GPS在长江二坝滑坡安全监测中应用的研究和推广

孙勇

【摘要】论述了GPS在长江二坝滑坡安全监测中应用的研究和推广。GPS是英文Global Positioning System（全球地位系统）的简称，是利用卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统。本文首先简要介绍了隔河岩大坝外测变形GPS自动监测系统的概况，从模拟试验及用多种资源所进行了外部检核评定的该系统的灵敏度，表明该系统能用于精度要求很高的大坝外观形变监测。然后介绍了GPS用于三峡库区滑坡监测的实验，从实验的数据可以得出GPS 用于滑坡监测的精度，列举GPS在滑坡监测中的应用，最后得出运用GPS定位技术进行大坝安全监测是优秀。

【关键词】GPS；大坝滑坡；安全监测

引言

目前，随着科技的快速发展，GPS全球定位在测绘行业中引领前沿，尤其是在精密测量，港口航道建设、道路桥梁建设、形变监测、精准农业、航空遥感、地理信息系统和国防军事科研等得到广泛的应用。由于近年来我国地质灾害比较严重，我国目前已建成的水库大坝约86000座，坝高在15米以上的约有19000座。据初步统计，在已建的这些水库大坝中，被列为病险的大中型水库有620余座，被列为病险的小型水库有33600余座。对部分大坝存在的缺陷或隐患，如不及时发现和处理，将直接影响大坝的安全，甚至演变为溃坝的灾难性事故。

GPS精密定位技术已在大地测量、地壳形变监测、精密工程测量等诸多领域得到了广泛的应用和普及。与观测边角相对几何关系的传统测量方法相比，GPS监测具有很大的优点。GPS监测系统可以使监测工作完全自动化，快速简便，建立无人守值的监测系统，适用各种高精度变形监测领域，更好的为大坝及滑坡安全监测服务。

1、GPS自动化监测系统的组成

GPS自动化监测系统由数据采集、传输、处理（包括分析、管理）三大部分组成，三部分采用局域网络联成一个有机的自动化系统，网络结构见图1。数据采集由7台GPS组成，其中GPS1、GPS2为基准站，位于坝下游两岸；GPS3～7为外观监测站，位于坝面，其中GPS6位于大坝拱冠；GPS1和GPS2数据传输采用新一代DS扩频通讯技术，将GPS信息传输至控制中心，GPS3～7采集的数据，通过光纤传输至控制中心；数据处理由总控、数据处理、数据分析、数据管理4个模块组成（4个软件均为自行开发的专用软件）。

2、四川雅安峡口滑坡

雅安峡口滑坡位于四川雅安市北陇西乡境内，陇西河中游峡谷东岸。该地区基岩由白垩系砂岩、泥岩组成。滑体物质为古崩塌堆积物，为碎石块夹紫红色粘土，块石直径0.2～2m。滑坡体入渗径流条件好，地下水层较浅，該地区气候温暖湿润，雅安号称雨城，年平均气温16℃，年降雨量1800mm，而且集中在6～9月。该地区是古滑坡区，1981年8月19日深夜，由于暴雨倾盆，大量雨水流入坡体诱发大规模滑动，造成房屋倒塌，公路和渠道被毁。1995年雨季后，复活滑坡上的变形蠕动体又出现了不同程度的变形，成了潜在滑坡体。为了测定滑坡的变形，在滑坡体外稳定的岩体上选择基准点二个，一个在东，一个在北面山梁上。编号为ya15，ya17。

根据当地滑坡体特点选择监测点，这些点要能反映滑坡体整体变形方向、变形量，又要能反映滑坡体范围和变形速率。每个点还要考虑接收卫星信号情况，测点上空不要有大面积遮挡物。在雅安试验区共布了15个监测点。在滑坡剖面上，从上到下布设5个点，与测斜仪、裂缝位移监测仪很近。在雨量计和地下水位测量仪附近安放3个测点。其余7个点在滑坡体周边。点间距平均120m，最长229m，最短17m。在每个测点上都建造GPS观测墩。该墩为钢筋混凝土浇灌，地下1.5m，地上1.5m，并设有强制对中装置。

经过数据采集，数据处理和分析，滑坡体不仅仅有沿主滑坡方向的位移，还有垂直于主滑坡方向的位移。这是因为滑坡体中间部分突出，两侧凹陷的缘故。GPS滑坡监测的结果准确反映了该滑坡体的滑动趋势和位移。

3、GPS用于三峡库区滑坡监测的试验

三峡库区是中国地理上的一个相对较新的地名词，三峡水库库容极大，由于三峡两岸山体下部未来长期处于浸泡之中，因此发生山体滑坡、塌方和泥石流的频率会有所增加，这将是三峡库区面临的主要地质灾害。该地区土地类型多样，丘陵、山地面积大，平地面积小，土地结构复杂、垂直差异明显。因特定的地理条件，地震、崩塌、滑坡、泥石流等灾害也时有发生。库区地处四川盆地与长江中下游平原的结合部，跨越鄂中山区峡谷及川东岭谷地带，北屏大巴山、南依川鄂高原。为探索GPS在三峡库区滑坡监测中的应用，我们在三峡库区新滩至巴东段（约55km），选择9个崩滑体和3个滑坡进行GPS滑坡监测试验。全段布设7个基准点，53个监测点。

4、结论

GPS完全可代替常规的监测方法用于高精度的外观变形监测。在滑坡体外观变形监测时，应采用GPS快速静态相对定位方法。与常规大地测量方法相比，GPS在大坝和滑坡外观安全监测中的应用有以下优点：①观测不受气候等外界条件的影响，可常年、全天候观测；②观测的各变形监测点在时间上同步，能同时反映某一时刻的变形量，这有利于分析不同水位、不同气象条件下的变形机理与规律；③大坝上所有变形监测点的三维位移能同步测出；④监测工作可实现全自动化，使监测、监控、指挥、决策实现远距离遥控，建立无人值守监测系统，极大地提高生产效率。随着GPS监测系统的不断完善，数据的采集、传输、处理（包括分析、管理）都不需要人为的干预，这使GPS在大坝滑坡中有越来越广阔的应用前景。尤其是“隔河岩大坝外观GPS自动化监测系统”的建成也拓宽了GPS技术的应用，促进了大坝滑坡安全监测的技术革命。本系统的技术，还可广泛地应用于高边坡、滑坡、大型建筑物、大桥、局部地区的地面沉降、矿山采空区等变形监测。随着本系统的不断完善，不断被人们认识，我们相信GPS定位技术在大坝滑坡安全监测中的应用将会产生具大的现实意义和深远的历史意义。