曾蛟

（浙江中水工程技術有限公司舟山高新技術產業(yè)園區(qū)分公司，浙江舟山 316000）

1 引言

水土保持監(jiān)測是指對水土流失的發(fā)生、發(fā)展、危害及水土保持效益進行長期的調查、觀測和分析的工作。通過水土保持監(jiān)測可以掌握水土流失呈現(xiàn)的動態(tài)模式，科學選擇水土治理方式，從而提高水土保持率?；屡c泥石流監(jiān)測則主要針對區(qū)域內的地質環(huán)境進行長期調查，從而找出引發(fā)滑坡與泥石流的原因，為接下來的地質災害預防工作提供科學參考。

2 水土保持、滑坡和泥石流監(jiān)測的內容

按照SL 277—2002《水土保持監(jiān)測技術規(guī)程》，水土保持監(jiān)測工作的內容主要包含工程施工進度、土體擾動面積、水土流失隱患、水土流失造成的災害、水土保持工程建設等內容。其中，需要重點監(jiān)測的工作包含水土保持方案制訂與落實、取土與廢土場使用情況、施工期間被擾動的土地和植被占壓等。

SL 277—2002《水土保持監(jiān)測技術規(guī)程》中沒有對滑坡與泥石流監(jiān)測工作提出詳細的要求，需要依據相關部門的規(guī)定明確監(jiān)測內容。對滑坡進行監(jiān)測時，需要監(jiān)測的工作內容包括：滑坡變形監(jiān)測，如土體位移與傾斜監(jiān)測、土體溫度監(jiān)測；滑坡相關因素監(jiān)測，如地下水和地表水監(jiān)測、氣象條件監(jiān)測、地震監(jiān)測等；宏觀前兆監(jiān)測，如動物表現(xiàn)異常情況、地表水異常監(jiān)測。對泥石流展開監(jiān)測時，需要監(jiān)測的工作內容主要為：對泥石流災害的形成條件進行監(jiān)測，如泥石流組成成分與降雨滲透量；泥石流運動特征監(jiān)測，如泥石流產生的時間與地點、速度，以及泥石流淤積與堆積變化等[1]。

3 水土保持、滑坡、泥石流監(jiān)測技術應用

3.1 無人機技術在水土保持監(jiān)測中的應用

3.1.1 數據采集與處理

某典型工程為煤礦開采項目，地貌為平原微丘，土壤主要以棕壤土為主。在水土保持監(jiān)測的數據采集過程中，采集了多張有效圖像，剔除不合格圖像后，將其導入Context Capture 軟件，對現(xiàn)場展開空中三角測量，建立三維模型，導入DSM 或DOM 等數據。將柵格數據載入GISMAP 軟件后整合分塊數據?？梢酝ㄟ^Arc GIS 軟件提取監(jiān)測對象的坡度、坡長等數據；通過DOM 數據提取土壤擾動范圍或土地利用現(xiàn)狀數據；通過三維模型提取體積數據[2]。

3.1.2 遙感數據應用

將遙感數據用于水土保持監(jiān)測工作中，可對土體擾動面積進行監(jiān)測，以DOM 監(jiān)測成果為基礎，經過目視采用GISMAP 軟件勾畫擾動地表圖斑，監(jiān)測擾動面積，得知實際擾動面積為37.61 hm2。通過無人機遙感技術獲得的擾動面積是38.21 hm2，全站儀測量后的結果為27.61 hm2，可見，無人機監(jiān)測誤差較小。

對土石方進行監(jiān)測，本案例地處平原微丘地貌，周圍場地平坦，可采用微積分的方式計算土石方量。假設礦山生產中的矸石量是5.739×105m3，經過無人機監(jiān)測后得出的計算結果為5.288×105m3，無人機遙感技術計算誤差為5.8%，具體情況見表1。因此，當地表比較平緩時，無人機遙感技術的應用效果良好。

表1 無人機低空遙感監(jiān)測結果和常規(guī)監(jiān)測結果對比

由于無人機建模后監(jiān)測到的數據分辨率很高，可以在模型輸出軟件中清晰地展示水土保持的有效措施，同時可直接測量擋土墻長度、綠化施工面積等數據，從而更好地對水土保持工程的進度與效果進行監(jiān)測。此外，還可以建立水土保持監(jiān)測系統(tǒng)，將Hadoop 與Storm 技術相融合，突出系統(tǒng)的水土流失監(jiān)測評價與泥石流滑坡災害預警功能，發(fā)揮大數據技術的應用效果。圖1 為系統(tǒng)的大致架構情況。

圖1 水土保持監(jiān)測系統(tǒng)框架

3.2 滑坡位移監(jiān)測

3.2.1 監(jiān)測方案

對滑坡位移情況進行監(jiān)測旨在以不同的監(jiān)測手段采集滑坡變形動態(tài)化數據，掌握滑移面的位置與變化趨勢，從而對滑坡穩(wěn)定性進行評價，為接下來的滑坡治理提供參考依據。在監(jiān)測過程中，可采用宏觀地表檢測方法進行地質調繪與地表標記后，監(jiān)測滑坡地表的實際變化，了解是否存在雨水或地震等因素造成地表位移變化。還可以使用聯(lián)合深部位移監(jiān)測方法，在滑坡出現(xiàn)滑動之前，在滑坡內部埋置測斜儀，監(jiān)測不同深度下滑坡的大致位移情況。

進行滑坡深部位移監(jiān)測時，為了解邊坡產生的位移問題以及地質情況，在邊坡處設置6 個勘探孔和3 條斷面線，充分利用既有鉆孔，在2 個主滑面上設置5 個檢測孔，具體布置情況如圖2 所示。經過監(jiān)測得到滑坡主滑方向，判斷變形量和監(jiān)測時間之間的關聯(lián)。

圖2 滑坡深部位移監(jiān)測布孔圖

3.2.2 滑坡滑移面確定

滑坡的監(jiān)測工作十分復雜，需要經過漫長的觀察，在設置多個位移孔后才能獲取滑坡動態(tài)信息，了解不同位置的具體滑移量與滑移速率。在地表滑移分析中，通常使用全站儀進行數據測量，判斷各個指定點的滑移情況，反映監(jiān)測點的實際位移現(xiàn)狀，繪制位移-時間曲線。圖3 為根據某鉆孔的監(jiān)測數據繪制出的邊坡位移-時間曲線[3]。

圖3 邊坡表面位移-時間曲線

經研究得知，滑坡體監(jiān)測點在監(jiān)測時長達25 d 時，累計位移值為37.3 cm，第11 d 因受到降雨的影響，導致滑動速率增加，采取緊急反壓處置方式后，發(fā)現(xiàn)滑坡體監(jiān)測點的變形程度有所減緩，滑坡速滑風險下降。之后，監(jiān)測中又發(fā)現(xiàn)滑坡體依然出現(xiàn)了緩慢的變形情況，說明滑坡體仍存在蠕變問題，接下來有必要采取加固措施，確保周圍道路通行安全。經過監(jiān)測數據分析，可按照實際地質條件掌握滑坡預警參考值，判斷當前滑坡是否應治理，以及需要采取什么治理措施。

3.3 泥石流監(jiān)測預警技術

3.3.1 泥石流物源監(jiān)測

泥石流災害會嚴重威脅人們的人身安全，同時給社會安定埋下安全隱患，當固體物源與水文地質條件具備后，如果降水量較大，且山體結構失穩(wěn)，周圍有人工棄渣堆積，就會導致泥石流災害。由于泥石流的成因復雜，災害監(jiān)測與治理時涉及的防御標準較多，全面治理需耗費較多成本，所以，泥石流監(jiān)測預警已經成為目前最好的應對方式。

通過泥石流物源監(jiān)測可知，固體物質是形成泥石流的物質基礎。泥石流常見的物源主要為滑坡與崩塌的土地。監(jiān)測時，要先了解周圍的地質條件，分析物源的類別與性質，監(jiān)測過程中還要查明該區(qū)域是否存在溝谷堵塞情況，計算溝谷坡度，分析巖層的風化斷裂程度，判斷這些因素是否會對地質產生不良影響。綜合以上情況，判斷形成泥石流物源的主要類型與儲量、分布情況。伴隨夏季降雨的發(fā)生，松散土體的含水量增加，土體間摩擦下降，孔隙壓力提高，導致土體產生液化，以上均是泥石流的物源。由此可見，土體含水量的改變是對降雨變化的直觀響應，加強對土體含水率和孔隙水壓力的動態(tài)監(jiān)測，可科學判斷當前土體的穩(wěn)定性。

3.3.2 氣象水文條件監(jiān)測

從某種條件來講，泥石流災害的產生離不開水源，這是引發(fā)泥石流的動力來源。而水源的類型主要分為大氣降水、冰川融水、地表徑流和地下水等部分。對于大氣降水，應監(jiān)測每個月的降雨量，確定降雨的強度和具體時間；對于冰雪融水，應統(tǒng)計融水量，特別是部分泥石流產生的地區(qū)會有水庫與湖泊，此時還應對水庫潰決與滲漏的情況做出評估分析。泥石流的產生一般與大氣降水有關，應監(jiān)測流域內雨量情況，在泥石流的暴雨區(qū)進行點雨量監(jiān)測，即現(xiàn)場降雨監(jiān)測分析。在泥石流的形成區(qū)域展開實時雨量監(jiān)測分析，計算雨量的同時，參照短期內的突然降雨情況和中期持續(xù)降雨情況，確立泥石流激發(fā)雨量預測模型。系統(tǒng)可以自動識別降雨的開始與停止時間，設置10 min、1 h、24 h 的降雨預警雨量指標，并采用手機短信群發(fā)、微信提示等方式發(fā)布預警消息。

3.3.3 流動動態(tài)監(jiān)測

在泥石流的監(jiān)測工作中，流動動態(tài)是其中的基本特征值，泥（水）位與流速變化可以作為泥石流運動期間的可測值，必要時還需建立低頻率監(jiān)測系統(tǒng)。采集相關數據，在不同高度位置布置報警儀探頭與流速計，傳感器可以將變幅信號上傳給報警儀，一旦達到預警閾值，系統(tǒng)就會發(fā)布泥石流預警信息。

3.3.4 泥石流流體特征監(jiān)測

針對泥石流的流體特征監(jiān)測，一般需要做好取樣分析工作，監(jiān)測點的設置應結合泥石流運動速度監(jiān)測點，采用實驗分析與數值模擬方法，計算泥石流凈流量、輸砂量，分析顆粒啟動和水流條件之間的關系，為接下來泥石流災害的有效防治提供科學參考依據。

4 結語

綜上所述，通過對水土保持、滑坡與泥石流監(jiān)測工作內容的研究，掌握了水土保持監(jiān)測技術要點，建議發(fā)揮無人機低空遙感技術的應用作用，聯(lián)合大數據技術建立監(jiān)測系統(tǒng)，提高監(jiān)測工作效率。針對滑坡與泥石流災害，應科學確立滑坡位移監(jiān)測方案，確定滑坡滑移面，加強泥石流流動動態(tài)和物源監(jiān)測，掌握區(qū)域內氣候條件，實現(xiàn)對地質災害問題的科學防治。