地质灾害监测预警技术方法探讨

黄佳茂

（永州市自然资源事务中心，湖南 永州 425000）

1 地质灾害及其造成的主要危害

地质灾害，通常指由于地质作用引起的人民生命财产损失的灾害。这是指由自然或人为影响（通常是由于两者的协同作用）引起的地表岩石和土壤的运动。地质灾害具有自然演化和人为灾害的双重性质，不仅是自然灾害的组成部分，也属于人为灾害的范畴。由降雨、融雪、地震等引起的自然灾害称为自然地质灾害，由工程开挖、堆载、爆破、腐蚀等引起的自然灾害称为人为地质灾害。地质灾害通常分为以下六种类型：滑坡、崩塌、泥石流、地面沉降、地面塌陷、地裂缝。我国经济水平快速提高，工业、交通、建筑等相关产业发展迅速，但也严重危害自然环境，特别是工业生产过程。随着国家地质灾害日趋严重，人民群众生命财产安全受到严重威胁。

2 传统地质灾害监测手段的不足

传统的地质灾害监测野外布置的系统通常无法实时智能地收集数据（通常间隔2h～4h），并且经常监测地质不稳定的物体。收集到的数据往往受各方面条件限制，无法及时发送给地质学家。在大多数情况下，专业人员需要在现场收集数据。加之动物、风等非地质体位移因素的影响，原有的绳索式位移监测系统无法有效消除干扰，经常导致地质学家误判。

3 遥感技术的应用

3.1 在地质灾害监测预警中遥感技术的应用价值

人类自然环境的因素很多，突发性因素是自然灾害的一大特征，往往导致难以准确有效地监测自然灾害的发生。但遥感技术的应用在解决这一问题上显示出很大的优势，影响因素相对较小。利用遥感技术，可以准确判断灾害，在地图上显示情况并根据图像内容对自然灾害进行分类和改进。救援人员也可以应用这项技术制定完整的救援计划并及时管理灾难的影响。地质灾害的威胁在自然灾害中相对较大且广泛，因此遥感技术目前被广泛用于地质监测、地质断层活动、地震环境和地表地震状态分析，实现地质条件研究，提高研究成果。此外，遥感已经完成了地震的预防性检查和监测，并配备了多种地质预测手段，在地质灾害监测中发挥着越来越重要的作用。

3.2 地质灾害监测预警系统安装准备

先是获取地质灾害可能发生地区的地形和实体数据，走访调查各类地质灾害威胁区及其周边地形，以应对灾害管理需求。检查并了解交通环境，找到安全可靠的疏散路线，为防灾减灾工作的开展提供了宝贵的基础。 然后在安装特殊设备和放置简单设备点之前进行全面的现场调查，以了解现场裂缝的风险。根据现场环境和简单设备的特点，找到安全和简单设备的关键点。最后，在底图上绘制并做出最终决定，此外，对于配备有专用设备的地质灾害现场，还需要根据周围环境、水文条件、稳定性风险、设备安装要求等进行详细的实地勘察。

3.3 遥感技术在地质灾害监测中的应用

3.3.1 突发性地质灾害调查和监测领域

地质灾害的发生一般与自然环境中形成的地质构造、地表植被的范围、地形地貌、降雨强度等直接相关。总的来说，地质构造是地质灾害的主要成因，遥感技术具有宏观监测能力强、时效性快、应用过程信息量大等特点，可以通过分析各种地质地形来明确灾害预警，实现对可能发生的地质灾害的动态评价和灾害监测。因此，利用遥感技术作为地质灾害防治的主要手段，可以快速、恰当地监测和预测地质灾害的发生，为自然资源规划和灾害防治管理提供详细的国家信息。

3.3.2 对地质灾害多发区进行调查并进行区划

地质灾害的发生主要是自然和人为因素共同作用的结果。我国部分地区发生严重地质灾害。由于灾害的不可控性，在可能发生地质灾害的地区，当地人民的生产生活受到地质灾害的严重威胁，因此通过对可能发生地质灾害的地区进行实时监测，可以减少人员伤亡。利用遥感技术，可以从遥感云图像的颜色、形状、纹理等方面掌握灾害易发区的全貌，识别每个地区可能发生的地质和灾害，可以跟踪地质灾害的形式。当前灾害孵化的性质、规模和特征表明了可能发生灾害的地区。通过科学划分可能发生地质灾害的区域，了解各区域地质灾害类型及其对地质灾害的敏感性，可以有效提高地质灾害防治水平。

3.3.3 在突发性地质灾害监测中的应用

2000年4月9日，西藏自治区林芝地区发生特大型山体滑坡，滑坡堆积体截断了易贡藏布，使原先网状的易贡湖面积迅速扩大。王治华等利用多时相、多平台的卫星遥感数据和数字高程模型，对易贡湖的变化情况进行了监测，快速获取了各时相的湖水面积、水位和水量，并对洪水的溃绝时间进行了预测。研究结果与现场调查结果基本一致，显示了利用遥感数据进行地质灾害定量监测的可行性。

4 地质灾害监测预警体系建设

2017年8月8日，九寨沟州发生7.0级地震，九寨沟景区发生多起地质灾害，主要威胁美丽的村庄、观景台、风景优美的道路、和公共汽车等。九寨沟景区根据当地所发生的地质灾害建立了专门的监测预警系统，使得各种地质灾害都能在第一时间被发现，也为有关部门有效制定相应预防措施提供了基础。

4.1 监测网点选取原则

4.1.1 突出重点

在发生滑坡、崩塌多重威胁等严重地质灾害时，监管部门通常会优先排除隐患。随着时间的推移，监测的出口数量应根据受影响地区的风险情况进行适当调整。

4.1.2 科学经济

监测点布置要根据隐患类型和发展分布特点，统筹部署监测工作。对于自动化雨量站，在满足监测精度和要求的前提下，相邻地质灾害应共建共享，避免重复建设。

4.1.3 统筹兼顾

监测点的布设宜根据隐患类型及发育分布特征,并结合监测工作需要统一规划、统筹部署。针对自动雨量站，在满足监测精度和要求的前提下，相邻地质灾害隐患点应共建共享，避免重复建设。

4.2 监测内容

4.2.1 滑坡监测内容

①降雨监测。降水是滑坡和不稳定边坡形成和变形的主要环境因素，利用气象降雨站实时采集和传输降水等数据，解决滑坡形成和变形的关系。隐患多，要按照统筹原则，共享相邻隐患的气象、降雨监测。测量点之间其他隐患的降雨值可以通过插值获得。②裂纹变形监测。Rhagades早期预警扩展器用于表征由传感器的电气特性或频率变化引起的裂纹、光滑表面和弱区变形。具有精度高、自动化程度高、现场预警快等特点。如果需要，裂纹警告引伸计可以与集成的GNSS监测站或裂纹数据返回终端通信，以提供数据传输功能。③GNSS地面位移监测。包括绝对和相对位移监测，以监测滑坡位移、位移方向、位移速率、裂缝变形。与传统的大地测量不同，只需要使用一个集成的GNSS监测站，它可以监测滑坡的3D位移和速度，而不受能见度或天气条件的影响。精度要求达到毫米级。同时，该装置具有自动运行状态检查和故障报警功能。通过测量数据和自检数据的实时传输，实现实时自动监测。

4.2.2 崩塌监测内容

①降雨监测。降水是崩塌形成和变形的主要环境因素，降雨监测站实时采集和传输降水等数据，分析崩塌形成与变形的关系。由于隐患较多，相邻隐患的降雨监测按统筹原则共享。测量点之间其他隐患的降雨值可以通过插值获得。②裂纹变形监测。裂纹预警引伸计用于通过传感器的电特性或频率变化来表征裂纹变形。具有精度高、自动化程度高、现场预警快等特点。如果需要，裂纹警告引伸计可以与集成的GNSS监测站或裂纹数据返回终端通信，以提供数据传输功能。③GNSS地面位移监测。包括绝对和相对位移监测，以监测坍塌位移、位移方向、位移速度和裂缝变形。与传统的大地测量不同，只需要使用集成的GNSS监测站，无论能见度或天气条件如何，都可以监测3D位移和坍落度，精度要求达到毫米级。该装置为自走式，具有巡检和故障报警功能。通过测量数据和自检数据的实时传输，实现实时自动监测。

4.2.3 泥石流监测内容

①降雨监测。泥石流形成和变形的主要环境因素是降水，利用气象降雨站实时采集和传输降水等数据，分析泥石流形成和变形的关系。由于隐患多，相邻隐患的天气、降雨监测按统筹原则共享。测量点之间其他隐患的降雨值可以通过插值获得。②泥浆液位监测。如果沟床断面比较稳定，可以根据实测泥石流计算实测泥石流，泥浆深度直接反映了泥石流的大小，确定其破坏的可能性、危险等级。③视频监控。视频监控主要记录滑坡和地质灾害变化过程的图像和照片。计划选择一个具有自动拍摄、保存和回放功能的集成视频监控站，监控数据可以通过光纤网络和其他通信方式发送到监控和预警平台。

4.3 技术路线

区域地质灾害预警理论是国家和地方地质灾害预警信息、专业地质灾害实时监测、雷达逆向降水监测预报等技术的完美结合。九寨沟历史灾害数据、地质环境基础数据、历史降水监测数据等相关数据逐步构建完整的地质灾害预警模型和高精度监测，形成预警体系。

4.4 体系架构

九寨沟景区地质灾害专业监测预警系统整体架构以标准和安全体系为基础。从上到下依次为基础支撑层、数据资源层、模型层、系统应用层、用户层。具体架构如图1所示。

图1 九寨沟地质灾害专业监测预警体系架构示意图

5 结语

地质灾害监测预警是一个长期课题，在常规监测手段的基础上，利用最新信息技术对地质灾害进行实时监测预警是地质灾害防治的未来。构建最新的监测预警技术需要根据灾害状况的变化和灾害的突发性及特点，不断更新和完善实时监测预警系统的建设，以达到更有效地监测预警地质灾害的目的。