山西省重大地质灾害专业监测预警研究＊

胡惠霞，刘 瑾，黄 健

（1.山西省地质环境监测中心，山西 太原 030024；2.成都理工大学，四川 成都 610051）

山西地处山地高原，区内地质环境条件复杂，矿业开发、基础设施建设、地下水开采等人类工程活动强烈，地质灾害极为发育。据统计，2006—2017年，山西省共发生达到统计标准（经济损失1万元以上）的崩塌、滑坡地质灾害162起，造成人员伤亡182人，造成直接财产损失7 489.7万元，地质灾害主要发生在汛期，此外，冻融期崩塌、滑坡地质灾害也很活跃。随着社会经济的不断发展，地质灾害威胁严重，直接影响着省内经济建设和人民的生产、生活安全与生存质量，防灾减灾形势十分严峻。

现有研究资料多从区域现状及部分地区、单点地质灾害发育特征进行了分析，比如潘亚军对山西省地质灾害现状进行了分析；巨玉文、齐琼等对山西西部黄土地区的地质灾害特征进行了研究；赵倩对山西省临汾地区的地质灾害类型及成因进行了分析。缺乏省域范围突发性地质灾害致灾因素、变形破坏模式分析及监测预警方法或模型研究。目前，能够投入大量资金进行工程治理的灾害点仅是少数，更迫切的是建立一套合理、有效的监测预警技术方法，做好灾前预防。唐然、曾裕平等已通过实时监测预警方法成功对多处滑坡做出了预警。黄健、徐永强、何朝阳等提出通过新一代信息技术、物联网技术以及数据集成方法实现地质灾害监测预警系统建设。

本文在分析山西省地质灾害的分布规律及其发育特征基础上，通过对重大地质灾害体现场调（勘）查，研究其成灾机理、主要诱发因素和预警判据，基于新一代信息技术研发了山西省地质灾害实时监测预警系统，实现对全省重大地质灾害隐患点的实时监测预警。

1 山西省地质灾害概况

山西位于中国三大阶梯状地形中的第三阶梯中部的前缘地带，其地势自东西向南北倾斜，高低相差悬殊。总的地貌形态呈“两山夹一川”，东、西两侧为山地和丘陵隆起，中部为一列串珠式断陷盆地，平原分布其间。区域地貌全省可分为晋西黄土高原大区，西部褶皱断块中山大区，中部断陷盆地大区，晋北断陷盆地与高原大区，东部褶皱断块中山与高原大区。山西省新构造运动的主要特征表现为山区不断上升，盆地持续下降，山区河谷下切，多呈“V”形谷；活动性断裂构造发育，火山、地震活动频繁；6级以上的地震，几乎都发生在断陷盆地之内。区内年平均降水由西北向东南递增，介于380～650 mm，平均511.8 mm。

晋西黄土高原属我国黄土高原的一部分，与陕北陇东的黄土高原主体连接，区内黄土覆盖厚度大，侵蚀切割强烈，沟壑纵横，为滑坡、崩塌的发生提供了有利的地形地貌条件；东部、西部褶皱断块中山及高原区，山高沟深，岩石风化破碎强烈，在较大暴雨的影响与作用下，区内崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害时有发生。

山西是矿业大省，资源广泛，采掘活动历史悠久，矿山开采及山区道路修建、城镇化建设等人类工程活动引发的地面塌陷、崩塌、滑坡、泥石流等人为地质灾害频繁发生，其造成的建筑物、耕地、水利设施、公路、铁路破坏情况极为严重，经济损失巨大。全省现有地质灾害隐患点10 000多处，威胁人员60多万人，威胁财产90多亿元。其中，崩塌、滑坡、泥石流等突发性地质灾害隐患点7 500多处，威胁人员24多万人，威胁财产62多亿元。地质灾害已累计造成1 500余人死亡、35万余间房屋损坏、27万余亩农田损毁，直接经济损失15亿多元。全省国土面积中，地质灾害高易发区占42.0%，中易发区占46.9%.近几年，地质灾害多发、频发、突发性事件明显增多，尤其是崩塌、滑坡和泥石流等突发性地质灾害分布面广、数量大、突发性强、预防难度大，是造成人员死亡较大的地质灾害。

2 重大地质灾害隐患点专业监测预警

2.1 地质灾害专业监测预警示范区建设

为了有效降低灾害带来的损失，减轻灾害风险，最大限度保护灾前人民群众生命财产安全。从2013年开始，山西开始部署地质灾害专业监测预警试点工作，至2017年，共建成滑坡、泥石流专业监测预警示范区36处，分布于全省11个市的27个县，受益人员4 400多人，受保护财产46 000多万元。专业监测预警示范区建设包括位移、含水率、雨量、视频、地声/次声、泥（水）位、报警等监测站（设备）297套，采用物联网技术对诱发灾害的各种物理参数进行远程自动实时监测，通过3G/4G链路将设备信息及专业监测数据传输至省监测预警系统，省监测预警系统通过阈值设定及模型计算方式进行预警预报，达到预警条件时，远程启动现场报警设备进行报警，同时通过短信及预警平台发布预警信息。系统运行过程中，根据监测数据及模型优化，可修改预警阈值或调整模型参数。总之，地质灾害专业监测预警示范区建设，开辟了山西地质灾害监测预警群专结合的新局面，为地域性地质灾害监测预警研究工作奠定了基础。

2.2 典型专业监测点

下面以陵川县城南社区三中巷滑坡为例说明专业监测预警示范区建设情况。

2.2.1 隐患点概况

城南社区三中巷滑坡位于山西省晋城市陵川县崇文镇，坡体表层为2 m左右的黄土耕植土，下伏灰黄色泥质页岩及砂泥岩，滑坡长55 m，宽120 m，平均厚度约6 m，体积39 000 m3，该滑坡为顺层岩质阶状缓坡。如图1所示，为工程开挖所引起的坡体蠕滑拉裂破坏。滑坡前缘开挖修建了车库和挡土墙，车库有明显的变形错缝，前缘车库裂缝沿立柱桩底部呈线状，可见明显的鼓胀现象和墙皮剥落，如图2所示。车库于10年前建成，车库自修建好后一直处于缓慢变形状态，10年的总变形量约30 cm。

城南社区三中巷滑坡前缘开挖是滑坡产生的主要原因。滑坡前缘小区修建时将坡体前缘削方并修建了一排车库，车库后墙紧贴滑坡前缘。由于前缘阻滑段被削方，坡体沿底部软弱泥页岩夹层产生蠕滑拉裂变形，向前缘产生挤压，使得车库产生明显的推挤破坏。

图1 滑坡全貌

图2 滑坡前缘道路及车库变形

其变形成因模式如图3所示。前期坡体处于相对稳定阶段（a），三中巷小区的修建开挖，使滑坡前缘抗滑段土体减少（b），坡体沿底部软弱滑动面向削方方向产生蠕动，并推挤挡土墙和车库，使车库产生明显的裂缝和变形（c），该滑坡继续发展可能使挡土墙和车库最终破坏而产生较大的滑动（d）。

图3 城南社区三中巷滑坡变形破坏模式

2.2.2 专业监测部署方案

城南社区三中巷滑坡变形破坏模式为前缘开挖后沿顺层软弱泥页岩产生的蠕滑拉裂破坏，这类滑坡的变形有较明显的蠕动拉裂变形特征，其变形属于渐变式破坏，坡体具有明显的变形破坏过程，后期存在突变可能，结合其他因素（降雨、滑体含水率）的影响，2017-03—2017-04，对该滑坡实施了以地表位移监测为主的GPS监测方案，在主滑方向及两侧分别布置了4个GPS监测站，GPS基站设在远离滑坡的南侧山梁上。同时布设了雨量计、土壤含水率、远程预警广播站、视频监控各1套，目前，滑坡未见加速变形迹象。

2.3 监测预警系统研发

基于现场调（勘）查成果，建立地质灾害专业监测数据库，对专业监测数据进行集成，为后续预警分析提供数据支持，建成一个以地质灾害调查成果数据为基础，与地质环境条件分析相结合，最终形成以地质灾害预警为目的信息系统。系统采用B/S架构，在Visual Studio 2015环境下，使用C#语言开发，数据库采用SQL Server 2012。整个系统按四层结构进行设计，表现层为用户提供统一的入口；平台层、系统层集成各类业务系统，实现各模块功能；数据层完成信息资源的整合、管理等，如图4所示。

图4 系统总体结构图

图5 地质灾害监测预警系统

系统支持后台自动处理监测数据，并集成滑坡、泥石流的预警模型，可以在页面上管理相应的预警模型、参数及其预警阈值，根据不同预警结果将预警信息发送给相应的对象，支持预警信息管理、发布（通过短信、邮件、网页等方式）、信息检索等功能，如图5所示，可实现地质灾害临灾实时预警，减少或避免人员伤亡。

3 结论与认识

山西现有地质灾害隐患点数量大，危害具差异性，对每一个地质灾害隐患点进行治理难以实现，但对区域内已识别的重要地质灾害隐患点进行监测预警是可行的。本文结合山西地质灾害调查数据，对重大地质灾害点进行现场调（勘）查，在此基础上通过物联网、新一代移动通信、云计算等技术手段实现监测数据采集、远程无线传输、结构优化与集成以及关键信息快速挖掘，研发了山西省地质灾害实时监测预警系统。实现了地质灾害信息查询、数据分析、实时监测、自动预警等功能，为山西省地质灾害防治管理和决策提供强有力的技术支撑。