水土保持监测与滑坡和泥石流监测研究

曾蛟

（浙江中水工程技术有限公司舟山高新技术产业园区分公司，浙江舟山 316000）

1 引言

水土保持监测是指对水土流失的发生、发展、危害及水土保持效益进行长期的调查、观测和分析的工作。通过水土保持监测可以掌握水土流失呈现的动态模式，科学选择水土治理方式，从而提高水土保持率。滑坡与泥石流监测则主要针对区域内的地质环境进行长期调查，从而找出引发滑坡与泥石流的原因，为接下来的地质灾害预防工作提供科学参考。

2 水土保持、滑坡和泥石流监测的内容

按照SL 277—2002《水土保持监测技术规程》，水土保持监测工作的内容主要包含工程施工进度、土体扰动面积、水土流失隐患、水土流失造成的灾害、水土保持工程建设等内容。其中，需要重点监测的工作包含水土保持方案制订与落实、取土与废土场使用情况、施工期间被扰动的土地和植被占压等。

SL 277—2002《水土保持监测技术规程》中没有对滑坡与泥石流监测工作提出详细的要求，需要依据相关部门的规定明确监测内容。对滑坡进行监测时，需要监测的工作内容包括：滑坡变形监测，如土体位移与倾斜监测、土体温度监测；滑坡相关因素监测，如地下水和地表水监测、气象条件监测、地震监测等；宏观前兆监测，如动物表现异常情况、地表水异常监测。对泥石流展开监测时，需要监测的工作内容主要为：对泥石流灾害的形成条件进行监测，如泥石流组成成分与降雨渗透量；泥石流运动特征监测，如泥石流产生的时间与地点、速度，以及泥石流淤积与堆积变化等[1]。

3 水土保持、滑坡、泥石流监测技术应用

3.1 无人机技术在水土保持监测中的应用

3.1.1 数据采集与处理

某典型工程为煤矿开采项目，地貌为平原微丘，土壤主要以棕壤土为主。在水土保持监测的数据采集过程中，采集了多张有效图像，剔除不合格图像后，将其导入Context Capture 软件，对现场展开空中三角测量，建立三维模型，导入DSM 或DOM 等数据。将栅格数据载入GISMAP 软件后整合分块数据。可以通过Arc GIS 软件提取监测对象的坡度、坡长等数据；通过DOM 数据提取土壤扰动范围或土地利用现状数据；通过三维模型提取体积数据[2]。

3.1.2 遥感数据应用

将遥感数据用于水土保持监测工作中，可对土体扰动面积进行监测，以DOM 监测成果为基础，经过目视采用GISMAP 软件勾画扰动地表图斑，监测扰动面积，得知实际扰动面积为37.61 hm2。通过无人机遥感技术获得的扰动面积是38.21 hm2，全站仪测量后的结果为27.61 hm2，可见，无人机监测误差较小。

对土石方进行监测，本案例地处平原微丘地貌，周围场地平坦，可采用微积分的方式计算土石方量。假设矿山生产中的矸石量是5.739×105m3，经过无人机监测后得出的计算结果为5.288×105m3，无人机遥感技术计算误差为5.8%，具体情况见表1。因此，当地表比较平缓时，无人机遥感技术的应用效果良好。

表1 无人机低空遥感监测结果和常规监测结果对比

由于无人机建模后监测到的数据分辨率很高，可以在模型输出软件中清晰地展示水土保持的有效措施，同时可直接测量挡土墙长度、绿化施工面积等数据，从而更好地对水土保持工程的进度与效果进行监测。此外，还可以建立水土保持监测系统，将Hadoop 与Storm 技术相融合，突出系统的水土流失监测评价与泥石流滑坡灾害预警功能，发挥大数据技术的应用效果。图1 为系统的大致架构情况。

图1 水土保持监测系统框架

3.2 滑坡位移监测

3.2.1 监测方案

对滑坡位移情况进行监测旨在以不同的监测手段采集滑坡变形动态化数据，掌握滑移面的位置与变化趋势，从而对滑坡稳定性进行评价，为接下来的滑坡治理提供参考依据。在监测过程中，可采用宏观地表检测方法进行地质调绘与地表标记后，监测滑坡地表的实际变化，了解是否存在雨水或地震等因素造成地表位移变化。还可以使用联合深部位移监测方法，在滑坡出现滑动之前，在滑坡内部埋置测斜仪，监测不同深度下滑坡的大致位移情况。

进行滑坡深部位移监测时，为了解边坡产生的位移问题以及地质情况，在边坡处设置6 个勘探孔和3 条断面线，充分利用既有钻孔，在2 个主滑面上设置5 个检测孔，具体布置情况如图2 所示。经过监测得到滑坡主滑方向，判断变形量和监测时间之间的关联。

图2 滑坡深部位移监测布孔图

3.2.2 滑坡滑移面确定

滑坡的监测工作十分复杂，需要经过漫长的观察，在设置多个位移孔后才能获取滑坡动态信息，了解不同位置的具体滑移量与滑移速率。在地表滑移分析中，通常使用全站仪进行数据测量，判断各个指定点的滑移情况，反映监测点的实际位移现状，绘制位移-时间曲线。图3 为根据某钻孔的监测数据绘制出的边坡位移-时间曲线[3]。

图3 边坡表面位移-时间曲线

经研究得知，滑坡体监测点在监测时长达25 d 时，累计位移值为37.3 cm，第11 d 因受到降雨的影响，导致滑动速率增加，采取紧急反压处置方式后，发现滑坡体监测点的变形程度有所减缓，滑坡速滑风险下降。之后，监测中又发现滑坡体依然出现了缓慢的变形情况，说明滑坡体仍存在蠕变问题，接下来有必要采取加固措施，确保周围道路通行安全。经过监测数据分析，可按照实际地质条件掌握滑坡预警参考值，判断当前滑坡是否应治理，以及需要采取什么治理措施。

3.3 泥石流监测预警技术

3.3.1 泥石流物源监测

泥石流灾害会严重威胁人们的人身安全，同时给社会安定埋下安全隐患，当固体物源与水文地质条件具备后，如果降水量较大，且山体结构失稳，周围有人工弃渣堆积，就会导致泥石流灾害。由于泥石流的成因复杂，灾害监测与治理时涉及的防御标准较多，全面治理需耗费较多成本，所以，泥石流监测预警已经成为目前最好的应对方式。

通过泥石流物源监测可知，固体物质是形成泥石流的物质基础。泥石流常见的物源主要为滑坡与崩塌的土地。监测时，要先了解周围的地质条件，分析物源的类别与性质，监测过程中还要查明该区域是否存在沟谷堵塞情况，计算沟谷坡度，分析岩层的风化断裂程度，判断这些因素是否会对地质产生不良影响。综合以上情况，判断形成泥石流物源的主要类型与储量、分布情况。伴随夏季降雨的发生，松散土体的含水量增加，土体间摩擦下降，孔隙压力提高，导致土体产生液化，以上均是泥石流的物源。由此可见，土体含水量的改变是对降雨变化的直观响应，加强对土体含水率和孔隙水压力的动态监测，可科学判断当前土体的稳定性。

3.3.2 气象水文条件监测

从某种条件来讲，泥石流灾害的产生离不开水源，这是引发泥石流的动力来源。而水源的类型主要分为大气降水、冰川融水、地表径流和地下水等部分。对于大气降水，应监测每个月的降雨量，确定降雨的强度和具体时间；对于冰雪融水，应统计融水量，特别是部分泥石流产生的地区会有水库与湖泊，此时还应对水库溃决与渗漏的情况做出评估分析。泥石流的产生一般与大气降水有关，应监测流域内雨量情况，在泥石流的暴雨区进行点雨量监测，即现场降雨监测分析。在泥石流的形成区域展开实时雨量监测分析，计算雨量的同时，参照短期内的突然降雨情况和中期持续降雨情况，确立泥石流激发雨量预测模型。系统可以自动识别降雨的开始与停止时间，设置10 min、1 h、24 h 的降雨预警雨量指标，并采用手机短信群发、微信提示等方式发布预警消息。

3.3.3 流动动态监测

在泥石流的监测工作中，流动动态是其中的基本特征值，泥（水）位与流速变化可以作为泥石流运动期间的可测值，必要时还需建立低频率监测系统。采集相关数据，在不同高度位置布置报警仪探头与流速计，传感器可以将变幅信号上传给报警仪，一旦达到预警阈值，系统就会发布泥石流预警信息。

3.3.4 泥石流流体特征监测

针对泥石流的流体特征监测，一般需要做好取样分析工作，监测点的设置应结合泥石流运动速度监测点，采用实验分析与数值模拟方法，计算泥石流净流量、输砂量，分析颗粒启动和水流条件之间的关系，为接下来泥石流灾害的有效防治提供科学参考依据。

4 结语

综上所述，通过对水土保持、滑坡与泥石流监测工作内容的研究，掌握了水土保持监测技术要点，建议发挥无人机低空遥感技术的应用作用，联合大数据技术建立监测系统，提高监测工作效率。针对滑坡与泥石流灾害，应科学确立滑坡位移监测方案，确定滑坡滑移面，加强泥石流流动动态和物源监测，掌握区域内气候条件，实现对地质灾害问题的科学防治。