时刻来得晚，存在一定的时间差，即“滞后时间”。系统采用自动化智能分析推求滞后时间。

3)沉降分析:通过绘制垂直位移与时间的关系曲线对边坡垂直位移的变化进行分析，了解边坡垂直位移的变化情况。

4)水平位移分析:通过绘制水平位移与时间的关系曲线对该水平位移变化情况进行分析，了解不同水平的位移变化情况。

5)安全预测:通过对边坡的综合状态进行分析处理，提出相应的预防措施。

(2)数据查询模块

1)历史数据查询:对以往的历史数据进行分类、分时间段进行查询。

2)远程录像查询:查询远程服务器上的视频信息。

3)数据下载:可以从远程服务器上下载所需要的数据信息。

4)查询结果输出:根据用户查询结果，提供多种文件格式输出。

(3)数据输出模块

通过对历史数据的分析，可以对所有的数据进行统计分析，整理形成日报表、周报表、月报表、季度报表、年报表，以所需的报表格式输出进行进一步分析、打印。系统输出模块可在技术人员的操作下，按相关规范要求对观测资料进行整编，对各项监测项目的资料进行在线或离线自动整编，并按规定的内容打印各种统计报表，绘制各种图形。

(4)安全预警模块

1)安全预警值。边坡自动化监测的主要内容包括表面位移、深部位移、雨量。其中降雨作为诱发边坡滑坡、坍塌等的一个重要因子，其变化间接反映了边坡体的稳定性;降雨对边坡的影响除了形成水压力，还将造成岩土体的力学性质发生弱化。雨量监测数据有利于后期对边坡稳定性综合分析提供第一手原始资料料。边坡的破坏模式类型主要是平面滑动，有单一平面滑动和同向双平面滑动两种。各监测点位移量的变化能够最直接、最直观地反映边坡变化趋势，因此拟采用位移量作为安全报警值。滑坡变形是一个连续的过程，位移变化累积达到一定程度才会发生滑坡，因此安全预警值以累积变化和变化速率两个控制值为依据。

2)报警方式。包括短信报警、邮件报警、语音报警等方式，每种方式都有相应的特点，可根据用户的选择、实际情况的危急程序、报警级别等选择适当的报警方式，或多种报警方式相结合，来确保用户及时收到预警信息。

本系统预警模块预警功能采用多级预警设计，预警初步设计分为黄色、橙色、红色三级，其中三级较重，二级严重，一级特别严重，建立报警跃迁机制:当报警产生一段时间或次数后，如未处理报警，自动提升报警级别。当报警处理完后自动解除。

四、结束语

广州市滑坡地质灾害专业监测示范点建设完成并运行半年以来，实时监控了示范点滑坡区域降雨量，以及降雨后引起的深部位移和地表位移的变化。通过大量数据的关联分析，证明了监测示范点监测要素选择合理，各要素关联清晰，监测设备精度满足滑坡监测实际需求，尤其是北斗卫星的引入确保了监测系统满足了滑坡监测现场环境的客观要求，实现了预期目标，并已取得初步成效。

［1］ 地质灾害防治条例［EB/OL］．2004-06-25．www．mlr．gov．cn/zwgk/flfg/dzhjgl/200406/t20040625-13574．htm．

［2］ 广州市地质灾害防治规划(2005—2020年)［EB/OL］．2008-01-22．www．laho．gov．cn/zwgk_1/ghjh/fzgh/200801/t20080122_160382．htm．

［3］ 殷跃平．长江三峡库区移民迁建新址重大地质灾害及防治研究［M］．北京:地质出版社，2004．

［4］ 周平根．地灾监测预警传感器网络［J］．南方国土资源，2011(10):12-14．