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        基于GNSS 的滑坡監(jiān)測預(yù)警技術(shù)應(yīng)用
        ——以寶塔區(qū)二莊科滑坡為例

        2022-04-19 09:19:24李曉科王康暢俊斌
        科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新 2022年12期
        關(guān)鍵詞:測站黃土監(jiān)測點

        李曉科 王康* 暢俊斌

        (1、陜西地礦九0 八環(huán)境地質(zhì)有限公司,陜西 西安 710600 2、中國西部水資源和地質(zhì)環(huán)境科研中心,陜西 西安 710600)

        1 概述

        進(jìn)入21 世紀(jì)后我們國家對地質(zhì)災(zāi)害防治工作投入力度逐漸加大,先后開展了不同尺度、不同區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害防治工作。為實現(xiàn)及時、準(zhǔn)確、有效的滑坡預(yù)警預(yù)報,國內(nèi)外高校學(xué)者、科研單位針對地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警方法做了大量研究,并將GNSS(Global Navigation Satellite System)技術(shù)引入到地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)前預(yù)防監(jiān)測預(yù)警中,可實現(xiàn)滑坡地表位移實時動態(tài)監(jiān)測,使得滑坡監(jiān)測工作實現(xiàn)了由人防向技防的轉(zhuǎn)變。

        GNSS(全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)定位)是指通過觀測衛(wèi)星獲得坐標(biāo)系內(nèi)絕對定位坐標(biāo)的測量技術(shù),GNSS 自動監(jiān)測站通過接收多顆衛(wèi)星信號解算出監(jiān)測點的絕對坐標(biāo),通過對比監(jiān)測點的坐標(biāo)與固定站點坐標(biāo)的差值,獲取監(jiān)測點的水平和垂直方向的位移變化情況,掌握滑坡三維方向上的位移變化,監(jiān)測精度可達(dá)到毫米級,具有高自動化、高精度等特點。尤其是近年來隨著我國北斗衛(wèi)星的成功發(fā)射及組網(wǎng)成功,極大加快了我國定位設(shè)備的發(fā)展步伐,使得GNSS 自動監(jiān)測在滑坡乃至地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用與拓展。

        二莊科滑坡為一黃土滑坡,直接威脅32 戶94 人的生命財產(chǎn),為掌握該滑坡的活動狀態(tài),保證人民生命財產(chǎn)不受威脅,利用GNSS 技術(shù)建設(shè)了滑坡監(jiān)測預(yù)警網(wǎng),實現(xiàn)滑坡實時動態(tài)監(jiān)測。

        2 滑坡概況

        二莊科滑坡位于延安市寶塔區(qū),為一黃土基巖接觸面滑坡,滑坡形態(tài)較清晰,輪廓明顯,周界呈圈椅狀。滑坡寬310m,長240m,厚15m,后緣發(fā)育有陡坎,高約20m,滑體整體坡度30°左右?;虑熬壗?jīng)人工開挖擾動引起了次級滑動,次級滑坡發(fā)育有多組拉張裂縫,部分房屋發(fā)生變形,見圖1。

        圖1 二莊科滑坡全貌

        滑坡區(qū)地層巖性自上而下依次為第四系上更新統(tǒng)黃土、中更新統(tǒng)黃土、三疊系上統(tǒng)瓦窯堡組砂泥巖互層?;w主要為上更新統(tǒng)黃土及中更新統(tǒng)黃土,滑床中后部為黃土、前部為泥巖。前緣地帶見有滑帶出露,揉皺現(xiàn)象明顯,并可見擦痕,滑帶厚10~15cm。

        3 監(jiān)測點布置情況

        二莊科滑坡為一老滑坡,中后部基本穩(wěn)定,發(fā)生二次滑動僅為滑坡前緣地帶,因此,布置專業(yè)監(jiān)測設(shè)備時重點布置在滑坡前緣,在滑坡中后部僅布設(shè)兩個GNSS 監(jiān)測點用于監(jiān)測老滑體變形狀態(tài)。監(jiān)測手段主要以GNSS 地表位移為主,同時為監(jiān)測滑坡內(nèi)部含水狀態(tài)及地層壓力變化情況,于滑坡前緣開挖探井分別布置了土壓力及含水率監(jiān)測兩組,每組由3 個傳感器組成,每個傳感器相隔1m 布置,分別監(jiān)測滑體、滑帶、滑床的應(yīng)力及含水狀態(tài)。據(jù)此共布置監(jiān)測儀器14 處,詳見表1、圖2。

        表1 二莊科滑坡專業(yè)監(jiān)測設(shè)備布置表

        圖2 二莊科滑坡專業(yè)監(jiān)測布置示意圖

        4 監(jiān)測點運行情況

        該滑坡專業(yè)化監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)自2020 年初建設(shè)完成,并經(jīng)歷了兩個汛期、一個凍融期的預(yù)警值守,運行良好,期間均監(jiān)測到滑坡發(fā)生了不同程度的變形(見圖3),并根據(jù)變形規(guī)模分別發(fā)出了不同等級的險情預(yù)報,為地質(zhì)災(zāi)害防治主管部門做出合理的應(yīng)對措施提供技術(shù)支撐。

        圖3 二莊科滑坡G2 地表位移變化曲線圖

        4.1 2020 年雨季運行情況

        延安市寶塔區(qū)8 月4 日發(fā)生了一輪持續(xù)兩天的強降雨,累計降雨量達(dá)到113.8mm,降雨發(fā)生后,監(jiān)測預(yù)警云平臺監(jiān)測到二莊科滑坡各GNSS 測站發(fā)生不同程度的變形,其中以G2、G6 測站變形最明顯(見圖4),日變化速率大于10mm/d,經(jīng)綜合研判,2020 年8 月5 日9 時30 分發(fā)出了黃色預(yù)警信息,為地質(zhì)災(zāi)害防治主管部門做出合理的應(yīng)對措施提供技術(shù)支撐。

        圖4 二莊科滑坡2020 年雨季2 號、6 號GNSS 測站監(jiān)測曲線圖

        4.2 2021 年雨季運行情況

        2021 年10 月自3 日至5 日,延安市寶塔區(qū)發(fā)生持續(xù)性強降雨,累計降雨量達(dá)到117mm,降雨發(fā)生后,監(jiān)測預(yù)警云平臺監(jiān)測到二莊科滑坡各GNSS 測站發(fā)生不同程度的變形,其中以G2、G6 測站變形最明顯(見圖5),日變化速率大于30mm/d,其中G6 點位移變化最大,經(jīng)過一周的蠕動變形水平累計位移達(dá)到了68mm,垂直累計位移達(dá)到了143mm,這與現(xiàn)場實際調(diào)查結(jié)果相符合(見圖6),達(dá)到了自動化監(jiān)測、智能預(yù)警的目的。

        圖5 二莊科滑坡2021 年雨季2 號、6 號GNSS 測站監(jiān)測曲線圖

        圖6 二莊科滑坡2021 年雨季6 號GNSS 測站附近拉張裂縫

        5 結(jié)論

        5.1 GNSS 技術(shù)具有高自動化、高精度等特點,通過衛(wèi)星自動定位技術(shù)可獲取目標(biāo)點的水平和垂直方向的位移變化情況,定位精度能達(dá)到毫米級,將其應(yīng)用于滑坡監(jiān)測預(yù)警中,可掌握滑坡三維方向上的位移變化,通過5G 網(wǎng)絡(luò)能實現(xiàn)監(jiān)測點三維坐標(biāo)信息的自動傳輸,進(jìn)而實現(xiàn)滑坡點的自動化監(jiān)測。

        5.2 隨著我國北斗衛(wèi)星的成功發(fā)射及組網(wǎng)成功,極大加快了我國定位設(shè)備的發(fā)展步伐,GNSS 自動監(jiān)測在滑坡乃至地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用已日趨成熟,可保證監(jiān)測點的數(shù)據(jù)實現(xiàn)實時自動化采集、傳輸、解析等功能,但是地質(zhì)災(zāi)害防治的根本目的不在于監(jiān)測,而在于監(jiān)測數(shù)據(jù)分析,以及通過設(shè)置預(yù)警閾值實現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的提前預(yù)警預(yù)報,指導(dǎo)受威脅群眾的及時撤離,最大限度的保障廣大人民群眾的生命財產(chǎn)不受威脅,達(dá)到避災(zāi)防災(zāi)和減災(zāi)的目的。

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