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        科技手段在地質災害監(jiān)測預警中的應用

        2024-01-20 05:37:05
        有色金屬設計 2023年4期

        張 雷

        (貴州省有色金屬和核工業(yè)地質勘查局一總隊,貴州 清鎮(zhèn) 551400)

        0 引 言

        近年,受強降雨因素的影響,泥石流、崩塌、滑坡等相關地質災害情況不斷發(fā)生,其具有較強的破壞性,給人們的生命財產(chǎn)安全造成了嚴重威脅。在地質災害監(jiān)測預警工作中,傳統(tǒng)的監(jiān)測方式通常為人工現(xiàn)場調查,并對野外地質數(shù)據(jù)進行收集,但地質災害有著不確定性、隨機性以及突發(fā)性的特點,因此采用傳統(tǒng)的監(jiān)測手段無法滿足實際需求。隨著我國科學技術的快速發(fā)展,災害監(jiān)測預警技術水平也得到了顯著提升。通過將先進的科技手段在地質災害監(jiān)測預警中加以應用,可以合理構建災害監(jiān)測預警系統(tǒng),有效提高對地質災害的監(jiān)測有效性,并提升預警準確性,為防災減災工作開展提供參考依據(jù),使人們的生命財產(chǎn)安全得到有效保護。

        1 地質災害監(jiān)測預警的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

        1.1 現(xiàn)狀

        我國逐漸建立起完善的地質災害防災減災體系。隨著科學技術的快速發(fā)展,地質災害監(jiān)測預警裝備也得到了進一步更新和完善,由原本的埋樁、刷漆、貼片等方式逐漸轉變?yōu)橐詡鞲衅鳛榛A的監(jiān)測網(wǎng)絡。與此同時,我國在地質災害監(jiān)測預警中有效融入了先進的科學技術手段,如機載航拍、高精度遙感等,并結合地面調查核實有效組成了三查體系。在監(jiān)測方法上,具體包括設站觀測法、遠程監(jiān)測法以及儀表觀測法等。不同的監(jiān)測方法與技術往往具有一定的局限性,當監(jiān)測參數(shù)較為單一時,無法對災害發(fā)生的整體過程進行捕獲,而且相關監(jiān)測裝置的結構比較龐大。除此之外,由于受到監(jiān)測手段以及精度等方面的限制,因此還存在許多地質災害隱患未得到及時發(fā)現(xiàn)。對于發(fā)現(xiàn)到的災害點,由于受到經(jīng)費方面的限制,因此未能有效落實地下勘察工作,無法對其發(fā)展規(guī)模、變化以及性質等進行準確把握[1]。

        1.2 發(fā)展趨勢

        針對地質災害監(jiān)測預警的發(fā)展趨勢展開分析,具體體現(xiàn)在:①監(jiān)測技術由原本的單一技術逐漸轉變?yōu)槎嗷Ⅲw化技術,具體包括天基、地基、空基等;②監(jiān)測傳感器發(fā)展逐漸向著數(shù)字化和智能化的方向轉變;③相關監(jiān)測手段由原本的重視位移監(jiān)測,逐漸轉變?yōu)橐蚬⒅氐陌l(fā)展趨勢;④在采集與分析數(shù)據(jù)時,需要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時獲取,并智能化、網(wǎng)絡化以及模型化的處理相關數(shù)據(jù);⑤地質災害監(jiān)測預警有效集合了信息管理、預報預警、危險評估、應急響應與指揮、專業(yè)監(jiān)測等相關功能,可以科學化、標準化的開展地質災害防治工作[2]。

        2 3S技術在地質災害監(jiān)測預警中的應用

        2.1 全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的應用

        在監(jiān)測地質災害時,其監(jiān)測對象為地質體形變,需要結合形變量大小對災害發(fā)生概率加以推測。通過應用全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng),可以在對已知動態(tài)衛(wèi)星瞬時坐標的基礎上,利用靜態(tài)差分的相對定位技術,對衛(wèi)星和接收機天線間的距離進行動態(tài)計算,從而對被測物體的空間位置加以明確。該技術有著較高精度,而且可以避免受到天氣條件的干擾,對點的三維坐標加以測定,實現(xiàn)全天候的實時監(jiān)測。在對變形監(jiān)測網(wǎng)進行布置時,系統(tǒng)各個監(jiān)測站不需要對通視條件進行考慮,因此可以使許多轉點得到省略,使野外測量的實際工作量得到減少,對地面沉降以及滑坡等相關災害監(jiān)測十分適用。但相關工作人員需要注意,在對監(jiān)測站進行選擇時,需要確保周圍無信號干擾物,如無線以及高壓線等,同時還需要排除信號反射物,避免產(chǎn)生多路徑效應。在地質災害監(jiān)測過程中應用此系統(tǒng),應在形變區(qū)域外對穩(wěn)定點進行選擇,并以此來建立參考基準站。在測量區(qū)需要結合測區(qū)大小和項目監(jiān)測要求,對監(jiān)測站合理進行布設。例如,在對滑坡進行監(jiān)測時,需要合理選取監(jiān)測點,一方面要對滑坡體的變形量以及方向進行反映,另一方面還應對滑坡形變速度和規(guī)模加以體現(xiàn)。對于監(jiān)測站以及基準點所檢測到的數(shù)據(jù),可以采用物聯(lián)網(wǎng)通信技術向服務器當中傳輸原始數(shù)據(jù),并利用相關監(jiān)測軟件來結算和處理數(shù)據(jù),從而對監(jiān)測站和基準站間的絕對位移加以明確[3]。

        2.2 遙感技術的應用

        對于遙感技術,其需要采用傳感器對目標物進行遠距離探測,并獲取相關的物電磁輻射信息,在具體分析后得出相應結論。此技術有著周期短、范圍廣、宏觀性強等優(yōu)勢。在地質災害監(jiān)測預警中應用遙感技術,可以有效實現(xiàn)動態(tài)對比和直接解譯,而且還能夠判讀影像,對地質災害的發(fā)生背景進行調查與分析,從而對其發(fā)生可能性加以預測,并采取有效的解決對策,對災害風險加以評估。在抗災和治災過程當中,相關工作人員可利用遙感影像對災害發(fā)生后的地區(qū)情況加以獲取,并對災害發(fā)生等級、范圍和種類等進行明確,為救援人員提供詳細的災情信息。在對遙感技術進行應用時,需要依據(jù)當?shù)刂脖粻顩r、地面坡度以及降雨量等因素展開分析,對全部可利用信息加以整合,從而使災情分析工作質量和效率得到有效提高[4]。

        2.3 地理信息系統(tǒng)的應用

        通過應用地理信息系統(tǒng),可以有效管理與分析相關數(shù)據(jù),并無縫銜接多數(shù)的地質信息數(shù)據(jù),有效集成多元數(shù)據(jù),結合實際需求進行專題顯示。在地質災害監(jiān)測預警中應用地理信息系統(tǒng),具體包括3個層次,分別為數(shù)據(jù)層、邏輯層、表示層:①數(shù)據(jù)層能夠輸入、管理、存儲以及集成地質數(shù)據(jù),相關數(shù)據(jù)的來源十分多樣,具體包括文本、圖像、空間地圖等數(shù)據(jù)。通過對地理信息數(shù)據(jù)庫加以利用,可以使來源不同的數(shù)據(jù)得到有效集成,并發(fā)揮出各類數(shù)據(jù)的最大價值;②邏輯層可以融合分析數(shù)據(jù)層當中的相關數(shù)據(jù),并展開空間分析,對各影響因子進行充分考慮,合理構建地質災害預測模型。在此基礎上,還可以進一步預測災害發(fā)生等級與區(qū)域,從而為防災減災工作開展提供依據(jù);③表示層可對用戶所顯示的專題信息加以利用,并具有歷史查詢、數(shù)據(jù)檢索、輸入以及管理等相關功能,準確分析地質災害的發(fā)生因素,合理構建三維空間模型,直觀顯示災害區(qū)。結合最終的預測結果,工作人員可以采取有效的防災減災措施[5]。

        3 地質災害監(jiān)測預警系統(tǒng)的功能和實現(xiàn)

        該文以安龍縣灑雨鎮(zhèn)聾堡村聾上、聾下組不穩(wěn)定斜坡監(jiān)測項目為例展開分析,該次自動監(jiān)測工作的目的在于,結合地質災害隱患點的變形特征、影響因素,開展專門性的監(jiān)測預警工作,從而使預警能力得到提升,有效管控隱患點,使地質災害所造成的傷亡以及經(jīng)濟損失得到降低,有效保證人們的生命財產(chǎn)安全。在實際開展地質災害監(jiān)測預警工作時,需要深入分析項目區(qū)的穩(wěn)定性現(xiàn)狀、成因機制特征,并對不穩(wěn)定斜坡變形破壞的發(fā)展規(guī)律和趨勢加以掌握,明確斜坡形變或特征,為防災減災工作開展提供有力依據(jù)。與此同時,還需要對斜坡的地質環(huán)境特征以及類型進行充分研究,對其形成機制、誘發(fā)因素、活動方式等加以分析,對斜坡穩(wěn)定性進行評價。相關工作人員應對斜坡區(qū)的地質資料危害對象范圍,現(xiàn)場調查情況等加以搜集,對自動監(jiān)測實施方案合理進行編制。在此過程中需要確保各個監(jiān)測設備能夠獨立運轉,并有效實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互通共享。該次調查區(qū)主要位于安龍縣灑雨鎮(zhèn)聾堡村組南西側斜坡,有公路直達,交通便利。該縣屬亞熱帶季風濕潤氣候區(qū),年平均氣溫15.3℃,年平均降水量為1 195.4 mm,5-10月降水量984.8 mm。安龍縣境內屬于珠江流域,而南盤江是安龍縣和廣西之間的界河,區(qū)內沒有較大的地表水體,通常為季節(jié)性小溪溝,在雨季具有較大水量,而旱季的水量相對較少,甚至存在干涸現(xiàn)象。從地形地貌角度來看,當?shù)貫榍治g溶蝕低中山溝谷地貌,地形坡度為15~30°,總體地勢呈現(xiàn)北高南低,調查區(qū)北西側的坡頂為最高點。此不穩(wěn)定斜坡位于灑雨鎮(zhèn)聾堡村聾上、聾下組,坡向200°,坡度15°~30°,巖層產(chǎn)狀為165°∠7°,長約100 m,寬約200 m,厚約1~3 m,規(guī)模等級為小型,對當?shù)鼐用竦纳敭a(chǎn)安全具有嚴重威脅,險情為中型。

        3.1 地質災害實時監(jiān)測數(shù)據(jù)收集

        在地質災害的自動化監(jiān)測過程當中,需要有效實現(xiàn)地質數(shù)據(jù)的自動采集,從而為預警模型的構建打好基礎。通過監(jiān)測終端可以對相關實時數(shù)據(jù)進行獲取,并利用GSM等向監(jiān)控中心傳輸具體數(shù)據(jù)。在這之后,可將數(shù)據(jù)有效匯總到數(shù)據(jù)服務器中,并對其進行結算與存儲,為預警信息的發(fā)布提供參考資料。數(shù)據(jù)采集終端系統(tǒng)可通過泥位、降雨量、裂縫、地表位移、深部位移等監(jiān)測傳感器來有效采集數(shù)據(jù)[6]。

        (1)深部位移監(jiān)測。在監(jiān)測不穩(wěn)定斜坡時,需要針對垂直坡面進行鉆孔處理,并且進行安裝。在鉆孔與測斜管間應采取翻漿方式,注入相應比例的水泥砂漿,從而使測量結果的準確性得到保證。

        (2)地表位移監(jiān)測。通過監(jiān)測地表位移可以對滑坡體形變方向以及位移量等進行掌握。相關工作人員需要結合實際情況對監(jiān)測站進行布設,并要確保監(jiān)測站能夠對衛(wèi)星信號長期連續(xù)的進行接收,通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡對觀測數(shù)據(jù)加以發(fā)送,并由監(jiān)控中心的相關解算軟件對站點空間坐標進行差分解算,從而對其形變情況加以監(jiān)測。

        (3)降雨量監(jiān)測。降雨量大小與地質災害發(fā)生具有密切聯(lián)系。通過相關統(tǒng)計可以發(fā)現(xiàn),強降雨或暴雨所引發(fā)的地質災害,其發(fā)生概率大約為85 %。所以需要在監(jiān)測區(qū)對自動雨量監(jiān)測站進行安裝,有效實現(xiàn)氣象監(jiān)測,并對雨量數(shù)據(jù)及時傳達,從而預判地質災害的發(fā)生可能[7]。

        3.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)應用與監(jiān)測預警

        在具體監(jiān)測過程當中,由于監(jiān)測環(huán)境復雜多變,因此觀測數(shù)據(jù)容易受到影響。為使觀測數(shù)據(jù)得到有效利用,一般會對更大閾值進行設置,從而對更多的粗插值和周跳進行探測。但一些殘余小周跳和粗糙仍會影響到監(jiān)測數(shù)據(jù)的實際使用,進而降低定位精度。在使用濾波器后,可以針對原始數(shù)據(jù)有效實現(xiàn)去噪處理。在地質災害監(jiān)測預警過程當中,需要結合監(jiān)測數(shù)據(jù),來確定不同的災害類型,并對預警閾值加以明確。監(jiān)測終端所獲取到的監(jiān)測數(shù)據(jù),可以向數(shù)據(jù)服務器有效傳輸,并對其進行去噪處理,然后輸入到預警分析模型當中,展開具體的計算和分析,從而得到最終結果。一旦結果達到設定閾值以上,則可能會有地質災害情況發(fā)生。在此情況下需要對系統(tǒng)的信息推送功能加以利用,向工作人員發(fā)送預警信息,并采取有效措施對地質災害加以預防,從而降低其所造成的傷亡與財產(chǎn)損失[8]。

        4 結 語

        綜上所述,在地質災害監(jiān)測預警工作中需要有效采用先進的科技手段,并結合監(jiān)測區(qū)的實際情況,合理構建地質災害監(jiān)測預警系統(tǒng),實時采集地質災害的相關監(jiān)測數(shù)據(jù)并展開數(shù)據(jù)分析,為災害預測提供依據(jù),保證災害預警的時效性,進一步提高防災減災工作質量。與此同時,相關災害監(jiān)測和預警部門需要針對工作人員的專業(yè)素質加以提高,確保其能夠正確掌握和應用相關科技手段發(fā)揮出科學技術的重要作用,全面監(jiān)測地質災害,及時做出預警,降低地質災害對人們生命和財產(chǎn)帶來的影響。

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