張新宇，高帥

（陜西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，西安 710054）

隨著經(jīng)濟建設(shè)的蓬勃發(fā)展，交通、城建及資源開發(fā)利用等工程項目的大量實施對自然環(huán)境產(chǎn)生了嚴重的影響，使地質(zhì)災害造成的傷亡數(shù)量呈增加趨勢，同時經(jīng)濟損失巨大。據(jù)統(tǒng)計，僅2010年，全國共發(fā)生地質(zhì)災害30 670起，造成2246人死亡、669人失蹤、534人受傷，直接經(jīng)濟損失63.9億元［1]。其中滑坡22 329起，占全部地質(zhì)災害數(shù)量的72.8%。由此可見，滑坡具有不可忽視的嚴重危害。

從滑坡的誘發(fā)因素、形成機理、發(fā)生規(guī)模和頻率、時間和地點及成災后危害等方面來看，滑坡雖然具有不確定性，但多年實踐經(jīng)驗表明，通過監(jiān)測可以掌握其活動情況、破壞機理及影響范圍，預測可能發(fā)生的破壞，從而為防災減災提供依據(jù)，實現(xiàn)滑坡預警預報［2]。

至2014年10月，陜西省目前在冊地質(zhì)災害隱患一萬余處，滑坡占七成以上。絕大多數(shù)滑坡監(jiān)測是依靠群眾采用目測、埋樁法、噴漆法等傳統(tǒng)觀測方法監(jiān)控災害體的變形跡象，當出現(xiàn)險情時，立即組織受威脅的人撤離至安全區(qū)域。這種監(jiān)測方法監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量差，報送不及時。

地質(zhì)災害主管部門及相關(guān)科研院所針對地質(zhì)災害特別是滑坡研發(fā)了深部測斜儀、GPS監(jiān)測系統(tǒng)、insar監(jiān)測系統(tǒng)等大量監(jiān)測預警設(shè)備和方法，避免人員傷亡和經(jīng)濟損失，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益［3]。但實際投入后發(fā)現(xiàn)，使用的設(shè)備昂貴、對操作人員技能要求高、運行維護困難等弊端，一定程度上限制了此類設(shè)備在基層地質(zhì)災害防治工作的推廣。

鑒于此，亟需一套便于基層，特別是山區(qū)滑坡隱患點使用，具有廉價、易操作維護、傳送及時等特點的監(jiān)測設(shè)備。

專業(yè)技術(shù)人員依托已較為成熟的激光測距、GPRS數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)，設(shè)計了鎮(zhèn)安縣群測群防監(jiān)測系統(tǒng)，具有高精度、低成本、實時化等優(yōu)點。

目前，關(guān)于此類技術(shù)在國內(nèi)地質(zhì)災害防治領(lǐng)域內(nèi)的文獻報導還不多，在滑坡群測群防監(jiān)測中的應用尚處于探索階段。

1 監(jiān)測系統(tǒng)工作原理和構(gòu)成

監(jiān)測系統(tǒng)主要是由數(shù)據(jù)采集模塊、傳輸模塊、管理模塊組成。

1.1 采集模塊

采集模塊由監(jiān)測樁和靶標樁組成。為準確反映滑坡的變化情況，需要確保系統(tǒng)跨越滑坡邊界，在跨越邊界兩端布設(shè)一組激光測距監(jiān)測裝置。通過固定在監(jiān)測樁上的激光測距儀測量滑坡坡體與滑坡體外靶標樁之間的距離變化，得出滑坡的滑動位移數(shù)據(jù)，從而判斷滑坡的變化程度和發(fā)展趨勢。

1.2 傳輸模塊

傳輸模塊基于開發(fā)的手機APP軟件，監(jiān)測員使用手機客戶端通過GPRS網(wǎng)絡(luò)與至縣級地質(zhì)災害服務器通信，實現(xiàn)實時報送。為確保監(jiān)測員應盡的責任義務，利用手機自帶AGPS功能進行定位，數(shù)據(jù)發(fā)送地點必須位于滑坡坐標范圍1 k m內(nèi)，否則手機將自動報警提醒，見圖1。

圖1 手機APP客戶端

1.3 管理模塊

管理模塊由縣級地質(zhì)災害服務器和開發(fā)的管理軟件組成，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送、接收、分析、報警和管理等多項功能。

2 監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)

為驗證該套系統(tǒng)的有效性，技術(shù)人員在鎮(zhèn)安縣開展群測群防實驗區(qū)建設(shè)。實驗區(qū)內(nèi)采用鎮(zhèn)安縣群測群防監(jiān)測系統(tǒng)為主，規(guī)范群測群防監(jiān)測工作的操作方法，架設(shè)縣級地質(zhì)災害服務器，并要求群測群防員的手機安裝群測群防手機客戶端。

2.1 采集模塊建設(shè)

采集模塊的樁體均采用農(nóng)村極易見到的建筑用PVC管道，內(nèi)部加有螺紋鋼筋以提高強度，放置在40 cm×40 cm×40 cm的基坑內(nèi)，灌注混凝土固定。將建筑用激光測距儀通過萬向節(jié)固定在滑坡上的樁體，設(shè)為監(jiān)測樁。在滑坡區(qū)域外設(shè)置噴有靶標的反射板的靶標樁（圖2）。通過不斷測量監(jiān)測樁和靶標樁之間的絕對距離，獲取滑坡的地表位移變化量，從而反饋坡體的滑動情況。所選取的激光測距儀精確度可達到0.02 mm，足以滿足群測群防監(jiān)測的需求。

圖2 數(shù)據(jù)采集模塊結(jié)構(gòu)圖

2.2 傳輸模塊建設(shè)

開通監(jiān)測員的手機GPRS功能，并安裝專用信息客戶端，并調(diào)試其與服務器的通訊，保證信息可以及時有效傳送至服務器。

2.3 管理模塊建設(shè)

架設(shè)縣級地質(zhì)災害服務器，錄入各監(jiān)測點的原始屬性和監(jiān)測員信息。

2.4 對照系統(tǒng)建設(shè)

為獲得更多對照數(shù)據(jù)，每個點位同時采用埋樁法、裂縫伸縮儀、裂縫報警器、雨量計和宏觀巡查的常規(guī)監(jiān)測方法。監(jiān)測系統(tǒng)為主，傳統(tǒng)方法為輔，新舊結(jié)合，便于對照參考。

2.5 監(jiān)測系統(tǒng)運行流程

監(jiān)測員定期使用采集模塊開展監(jiān)測工作，并將采集到監(jiān)測數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)將所在上所屬的監(jiān)測點監(jiān)測數(shù)據(jù)（位移、雨量等）直接上報至地質(zhì)災害服務器，服務器將自動啟動統(tǒng)計分析功能，當變化量大于基于經(jīng)驗值所設(shè)置的閾值時，將啟動自動報警，以盡快撤離受威脅人員。同時短信通知專業(yè)技術(shù)人員趕赴現(xiàn)場，開展地質(zhì)災害應急排險。專業(yè)技術(shù)人員也可通過服務器發(fā)送信息至監(jiān)測員的手機客戶端，與監(jiān)測員互動，實現(xiàn)信息雙向互通。同時服務器可呈現(xiàn)實驗區(qū)內(nèi)所有監(jiān)測點的屬性和變化情況，便于地質(zhì)災害主管部門開展管理。

3 監(jiān)測實例

以實驗區(qū)內(nèi)的鎮(zhèn)安縣二中滑坡監(jiān)測點所發(fā)回的數(shù)據(jù)分析為例。

3.1 監(jiān)測點建設(shè)概況

鎮(zhèn)安縣二中滑坡監(jiān)測系統(tǒng)于2012年9月7日安裝完成，共安裝6處監(jiān)測點，分別為3組監(jiān)測樁、2處傳統(tǒng)埋樁法觀測點和1處簡易雨量觀測點。點位布置（圖3）。圖中JG為激光測距監(jiān)測點，DL為傳統(tǒng)埋樁法監(jiān)測點，YL為雨量計監(jiān)測點。

該處地質(zhì)災害隱患點所設(shè)置的監(jiān)測點位中，JG01點位在2013年5月因修建設(shè)施遭到破壞，其他監(jiān)測點均運行正常。汛期（5月～10月）平均每月觀測4次，其他月份平均每月觀測1次，可滿足監(jiān)測頻次要求。

圖3 監(jiān)測儀器布置圖

3.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

圖4為各監(jiān)測點累計位移與時間的過程曲線。

圖4 各監(jiān)測點累計位移與時間過程曲線圖

2013年6月～7月期間，滑坡體前緣激光測距儀JG02測值發(fā)生了突變，位移量達25.816 mm，超過系統(tǒng)所設(shè)置的20 mm閾值。接到數(shù)據(jù)后，服務器自動觸發(fā)報警，技術(shù)人員立即趕赴現(xiàn)場，發(fā)布撤離警告，同時密切關(guān)注其他監(jiān)測點。發(fā)現(xiàn)各監(jiān)測點測值也發(fā)生了不同程度的位移突變，但突變量大小不一。結(jié)合監(jiān)測點上所設(shè)置的簡易雨量計數(shù)據(jù)分析，原因為這期間降雨量較大，其中2013年5月31日當日降雨量達200 mm，分析其原因為雨水一方面潤滑滑動面，另一方面靜水壓力作為滑動推力，加速滑坡的變形［5]。此后JG02號測點在2013年7月位移量發(fā)生了縮小往復，這可能與秦巴山區(qū)膨脹土特性有關(guān)。JG04號監(jiān)測點位于滑坡后緣，該測點的位移量較小，累計位移量為9.574 mm，分析認為該滑坡為牽引式，后緣變化量不明顯，因此變化量較其他部位較小［5]。DL03和DL05的變形量也較大，同時期裂縫拉裂寬度同步加大，與激光測距監(jiān)測系統(tǒng)變化一致。但其他月份均出現(xiàn)不同程度的往復，可能是監(jiān)測時的人為誤差造成，導致曲線出現(xiàn)波動。

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，鎮(zhèn)安縣二中滑坡位移量與降雨量有密切的關(guān)系，該滑坡在強降雨期最大位移量可以達到3 mm／d左右，參考以往同類型滑坡的經(jīng)驗數(shù)值，符合本地區(qū)滑坡變化的誘因和規(guī)律。各監(jiān)測點在2013年6月～10月波動大，其時間段符合汛期強降雨造成的雨水入滲誘發(fā)地質(zhì)災害蠕動的規(guī)律。

4 效果評測

基于對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，技術(shù)人員對監(jiān)測員走訪并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比分析，相比傳統(tǒng)監(jiān)測方法，鎮(zhèn)安縣群測群防系統(tǒng)具有諸多優(yōu)勢。

（1）對監(jiān)測員的技能要求低，無需專業(yè)培訓即可較為熟練的利用所配置的監(jiān)測儀器進行測量和數(shù)據(jù)傳輸工作，適應基層群測群防員的選擇范圍。

（2）監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備獲取便利，維護方便，且成本較低。除手機APP軟件和后臺管理軟件為專業(yè)開發(fā)外，其他所需設(shè)備均可以在絕大多數(shù)的市場采購。數(shù)據(jù)采集端中價格最高的激光測距儀價格僅為數(shù)百元，其余所使用的PVC管道、混凝土等建材在山區(qū)很常見，使得后期的運行維護工作方便快捷。

（3）數(shù)據(jù)傳輸迅速快捷，可在第一時間避讓撤離。利用GPRS網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時傳輸，服務器自動分析判別，并發(fā)出警報，解決了農(nóng)村特別是山區(qū)監(jiān)測點，傳統(tǒng)方法的監(jiān)測資料匯交難，預警慢的問題。

（4）數(shù)據(jù)質(zhì)量好，精度高。傳統(tǒng)埋樁法監(jiān)測點因監(jiān)測工具限制和監(jiān)測員個人原因，會導致某個時間段的監(jiān)測數(shù)值波動，且精度較低，僅為mm甚至cm級，容易導致誤判。而該監(jiān)測系統(tǒng)采集端所使用的激光測距儀誤差為0.02 mm，極大的提高了數(shù)據(jù)精度，并避免了監(jiān)測員的人為誤差。

經(jīng)地方基層地質(zhì)災害管理部門使用一年后的反饋，鎮(zhèn)安縣群測群防監(jiān)測系統(tǒng)曾成功預報數(shù)起災情和險情，基于該監(jiān)測系統(tǒng)的低成本、高精度、易維護的特點，地質(zhì)災害管理部門愿意并有能力承擔監(jiān)測系統(tǒng)的運行和維護。

5 結(jié)語

本次監(jiān)測方法的示范研究，在短時間內(nèi)取得相當?shù)某尚В瑸榈刭|(zhì)災害群測群防工作提供了新方法。激光測距監(jiān)測系統(tǒng)的應用，很大程度上契合基層地質(zhì)災害防治工作投入小、收效快、效果好的需求，具有一定的推廣意義。

［1]國土資源部.2010年全國地質(zhì)災害通報［EB OL].http：／／www.mlr.gov.cn／zwgk／zqyj／201101／P020110120670131247443.pdf.2011.

［2]葉楓.淺談滑坡預報方法［J].山西建筑，2011，（18）：47－51.

［3]董穎，朱曉冬，李媛，等.我國地質(zhì)災害監(jiān)測技術(shù)方法［J]中國地質(zhì)災害與防治學報2006，（2）：175－179.

［4]吳火珍，馮美果，焦玉勇，等.降雨條件下堆積層滑坡體滑動機制分析［J].巖土力學，2010，（8）：324－329.

［5]袁從華，童志怡，盧海峰.牽引式滑坡特征及主被動加固比較分析 ［J].巖土力學，2008，（10）：2854－2858.