GPS在三峡库区开县大榜 8社滑坡监测中的应用

王刚 杨强 李强

我国是一个地质灾害多发的国家，随着经济建设的蓬勃发展，交通、水利及资源开发等工程项目的大量实施以及自然环境变化影响地质灾害呈现不断增加的趋势，尤其是滑坡地质灾害最为严重，其分布广、危害大已经严重制约着社会经济的发展，同时对人民的生命财产构成了巨大的威胁。三峡库区目前是我国滑坡地质灾害发生数量最多、危害最大、损失程度最为严重的地区之一。由于库区地理条件特殊，地质环境复杂，水库调蓄不可避免地影响到库区滑坡地质灾害的发生与发展。所以对滑坡进行长期监测，提高预测预报和预警的准确性，具有重要的科学和现实意义。本文介绍了三峡库区重庆市开县大榜8社滑坡运用GPS监测技术后取得了很好的监测效果，表明GPS监测技术应用到地质灾害监测工作中完全可以满足滑坡体位移监测的要求。

1 GPS滑坡监测技术方法

1)GPS用于滑坡监测的优点。GPS是以卫星为基础的无线电导航定位系统，应用到滑坡监测中有以下优点:a.测站间无需保持通视;b.可同时测定点的三维位移;c.全天候观测;d.易于实现全系统的自动化;e.可以获得mm级精度。2)GPS定位原理。GPS卫星发射测距信号和导航电文，导航电文中含有卫星的位置信息。用户GPS接收机在某一时刻同时接收三颗以上GPS卫星信号，测量出测站点(接收机天线中心)P至三颗以上GPS卫星的距离并解算出该时刻GPS卫星的空间坐标，根据测量学中测距交汇的方法，即可确定出测站P的位置。用载波相位观测值的各种线性组合(即差分值)作为观测值，获得两点之间高精度的GPS基线向量(即坐标差)。3)GPS静态观测选点和布网原则。选点原则:a.GPS点周围应便于安置接收设备和操作，视野开阔，视场内障碍物的高度角不宜超过 15°;b.远离大功率无线电发射源，其距离不小于 200m;c.远离高压输电线和微波无线电信号传送通道，其距离不小于50m;d.附近不应有强烈影响卫星信号的物体;e.交通方便，并有利于其他测量手段扩展和联测。布网原则:GPS网的布设应视其目的、要求的精度、卫星状况、接收机类型和数量、测区已有的资料、测区地形和交通状况以及作业效率综合考虑，按照优化设计的原则进行。4)GPS静态观测方法。用多台GPS接收机进行静态观测时，施测前在室内调整好各接收机的观测参数使各参数保持一致。并对每个接收机进行编号，观测时正确量测天线高，详细记录接收机编号、测点号、观测时段、天线高、观测人等信息，GPS观测一般采用边连式推进法进行量测。5)数据分析方法。数据分析时，不能以某期次的绝对数据作为位移量，而是以S—t和H—t曲线的趋势线作为量算的依据。对于某个测点，当其所代表的块体真正发生位移变形时，历次观测的水平位移方向α具有一致性，当α的值差别较大，很可能是观测存在误差，需和其他测点或同部位其他方法的观测结果进行综合分析。

2 大榜8社滑坡的地质环境及GPS监测网布设

2.1 大榜 8社滑坡的地质环境背景

大榜 8社滑坡位于重庆市开县镇东镇大榜村 8社，滑坡发育于侏罗系上统遂宁组紫红色泥岩夹砂岩组成的水平层状斜坡中，为堆积层滑坡。滑坡平面形态近似舌形，剖面上呈折线形。分布高程310m～420m，滑坡体长约250m，宽约 400m，面积10×104m2，厚度约 15m，体积约 150×104m3。滑坡体物质主要为第四系堆积物，岩性成分为紫红色粉质粘土，滑带为紫红色泥岩夹砂岩。滑坡体地下水主要为松散层孔隙水和风化裂隙水，主要受大气降水补给，滑坡处于地形相对高差较大、沟谷切割强烈的斜坡地带，坡面临空。

2.2 大榜8社滑坡GPS监测网布设

为了更好的监测该滑坡的变形情况，在该滑坡体一定距离外的稳定岩体上布设基准点两个，编号为KX-032，KX-033。监测网共布设了9个监测点，在滑坡体内的高程320m，360m，400m各布1条视准线，每条视准线内左、中、右各布设 1个变形监测点，形成 3纵 3横 9条监测剖面网，每个监测点上都建监测墩并架设强制对中装置。

3 监测数据采集及处理分析

野外数据采集监测仪器选用Trimble 4600型一体化GPS单频接收机，用Trimb le Data Transfer程序导出数据，使用Trimble Geomatics Office1.60程序对数据进行基线解算、平差分析等相关处理。

滑坡采用GPS定期静态定点监测的方式，通过GPS监测数据处理程序对所测数据进行基线解算处理，数据库系统处理以第 1期监测值为初始值计算各项监测变化值。监测日期从 2004年11月开始，地表累积位移曲线图见图 1～图 4。

滑坡 N—S向位移曲线见图1，从图1中可以看出位于滑坡前缘的KX-029，KX-030及KX-031监测点变形发展明显。在每年的雨季 6月～9月都会出现一次阶梯式的跳跃，位移量比其他月份增长明显。N—S向位移曲线是负方向位移表示位移方向为S向，KX-029，KX-030及KX-031监测点目前在S向的位移分别为1 162mm，1 931mm和19mm。滑坡E—W向位移曲线见图2。图 2中显示，位于滑坡前缘的监测点 KX-029，KX-030及KX-031变形量依旧增速明显，特别是在雨季也呈现出阶梯式的跳跃，而其余监测点也有一定量的增速，但位移变形幅度较小。E—W向位移曲线的负方向位移表示位移方向为W向，KX-029，KX-030，KX-031监测点目前在 W向的位移分别为 741 mm，4 716mm和923mm。

滑坡各GPS监测点的合成水平位移时间曲线见图3，表明监测点的水平位移呈匀速线性增长。其中位于滑坡前缘的KX-029，KX-030及KX-031监测点增长速率最明显，变形量在每年的雨季依然呈现出阶梯式的跳跃，变形速率明显大于其余监测点。目前KX-029，KX-030及 KX-031监测点水平位移量分别为1 378.2mm，5 096.0mm和923.2mm。结合N—S和E—W向的位移方向，GPS监测点的合成位移方向为SW，与滑坡主方向相同。

位于滑坡前缘的KX-029，KX-030及KX-031监测点在H向的位移变形也非常明显(见图4)，且位移值是负值，说明各点呈现下降趋势，目前KX-029，KX-030及KX-031监测点的垂向变形量分别为306mm，910mm和222mm。

从监测点位置分析，该滑坡布设三条剖面，Ⅰ—Ⅰ′剖面为KX-023，KX-026，KX-029，地表水平累积位移156.3mm～1 378.2mm;Ⅱ—Ⅱ′剖面为 KX-024，KX-027，KX-030，地表水平累积位移98.5mm～5 096.0mm;Ⅲ—Ⅲ′剖面为 KX-025，KX-028，KX-031，地表水平累积位移 78.3mm～923.2mm。位于滑坡体后缘的监测点变形不明显，中部和前缘监测点的水平位移趋势较明显，前缘变形明显大于中部，这是由于滑坡体的前缘地形比较陡，覆盖层较松散的缘故。变形区域主要集中于Ⅰ—Ⅰ′剖面和Ⅱ—Ⅱ′剖面的下部区域，其中位于滑坡Ⅱ—Ⅱ′剖面下部的KX-030监测点在雨季期间的暴雨及持续性强降雨后位移变形最为明显，该监测点2007年雨季(6月～9月)变形量为3 036.6mm，2008年雨季(6月～9月)变形量为1 642.5mm。滑坡体中部及后缘监测点的位移变形速率较小，但变形趋势较明显。

4 结语

通过对该滑坡体的长期监测，目前已取得了重要阶段性成果，掌握了该滑坡体的变形动态，该滑坡前缘目前仍有贯通性裂缝组，前缘地带危险性大，在强降雨等诱发因素影响下，可能产生大规模滑动变形。GPS技术应用到地质灾害监测工作中完全可以满足滑坡体位移监测的要求。由于 GPS具有全天候、实时、连续的高精度监测特点，并且测站间又不用通视，作业效率很高，劳动强度相对较低，十分适用于山区滑坡体的监测。

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