文上海交通大學(xué)附屬中學(xué)國際高一（3）班謝述羽

簡易山體滑坡監(jiān)測預(yù)警裝置

文上海交通大學(xué)附屬中學(xué)國際高一（3）班謝述羽

山體滑坡是山坡上的巖土受重力作用，沿著山坡產(chǎn)生剪切位移整體向下移動的現(xiàn)象，是一種常見的地質(zhì)災(zāi)害。作為自然災(zāi)害，山體滑坡雖難以避免，但通過監(jiān)測預(yù)報可減少其帶來的損失。

山體滑坡的形成與氣象、水文、地質(zhì)構(gòu)造等許多因素有關(guān)。目前，全國近90%的滑坡災(zāi)害是由降雨誘發(fā)的，一次降雨可引發(fā)數(shù)百甚至上千處滑坡，尤其是強(qiáng)降雨及連續(xù)性降雨。通過在滑坡體的適當(dāng)位置監(jiān)測災(zāi)害地的降雨量、滑坡體的表面裂縫、深層位移、傾斜變形以及地下水位，可有效預(yù)報山體滑坡。

現(xiàn)有的山體滑坡監(jiān)測、預(yù)測方案多基于有線/無線傳感網(wǎng)（物聯(lián)網(wǎng)）/GPS/BeiDo等，用專門的監(jiān)測儀器對滑坡體的表面裂縫、深層位移、傾斜變形、地下水位以及災(zāi)害地降雨量進(jìn)行監(jiān)測，成本高，需專業(yè)人員操作。且由于GPS/BeiDou衛(wèi)星信號在復(fù)雜地形區(qū)域易被阻擋，無線通信多路徑效應(yīng)較嚴(yán)重，費(fèi)用高，布線條件差，所以要想在我國廣大的山區(qū)全部安裝專業(yè)的山體滑坡監(jiān)測設(shè)備幾乎不可能。

基于此，本人設(shè)計了一種簡易山體滑坡監(jiān)測預(yù)警裝置，其結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，如后續(xù)制作調(diào)試成功，將具有較好的社會效益和實用價值。

一、總體結(jié)構(gòu)

山體滑坡災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警裝置總體框圖如圖1所示。

圖1左側(cè)表示現(xiàn)場的n個監(jiān)測點(diǎn)、雨量監(jiān)測模塊和地表滑動監(jiān)測模塊監(jiān)測到的山體滑坡事件。若任意監(jiān)測模塊有預(yù)警事件發(fā)生，則啟動報警模塊，保證只要有一個監(jiān)測模塊檢測到山體滑坡的可能性，均可以發(fā)出報警信號。

報警模塊如圖2所示。監(jiān)測模塊中的1、3、5號端口與報警電路的7號端口相連，2、4、6號端口與報警電路8號端口相連。

正常情況下（沒有發(fā)生滑坡事件），電源2所在的電路未接通（端口7與8間斷開），電磁繼電器的觸頭連接電源1所在電路，發(fā)光二極管（正常工作指示燈）保持常亮。發(fā)生山體滑坡時，端口7與8間直連，電磁繼電器吸下電觸頭，預(yù)警燈和預(yù)警鈴工作，發(fā)出報警信號。

圖1 監(jiān)測報警系統(tǒng)邏輯框圖

圖2 報警模塊

二、雨量監(jiān)測

雨量測量模塊如圖3所示，它是由一個特制的雨量測量桶、固定端子和沿固定槽可上、下浮動的移動端子組成。

當(dāng)雨量達(dá)到一定值時會有山體滑坡的危險，移動端子（被綁定在一個浮標(biāo)上）在雨量筒中水的浮力下沿著槽上浮，與固定端子閉合。對應(yīng)于圖3（b）的雨量開關(guān)閉合，發(fā)出報警信號。

圖3

三、監(jiān)測點(diǎn)（地下水和傾斜監(jiān)測）

地下水和傾斜監(jiān)測模塊如圖4，它由固定端子和移動端子組成的末端帶有導(dǎo)體的絕緣棒和帶蓋子的空心探頭組成。

圖4 地下水和傾斜監(jiān)測模塊

由于地下水的含量過高有可能導(dǎo)致山體滑坡，其水位到達(dá)警戒值時，移動端子上移，與固定端子閉合，對應(yīng)于圖4（d）的水位開關(guān)閉合。

地下土壤滑坡導(dǎo)致的山體滑坡會使監(jiān)測管傾斜，吊著的絕緣棒末端的導(dǎo)體端子僅在地底滑坡發(fā)生時與空心探頭底部內(nèi)壁上的導(dǎo)體面碰觸，相當(dāng)于圖4（d）的傾斜開關(guān)閉合。當(dāng)有n個檢測節(jié)點(diǎn)時，其邏輯連接圖如圖4（e）所示，即所有探頭的水位開關(guān)和傾斜開關(guān)并行連接。

四、地表滑坡

地表滑坡監(jiān)測模塊如圖5，是一個用帶常閉拉開開關(guān)和帶導(dǎo)線的橡皮筋將n個監(jiān)測點(diǎn)（圖中實例標(biāo)出4個）兩兩相連構(gòu)成的，相當(dāng)于圖5（d）所示的常閉拉開開關(guān)組。

地表滑坡是山體滑坡的征兆之一。非山體滑坡時，常閉拉開開關(guān)全部閉合，在線圈的磁力作用下，常閉磁簧開關(guān)斷開。山體滑坡時，只要任意兩個監(jiān)測點(diǎn)之間的距離發(fā)生變化，對應(yīng)橡皮筋上的常閉開關(guān)就會被拉開，使常閉磁簧開關(guān)因線圈失去磁力而閉合，通過端子5、6發(fā)出警報信號。

通過設(shè)計相應(yīng)的簡易裝置對降雨量、地表裂縫、深層位移、傾斜變形和地下水位等進(jìn)行監(jiān)測。若任意監(jiān)測模塊有預(yù)警事件發(fā)生，則啟動報警模塊，保證只要有一個監(jiān)測模塊檢測到山體滑坡的可能性，均可以發(fā)出報警信號。

該監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，還可任意增加監(jiān)測節(jié)點(diǎn)，擴(kuò)大監(jiān)測范圍，實用性強(qiáng)。

圖5 地表滑坡監(jiān)測模塊