对滑坡监测预警相关问题的认识与思考*

许 强

(地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室(成都理工大学)， 成都 610059， 中国)

0 引 言

受青藏高原隆升的影响，我国地域地质条件极为特殊和复杂，并因此而成为世界上地质灾害多发和频发国之一。我国地质灾害种类多，分布地域广，发生频率高，造成损失重。面对异常严峻的防灾减灾形势，自20世纪80年代起，我国就逐步建立起了一套具有中国特色的地质灾害防治尤其是群测群防体系，并在防灾减灾中发挥了重要作用，取得显著的成效。但是，时至如今，我们每年仍会发生数千处地质灾害，造成数百人死亡和数十亿元的直接经济损失，防灾减灾任务依然十分繁重。我国政府和相关管理部门高度重视地质灾害防治工作。2018年10月10日习近平总书记主持召开中央财经委员会第3次会议，提出要大力提高我国自然灾害防治能力，并启动“十大工程”。2019年11月29日，中共中央政治局就我国应急管理体系和能力建设进行集体学习，习近平总书记在主持学习时再次强调，要充分发挥我国应急管理体系特色和优势，积极推进我国应急管理体系和能力现代化。在这两次会上，习总书记强调要“实施自然灾害监测预警信息化工程，提高多灾种和灾害链综合监测、风险早期识别和预报预警能力”、“提升多灾种和灾害链综合监测、风险早期识别和预报预警能力”。2018年，新组建的自然资源部和应急管理部先后多次召开专题会议，讨论地质灾害防治问题。自然资源部陆昊部长提出地质灾害防治“四步”的工作方案，即研究原理，发现隐患，监测隐患，发布预警。同时强调，当前防范地质灾害的核心需求是要搞清楚“隐患点在哪里？”，“什么时候可能发生？”。

随着近年来科学技术的突飞猛进，尤其是现代遥感技术、无线通讯技术以及各种感知技术的不断涌现，地质灾害隐患早期识别与监测预警已成为主动防控地质灾害的重要手段(许强等， 2019)。尤其在监测预警方面，近年来我国相关部门和地方政府每年投资上百亿元，实施地质灾害专业监测预警工程，使监测预警行业变得异常“火爆”。目前全国从事地质灾害专业监测预警仪器研发和项目实施的单位和企业可能达数百上千家，从业人员可能已达数十上百万人。在巨大的利益驱动下，还有不少企业不断涌入地质灾害监测预警行业。国家重视，全民关注，企业介入，对我国防灾减灾救灾事业来说，无疑是一件大好事。但地质灾害防治尤其是监测预警是一个非常专业的领域和行业，也是一个非常复杂且目前仍处于摸索阶段的工作。目前，还有不少地质灾害监测预警的从业人员，包括一些专业技术和管理人员，对滑坡监测预警中的一些基本问题存在着不少误区甚至错误的认识。为此，本文结合近年来对滑坡监测预警的科学研究和工程实践，谈谈对相关问题的认识和思考。

1 关于滑坡监测

1.1 滑坡监测应强化针对性

图 1 滑坡变形破坏过程与监测预警途径Fig. 1 Landslide deformation process and monitoring and warning approach

滑坡(含崩塌)是斜坡岩土体在重力以及其他外界因素(如降雨、地震、人类工程活动等)作用下，所表现出的一种变形破坏过程和现象。在斜坡发展演化过程中，力(包括重力及其他外力)是驱使斜坡发生变形破坏的内在原因和根本动力。斜坡从出现变形到最终失稳破坏的整个过程中，伴随着滑动面的孕育与贯通，将会出现一系列的内部破裂和地表宏观变形迹象，在滑坡发生前可能还会出现一些临滑征兆(图 1)。因此，滑坡监测工作无外乎应从驱动力、内部破裂、外在变形以及临滑前兆等几方面去开展，重点监测相关指标的量值及其动态变化情况。其中，驱动力既包括由岩土体自身重量产生的力(如土压力、滑坡推力等)、外界环境因子及其产生的力(如雨量、水位(地表和地下)、水压力(土体中的孔隙水压力、裂隙中的间隙水压力等)、非饱和带的基质吸力等)，以及岩土体与外部结构相互作用力(如支档结构应力、由滑体重力转化的牛顿力(何满潮， 2016)等。滑坡在孕育过程中，坡体岩土体会因内部破裂而释放能力，可通过监测微震、声波、次声波等的强度和位置来揭示滑动面的发展演化过程。外在变形可通过全站仪、GNSS、裂缝计、钻孔倾斜仪等手段监测地表及坡体内部的相对和绝对位移，同时通过现场调查可查明不同阶段地表裂缝的空间发育分布情况和分期配套特征。大量的滑坡实例表明，在滑坡发生前有可能表现出一些临滑征兆，如变形急剧增加、坡面不断小崩小落，泉水变浑或流量明显变化，动物异常等等。临滑前兆往往被作为群测群防预警和主动撤离的重要依据。表 1结合滑坡的形成演化过程与成灾特征，给出了滑坡的主要监测内容、对应的监测仪器设备和技术方法，以及对应的预警指标。

表 1 滑坡的主要监测手段及预警指标Table 1 Main monitoring methods and alert parameters

在制定滑坡监测方案时，首先应通过现场调查和资料查阅，从地质的角度认清滑坡的基本特征、成因模式和机制、目前所处的变形阶段、关键影响因素等，在此基础上制定实用可行的监测方案。监测方案应突出针对性，不同规模、成因、变形阶段的滑坡其监测手段和措施应有所区别，应重点监测反映滑坡稳定性和变形阶段的关键指标如变形、地下水位等，以及导致滑坡变形和影响其稳定性的关键因素，如降雨、地下水位和库水位变动等。除专项调查和科研需求外，滑坡专业监测的主要目的肯定是为预警预报提供依据，因此，在监测方案制定时就应明确结合拟监测滑坡的实际情况所应选取的预警指标和拟采用的预警模型和判据。对于主要由自身重力作用引起的重力型滑坡，一般采用基于变形的预警模型和判据进行预警，其关键监测指标应为位移，主要监测手段为GNSS和裂缝计，必要时辅以钻孔倾斜仪。为了分析变形与降雨的相关性，可布设少量的雨量计或水位计。对于深层降雨型滑坡，滑坡发生变形破坏的原因为降雨入渗导致地下水位上升，稳定性降低，故其一般采用雨量或地下水位预警模型进行预警，主要观测指标为雨量或地下水位(有明确的潜水位)。强降雨期间也容易爆发浅表层群发性滑坡，其主要成因是覆盖层饱水导致流动性失稳破坏，其重点观测部位应放在稳定性相对较差或覆盖层相对较厚、坡度较陡的区域或部位，其关键监测指标应为雨量、孔隙水压力或含水率。强降雨诱发岩质滑坡的成因大多为：一方面雨水快速进入滑坡后缘拉裂缝形成水头，产生间隙水压力(静水压力)，在滑坡后缘产生垂直于裂缝壁的近水平推力； 另一方面，雨水通过竖向裂缝进入底滑面，形成垂直于滑动面的扬压力，同时还会对滑带土产生软化作用，降低其抗剪强度，多方面的综合作用才会导致大型岩质滑坡的发生。对于此类滑坡，滑坡后缘拉裂缝(拉陷槽)中的水头高度是关键的监测预警指标。对于大型水体两岸的库水型滑坡，库水位变动是降低滑坡稳定性的主要原因，同时降雨也会对滑坡稳定产生一定的影响，因此应重点监测库水位、坡体内部地下水位的变化，辅以少量的雨量观测。当然，无论是重力型，还是降雨型和库水型滑坡，重力才是滑坡的最主要驱动力，变形是滑坡最直接的表现，因此，任何类型的滑坡实施适量的变形监测都是必要的。

崩塌和岩质滑坡在其变形破坏过程中存在脆性破坏行为，释放能量，产生的弹性波在固体介质中传播，其产生的位置和释放能量的大小可用地震仪捕捉到。弹性波出露地表后在空气中传播可形成声波、次声波。人耳听觉的频率范围约为20iHz～20ikHz，高于20ikHz为超声波，低于20iHz为次声波。因次声波不易衰减、不易被水和空气吸收，且因波长较长，能绕开障碍物并进行长距离传输，所以次声波可作为滑坡监测预警指标加以充分利用(朱星等， 2013； Zhu et al.，2016)。有人提出采用多普勒激光测振仪测量滑坡的固有振动频率，并以此来评价滑坡损伤和静摩擦力，进行滑坡(崩塌)的早期预警，取得了较好的效果(杜岩等， 2015)。

图 2 2017年四川茂县新磨村滑坡的InSAR监测结果(Intrieri et al.，2018; Carl et al.，2019)Fig. 2 InSAR monitoring results of Xinmo landslide， Mao county， Sichuan in 2017(Intrieri et al.，2018; Carl et al.，2019)

1.2 监测指标或监测点的数量要适度

在滑坡监测预警实践中，无论多重要和复杂的滑坡，也无论采用什么样的预警模型和方法，能真正用于预警的指标一般不超过3个，因此，在制定监测方案时，要遵循实用性原则，不能过分追求监测仪器设备的先进性、监测手段的多样性，而是要充分考虑拟采用的预警模型和方法，预警时用不到的指标可不监测。一般而言，滑坡监测的基本原则或最低要求是形成一个沿滑动方向具有典型性和代表性的监测剖面，一个监测剖面上关键预警指标的监测点(如重力型滑坡的位移，降雨型滑坡的地下水位或孔隙水压力)一般3～5个足以。巨大规模或非常重要的滑坡，可根据实际情况形成“三纵三横”的监测剖面。

同一滑坡在不同阶段所需的监测点数量和监测内容可以不一样。在滑坡变形初期，其空间范围、边界和整体变形特征往往还不清楚，此阶段尽可能采用简易监测手段，如全站仪监测，待查清滑坡边界后根据实际需要再采用实时自动监测手段。深部位移监测更应如此。开展深部位移监测的一个重要目的是查明滑动面的准确位置。在滑动面位置未明确前，需人工通过钻孔倾斜仪从孔口到孔底逐段连续测量，监测一段时间待滑动面准确位置确定后再采用自动测斜装置实施自动持续监测，否则，若直接安设自动钻孔倾斜仪，可能会在监测数月后连滑动面位置都难以确定。

图 3 贵州兴义市龙井村滑坡发生前GNSS与裂缝计监测结果的对比分析Fig. 3 Monitoring results of GNSS and crack gauge of Longjing landslide， Xingyi， Guizhou

1.3 应急监测手段应立足简便快捷实用

在滑坡的应急处置阶段，一般应采取临时监测和长期监测相结合、相互补充的策略。临时性快速监测手段包括光学遥感、三维激光扫描仪、无人机航拍、地基SAR、以及其他便携式简易监测装置。应急处置阶段监测的重点是尽快查明滑坡的基本变形特征，判断其稳定性状况，预测发展趋势，尤其应避免因局部甚至大规模二次失稳破坏造成人员伤亡，所以应急监测应以变形观测为主。在变形监测时，一般应将GNSS(由美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO和中国北斗4大系统综合构成，比传统的GPS定位精度更高，为目前所常用)与裂缝计等常规监测手段配合使用。通过GNSS监测可掌握某个区域(块)的总体变形情况，而裂缝计则可实时反映被监测滑块的变形情况，尤其是当滑坡进入临滑阶段后以裂缝计的监测成果作为预警依据会更可靠。其原因在于：

GNSS监测数据的获取必须进行星历解算，其解算时间通常为10～30imin。换句话说，某一时刻通过GNSS获得的监测数据实际上是前10imin甚至30imin的变形结果，由此会影响滑坡预警的及时性和准确性，尤其是当滑坡已进入临滑阶段。而裂缝计等常规监测手段却能实时获取现场监测结果，当然最好是采用具自适应调整采样频率功能的裂缝计。图 3为2019年2月17日贵州兴义市龙井村滑坡发生前GNSS和裂缝计的监测结果。从图 3可以看出，在一般变形阶段，GNSS与裂缝计的监测结果具有很好的一致性(因两种手段监测的起始时间不同导致位移量值有差异，但变形趋势一致)，但到临滑阶段，裂缝计的累计位移急剧增加，滑坡发生前裂缝计的曲线已近直立，切线角已接近90°，为滑坡红色预警信息的及时发出提供了重要依据； 而GNSS监测值虽然也在增加，但其增幅明显要缓慢得多，两者的变形趋势出现明显差异。2018年11月金沙江白格滑坡应急监测预警和贵州的多次崩塌监测预警都显示出类似的监测结果。对于突发性滑坡、崩塌而言，如果仅依靠GNSS监测结果进行预警可能导致漏报，在实际监测预警中要倍加注意。有人认为(杜岩等， 2015)，滑坡固有振动频率比位移更加敏感，且其可对滑坡损伤做出定量判断，可在滑坡还未真正进入临滑阶段就能识别出滑坡的危险性，这方面的研究成果值得关注。

在滑坡应急处置阶段，地基SAR也是一种很实用的监测手段，其优点在于：一是快速监测，只要能将仪器设备搬运到现场(其体积较大)，立马就可开展监测； 二是面状非接触式监测，将地基SAR架设到通视条件良好的滑坡体对岸(最远距离可达4ikm)，就可对整个滑坡区进行扫描性面状监测，获取监测区整体变形信息，据此掌握滑坡的分区变形特征及差异。对某些关键点利用多次监测成果的时间序列分析，可获取与常规点状监测类似的位移-时间曲线，掌握变形随时间的动态变化规律。三是全天候监测，SAR基本不受气候条件限制，可全天候持续观测。但值得注意的是，空气中水汽对SAR监测结果的解算具有显著的影响，在监测数据分析处理时若不考虑这一因素很容易产生错误的认识甚至误判。

图 4 利用地基SAR监测新磨村滑坡 西侧变形体及监测点分布图Fig. 4 Monitoring locations on the west unstable rock mass of Xinmo landslide by GBSAR

图 5 新磨村滑坡西侧变形体代表性 监测点的变形-时间曲线图Fig. 5 Displacement monitoring curve of the west unstable rock mass in Xinmo landslide by GBSAR

例如，在2017年6月24日四川茂县新磨村滑坡发生后，为确保滑坡堆积区应急搜救作业人员的安全，相关部门第一时间采用地基SAR对整个滑坡区尤其是右侧已发生明显位移的“西侧变形体”的变形情况进行密切监控。图 4和图 5为从地基SAR监测成果中抽取的一些关键的监测成果(许强等， 2017)。从图 5可以看出，受水汽的影响，其位移-时间曲线呈现出周期性变化的特点，白天变形减小，夜晚变形增加，即使是非常稳定的P27、P28监测点，也是如此，说明存在因水汽影响而造成的解算误差。对SAR数据进行分析处理时理应作大气校正，但目前关于地基SAR的大气校正方法还不够成熟。在2018年11月金沙江白格滑坡应急处置阶段，地基SAR监测结果也曾出现类似的问题，地质分析认为非常稳定的坡脚基岩山体，地基SAR监测结果出现了明显变形，当时现场专家还为此产生过较大的争论和分歧，但其实也是因没消除水汽影响的误差造成的。

地基SAR因仪器设备价格昂贵，且需人员现场值守，其主要适用于应急阶段的监测，并不建议作为常规监测手段使用。

1.4 突发型滑坡监测应采取特殊的采样机制

图 6 2017年以来通过专业监测获得的滑坡位移-时间曲线Fig. 6 Monitored displacement and time curve since 2017 CJ、DC、JJ均为甘肃黑方台黄土滑坡监测成果，CJ为陈家区段滑坡，DC为党川区段滑坡，JJ为焦家区段滑坡； XY为贵州兴义顺层岩质滑坡， YMD为贵州杨莫洞岩质滑坡(崩塌)，其后为监测点编号， LF*为裂缝计及编号； 括号内的时间为滑坡实际发生时间

我们通过对已有滑坡变形监测资料的归纳总结，结合物理模拟试验，曾根据滑坡位移-时间曲线特征，将滑坡分为稳定型、渐变型、突发型3类(许强， 2012)，近期对多个滑坡的实际观测结果进一步证实了这一认识。图 6为多起甘肃黑方台黄土滑坡和两起贵州岩质滑坡的位移-时间曲线。为了重点分析加速变形阶段特征，图 6只显示了滑坡加速变形阶段的监测结果。图 6表明，不同滑坡在加速变形阶段所经历的时间长短具有较大的差异，其中最长接近43id，即2017年10月1日发生的党川4号滑坡(图中编号③)。而最短时间不到8imin，即图中2015年9月20日发生的陈家8号滑坡(编号①)。该滑坡从2015年8月13日开始出现变形，随后变形缓慢增加甚至处于基本停滞状态，但从20日22：44分开始变形急剧增长， 22：52分滑坡发生(亓星等， 2018； 许强等， 2019b)。图 6的监测数据是通过具有自动变频采样功能的裂缝计获取的，在变形加快时其采样时间间隔会自动缩短，由此获取加速尤其是临滑阶段完整的监测数据，而在平时变形变化较小时采样间隔会自动加大(Zhu et al.，2017)。如果采用传统的等间隔采样(采样间隔通常设定为10imin、30imin甚至更长，因持续密集采样会出现供电和无线传输问题)，很难获取到图 6中临滑阶段的监测数据，或者本来是平滑的变形曲线因采样间隔过大而出现突变点(亓星等， 2018； 许强等， 2019b)。

强降雨诱发的浅表层滑坡，临空条件较好的岩质滑坡，以及崩塌等从出现明显变形到滑坡发生所经历的时间一般相对较短，变形具有明显的突发性。饱水的颗粒介质(如黄土、花岗岩风化砂、尾矿库等)在一定条件下可因静态液化产生突发的溃散性失稳破坏(许强等， 2016)。因此，对于具有突发性失稳破坏特征的滑坡和崩塌，建议采用具自动变频采样功能的监测设备，否则可能根本就捕捉不到临滑阶段的监测数据，直接影响预警工作。

2 关于滑坡预警

当前，还有不少地质灾害监测预警专业技术人员和管理人员将地质灾害专业监测预警误以为专业监测，认为在地质灾害隐患点上安装一些监测仪器设备，能获取到现场监测数据和图像就完成任务了。事实上，监测与预警完全是两回事。监测是指通过天-空-地等手段，获取和感知表征滑坡稳定性的一些参数和指标，尤其是动态变化情况； 而预警则是根据现场监测结果在滑坡即将发生前通过一定的方式和途径(如警报、短信、电话等)向受滑坡威胁人员发送警示信息，以便于启动相关预案或撤离，保证人员生命安全。监测仅是手段，预警才是目的。因此，除应重视地质灾害监测仪器研发和隐患点的专业监测外，更应高度重视地质灾害预警工作，尤其是各种监测数据(包括气象、地质灾害及其监测数据等)的收集整理和分析，研究和建立地质灾害预警模型和判据，研发地质灾害实时监测预警系统，并通过业务化运行不断完善升级。

滑坡预警主要包括区域性气象预警和单体预警两大类。区域性气象预警是通过对某区域历史降雨过程及实际诱发滑坡情况的统计分析建立基于临界雨量的统计(经验)预警模型，这是目前国际上研究最多、应用最广的预警方法。但气象预警只能作大范围趋势性和提示性预警，并不能对某一具体滑坡是否发生以及什么时候发生作出具体预警，其主要作用是指导强降雨过程发生前的地质灾害群测群防工作。单体预警是指通过在某些危险性较大的滑坡隐患点安设专业监测设备，并通过对现场监测数据的实时分析处理，在滑坡发生前一定时间内发出警示信息，提醒受滑坡威胁人员主动避让撤离，以保证生命安全。对我国大陆而言，每年由强降雨引发的群发性地质灾害和大型单体地质灾害造成的人员伤亡和财产损失都很严重，所以两方面的预警工作都很重要和必要。但不同地区根据灾害爆发特点可有所侧重。如沿海地区主要以由伴随台风的强降雨天气引发的浅表层群发性灾害为主，而在西部山区造成重大人员伤亡的主要为大型重力型滑坡或其他因素(如强降雨、人类工程活动)引发的大型地质灾害，因此，前者应以区域性气象预警为主，后者则应将预警的重心放在大型单体灾害上。

2.1 滑坡气象预警需更加精细化

气象预警在欧洲的一些多灾国家(如意大利)、日本、美国以及中国台湾、中国香港等国家和地区已得到普遍应用(Angeli et al.，2000; Crosta et al.，2002； Sassa et al.，2009)。中国的台湾和香港地区已积累了30余年的气象观测数据和强降雨期间发生的地质灾害资料，分区、分类建立了气象预警模型，研发了实时气象预警系统，并根据新的降雨事件及其诱发灾害情况，不断修正完善预警模型，升级预警系统，其气象预警系统已在实际防灾减灾中发挥着重要作用。比如中国香港自1977年成立土力工程处以来，一直致力于地质灾害(香港地区称之为山泥倾泻)防治工作，通过几十年的强降雨过程数据及实际发生滑坡的统计分析，建立了适宜于中国香港的气象预警模型，研发了山泥倾泻警报系统，并对公众开放。目前中国香港已在使用第5代气象预警模型进行地质灾害预警，并取得了显著的防灾减灾效果(Wong et al.，2014)。客观地讲，我国大陆在气象预警方面与国际差距还较大，究其原因，主要问题在于：(1)我国幅员辽阔，不同区域、不同类型的地质灾害都具有不同的特点，需要分区、分类、分层次构建预警模型，确定雨量阈值，其工作量和难度很大。(2)我国大陆开展系统性雨量监测的时间较短，再加上气象和地质灾害分属不同部门管理，条块分割和信息不共享导致对历史降雨和地质灾害数据的积累都很少，缺乏足够的用于构建统计预警模型的资料和数据。(3)相关管理部门对地质灾害预警工作重视不够，同时，资料数据与研究工作相分离，具有较强研究能力的科研院所不掌握相关资料和数据，而掌握资料和数据的行政管理部门和业务部门又不具备足够的研究能力，导致相关工作难以持续深入开展。

自2003年起，中国地质环境监测院与中国气象局国家气象中心等单位共同组建研究团队，开展全国地质灾害气象预警技术方法研究，提出了我国地质灾害区域预警的隐式统计预警、显式统计预警和动力预警方法，并采用临界降雨判据方法(隐式统计)建立了中国第一代国家级地质灾害预警系统，随后又对中国大陆分区建立了显式统计预警模型，研发了第二代国家级地质灾害预警系统，相关工作对支撑我国的地质灾害群测群防工作发挥了重要作用(刘传正等， 2004，2009)。目前，浙江、四川、重庆、贵州、甘肃等多个省市都已开展了地质灾害气象预警服务(杨寅等， 2019)，并取得显著的防灾减灾效果。但我国的地质灾害气象预警工作离防灾减灾的实际需求还有很大的差距，今后应重点开展以下几方面的工作：

(1)气象部门与地质灾害业务管理部门通力协作，对历史气象资料及相应的地质灾害资料进行系统地收集整理和分析研究，构建科学的气象预警模型。整合共享气象、自然资源、水利等部门的降雨观测站和观测资料，并实现气象部门气象预报与实际雨量观测数据与自然资源、应急管理、水利等部门的无缝对接和实时共享，使气象预警业务系统真正能实际指导防灾减灾工作。气象部门应加强地质灾害频发区多普勒雷达的布设，提高气象预报精准度和时效性，进一步提升气象预警能力和水平。

(2)我国大陆目前的气象预警都偏宏观和粗糙，科学性不够。各省市应组织力量，研究和建立分级(国家、省、市(区)、县等)、分区(按气象和地质灾害形成条件分区)、分类(按地质灾害类型、成因模式)的气象预警模型，使气象预警逐步向精细化发展，提升气象预警服务的实用性。中国香港的陆地面积仅一千余平方公里，但其针对灾害形成条件划分了3个区，建立了分区预警模型，预警精度和准确性得到大幅提高。

2.2 单体滑坡预警

在我国大陆，造成重大人员伤亡和广泛社会影响的滑坡事件还主要是单体大型滑坡，因此要高度重视单体滑坡的预警工作。从成因来讲，滑坡又可分为重力型、降雨型和地震型3大类。目前因地震本身都还不能预报，所以地震型滑坡预警还不现实。理论上讲，滑坡就是斜坡岩土体在重力作用不断变形直至失稳破坏的过程，因此不管是哪类滑坡，重力都是促使滑坡发生的主要作用力，是内因； 地震、降雨、人类工程活动等仅是外在促发因素，为外因。

2.2.1 应通过风险评估和排序确定重点监测预警对象

自20世纪90年代起，我国先后开展了系统全面的县市地质灾害详细调查和多轮针对灾害隐患的“拉网式、地毯式”排查，已发现近30万处地质灾害隐患点。但从近年来灾害的实际发生情况来看，实际存在的地质灾害隐患点应该远不止30万处这个数目。要对如此众多的地质灾害隐患点都实施专业监测预警，既不现实，也没必要。地质体演化的时间尺度与人类完全不在一个量级，地质年代一般以万年作为计量单位，而人类一般是以年、天为计量单位。地质体的发展演化一般需要历经很长时间，出现隐患并不一定很快就会成灾。同时，目前通过调查发现的隐患点中大多数的成灾风险并不高(规模小，影响人员少)，依靠群测群防就可很好地加以防控。因此，专业监测预警的重点应放在近年内可能成灾并造成人员伤亡和重大财产损失的滑坡上。因此，可以通过对已发现隐患点进行定量风险评估和排序，然后对高风险隐患点实施专业监测预警，这一作法已在中国香港起到非常好的效果。中国香港对6万处人工边坡在详细调查的基础上进行编目入库和定量风险评估及排序。按风险评估和排序结果，每年投资10亿元左右治理300处高风险滑坡。通过20多年的努力已治理完前10%的高风险滑坡，使灾害总体风险降低了75%。因此，我们应将重点放在高风险隐患点上，通过工程治理、监测预警、避让搬迁等手段，消除高风险点的隐患，使整体风险大大降低。

2.2.2 阈值预警遭遇的困境

对于单体滑坡，目前国际上最常用的预警方法为阈值预警，也即通过统计分析或根据各滑坡的实际情况给出一个阈值(临界值)，一旦监测数据达到这个阈值即发出警示信息。降雨型滑坡一般采用雨量阈值进行预警，而重力型滑坡则主要采用位移(变形)阈值进行预警。但大量滑坡监测结果表明，不同物质组成(土质、岩质、土岩混合等)、不同规模(从数立方米到数十亿立方米)、不同成因类型的滑坡，其变形阈值的差异非常大。一些滑坡发生前累计位移仅数厘米，而有些滑坡累计位移已达数十米仍未整体失稳破坏，表明不同滑坡并不存在统一的阈值，由此给阈值预警带来极大的困难。在滑坡监测预警实践中，不得已时就只能结合滑坡的实际情况初略地估算一个阈值，更简单的作法是不管滑坡的类型和规模大小，设定统一的预警阈值，如现常用的变形速率阈值为20～30imm·d-1。“阈值预警法”虽然在我国的防灾减灾工作中取得了显著的成效，但随着监测点的不断增多，其较高的误报、漏报率可能会对人们生产生活造成干扰，并产生“狼来了”的负面影响，应研究和寻求新的滑坡预警方法。

2.2.3 基于宏观变形规律的单体滑坡预警方法

从图 6可看出，滑坡尤其是重力型滑坡的位移-时间曲线基本都满足日本学者斋藤提出的3阶段变形规律(许强等， 2008； 许强， 2012)。同时，滑坡进入加速变形阶段是滑坡发生的前提，可作为滑坡预警的重要依据。为满足预警需要，我们对滑坡的加速变形阶段进行了细分，并给出了基于变形的滑坡4级综合预警判据(图 7)(许强等， 2014， 2019a)。为了使图 7的预警体系能真正用于地质灾害监测预警工程实践，基于WebGL的三维数字地球，研发了“地质灾害实时监测预警系统”，实现了现场监测数据的自动采集、远程无线传输、数据实时自动分析处理、预警级别自动划分和预警信息自动发送等功能，基本实现了滑坡的实时自动预警。该系统自2017年以来，已6次成功预警甘肃黑方台黄土滑坡， 2次成功预警贵州岩质滑坡(Fan et al.，2019)。在2018年11月金沙江白格滑坡-堰塞湖应急处置过程中，现场专家组直接将该系统接入应急处置现场，对几次小规模垮塌均作出提前预警，保证了施工安全(许强等， 2018)。目前，该系统已作为贵州省地质灾害监测预警业务化系统，对上千处地质灾害隐患进行实时自动监控。目前正在将该系统部署到四川，开展地质灾害实时自动监测预警业务化运行。

图 7 基于变形观测的滑坡4级综合预警Fig. 7 Outline of the four-level comprehensive warning for landslide based on the deformation observation

图 8 2019年贵州兴义市龙井村滑坡监测点分布图与裂缝计监测结果Fig. 8 Monitoring devices distribution and monitoring results of crack gaugea. 监测点分布图， b. 裂缝计监测结果； C. 裂缝计， GP. GNSS， R. 雨量计， T. 倾斜仪

若在滑坡体上同时布设了多个监测点，预警时究竟应以哪一个点的监测数据为依据？这是经常有人咨询的问题。事实上，大量滑坡监测结果表明，在滑坡变形初期，滑坡区各部位变形往往会各自为政，各监测点的位移矢量方向和大小差别明显，但一旦滑坡进入加速变形阶段，此时滑动面已基本贯通，地表边界裂缝也已贯通和圈闭，滑坡区便会以滑动块体形式整体滑动，变形也由原来的无序趋于有序，此时尽管各监测点的量值会有所差别，但其位移矢量方向将趋于一致，位移-时间曲线形态和趋势也会趋同，因此，此时滑坡区任何一点的监测数据均可作为预警依据，根据不同监测点的预警结果不会有太大的差别。

对于单体降雨型滑坡，国际上通用的作法是以雨量作为主要预警指标。但我们的研究表明，以地下水位和变形共同作为预警指标会大大提高预警的准确性。其原因在于：(1)已有的监测结果表明，不同季节和时段，岩土体的降雨入渗系数是存在差别的，在非汛期土体含水率较低的情况下降雨入渗系数要高于汛期，因此，同一降雨过程若发生在不同时期，其导致滑坡体内地下水位的变化量可能会存在较大差异； 另一方面，不同地区因其物质组成和地形坡度不同，降雨入渗系数也有较大差异。因此，对单体滑坡而言，直接量测地下水位远比监测降雨量要可靠和实用得多。(2)地下水位直接影响滑坡的稳定性，结合地下水位观测成果，可直接计算出在降雨过程中滑坡稳定性系数的动态变化情况，若将稳定性系数K=1作为预警判据，很容易根据地下水位观测结果建立滑坡预警判据(Xu et al.，2016)。而通过雨量监测成果评价滑坡稳定性，不仅过程复杂，可靠性也较差。(3)降雨型滑坡一般具有较强的突发性。例如， 2019年7月23日贵州水城县鸡场镇滑坡发生后，通过InSAR分析，发现滑坡发生前1id(事后获取了7月22日的哨兵雷达卫星数据)滑坡区基本无变形迹象，表明滑坡发生前经历的变形时间不超过1id。当然，若在滑坡区内安设有地面变形观测设备，一定能监测到滑坡从变形到失稳破坏的全过程，并提前作出预警。因此，对于降雨型滑坡，通过变形和地下水观测结果开展综合预警要比仅基于雨量预警有效得多。后面将会谈到，对突发性很强的滑坡而言，若仅依靠变形观测来预警有时可能会漏报或因提前预警太短而不再具有防灾实际意义。

2.2.4 应根据滑坡所处变形阶段判别滑坡的危险性

近年来，国家和各省市都高度重视地质灾害专业监测预警工作，每年投入大量的经费用于实施地质灾害专业监测预警工程。若已实施专业监测的灾害点造成重大人员伤亡而未提前作出预警，将会追究相关责任。根据监测数据进行科学准确地提前预警，显得异常重要和必要。为此，专业监测人员必须要学会如何分析监测数据，并根据监测结果判断滑坡的稳定性状况、所处的变形阶段以及危险性，尤其应在滑坡发生前应发出警示信息。现就如何分析评判滑坡的危险性，并在滑坡发生前提前预警谈几点体会。

图 9 贵州某滑坡的变形监测成果Fig. 9 Monitoring results of a landslide in Guizhoua. 贵州某滑坡的航拍影像与监测点分布； b. 滑坡区代表性监测点的位移-时间曲线

前已述及，滑坡尤其是重力型滑坡的变形遵循斋藤提出的3阶段变形规律，尤其是滑坡发生前一定会经历加速变形阶段，这些特征可作为判断滑坡危险性和预警的主要依据和基本遵循。这是我们通过对国内外数十处具有较完整变形监测曲线滑坡的分析研究，并结合物理和数值模拟得到的基本认识，也是经过数十处滑坡应急处置“实战”的检验和验证(许强等， 2008， 2015)，图 2、图 6、图 8所示的滑坡位移-时间曲线也充分证明了这一认识的科学合理性。即使是滑面倾角高达47°的顺层岩质滑坡(图 4)，InSAR监测结果也显示其在滑坡发生前的一段时间内也呈现出明显的加速变形特征(图 2b)； 图 6中不少为具有静态液化机制的黄土滑坡，滑前加速变形特征更为显著。因此，在滑坡预警实践中，尤其对于重力型滑坡，我们应主要通过位移-时间曲线特征实施预警，而不是依靠位移阈值来预警。具体作法是根据变形监测数据，作出变形速率-时间曲线和累计位移-时间曲线，然后根据这两条曲线综合判断滑坡所处变形阶段，在未进入加速变形阶段前，即使变形速率较大(例如每天数厘米甚至十厘米以上)也不会发生滑坡，但一旦进入加速变形阶段，预示着滑坡迟早会发生。在滑坡监测预警和应急处置实践中，一定要抓住“加速变形”这一“牛鼻子”。即使像三峡库区受周期性库水位升降影响，滑坡的位移-时间曲线呈阶跃型变化(许强等， 2008)，也可通过数学方法去掉周期性变化成分，通过趋势性位移-时间曲线来分析判断滑坡是否已进入加速变形阶段，并据此判别滑坡的危险性(Zhu et al.，2018)。

当然，上述分析思路和结论只适用于常规条件，稳定性不高的滑坡若遭遇强降雨、强震、强烈的人类工程活动等“超前强扰”(许强等， 2002)，即使之前没有任何变形迹象也可能突发性失稳破坏，因此，在滑坡监测预警过程中应充分考虑滑坡可能会遭遇的“强扰”因素。

图 10 2019年2月28日甘肃黑方台某黄土滑坡变形监测与预警成果Fig. 10 Monitoring results and warning message of loess landslide in Heifangtai terrace of Gansu occurred on February 28， 2019a. 滑坡发生前的变形速率和累计位移-时间曲线切线角动态变化图； b. 滑坡临滑阶段的变形监测数据； c. “地质灾害实时监测预警系统”自动发送的滑坡红色预警信息

2.2.5 强突发性滑坡提前预警难度大

以上基于宏观变形规律的滑坡预警思路和方法，并不适用于突发性非常强的滑坡预警。例如，网上曾以“惊险瞬间!甘肃一村庄突发山体滑坡，半座山倾泻而下”(https：∥v.qq.com/x/page/z0843ci1ms7.html)报道了2019年2月28日甘肃黑方台焦家发生的一处滑坡视频。经查证，我们曾在该滑坡区安装了一套裂缝计，完整记录了滑坡变形及失稳破坏过程(图 10)。从图 10可以看出，滑坡发生前的一段时间内其变形速率基本没太大变化，根据累计位移-时间曲线得到的切线角表明， 2月27日20时26分切线角为60°， 28日13时25分切线角增长到75°，根据图 7的判定标准还未达到橙色预警级别，但13时27分2秒切线角突然增加到85°，达到红色预警标准，“地质灾害实时监测预警系统”随即自动发出了红色预警，但当预警信息到达相关人员手机时已是13时28分(图 10c)。从图 10b的监测数据可以看出，滑坡实际上已于13是27分18秒发生，现场设备被损毁，传输中断。也就是说，从滑坡达到红色预警标准到滑坡发生仅经历了16is，预警信息对防灾减灾已无实际意义。从图 10b可以看出， 13时27分09秒至10秒仅1秒时间内位移从637.7imm突然增长到807.5imm，到27分17秒时，位移更是急剧增长到1790.4imm，随后滑坡发生，表现出非常强的突发性。

研究表明，图 10及图 6中的一些滑坡之所以表现出强烈的突发性，其原因在于粉质黄土具有一定的液化能力，在一定条件下可发生静态液化(Xu et al.，2018; Liu et al.，2019)。因液化导致的滑坡一般都会表现出突发性。

物理模拟试验结果表明(范宣梅等， 2008)，在由近水平砂泥岩互层组成的红层地区平推式滑坡，当后缘拉裂缝(拉陷槽)中的水位未达到启动滑坡的临界水位时，斜坡岩体基本不发生位移，一旦启动滑动将非常迅速，也会表现出显著的突发性。

对于具有很强突发性的滑坡，基于宏观变形规律的监测预警方法就无能为力了，应结合地下水位、雨量等指标的观测建立预警判据，同时还要研究滑坡的形成条件和成因机制，从源头上消除引发滑坡的外在因素(如通过排水措施主动降低地下水位)，才能有效防范此类滑坡灾害。

3 主要认识和结论

本文结合滑坡监测预警实践和科学研究，对目前在滑坡监测预警实践中常遇到的问题或疑惑进行了梳理和思考，主要有以下方面的认识：

(1)尽管目前滑坡监测的手段和技术方法很多，但能真正在预警中发挥实际作用的也就几种，最常用的预警指标为位移、雨量、地下水。当滑动面贯通(一般对应滑坡进入加速变形阶段)后，滑坡区岩土体会沿滑动面整体滑动，整个滑坡区变形表现出明显的有序性和一致性，因此，并不是布设的监测点越多、所使用的监测手段越多就越有效。滑坡监测方案设计要突出针对性、实用性，同时要以为预警提供依据为目的，不能为监测而监测。不少滑坡变形表现出一定的突发性，尤其是小规模滑塌、崩塌更是如此，应尽可能采用具有自动变频采样功能的监测装置，否则很难获取全过程尤其是临滑阶段完整的监测数据，直接影响预警工作。在应急抢险和处置阶段，应将临时监测与长期监测有机结合，同时要充分利用现代遥感、测绘技术和简易监测装置，快速获取监测数据。

(2)滑坡监测和预警是两项完全不同的工作，不能混同。监测仅是手段，预警才是目的，所以不仅要重视监测仪器设备研发和工程项目实施，更应重视预警方面的科学研究，没有适用的、针对性的预警模型和判据，实施再多的监测工程也不能解决防灾实际问题。滑坡预警主要包括区域性气象预警和单体预警两大类，两者的预警思路和技术方法具有明显的差别，也不能混同。当前，我国大陆的气象预警还偏于宏观和粗糙，应逐渐建立分级、分区、分类气象预警模型，研发实时自动的气象预警服务产品，使气象预警在防灾减灾中发挥更大作用。

(3)不同滑坡并不存在统一的预警阈值，但又很难获知每个滑坡的预警阈值。因此，随着监测点的不断增多，阈值预警所产生的高误报和漏报率将会对预警工作产生负面影响。滑坡具有其普适性的宏观变形特征和规律，根据滑坡的时间-空间变形规律建立综合预警体系可大大提高滑坡预警的准确性，其已被多次成功预警案例所证实。对于降雨型滑坡，相比于传统主要基于雨量的预警方法，采用将变形和地下水位(降雨)有机结合的综合预警应该可大大提高预警的精度和准确性。

(4)基于变形的预警思路并不适用于突发性很强的滑坡，应以地下水位、雨量等指标进行预警，同时要研究滑坡的形成条件和成因机制，从源头上消除诱发滑坡的外在因素，才能有效防范突发性滑坡灾害。