地震泥石流滑坡自动预警报警系统开发与应用

郭紫贵 胡细东 唐道湘 田贵俊

摘 要：在我国，广义的山区（包括高原、丘陵）约占全国总面积的2/3以上。全国土地按地貌类型分：山地约占33%，丘陵约占10%，高原约占26%。而山地是泥石流、滑坡等地质灾害多发地区，而山地区的人类居住地大多比较分散，如果安装昂贵的地质灾害设备，则成本高，经济性不高。因而开发一种廉价新型地震泥石流滑坡自动预警报警系统，在地质灾害预报系统的基础上，去掉了复杂的参数采集部分，采用直接警报模式的方式和机械预警，其除了具有现有技术预报准确的优点之外，还克服了现有系统维修量大、调参困难、诊断困难等缺点，并且预警成本又有很大的降低。

关键词：地质灾害 自动预警 泥石流 预警器

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）06（a）-0062-02

近年来，我国地质灾害发生频繁。在西部地区，由于超量开发土地、草原、森林和水资源，加速了水土流失、土地沙化等灾害的发展，崩塌、滑坡、泥石流等灾害也随之增多。因此，做好地质灾害监测和预警，特别是滑坡体的监测和预警，对于有效减少直接经济损失和人员伤亡显得尤为重要。根据以往发生地质灾害事后的分析来看，地质灾害的发育分布及其危害程度与地质环境背景条件（包括地形地貌、地质构造格局和新构造运动的强度与方式，岩土体工程地质类型、水文地质条件等）、气象水文及植被条件、人类经济工程活动及其强度等有着极为密切的关系。因此，选择这些指标对滑坡带进行监测就显得尤为重要。

1 目前研究现状及其缺点

目前国内外较为成功的地质灾害预报预警方法可分为现象监测预报法、数理统计预报法、非线性系统论预报法和地球内外动力耦合法。在对各类方法以及存在问题进行概述的基础上，指出在方法应用的同时，集成和融合迅速发展起来的“3S”技术，建立集观测、研究、风险评估、预报预警、预防和治理一体化的灾害预报系统是未来发展的方向和趋势。

地质灾害，是自然和人为导致地质环境或地质体发生变化，并给人类和社会造成危害的灾害事件。如崩塌、滑坡、泥石流、地裂缝、地面沉降、地面塌陷、岩爆和坑道突水等。地质灾害预报预警工作是在研究灾害成因的地质背景（如地形、地貌、气候水文、地质构造、地层岩性和地表植被等），灾害发生的时空分布、强度和频度以及灾害发生地区的经济易损性等的基础上，寻找灾害发生和产生危害的规律，从而对灾害发生的时空分布以及危害强度做出预测并提出应急预案的过程。随着世界人口的不断增长，人类活动的空间范围逐渐由平原向丘陵、山区等地质灾害易发区扩展，地质灾害给人类社会带来越来越严重的损失。因此，对地质灾害预报预警的研究成为当今社会的一个重要任务。

20世纪90年代以来，联合国将地质灾害纳入“国际减灾10年计划”后，地质灾害日益受到各国的关注和重视，研究方法上也取得了很大进展。数学、力学、非线性科学以及近年来发展起来的遥感（RS）、地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）技术等一些新的理论、技术和方法不断被引入地质灾害预报预警研究中。目前，国内外使用较多且比较成功的方法可分为现象监测预报法、数理统计预报法、非线性系统理论预报法和地球内外动力耦合法。地质灾害预报预警工作虽取得了一些进展，但仍存在一些问题，真正能做到实时、准确地预报还任重而道远。

地质灾害在性质上表现为突发性，这种突发性给人们的生命和财产安全带来了严重的威胁。突发性地质灾害一般包括崩塌、滑坡和泥石流等。一般呈两种形式发生，一种是单体型灾害，如新滩滑坡、东川泥石流等；另一种是区域型灾害，即几种灾害在特定的区域上成组出现。对于单体灾害的研究已经积累了一定的基础，但对于区域性的预报研究尚处于探索阶段。

目前主要以多参数的泥石流或山体滑坡报警系统为主，其技术特点是：包括中心管理平台、若干前端设备和若干后端设备，前端设备与中心管理平台之间通过高速通信网相连接，后端设备采用高速通信网或3G网络与中心管理平台相连接。这些系统昂贵，不易广泛布置。

目前，地质灾害预报预警系统主要是以计算机软件技术为核心，结合专业地质灾害检测设备和数据分析技术、地质灾害防控信息系统形成的一套地质灾害预警预报和防控的立体解决方案。软件主要采用基于JAVA6.0语言的J2EE技术实现，部分页面展现层使用ExtJS技术，雨量计同步功能采用Webservice技术实现，隐患点、监控点、气象分布信息的展现采用基于Flex和GIS概念的创新技术FakeGIS实现。

该方案的缺点如下。

（1）系统复杂昂贵，成本高。

（2）在偏远山区和公路两边无法实现实时监控。

（3）需要专家对多参数综合诊断，人为因素大，错误率高。

（4）安装维护复杂。由于该系统复杂设备多，每次安装和维护都要拆装，步骤复杂，耗费人力物力多，作业周期长。

（5）制造、维修费用高，对偏远地区的监控性价比不高。

2 主要内容和关键技术

研制和开发新型地震泥石流滑坡自动预警报警系统的意义和目的，就是为了克服现有系统所存在的这些弊端和缺点，研究如何提高预报系统准确性的要求，并且实现实时监控和预报。研制的新型地震泥石流滑坡自动预警报警系统能解决边远山区无法安装现有昂贵系统的问题。该系统采用机械机构，利用拉线测量地表变化。经查阅，在地质灾害警报系统应用拉线还是首次。

新型地震泥石流滑坡自动预警报警系统包括警报器及其电源线路，其特征在于：在易发生地震地区，选至少一块地，在该地面上按一定距离（8 m以上）间隔设置多个开关盒，开关盒内设置有触发开关；相邻开关盒之间连接有拉线、拉线外设置有线管，拉线的两端分别与开关盒内的触发开关连接。采用专用机械密封，可以完全代替盘根式密封，机械密封可以保证免维护。

项目所依据的技术原理涉及到两个方面，一是机械设计制造技术；二是基于岩土力学的表层地质变化规律和参数采集。

第一，利用机械设计，满足相应功能；利用CAD绘图绘制该产品的机械图纸。用ANSYS结构分析，分析该产品的效能。利用机械制造技术如：数控车、铣床及相关技术完成产品的制造。

第二，该产品和项目主要依靠拉线测量岩土表层在地质灾害发生前发生的相对位移，该位移量将保证警报的准确性和可信度。

3 创新点及意义

该项目产品与现有普通同类系统相反，采用单一参数、简单结构和设备，不仅成本低廉，而且安装简单，可以充分利用较少的资源从而获得较大的收益，满足边远地区的地质灾害预报。

（1）该警报装置简单、成本低廉，适用于广泛布置在可能发生泥石流的农村周边及道路两边，能为地质灾害的发生提供预报和预警，从而挽救生命。

（2）该警报装置调整好参数能预报准确，主要针对地质灾害发生时地表会发生开裂和相对位移，选取合适的参数能达到预警的目标。

（3）机械装置简单可靠，该装置一旦布置，使用年限将达到20年左右，而且期间不用维护和保养，成本低廉。

据国土资源部网站消息，2015年全国共发生地质灾害8 224起。此外，2015年全国共成功预报地灾452起，避免人员伤亡20 465人，避免直接经济损失5.0亿元。其中成功预报的主要是一些大型设施，如水坝、工厂等；而大部分地质灾害发生在边远的山区，这些边远地区对布置昂贵的预报系统性价比不高，而该产品成本低廉，填补了这块空白，市场前景广阔。

此课题研发的地震泥石流滑坡自动预警报警系统具有制造成本低、设备质量可靠、运行成本低廉等显著优点。对边远山区和农村极易发生地质灾害的地区的预警需求来说，设备昂贵、安装复杂的现有系统并不适用，急需一批低成本高可靠性的预警设备来满足这些需求。该项目产品技术先进，性能优良，可靠性高，因而国内市场前景很好。该套设备的推广，不仅能够为企业带来巨大的经济效益，而且在一定程度上弥补了我国对泥石流滑坡等地质灾害的预警不足，具有极其深远的意义。

参考文献

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