水工环地质监测技术在地质灾害治理中的应用

汪 波，石明程

（青海省有色第一地质勘查院，青海 西宁 810000）

我国特殊的地质结构，造成了地灾明显的“东西分区”和“南北分带”的特征，也导致了我国较高的地灾发生频率。监测预警可以对地灾发生做出超前预测，并提供科学的基础数据和资料，是做好地灾防治的首要工作。在我国科技快速发展的大环境下，灾害检测预警网络已遍布各地，我国的地质灾害的防治趋于稳定。针对不同的地灾，采用的监测技术和方法并不相同，当然监测效果也会有所差距。但针对类似岩体崩塌、山体滑坡、地质沉降等的地灾，还需应用更为有效的监测技术手段，才能实现最为有效的治理。

1 水工环地灾治理中的遥感信息监测技术

1.1 遥感信息技术应用原理与方法

遥感技术在水工环地质调查中应用广泛，在对基础的构造、地貌、水文等的信息获取方面，具有效率高且信息完整的特点。通过获取的影像特征可掌握地下水分布规律；通过对植被的间接分析探明地下潜水；遥感技术的穿透性可以呈现探明古河道分布特征；借助热红外图像帮助查探地表水体等的确切位置，此外还能实现对水污染情况的监测。

随着高新技术的不断发展和进步，遥感信息技术发生了“由单一到多源”、“由静态到动态”的发展。该技术实现了对多源信息之间的复合分析,其中“复合”对象指的是遥感图像、地图、遥感信息、非遥感数据。它根据地物特征选取最佳的时相图像，并通过合理分类算法加以分类。地灾治理中，主要利用遥感信息技术起到对灾害地质体的监测作用，需要首先对获取到的中等遥感影像中勘测数据加以研究，将危险区域识别出来，再通过对获取的高等影像中勘测数据的研究，标出危险地质体。以上原理需要依赖精准度与多元化的实现。精准度的高低决定了其应用对象和目标的不同。“低精度”适用于区域性的监测，帮助监测灾害体制的变化。“高精度”则适用于重点或指定对象，开展对灾害地质体的详细监测，以探明其活动性。

1.2 遥感信息技术的应用优势与不足

广济扫描遥感仪不仅对红外光和可见光获取技术进行了优化，还扩展了服务波段，使遥感信息技术的应用增强了便利性。目前被用于地灾治理监测中的传感器和遥感器已具备对更长波段电磁波的检测能力，在红外光和可见光检测中已经达到纳米等级。

遥感信息源价格昂贵，地灾的预警预报需要做到实时或定期的获取，因资金受限无法广泛普及，仅仅被用于重点工程。而已有的高分辨率图像也未被有效应用，远离实际需求。遥感信息技术在地灾监测方面所发挥的作用并未被深入挖掘，主要被用于宏观调查中，还需加大对该技术的研发力度。

2 地质沉降治理中的北斗定位监测技术

2.1 北斗地质沉降监测方法

北斗定位系统基于卫星定位站参考技术，采用双差解算模式，优化RTK 技术，实现基准站及监测站数据的同步处理。以基准点为依据，对发生的地质沉降监测点产生的形变综合判定。北斗定位地质沉降监测的实现，需要依赖定位的精准度，因此称为高精度北斗定位技术。针对电离层对电磁波存在的延迟问题，可通过双频接收机解决，同时对两种频率存在较大差别的载波信号进行处理。虽然在观测数据上仍然存在误差，但通过对观测信息的利用，建立相关模型，存在的误差便会被纠正消失。此外，伪距输出、载波相位等均为北斗定位提供了定位解算的支持。

2.2 北斗地质沉降监测的实现

首先，地下水的活动规律对地质沉降监测至关重要，对不同气候环境下的地下水位及水量的变化进行监测，充分掌握其活动对地质沉降产生的影响。

其次，基准站的选取是监测系统可靠性的保障。基准站需要配备北斗接收机用以接收观测数据。建设区域应为已知坐标，选择地段稳固区域。为了确保基准站建设区域获取足够的信号覆盖范围，应确保该区域内视野开阔、无遮挡，为避免基准站受到干扰，还需与高压线、大型变电站保持足够远的距离，类似大功率的无线设施须尽可能避开。基准站无需人值守，须配备备用电源，通信须确保流畅、稳定。

最后，做好监测站设计工作。根据形变特征，合理设立检测中心点，为了实现观测目的，真实反映形变情况，还需为检测点配备北斗卫星接收机。检测站点应选择地质错层、位移明显的位置，观察墩须控制合理的高度，以防被遮挡或多路径反射，须控制在1.5m ～1.7m 之间。

2.3 通信网络选择

完成初步建设后，还应为站点之间的有效通信链路，建立通信网络。适用于北斗地质监测系统的通行方式有很多，比如无线蓝牙、无线WIFI、ZigBee、有限光纤等。对于中心点间距小，且植被茂盛的区域，须采用无线传输的通信方式。基于系统所收集的数据量较大，而站点与站点之间存在着适当的间距，往往是根据实际情况选择通信方式的不同组合更为适用，也更能发挥通信自身的优势。“CPE+无线基站+网桥”是现阶段实践中最理想的通信模式。

3 滑坡应急变形监测中的GNSS技术

3.1 GNSS 技术检测内容

图1 为监测数据分析逻辑构图

①设置检测基准站。检测基准站须综合考虑目标位置的山体走势和形状，结合岩土层结构以及滑坡区域实际情况，进行合理设置，②设置动态检测点。该项工序是GNSS 技术监测作业的主要部分，通过建立自动化检测系统，完成对目标区域的扫描和信息数据的获取，并包含对指定位置点的监测。该项工序设置中需要密切注意通信系统的构建，严把通讯质量关，以防后期因数据收集的缺失导致监测质量下降。③设置监测信号接收站。该项工序是GNSS 技术滑坡应急变形监测的重点，接收站位置的选择，尤其是金属矿产类，需要综合考虑基准站的设置状况，以防为后期的信号接收造成谐波干扰。④监测数据处理。该部分主要包含对计算机软件数据的处理和后期人工分析和评估。需要注意的是，二维及三维网间的平差处理，主要采用GPSADJ 系列软件以及同济大学的 TGPPS 静态定位后处理软件。如图1 所示。

3.2 GNSS 技术应用特点

①高精度。GNSS 技术平面监测数据的精度达到了5mm 级别。若能同时调用多余5 颗卫星进行监测作业，其精度级别可实现1cm。这种高精度的监测数据，尤其对区域性的大范围监测至关重要，对于一些大型项目来说也同样极为适用。②监测模式多样性。GNSS 技术监测分为三种模式，分别为动态、静态、快速三种。动态检测精度在5mm 级别，实操中的误差小于2cm。静态监测需要通过3 台～5 台接收机构建出检测网，对指定区域实施作业。这种静态监测主要适用于平面工程类项目的变形监测。而快速监测则适用于短期内发生的边坡变形或公路工程变形等。③全天候类型及地质类型作业。主要突出特点为不受气候、地形的限制，适用于被信号覆盖的各个区域。

3.3 GNSS 技术应用注意事项

设备质量的优劣决定着GNSS 技术监测效果是否良好，须合理选择GNSS 技术监测设备。实践中运用较好的接收机诸如：海达单频GNSS、华测GPS-X9 和北斗GNSS。设备的选择须以运行可靠、信号接收稳定、数据处理准确为标准，综合考虑选用性价比高、适用度强的设备。

4 结语

综上所述，水工环地质监测技术种类多，每种监测技术优势不同，监测内容不同，适用范围也不同。在对地灾治理的应用中，需要结合实际情况合理选用，使监测技术优势得到充分发挥。监测人员需规范操作，合理选择监测设备，提高监测数据的准确性和监测质量。