黃佳茂

（永州市自然資源事務(wù)中心，湖南 永州 425000）

1 地質(zhì)災(zāi)害及其造成的主要危害

地質(zhì)災(zāi)害，通常指由于地質(zhì)作用引起的人民生命財(cái)產(chǎn)損失的災(zāi)害。這是指由自然或人為影響（通常是由于兩者的協(xié)同作用）引起的地表巖石和土壤的運(yùn)動(dòng)。地質(zhì)災(zāi)害具有自然演化和人為災(zāi)害的雙重性質(zhì)，不僅是自然災(zāi)害的組成部分，也屬于人為災(zāi)害的范疇。由降雨、融雪、地震等引起的自然災(zāi)害稱為自然地質(zhì)災(zāi)害，由工程開挖、堆載、爆破、腐蝕等引起的自然災(zāi)害稱為人為地質(zhì)災(zāi)害。地質(zhì)災(zāi)害通常分為以下六種類型：滑坡、崩塌、泥石流、地面沉降、地面塌陷、地裂縫。我國經(jīng)濟(jì)水平快速提高，工業(yè)、交通、建筑等相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，但也嚴(yán)重危害自然環(huán)境，特別是工業(yè)生產(chǎn)過程。隨著國家地質(zhì)災(zāi)害日趨嚴(yán)重，人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全受到嚴(yán)重威脅。

2 傳統(tǒng)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)手段的不足

傳統(tǒng)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)野外布置的系統(tǒng)通常無法實(shí)時(shí)智能地收集數(shù)據(jù)（通常間隔2h～4h），并且經(jīng)常監(jiān)測(cè)地質(zhì)不穩(wěn)定的物體。收集到的數(shù)據(jù)往往受各方面條件限制，無法及時(shí)發(fā)送給地質(zhì)學(xué)家。在大多數(shù)情況下，專業(yè)人員需要在現(xiàn)場(chǎng)收集數(shù)據(jù)。加之動(dòng)物、風(fēng)等非地質(zhì)體位移因素的影響，原有的繩索式位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無法有效消除干擾，經(jīng)常導(dǎo)致地質(zhì)學(xué)家誤判。

3 遙感技術(shù)的應(yīng)用

3.1 在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警中遙感技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

人類自然環(huán)境的因素很多，突發(fā)性因素是自然災(zāi)害的一大特征，往往導(dǎo)致難以準(zhǔn)確有效地監(jiān)測(cè)自然災(zāi)害的發(fā)生。但遙感技術(shù)的應(yīng)用在解決這一問題上顯示出很大的優(yōu)勢(shì)，影響因素相對(duì)較小。利用遙感技術(shù)，可以準(zhǔn)確判斷災(zāi)害，在地圖上顯示情況并根據(jù)圖像內(nèi)容對(duì)自然災(zāi)害進(jìn)行分類和改進(jìn)。救援人員也可以應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)制定完整的救援計(jì)劃并及時(shí)管理災(zāi)難的影響。地質(zhì)災(zāi)害的威脅在自然災(zāi)害中相對(duì)較大且廣泛，因此遙感技術(shù)目前被廣泛用于地質(zhì)監(jiān)測(cè)、地質(zhì)斷層活動(dòng)、地震環(huán)境和地表地震狀態(tài)分析，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)條件研究，提高研究成果。此外，遙感已經(jīng)完成了地震的預(yù)防性檢查和監(jiān)測(cè)，并配備了多種地質(zhì)預(yù)測(cè)手段，在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。

3.2 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)安裝準(zhǔn)備

先是獲取地質(zhì)災(zāi)害可能發(fā)生地區(qū)的地形和實(shí)體數(shù)據(jù)，走訪調(diào)查各類地質(zhì)災(zāi)害威脅區(qū)及其周邊地形，以應(yīng)對(duì)災(zāi)害管理需求。檢查并了解交通環(huán)境，找到安全可靠的疏散路線，為防災(zāi)減災(zāi)工作的開展提供了寶貴的基礎(chǔ)。 然后在安裝特殊設(shè)備和放置簡(jiǎn)單設(shè)備點(diǎn)之前進(jìn)行全面的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，以了解現(xiàn)場(chǎng)裂縫的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和簡(jiǎn)單設(shè)備的特點(diǎn)，找到安全和簡(jiǎn)單設(shè)備的關(guān)鍵點(diǎn)。最后，在底圖上繪制并做出最終決定，此外，對(duì)于配備有專用設(shè)備的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)，還需要根據(jù)周圍環(huán)境、水文條件、穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)、設(shè)備安裝要求等進(jìn)行詳細(xì)的實(shí)地勘察。

3.3 遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

3.3.1 突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查和監(jiān)測(cè)領(lǐng)域

地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生一般與自然環(huán)境中形成的地質(zhì)構(gòu)造、地表植被的范圍、地形地貌、降雨強(qiáng)度等直接相關(guān)?？偟膩碚f，地質(zhì)構(gòu)造是地質(zhì)災(zāi)害的主要成因，遙感技術(shù)具有宏觀監(jiān)測(cè)能力強(qiáng)、時(shí)效性快、應(yīng)用過程信息量大等特點(diǎn)，可以通過分析各種地質(zhì)地形來明確災(zāi)害預(yù)警，實(shí)現(xiàn)對(duì)可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)和災(zāi)害監(jiān)測(cè)。因此，利用遙感技術(shù)作為地質(zhì)災(zāi)害防治的主要手段，可以快速、恰當(dāng)?shù)乇O(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，為自然資源規(guī)劃和災(zāi)害防治管理提供詳細(xì)的國家信息。

3.3.2 對(duì)地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)進(jìn)行調(diào)查并進(jìn)行區(qū)劃

地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生主要是自然和人為因素共同作用的結(jié)果。我國部分地區(qū)發(fā)生嚴(yán)重地質(zhì)災(zāi)害。由于災(zāi)害的不可控性，在可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的地區(qū)，當(dāng)?shù)厝嗣竦纳a(chǎn)生活受到地質(zhì)災(zāi)害的嚴(yán)重威脅，因此通過對(duì)可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的地區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以減少人員傷亡。利用遙感技術(shù)，可以從遙感云圖像的顏色、形狀、紋理等方面掌握災(zāi)害易發(fā)區(qū)的全貌，識(shí)別每個(gè)地區(qū)可能發(fā)生的地質(zhì)和災(zāi)害，可以跟蹤地質(zhì)災(zāi)害的形式。當(dāng)前災(zāi)害孵化的性質(zhì)、規(guī)模和特征表明了可能發(fā)生災(zāi)害的地區(qū)。通過科學(xué)劃分可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域，了解各區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害類型及其對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的敏感性，可以有效提高地質(zhì)災(zāi)害防治水平。

3.3.3 在突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

2000年4月9日，西藏自治區(qū)林芝地區(qū)發(fā)生特大型山體滑坡，滑坡堆積體截?cái)嗔艘棕暡夭?，使原先網(wǎng)狀的易貢湖面積迅速擴(kuò)大。王治華等利用多時(shí)相、多平臺(tái)的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和數(shù)字高程模型，對(duì)易貢湖的變化情況進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，快速獲取了各時(shí)相的湖水面積、水位和水量，并對(duì)洪水的潰絕時(shí)間進(jìn)行了預(yù)測(cè)。研究結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果基本一致，顯示了利用遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害定量監(jiān)測(cè)的可行性。

4 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警體系建設(shè)

2017年8月8日，九寨溝州發(fā)生7.0級(jí)地震，九寨溝景區(qū)發(fā)生多起地質(zhì)災(zāi)害，主要威脅美麗的村莊、觀景臺(tái)、風(fēng)景優(yōu)美的道路、和公共汽車等。九寨溝景區(qū)根據(jù)當(dāng)?shù)厮l(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害建立了專門的監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，使得各種地質(zhì)災(zāi)害都能在第一時(shí)間被發(fā)現(xiàn)，也為有關(guān)部門有效制定相應(yīng)預(yù)防措施提供了基礎(chǔ)。

4.1 監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)選取原則

4.1.1 突出重點(diǎn)

在發(fā)生滑坡、崩塌多重威脅等嚴(yán)重地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，監(jiān)管部門通常會(huì)優(yōu)先排除隱患。隨著時(shí)間的推移，監(jiān)測(cè)的出口數(shù)量應(yīng)根據(jù)受影響地區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

4.1.2 科學(xué)經(jīng)濟(jì)

監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置要根據(jù)隱患類型和發(fā)展分布特點(diǎn)，統(tǒng)籌部署監(jiān)測(cè)工作。對(duì)于自動(dòng)化雨量站，在滿足監(jiān)測(cè)精度和要求的前提下，相鄰地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)共建共享，避免重復(fù)建設(shè)。

4.1.3 統(tǒng)籌兼顧

監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)宜根據(jù)隱患類型及發(fā)育分布特征,并結(jié)合監(jiān)測(cè)工作需要統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)籌部署。針對(duì)自動(dòng)雨量站，在滿足監(jiān)測(cè)精度和要求的前提下，相鄰地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)應(yīng)共建共享，避免重復(fù)建設(shè)。

4.2 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

4.2.1 滑坡監(jiān)測(cè)內(nèi)容

①降雨監(jiān)測(cè)。降水是滑坡和不穩(wěn)定邊坡形成和變形的主要環(huán)境因素，利用氣象降雨站實(shí)時(shí)采集和傳輸降水等數(shù)據(jù)，解決滑坡形成和變形的關(guān)系。隱患多，要按照統(tǒng)籌原則，共享相鄰隱患的氣象、降雨監(jiān)測(cè)。測(cè)量點(diǎn)之間其他隱患的降雨值可以通過插值獲得。②裂紋變形監(jiān)測(cè)。Rhagades早期預(yù)警擴(kuò)展器用于表征由傳感器的電氣特性或頻率變化引起的裂紋、光滑表面和弱區(qū)變形。具有精度高、自動(dòng)化程度高、現(xiàn)場(chǎng)預(yù)警快等特點(diǎn)。如果需要，裂紋警告引伸計(jì)可以與集成的GNSS監(jiān)測(cè)站或裂紋數(shù)據(jù)返回終端通信，以提供數(shù)據(jù)傳輸功能。③GNSS地面位移監(jiān)測(cè)。包括絕對(duì)和相對(duì)位移監(jiān)測(cè)，以監(jiān)測(cè)滑坡位移、位移方向、位移速率、裂縫變形。與傳統(tǒng)的大地測(cè)量不同，只需要使用一個(gè)集成的GNSS監(jiān)測(cè)站，它可以監(jiān)測(cè)滑坡的3D位移和速度，而不受能見度或天氣條件的影響。精度要求達(dá)到毫米級(jí)。同時(shí)，該裝置具有自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)檢查和故障報(bào)警功能。通過測(cè)量數(shù)據(jù)和自檢數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

4.2.2 崩塌監(jiān)測(cè)內(nèi)容

①降雨監(jiān)測(cè)。降水是崩塌形成和變形的主要環(huán)境因素，降雨監(jiān)測(cè)站實(shí)時(shí)采集和傳輸降水等數(shù)據(jù)，分析崩塌形成與變形的關(guān)系。由于隱患較多，相鄰隱患的降雨監(jiān)測(cè)按統(tǒng)籌原則共享。測(cè)量點(diǎn)之間其他隱患的降雨值可以通過插值獲得。②裂紋變形監(jiān)測(cè)。裂紋預(yù)警引伸計(jì)用于通過傳感器的電特性或頻率變化來表征裂紋變形。具有精度高、自動(dòng)化程度高、現(xiàn)場(chǎng)預(yù)警快等特點(diǎn)。如果需要，裂紋警告引伸計(jì)可以與集成的GNSS監(jiān)測(cè)站或裂紋數(shù)據(jù)返回終端通信，以提供數(shù)據(jù)傳輸功能。③GNSS地面位移監(jiān)測(cè)。包括絕對(duì)和相對(duì)位移監(jiān)測(cè)，以監(jiān)測(cè)坍塌位移、位移方向、位移速度和裂縫變形。與傳統(tǒng)的大地測(cè)量不同，只需要使用集成的GNSS監(jiān)測(cè)站，無論能見度或天氣條件如何，都可以監(jiān)測(cè)3D位移和坍落度，精度要求達(dá)到毫米級(jí)。該裝置為自走式，具有巡檢和故障報(bào)警功能。通過測(cè)量數(shù)據(jù)和自檢數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

4.2.3 泥石流監(jiān)測(cè)內(nèi)容

①降雨監(jiān)測(cè)。泥石流形成和變形的主要環(huán)境因素是降水，利用氣象降雨站實(shí)時(shí)采集和傳輸降水等數(shù)據(jù)，分析泥石流形成和變形的關(guān)系。由于隱患多，相鄰隱患的天氣、降雨監(jiān)測(cè)按統(tǒng)籌原則共享。測(cè)量點(diǎn)之間其他隱患的降雨值可以通過插值獲得。②泥漿液位監(jiān)測(cè)。如果溝床斷面比較穩(wěn)定，可以根據(jù)實(shí)測(cè)泥石流計(jì)算實(shí)測(cè)泥石流，泥漿深度直接反映了泥石流的大小，確定其破壞的可能性、危險(xiǎn)等級(jí)。③視頻監(jiān)控。視頻監(jiān)控主要記錄滑坡和地質(zhì)災(zāi)害變化過程的圖像和照片。計(jì)劃選擇一個(gè)具有自動(dòng)拍攝、保存和回放功能的集成視頻監(jiān)控站，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可以通過光纖網(wǎng)絡(luò)和其他通信方式發(fā)送到監(jiān)控和預(yù)警平臺(tái)。

4.3 技術(shù)路線

區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警理論是國家和地方地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警信息、專業(yè)地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、雷達(dá)逆向降水監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)等技術(shù)的完美結(jié)合。九寨溝歷史災(zāi)害數(shù)據(jù)、地質(zhì)環(huán)境基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、歷史降水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等相關(guān)數(shù)據(jù)逐步構(gòu)建完整的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警模型和高精度監(jiān)測(cè)，形成預(yù)警體系。

4.4 體系架構(gòu)

九寨溝景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害專業(yè)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)整體架構(gòu)以標(biāo)準(zhǔn)和安全體系為基礎(chǔ)。從上到下依次為基礎(chǔ)支撐層、數(shù)據(jù)資源層、模型層、系統(tǒng)應(yīng)用層、用戶層。具體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 九寨溝地質(zhì)災(zāi)害專業(yè)監(jiān)測(cè)預(yù)警體系架構(gòu)示意圖

5 結(jié)語

地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警是一個(gè)長(zhǎng)期課題，在常規(guī)監(jiān)測(cè)手段的基礎(chǔ)上，利用最新信息技術(shù)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警是地質(zhì)災(zāi)害防治的未來。構(gòu)建最新的監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)需要根據(jù)災(zāi)害狀況的變化和災(zāi)害的突發(fā)性及特點(diǎn)，不斷更新和完善實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)，以達(dá)到更有效地監(jiān)測(cè)預(yù)警地質(zhì)災(zāi)害的目的。