滑坡灾害监测预警技术探析与应用

赵忠海

摘 要：滑坡是一种常见多发且危害严重的地质灾害。开展滑坡监测可以及时获取其发生、发展及演化过程中的数据信息，从而提前进行预警并采取应对措施以避免或减少滑坡所造成的危害。本文系统总结了当前滑坡监测预警的主要技术方法，并以北京延庆黄峪口滑坡为例，对滑坡监测预警技术的实际应用进行了分析和探讨，阐明了滑坡灾害监测预警工作中存在的主要问题，分析了原因，提出了建议，并对滑坡灾害监测预警技术的未来工作方向进行了展望。

关键词：滑坡;地质灾害;监测预警;探析;展望

Abstract： Landslide is a kind of frequent and serious geological hazards. Monitoring landslide deformation can acquire the data information in the process of occurrence， development and evolution in time， thereby taking measures in advance to avoid or reduce hazards caused by landslides. Taking the Huangyukou landslide in Yanqing District of Beijing as an example， this paper systematically summarizes the main technical methods of landslide deformation monitoring， analyzes the practical application of landslide deformation monitoring technology， expounds the main problems in the landslide monitoring and early warning work， analyzes the reasons， puts forward some suggestions， and prospects the future work direction for landslide deformation monitoring and early warning technology.

Keywords： landslide; geological hazard; deformation monitoring; analysis; prospect

0 引言

我国是世界上地质灾害最为严重的国家之一，每年均有数千乃至上万起地质灾害发生，其中尤以崩塌、滑坡、泥石流最为多发，危害最为严重。据自然资源部地质灾害技术指导中心统计，近十年（2009—2018年）我国平均每年发生地质灾害12623起，近五年（2014—2018年）平均每年发生地质灾害7866起（图1），总体情况非常严峻，给国家和人民生命财产安全造成了巨大损失。而在这众多起地质灾害中，滑坡以其易发性和易损性大而成为危害性最为巨大的地质灾害之一。据自然资源部地质灾害技术指导中心统计，2019年全国共发生地质灾害 6181 起，其中滑坡 4220 起，占地质灾害总数的 68.27 %（图2）（自然资源部地质灾害技术指导中心，2020）。

滑坡是指斜坡上的部分岩土体沿其软弱結构面（带）在重力等综合因素的影响下，失去原有平衡而向下滑动的不良地质现象。因其具有数量大、分布广、发生频繁、缓慢性和隐蔽性等特点，一旦发生除了会造成巨大的人员伤亡和经济损失外，甚至还会产生重大的政治和社会影响（曹阳威等，2016）。同时也给国家的防灾减灾工作带来巨大困难。为了消除或减轻滑坡灾害隐患可能导致的灾害损失，目前采用的措施主要有工程治理、搬迁避让以及监测预警等，其中监测预警作为地质灾害风险减缓的重要措施之一，越来越受到人们的重视。

1 滑坡变形监测预警技术现状

滑坡变形监测的常用方法大体可分为人工监测和仪器监测。其中，人工监测主要是依靠专业技术人员或群测群防员借助简单的工具如纸带、木条、卷尺等，在可能发生滑坡的现场进行实地观测。该方法简单易行，可以此判断坡体是否移动，但无法判断坡体变形是否有继续发展的趋势，更无法提供可用于滑坡预警预报的有效数据;仪器监测主要是借助雨量计、裂缝计以及应力仪等专业仪器设备，对处于初始变形阶段和稳定变形阶段的滑坡进行远程监测，以获取表征坡体变形的相关参数以及可能诱发坡体变形的影响因素如降雨、地下水等相关数据，用于开展滑坡预警预报工作。

早期的滑坡监测技术较为落后，主要是采用人工监测方法。自20世纪50年代末期以来，许多科技成就特别是电子技术、计算技术、测量技术的成就被成功引用到地质工程领域，极大地推动了滑坡监测技术的进展。

从21世纪初开始，各类单体滑坡的专业监测及区域性的滑坡监测预警工作在我国相继开展起来，如2003—2007年，湖北三峡库区、四川雅安、云南哀牢山、陕西延安以及福建东南等地即先后开始了滑坡专业监测工作和测预警工作，迄今为止，滑坡监测预警工作在我国已开展了近20年，滑坡监测预警技术也取得了较快进步和较大发展。

1.1 滑坡变形监测技术现状

关于滑坡变形监测的技术方法前人已做过较为系统的总结。其中比较有代表性的技术分类方法有两类：一类是根据监测仪器的感受元件与被监测对象的接触情况将滑坡变形监测技术方法分为接触式变形监测和非接触式变形监测两种（霍东平等，2015）;另一类是根据监测对象的不同，将滑坡变形监测技术方法分为位移监测、物理场监测、地下水监测和外部诱发因素监测四种（唐亚明等，2012）（表1）。

1.2 滑坡变形预警技术现状

滑坡主要的诱发因素是地震和降雨。由于地震所诱发的滑坡往往具有突发性，加之现阶段对地震尚无法做到准确预报，故通过监测地震去分析、研判滑坡发生的可能性大小进而进行提前预警和预报的难度较大。而降雨因数据易于获得且其所诱发的滑坡多具有一个缓慢发展的过程而成为滑坡监测预警的重要研究对象。多年来人们一直致力于滑坡临界雨量值的研究，从不同角度建立了各种预警预报模型，对滑坡预警预报进行了有益尝试，并取得了较大进展（徐则民等，2007）。

国际上对于滑坡降雨临界值方面的研究，主要集中在20世纪八九十年代。1980年Caine对全球不同地区降雨与滑坡的关系进行了研究;1984年Band等对香港地区的滑坡降雨临界值进行了研究;1987—1988年，Wieczorek等根据1982年的旧金山海湾滑坡和当时的降雨数据建立了滑坡与降雨强度和持续时间的临界关系曲线;而1998年Glade通过对新西兰惠林顿地区的滑坡与降雨资料进行研究后所建立的确定降雨临界值的3个模型——日降雨量模型、前期降雨量模型和前期土体含水状态模型，则基本概括了当前降雨诱发滑坡临界值的确定方法。

国内对于滑坡降雨临界值方面的研究，主要始于2000年以后。2003年，谢剑明等对浙江省台风区和非台风区的滑坡降雨临界值进行了研究;2004年，吴树仁等以三峡库区滑坡为例对滑坡预警判据进行了研究;2006年，李铁峰等结合前期有效雨量和Logistic模型对降雨临界值的确定进行了研究，并以三峡地区作了方法验证;2007年，李昂等采用统计方法对四川雅安雨城区的滑坡降雨临界值进行了研究;此外，浙江、云南、陕西等地均确立了各自的滑坡降雨临界值，并开展了实际的预警预报。总的看来，目前国内的降雨诱发滑坡临界值模型都可以归结为上述的日降雨量（或降雨强度）和前期降雨量模型，均是采用统计技术对历史上已发生的滑坡和当时的降雨资料进行分析，然后取其统计意义上的临界点作为降雨诱发滑坡的临界值。

2 黄峪口滑坡变形监测的技术思路

2.1 黄峪口滑坡基本特征

黄峪口滑坡位于北京市延庆区旧县镇黄峪口村东北方向山体的西侧山坡上，平面形态呈圈椅状，剖面上为倾斜坡状，地形起伏较大。该滑坡总体坡向约270°左右，坡度上缓下陡，上部坡度约20°～30°，下部坡度约30°～45°，滑坡體后缘高程约770 m，滑坡体前缘高程约640 m，滑坡体左侧、右侧中下部及前缘均临空（图3）。

该滑坡体主要由中元古界蓟县系铁岭组（Jxt）地层组成，主要岩性为中厚层状白云岩夹中薄层状页岩，滑体主要由第四系碎石土及铁岭组白云岩夹页岩组成，岩石坚硬，较破碎，节理裂隙较发育，风化较严重;滑床主要由铁岭组白云岩夹页岩组成，岩石坚硬，完整，风化较弱;滑带主要由页岩组成，岩石软弱，风化严重。

野外调查查明，该滑坡是由于前缘采石卸荷而导致坡体失稳造成的。据钻探资料（图4），该滑坡体共存在浅层、深层两个潜在滑面，其中浅层滑面埋深约9～15 m，深层滑面埋深约17～20 m。根据地形、地貌及地表变形情况，共划分出浅层、深层两个滑坡体。其中浅层滑坡体纵向（滑动方向）长约160 m，横向宽约180 m，平面面积约28800 m2，体积约35万m3;深层滑坡体纵向（滑动方向）长约220 m，横向宽约205 m，平面面积约44000 m2，体积约79万m3，故该滑坡体为一个多层、多级的牵引式滑坡。根据该滑坡体稳定性评价结果，其浅层和深层滑坡体在自重工况下均处于基本稳定状态，在自重+降雨（50年一遇）工况下均处于欠稳定状态，在自重+降雨（100年一遇）和自重+地震工况下均处于不稳定状态（北京市城乡建设勘察设计院有限公司，2020）。

2.2 黄峪口滑坡变形监测的技术思路

黄峪口滑坡的主要诱发因素为降雨和人类工程活动，故监测工作的主要内容应包括滑坡变形迹象（位移和物理场）及其诱发因素（降雨和人类工程活动）的监测。在综合考虑黄峪口滑坡的区域概况、地质特征、变形特点、诱发因素以及成灾机理等情况后，拟对该滑坡变形监测进行如下部署：1）在滑坡边界或影响范围外的山坡上，部署1台（套）自动雨量监测站;2）在滑坡体前缘、中部和后缘地表裂缝，垂直裂缝方向部署多台（套）裂缝位移监测站;3）在滑坡体中前部和中部，部署多台（套）远程应力监测站;4）在浅层和深层滑坡体的中部，分别部署1～2台（套）深部位移监测站;5）在浅层和深层滑坡体的中部，分别部署1～2台（套）GNSS位移监测站。

因为该处采石和修路等人类工程活动早已停止和完成，故没必要对人类工程活动进行监测。因为该滑坡是岩质滑坡，且该处地下水位处于滑面以下，故没必要对地下水情况（地下水位、孔隙水压力和土壤含水率）进行监测。

3 滑坡变形监测预警技术的分析和探讨

3.1 滑坡变形监测预警工作存在的主要问题

近20年来，我国开展了大量的滑坡专业监测和预警工作，取得了比较丰硕的成果，但总体看来，其成功预警率却不甚理想。这一方面表现在成功预警实例中专业预警所占比例过低;另一方面表现在许多实际发生的滑坡灾害并没有被实施监测。造成上述结果的原因很多，但主要可概括为以下几点：一是对滑坡隐患点的排查和识别工作做得不够精细，存在“误认”和“漏查”情况;二是监测仪器设备的专业性和适用性有待提高，很多监测仪器设备原本是为其它应用领域研发的，用于监测滑坡变形就会受到地形、地貌、气象、工作时长以及数据采集、传输条件等诸多因素的限制和影响;三是监测预警模型的应用范围过大，依靠统计学理论和方法建立的预警模型及由其推导出来的雨量临界值本身就存在以点代面、以偏概全的先天不足，其应用范围具有很大局限性。如果其应用范围过大，势必忽视了该范围内不同边坡地质条件差异的影响，从而导致预警预报信息失准。

3.2 滑坡变形监测预警技术的探析和展望

上述分析表明，影响滑坡变形监测预警成功率的原因主要体现在隐患识别、监测设备以及预警模型3个方面。为此，要在不断提高滑坡隐患排查和识别工作精度的基础上，一方面要抓紧开展监测仪器设备的研发，提高监测仪器设备的专业性和适用性;另一方面还要进一步加强监测预警模型的研究工作。目前国内外在滑坡变形监测的技术、方法和手段上已无太大差距，很多新技术也逐渐应用到了滑坡变形监测领域。而在预警技术方面，随着对滑坡勘查程度的不断提高及成灾机理研究的不断深入，预警阈值（临界雨量值）的准确度也越来越高。展望下一步工作，除了继续加强监测仪器设备研发和监测预警模型研究外，还要积极借鉴、引入新技术和新方法，同时还要加强各种监测数据综合应用方面的研究，结合具体滑坡的实际情况，探索、优化滑坡变形监测预警方案，让各种监测数据都能在最终的临灾预警工作中发挥最大的作用。

4 结论

（1）系统总结了当前国内外在滑坡灾害监测预警技术方面的主要技术和方法。

（2）以北京延庆黄峪口滑坡为例，阐述了滑坡灾害监测预警技术的技术思路。

（3）当前滑坡灾害监测预警工作存在的主要问题有两个：一个是专业预警成功率较低;另一个是大量的地质灾害在已有的监测点之外。其主要原因有以下3点：一是由于对滑坡隐患点的早期排查和识别不准;二是由于滑坡监测仪器设备的专业性和适用性不好;三是由于对滑坡监测预警模型的研究不够。

（4）针对滑坡灾害监测预警技术的现状和监测预警工作中存在的问题，对滑坡监测预警技术和工作进行了分析和探讨，提出了合理建议，并对其未来工作方向进行了展望。

参考文献：

北京市城乡建设勘察设计院有限公司，2020. 延庆黄峪口滑坡勘查报告[R]：1-70.

曹阳威，马亚楠，2016. 滑坡远程实时监测预警技术面临的问题和挑战[J]. 华北科技学院学报， 13（2）：98-104.

霍东平，张彬，彭军还，等，2015. 滑坡变形监测技术研究现状与展望[J]. 工程勘察，43（8）：62-67.

李铁峰，丛威青，2006. 基于Logistic 回歸及前期有效雨量的降雨诱发型滑坡预测方法[J]. 中国地质灾害与防治学报，17（1）：33-35.

李昂，侯圣山，周平根，2006. 四川雅安市雨城区降雨诱发滑坡研究[J]. 中国地质灾害与防治学报，18（3）：15-17+14.

唐亚明，张茂省，薛强，等，2012. 滑坡监测预警国内外研究现状及评述[J]. 地质论评，58（3）：533-541.

吴树仁，金逸民，石菊松，2004. 滑坡预警判据初步研究：以三峡库区为例[J]. 吉林大学学报（地球科学版），34（4）：596-600.

徐则民，黄润秋，唐正光，2007. 头寨滑坡的工程地质特征及其发生机制[J]. 地质论评，53（5）：691-698+727-728.

谢剑明，刘礼领，殷坤龙，等，2003. 浙江省滑坡灾害预警预报的降雨阈值研究[J]. 地质科技情报，22（4）：101-105.

自然资源部地质灾害技术指导中心，2020. 2020 年全国突发性地质灾害趋势预测[R].1-63.

Band E W， Premchitt J， Phillipson H B， 1984. Relationship between rainfall and landslide in HongKong[J]. Proceeding 4th International Symposium Landslides， Toronto：1377-1384.

Caine N， 1980. The rainfall intensity-duration control of shallow landslides and debris flows[J]. Geografiska Annaler. Series A： Physical Geography， 62（1-2）：23-27.

Glade T， 1998. Models of antecedent rainfall and soil water status applied to different regions in New Zealand [J]. In：23rd general assembly of the European Geophysical Society， hydrology， oceans & atmosphere， Anonymou， Annales Geophysicae， 16（S）： 24-70.

Wieczorek G F， 1982. Effect of rainfall intensity and duration on debris flows in central Santa Cruz Mountains， California. In： Costa and Wieczorek （eds）. Debris Flows/Avalanches： Processes， Recognition and Mitigation Reviews in Engineering Geology[M]. Geological Society of Americal， （7）：23-104.