江 寧，江 山，劉 佳

（廣東省珠海工程勘察院，廣東 珠海 519000）

近年來(lái)，隨著珠海市經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，人類工程活動(dòng)日趨強(qiáng)烈，崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害呈現(xiàn)加劇趨勢(shì)，嚴(yán)重危害人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。《國(guó)務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害防治工作的決定》[2011]20號(hào)中明確將“以人為本”的理念貫穿于地質(zhì)災(zāi)害防治工作各個(gè)環(huán)節(jié)，以保護(hù)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全為根本，以建立健全地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)體系、監(jiān)測(cè)預(yù)警體系、防治體系、應(yīng)急體系為核心，全面提高地質(zhì)災(zāi)害防治水平。

隨著近年來(lái)科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，尤其是現(xiàn)代遙感技術(shù)、無(wú)線通訊技術(shù)以及各種感知技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，地質(zhì)災(zāi)害隱患早期識(shí)別與監(jiān)測(cè)預(yù)警已成為主動(dòng)防控地質(zhì)災(zāi)害的重要手段（許強(qiáng)等，2019）。尤其在監(jiān)測(cè)預(yù)警工作方面，歷經(jīng)群測(cè)群防、專業(yè)監(jiān)測(cè)等發(fā)展階段，防災(zāi)減災(zāi)成效顯著。按照《中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警普適型儀器設(shè)備示范試用工作方案（2020 年3月）》的要求，在珠海市高新區(qū)2處地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)開展基于普適型儀器的專業(yè)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)工作。

1 建設(shè)選點(diǎn)

本次建設(shè)選點(diǎn)按照“危險(xiǎn)性、代表性、可行性”的三原則，根據(jù)珠海市地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)分布、規(guī)模、危險(xiǎn)性和危害程度、治理難易程度以及交通、通信等基礎(chǔ)條件，通過(guò)比選分析論證，選定在珠海高新區(qū)雞山村鳳陽(yáng)里2處崩塌災(zāi)害點(diǎn)建立基于普適型儀器的地質(zhì)災(zāi)害專業(yè)監(jiān)測(cè)站。

1.1 工作區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件

珠海市地處珠江三角洲，地貌類型以平原和低山丘陵為主，溝谷發(fā)育，匯水條件優(yōu)越，以西江、泥灣門、雞啼門、虎跳門水道為主流，支流密布，地形較破碎。又因珠海市常年遭受西太平洋和南海臺(tái)風(fēng)的影響，區(qū)內(nèi)巖土體風(fēng)化程度強(qiáng)烈，受雨水侵蝕嚴(yán)重，坡面巖土體結(jié)構(gòu)較疏松，靠近人類聚集區(qū)的斜坡，受人類工程活動(dòng)影響較大，坡度陡峭，陡崖式人工邊坡分布較為普遍，為崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的形成提供了條件。

1.2 監(jiān)測(cè)預(yù)警建設(shè)選點(diǎn)

高新區(qū)雞山村邊坡地處丘陵地區(qū)，因山腳開挖形成陡峭的人工邊坡，坡面巖土體裸露，降雨時(shí)邊坡坡面以地表徑流為主，坡面面流對(duì)邊坡有較大的沖刷作用，有可能發(fā)生土質(zhì)崩塌。如果變形得不到監(jiān)控，將會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果，影響邊坡下方人民生命財(cái)產(chǎn)安全。這兩處災(zāi)害點(diǎn)均符合“危險(xiǎn)性、代表性、可行性”的選點(diǎn)原則。

1.2.1 雞山村鳳陽(yáng)里78號(hào)對(duì)面邊坡

該邊坡位于鳳凰山山體北東側(cè)，地貌單元屬于構(gòu)造剝蝕低丘陵區(qū)，地層巖性上部以殘坡積土層和全風(fēng)化花崗巖為主，下部為晚侏羅世燕山三期花崗巖。該處因修建住宅開挖坡腳，形成了高約15m，坡腳線長(zhǎng)約35m，坡度30°～70°的人工土質(zhì)邊坡。

因坡度較陡，又經(jīng)歷雨水沖刷，坡面中上部曾發(fā)生了一次土質(zhì)崩塌。目前該邊坡崩塌后壁處坡度近乎垂直，整體坡度較陡，在持續(xù)降雨條件下，邊坡淺表層殘坡積土和全風(fēng)化花崗巖易發(fā)生土體飽和，可能會(huì)再次引發(fā)小型淺層崩塌，坡腳有多棟村民住宅樓，危險(xiǎn)性較大。

本次監(jiān)測(cè)主要針對(duì)崩塌區(qū)變形、地表位移、土壤含水率和降雨量展開，布設(shè)2臺(tái)多功能智能監(jiān)測(cè)儀（含蜂鳴報(bào)警功能）、1臺(tái)土壤含水率監(jiān)測(cè)儀（3個(gè)探頭，埋深分別為0.6m、0.9m 和1.5m）、1 套翻斗式雨量計(jì)和1 套高清視頻監(jiān)控儀（布設(shè)詳情見圖1）。這一方案的實(shí)施，將對(duì)崩塌監(jiān)測(cè)體的裂縫變形、地表位移、土壤含水率和降雨量情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而對(duì)崩塌的變形及相關(guān)因素進(jìn)行監(jiān)控。

1.2.2 雞山村鳳陽(yáng)里100號(hào)南側(cè)邊坡

該邊坡鄰近雞山村鳳陽(yáng)里78 號(hào)對(duì)面邊坡，位于鳳凰山山體北東側(cè)，地貌單元屬于構(gòu)造剝蝕低丘陵區(qū)，地層巖性上部以殘坡積土層為主，下部為晚侏羅世燕山三期花崗巖，植被稀少，基巖裸露，沖溝發(fā)育，部分地區(qū)水土流失嚴(yán)重。

因早年修建住宅開挖坡腳，形成了高約8m，坡度約60°～80°的人工土質(zhì)邊坡，坡體上部殘坡積土層和全風(fēng)化花崗巖在雨水沖刷作用下發(fā)生了局部崩塌（2018年發(fā)生）。該處崩塌點(diǎn)寬約18.5m，長(zhǎng)約4.6m，平均厚度約1.5m，總崩塌方量約130m3。該點(diǎn)在臺(tái)風(fēng)強(qiáng)降雨等影響下有再次發(fā)生崩塌的可能。由于坡腳分布有多棟村民住宅樓，一旦發(fā)生崩塌將嚴(yán)重威脅到坡腳居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

針對(duì)該邊坡坡度陡、威脅群眾多的特點(diǎn)，布設(shè)2 臺(tái)多功能智能監(jiān)測(cè)儀，1臺(tái)土壤含水率監(jiān)測(cè)儀和1套高清視頻監(jiān)控儀（布設(shè)詳情見圖2）。

2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)

高新區(qū)2 處崩塌監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)是以崩塌地質(zhì)災(zāi)害防治理論和技術(shù)作為科學(xué)支撐，依據(jù)規(guī)范和其他優(yōu)質(zhì)工程案例，利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、無(wú)線傳感器、智能控制等新技術(shù)，根據(jù)監(jiān)測(cè)體實(shí)際發(fā)育情況、機(jī)理分析、理論計(jì)算和安全性綜合評(píng)估開展建設(shè)工作。

2.1 監(jiān)測(cè)儀器的選擇與布設(shè)

根據(jù)《地質(zhì)災(zāi)害專群結(jié)合監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)指南（試行）》的相關(guān)指引，本次監(jiān)測(cè)工作選用的儀器有多功能智能監(jiān)測(cè)儀、雨量計(jì)、土壤水分傳感器等（表1），主要傳感器的技術(shù)參數(shù)及技術(shù)特征如下：

表1 2處崩塌監(jiān)測(cè)設(shè)施表

多功能智能監(jiān)測(cè)儀：集溫度傳感器、傾角傳感器、加速度傳感器、拉線傳感器、蜂鳴報(bào)警等多種傳感器于一體，并配置GPS/北斗定位模塊進(jìn)行多種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)于一體的智能化監(jiān)測(cè)儀器。能實(shí)現(xiàn)加速度、方向位移、方位角、裂縫長(zhǎng)度、位置信息的上報(bào)，同時(shí)具有蜂鳴報(bào)警功能。①加速度量程：-1g～+1g；②崩塌加速度分辨率：10mg；③傾角測(cè)量精度：0.1°；④拉線測(cè)量精度：0.1mm；⑤方向位移精度：≥5mm/s2；⑥溫度測(cè)量精度：0.25℃；⑦工作溫度：-25℃～85℃；⑧相對(duì)濕度：0%～99%；⑨防護(hù)等級(jí)：IP67。

翻斗式雨量計(jì)：①最大瞬時(shí)雨量：8mm/min；②測(cè)量準(zhǔn)確度：≤±1%；③工作環(huán)境溫度：-10℃～50℃；④工作環(huán)境濕度：＜95%（40℃）；⑤發(fā)訊方式：干簧管通、斷信號(hào)輸出。

土壤水分傳感器：①土壤水分量程：0～100%(m3/m3)；②土壤溫度量程：-40℃～125℃；③水分輸出：0～1200mV DC或4～20mA；④水分測(cè)量精度：±1%；⑤響應(yīng)時(shí)間：＜1s；⑥溫度測(cè)量精度：±0.5℃（AT25℃）。

2.2 數(shù)據(jù)采集與傳輸

2.2.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要功能是完成信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換（模/數(shù)轉(zhuǎn)換）、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)壓縮和數(shù)據(jù)發(fā)送等。數(shù)據(jù)采集儀將傳感器的輸出的模擬信號(hào)（如電壓、電流等）轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，便于進(jìn)行后續(xù)處理。同時(shí)進(jìn)一步對(duì)數(shù)字信號(hào)分析計(jì)算，得到所需的相關(guān)信息，如結(jié)構(gòu)的應(yīng)變等。

本次監(jiān)測(cè)工作中，降雨量和位移加速度、三軸傾斜、裂縫開合度數(shù)據(jù)的采集采用增量觸發(fā)工作機(jī)制；土壤含水率數(shù)據(jù)采集采用定時(shí)上報(bào)工作機(jī)制；視頻數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)傳輸，監(jiān)測(cè)云平臺(tái)可遠(yuǎn)程控制。

2.2.2 數(shù)據(jù)傳輸

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的傳感器使用有線或無(wú)線傳感器的方式，數(shù)據(jù)通過(guò)電纜和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)第一級(jí)數(shù)據(jù)傳輸；進(jìn)入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過(guò)NB-lot及4G網(wǎng)絡(luò)等無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)形式與軟件平臺(tái)之間實(shí)現(xiàn)第二級(jí)數(shù)據(jù)傳輸。

一臺(tái)數(shù)采儀可連接多個(gè)同類型的傳感器（比如振弦式傳感器）由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)存儲(chǔ)入數(shù)據(jù)庫(kù)，并將各信號(hào)通道進(jìn)行標(biāo)識(shí)；通過(guò)有線（RS485）的模數(shù)值自動(dòng)采集方式與監(jiān)測(cè)設(shè)備通信，然后以GPRS 遠(yuǎn)程通信或者以太網(wǎng)口的形式與數(shù)據(jù)中心平臺(tái)交互。由數(shù)字化平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行異常分析，對(duì)由于環(huán)境等外界原因引起的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行判別，自動(dòng)激發(fā)重新采集數(shù)據(jù)等操作。數(shù)據(jù)確認(rèn)無(wú)異常后由數(shù)字化平臺(tái)進(jìn)行抽取分類，按照各數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的標(biāo)識(shí)情況存入相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)，由數(shù)字化監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)用，真正實(shí)現(xiàn)全天候24h自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

3 監(jiān)測(cè)預(yù)警運(yùn)行

自2020 年4 月2 處監(jiān)測(cè)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)施工完成并經(jīng)調(diào)試上線后，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀況良好，中心平臺(tái)取得了較豐富的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。本文以2020年4～11月的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為成果資料進(jìn)行分析。

3.1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

本文選取了2020 年4～11 月的雨量計(jì)、多功能智能監(jiān)測(cè)儀的裂縫（變形）監(jiān)測(cè)和地表傾斜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。從圖3 可以看出，雞山村鳳陽(yáng)里崩塌監(jiān)測(cè)體03號(hào)多功能智能監(jiān)測(cè)儀的裂縫監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與日降雨量之間存在明顯的相關(guān)性。在2020 年5月20 日、8月6日和8月19日強(qiáng)降雨前后，03號(hào)多功能智能監(jiān)測(cè)儀均捕捉到了裂縫開合度的明顯變化。利用Excel 的CORREL(exp1，exp2)函數(shù)可以得到2020 年4～11 月的單日降雨量與監(jiān)測(cè)體裂縫開合度的相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.91，表明兩者之間的強(qiáng)正相關(guān)性，即地表裂縫的擴(kuò)大與強(qiáng)降雨過(guò)程密切相關(guān)。

4～11月涵蓋了珠海市一個(gè)完整的汛期，從裂縫開合度和傾角數(shù)據(jù)可以看出，監(jiān)測(cè)裂縫在經(jīng)歷一個(gè)汛期后持續(xù)張開擴(kuò)大，開合度增大了1.31mm；三軸傾斜數(shù)據(jù)在0°～1°間經(jīng)歷了小幅度波動(dòng)后趨于穩(wěn)定（詳見圖4），傾角變化量約為0.6°，這說(shuō)明監(jiān)測(cè)體結(jié)構(gòu)面略微松動(dòng)，但整體的穩(wěn)定性尚未被破壞。

綜合宏觀變形跡象分析，這2處崩塌監(jiān)測(cè)體正處于平緩變形階段，近期暫不至于發(fā)生大規(guī)模的崩塌現(xiàn)象，但仍需嚴(yán)密監(jiān)控降雨情況和監(jiān)測(cè)體變形情況，隨時(shí)掌握分析崩塌監(jiān)測(cè)體的穩(wěn)定性狀況。

3.2 崩塌預(yù)警初探

大量已發(fā)地質(zhì)災(zāi)害實(shí)例表明，影響崩塌危巖體穩(wěn)定性的因素很多，尤其大多數(shù)崩塌具有條件惡劣性、空間隨機(jī)性和時(shí)間突發(fā)性，更增加了監(jiān)測(cè)預(yù)警的難度。監(jiān)測(cè)預(yù)警的關(guān)鍵就是從眾多崩塌監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中篩選出崩塌進(jìn)入加速變形破壞前具有預(yù)警意義的指標(biāo)，通過(guò)各個(gè)指標(biāo)的定性描述和定量分析，進(jìn)而做出不同級(jí)別的災(zāi)害預(yù)警（韓建超，2020）。

3.2.1 預(yù)警指標(biāo)及判據(jù)

由于珠海市普適型儀器監(jiān)測(cè)預(yù)警工作尚處于起步階段，缺少崩塌災(zāi)害點(diǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警案例及室內(nèi)重現(xiàn)模擬研究，現(xiàn)階段預(yù)警判據(jù)主要是基于國(guó)內(nèi)崩塌預(yù)警理論、地區(qū)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際監(jiān)測(cè)成果資料設(shè)置預(yù)警閾值。本次預(yù)警判據(jù)綜合降雨指標(biāo)、土壤含水率指標(biāo)、傾角指標(biāo)和裂縫開合度指標(biāo)進(jìn)行合理的預(yù)警預(yù)判（詳見表2）。

表2 2處崩塌預(yù)警判據(jù)表

3.2.2 預(yù)警響應(yīng)

崩塌監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)通過(guò)近一年的運(yùn)行，共觸發(fā)了22次預(yù)警，其中觸發(fā)橙色預(yù)警9次，黃色預(yù)警11次，藍(lán)色預(yù)警2次，由降雨指標(biāo)和土壤含水率指標(biāo)觸發(fā)預(yù)警19次，由傾角指標(biāo)觸發(fā)預(yù)警3次。達(dá)到預(yù)設(shè)預(yù)警閾值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)生成預(yù)警信息，并通過(guò)數(shù)據(jù)中心平臺(tái)、短信及現(xiàn)場(chǎng)聲光裝置向相關(guān)負(fù)責(zé)人以及現(xiàn)場(chǎng)施工人員及時(shí)發(fā)送。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查走訪，暫未發(fā)現(xiàn)2處崩塌監(jiān)測(cè)體有明顯失穩(wěn)的特征，但仍需對(duì)雨晴和變形情況實(shí)施嚴(yán)密監(jiān)控。

4 結(jié)論

（1）通過(guò)建設(shè)高新區(qū)2 處崩塌監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)掌握崩塌監(jiān)測(cè)體的變形情況、土壤含水率和降雨量等相關(guān)因素和宏觀前兆的狀況，實(shí)現(xiàn)了對(duì)崩塌監(jiān)測(cè)體動(dòng)向的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（2）普適型儀器技術(shù)集成度高，可靠性好，簡(jiǎn)便易用，應(yīng)用低功耗局域網(wǎng)、窄帶物聯(lián)網(wǎng)等傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了低功耗與穩(wěn)定通信，具備大量普及應(yīng)用的條件。

（3）2 處基于普適型儀器監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)，可以為珠海市地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)事業(yè)的發(fā)展提供一個(gè)可供參考的方案。

（4）監(jiān)測(cè)成果表明，雞山村鳳陽(yáng)里78號(hào)對(duì)面邊坡和100號(hào)南側(cè)邊坡正處于平緩變形階段，且變形情況與降雨量存在明顯的相關(guān)性。