新时期地质灾害隐患点在线专业监测模式构建*

王明旭,曾一芳,吴明亮

(1.惠州市自然资源局 地质环境监测站，广东 惠州 516003；2.广东省有色金属地质局九三五队, 广东 惠州 516001)

0 引言

在治理资金到位时，可以采取工程治理或避险搬迁的方式对地质灾害隐患点进行综合治理，日常则主要依靠群测群防力量进行巡查。遇到强降雨时，人工巡查的危险性大，安全隐患多，无法做到全面巡查。有一些地质灾害的发生是由量变到质变的过程，用肉眼无法感知其变化；为此，在条件允许的情况下，根据现场实际，实施在线专业监测，将人防与机防有效结合，可以弥补单纯依靠群测群防工作存在的不足。

对于专业监测，目前已有一些研究成果，如：许强等[1]通过光学遥感和InSAR实现了区域地质灾害隐患的普查，随后利用机载激光雷达测量技术和无人机摄影测量技术实现了高地质灾害风险区段和重大地质灾害隐患的详查，最后采用现场调查、地面与坡体内部监(探)测等手段，实现了重大地质灾害隐患的复核确认和排除。监测设备安装点位的选择是一项比较专业的技术工作，设备供应商缺乏相应的专业知识，只有专业技术人员在了解设备工作原理、功效、性能的基础上统筹考虑设备的安装点位，才能实现监测预警效果的最优化[2]。地质灾害监测预警和成功预报有专业监测型、巡查排查型、气象预警型、群测群防型等4种模式[3]，其中专业监测型就涉及设置预警阈值的问题。不同类型岩土质滑坡的位移、裂缝、切线角，其预警阈值的取值也不一样；初值的确定一般采用前人的一些成功预警案例的经验值结合外部因子得到，而在初值确定后，还需在监测过程中进行相应的优化调整[4]；另赵安文等[5]对现有的多源监测大数据及公共数据开展了统计分析，获得了更加准确的监测阈值。滑坡处于匀速变形和加速变形阶段是紧急处置险情的关键时期，一旦滑坡进入此阶段必须设定相应的预警阈值[6]。在专业监测中，如果监测点的布设没有准确抓住灾害点的变化过程，将导致监测数据失去使用价值。设定预警阈值并非最佳的预警方式，过程化预警模型中的多源数据协同预警技术将是今后的发展方向[7]。

1 地质灾害隐患点在线专业监测

1.1 监测目的

在线监测的目的主要有3个：一是对于暂时无法避险搬迁的地质灾害隐患点，通过在线监测的方式，对地质灾害隐患点可能引发的地质灾害进行人工巡查之外的在线监测，实现定性管理和定量管理的结合；二是对于暂无财政资金进行工程治理的地质灾害隐患点，可以投入部分资金进行临时的在线监测，以及时掌握隐患点的变形情况，为后续的工程治理做好准备工作；三是借助现代化的技术手段，提高地质灾害隐患点的管理效率和效能。

1.2 应用范围

在线专业监测涵盖范围较广，一是定量化的数据监测，对地质灾害隐患点进行专业监测，涉及位移、变形、倾角、振动、雨量等的监测；二是可视化的图像监测，如在矿山管理、储备地管理、临时用地监管中通过视频监控，抓取地形数据进行分析，以掌握开采量变化及监管储备地、临时用地的使用情况；三是常规定时监测，如在土地整理中，记录土地整治效果，包括对基本农田、永久基本农田保护的监控。

1.3 监测优势

对地质灾害隐患点进行专业监测，有4个方面的优势：一是解决在暴雨等恶劣天气情况下不宜人工巡查的问题；二是在没有足够资金进行工程治理的情况下，可通过少量资金投入开展在线监测；三是对地质灾害隐患点进行定量分析，便于有效表征地质灾害隐患点的发展过程，从而做好有效预防；四是能够直观监控现场情况，在危急情况下便于及时准确地作出决策。

2 在线专业监测实施过程中存在和需要解决的问题

2.1 存在的问题

2.1.1 在专业监测设备具体布点安装过程中

存在的问题

在具体的布点安装过程中主要存在3个方面的问题：一是占地的问题，在农村涉及占用宅基地或农用地，在市区涉及占用公用用地；二是监测设备安装与当地风土人情相适应的问题，在农村安装设备，有的村民觉得会破坏“风水”，工作阻力较大；三是部分监测配套设备安装受人文环境的影响，如在存在地质灾害隐患点的学校内安装专业监测设备时还配套安装了声光预警广播，校方认为报警时会引起学生恐慌。

2.1.2 地质灾害隐患点监测存在的问题

地质灾害隐患点监测系统维护成本较高，对于同一类型的地质灾害隐患，其规模不一，采用的设备也不一样。不同厂家的专业监测设备外观差异较大，内部零部件也不一样，都有各自的预警分析平台。为此，从规范整个专业监测市场来看，为缩减监测成本，除了开发易操作的简易监测设备，还需要制定统一的监测设备制作标准。

2.2 需要解决的问题

在地质灾害隐患点在线监测时需要解决5个方面的问题：

a.监测系统的专业性强，需要多学科结合。在线监测设备的安装、维护等主要由设备厂商负责，而具体如何布置监测点，则需要地质灾害防治专业人员结合现场实际确定。

b.监测数据的处理。当前各地自然资源主管部门中，主要由行政科室承担地质灾害防治管理工作，尤其是市县局层面，普遍缺乏专业管理人员，不具备准确研判地质灾害隐患点监测数据的能力。

c.监测设备的维护。设备的维护成本差异很大，维护得好，成本就较低；反之，成本就较高。不专业的维护甚至可能会导致监测设备损毁而失去监测功能。

d.监测管理。地质灾害隐患点分布范围广，最好能实现监测数据共享；需要按照属地管理原则，由当地自然资源部门具体管理，每个层级的责任要明确。

e.在线监测发挥的作用。即使对地质灾害隐患点进行了布点监测，若无法确定隐患点相邻区域是否存在诱发灾害的可能，就起不到监测预警作用，在线监测也就失去了价值。

3 地质灾害隐患点在线专业监测模式

3.1 专业监测点的选定

地质灾害隐患点认定后，需要明确综合治理措施。对于暂无充足资金开展工程治理的情况，为了维护隐患点周边群众的生命财产安全，开展专业监测尤为必要。并非所有的隐患点都适合开展专业监测，要结合现场实际，认真分析，科学选取。

3.2 专业监测的经费保障

相较工程治理或避险搬迁所需的经费，专业监测费用较低。如何有效募集资金开展相关工作，依然是一道难题。笔者提出了3种资金募集方式：一是受益方出资，谁受益谁负责专业监测所需经费；二是政府财政资金支持；三是社会资本出资，采取募捐、众筹等方式[8]。

3.3 专业监测工作内容的确定

获得专业监测经费后需要明确专业监测工作内容，其既要满足上级文件要求，也要符合当地实际。一般来讲，除了布设监测仪器设备和提交月度、季度、年度设备运行维护报告外，还需要开展监测设备(地表位移、降雨量等)预警阈值判据研究、降雨与灾害体位移关系研究、地质灾害临界降雨量研究和灾害体稳定性评价研究。

3.4 专业监测实施单位的选择

明确需求后，要按照相关规定选择专业监测实施单位。不同类型的地质灾害隐患点的监测，对实施单位的要求不一样。如果只是单纯对滑坡体进行专业监测，依靠前期的地质勘查资料进行布点即可，一般专业监测实施单位均可承担。如果地质灾害隐患点属于岩溶塌陷地区，需要开展地下水的专业监测，可能还需做钻孔补勘，这就需要地质单位和专业监测单位联合开展相应工作。即使只是简单的滑坡地灾隐患点专业监测，如果专业监测单位不具备基本的地质灾害隐患点监测数据的分析能力，也是无法完成专业监测工作内容的。所以对于资金额度小的专业监测项目，按照相关规定进行三方询价时，一定要充分了解询价单位的实力和是否拥有相关的专业监测项目经验。对于大额资金的专业监测项目，要通过招投标方式选择监测实施单位，在招投标文件中需明确单位资质要求，在商务评分标准中加大类似项目业绩的分值比重。

3.5 专业监测预警分析系统的建立

监测系统涵盖多方面内容：

a.监测设备的选择。雨量计布点要能满足地质灾害隐患点区域的雨量信息收集的要求。

b.确定传输方式。数据传输和处理方式不同，工作量也不同。

c.制订布点方案。对地质灾害隐患点进行勘察后，要进行监测设备布点，布点方案要求能够保障监测设备的长期稳定运行。

d.构建在线监测系统。

e.明确在线监测维护责任。对设备供应商来说，要确定设备维护期；对地质灾害隐患点所属区域的乡镇街道而言，需要明确维护责任。

f.建立在线监测负责人考评体系。要对地质灾害在线监测各责任方建立考评体系，检查工作台账。对及时预报地质灾害隐患的工作人员，要给予贡献认定；对在地质灾害隐患点在线监测工作中玩忽职守，造成人员伤亡和财产损失的，要追究责任。

3.6 专业监测数据的获取及分析

不同类型的地质灾害隐患点，所需要获取的监测数据不一样。获取监测数据后，不仅仅是设置预警阈值的问题，还涉及采集频次及数据之间的逻辑关系分析。是单一设备的监测预警，还是多设备监测数据综合分析的预警，这些都要在专业监测预警系统建立后予以明确。出现预警时，专业技术人员要立即开展分析，确属险情的，要通过预警广播和声光报警器及时提醒群众撤离，并按要求通知相关人员。

3.7 专业监测研究成果

专业监测研究成果的取得需要对大量监测数据进行分析研判及校核。地质灾害隐患点的专业监测责任重大，具有公益属性，需要集合多方力量，整合多方资源，齐力攻克难关。

a.专业监测资源的整合。虽然不同地方的地理条件不一样，但专业监测方式具有可比性，通过建立统一的专业监测平台，实现全国同类监测项目的在线比对。

b.建立并整合预警阈值数据库，形成同类地质条件的预警阈值设定联盟，使专业监测的阈值设定有参考依据。

c.专业监测创新探索。专业监测涉及面广，从专业监测设备的成本、选型、选址，再到调试、维护、数据分析、阈值校核、维护等，都需要不断创新探索，让专业监测真正发挥作用。

d.要形成专业监测的研究成果。结合月度、季度、年度报告，形成适应该处地质灾害隐患点的专业监测成果，也抽象共性问题，形成能够指导更广范围的专业监测成果。

3.8 专业监测设备的日常维护

加强专业监测设备的日常维护，防止监测设备的人为破坏，同时还要不断校正监测数据的可靠性。监测实施单位的质保维护期结束后，要积极申请资金保障维护费用。

4 在线专业监测案例分析

惠州市自然资源局委托相关单位开发了市级层面的地质灾害信息管理及预警分析系统(见图1)。通过对雨量数据进行预测分析，得到惠州市地质灾害气象预警预报结果(见图2)。

图1 预警分析系统登录界面

(a)2020年8月7日-8日

4.1 惠州东江体育馆在线专业监测案例

东江体育馆11栋A座西侧后山地质灾害隐患点中心坐标为：经度23°55 ′26 ″，纬度114°23′11″，高程5.6 m。该边坡为土质边坡，长约18 m，高5.6 m，整体坡度 30°。边坡上方为原始山体，坡顶植被茂盛，坡脚建有居民住宅楼。边坡有5.0 m 高石坎支挡，石坎上方有过滤水池和防泥石流冲击沙包，靠近石坎水池边的坡体有1.8 m×6.0 mm的裂痕，目前未发现边坡明显变形破坏迹象。该边坡因上方山体呈 U 型沟状，雨水汇聚易导致泥石流；如过滤池排水管堵塞，极易造成边坡压力过大而崩塌。为了监测该泥石流地质灾害隐患点，一共安装了3台LS-SG20S微芯多维传感器，1台ADT-M1000S一杆式采集测站，采集终端包括摄像头、太阳能电池板等设备。边坡形变监测：监测边坡表面的倾斜、振动情况，判断边坡的安全状态。2020年5月-10月的在线监测结果显示，倾角与振动都处于正常范围(见图3)，在几次强降雨作用下隐患点均能保持稳定。

(a)位移变化

4.2 龙门大围至祖塘村岩溶地面塌陷地质灾害在线专业监测实例

近年来，龙门县平陵街道大围村至祖塘村片区内相继发生多起岩溶地面塌陷地质灾害(见图4)，塌坑直径1～6 m，深度2～6 m。塌坑周边部分村民房屋遭到不同程度的破坏，出现多处裂缝。据初步统计，潜在威胁人数达4 714人，潜在经济损失达8 132万元，灾情较为严重。

图4 龙门县平陵街道大围村至祖塘村片区塌陷坑现场照片

工作区内有4处岩溶地面塌陷：①编号LMPL142，该塌陷位于瑞兴村，为小型地面塌陷，塌陷地层岩性为灰岩，溶洞发育，受地下水波动影响，发生多次地面塌陷，坑口直径1～2 m，坑深多大于2 m，塌陷造成房屋整体开裂，裂隙长约6 m，宽2 cm；②编号LMPL144，该塌陷位于祖塘村，为小型地面塌陷群，塌陷地层岩性为灰岩，塌陷初次发生时间为2011-2012年，由其西南方向石场矿山开采而引发；③编号LMPL145，该塌陷位于祖塘村，为大型地面塌陷，塌陷地层岩性为灰岩，塌坑呈群体发育，坑口直径2～6 m，深3～6 m，多处房屋出现裂缝，部分塌坑已被户主回填；④编号LMPL146，该塌陷位于祖塘村，2006年暴雨期发生塌陷，坑口直径1～2 m，坑深大于2 m，导致周边房屋产生裂缝，经回填后现较为稳定。

目前主要开展了如下工作：

a.通过收集资料和开展地质调查，基本查明片区内地形地貌、水文、地层岩性、地质构造、不良地质作用及岩溶地面塌陷灾害发育情况与特征。

b.采用物探或钻探手段，初步查明片区内岩土体工程地质性质、隐伏岩溶和土洞的分布位置、规模、埋深及其发育特征，初步掌握岩溶和土洞的发育规律，初步分析岩溶塌陷形成机理。

c.通过水文地质勘查和建立地下水动态监测孔，基本掌握区内地下水类型、水位、水质、流向、流量、补径排条件及其动态变化特征。

d.在地质调查基础上，选择合适的隐患点进行监测，监测内容包括地下水位变化、地表及房屋变形、表层土体变形与沉降等，利用地质灾害监测技术和实时通信技术，建立岩溶塌陷自动化监测预警系统，实现地质灾害监测数据实时自动化采集和传输。

e.合理设定各项监测参数的预警阈值，当监测数据超过预警阈值时，系统自动发出警报，并将预警信息自动发送至客户端及指定人员手机。

f.定期对监测预警数据进行综合研究分析，提交监测数据分析报告(月报、季报和年报等)，及时优化参数，掌握各监测数据演变趋势及动态变化规律，研究各监测数据间的内在联系，为地质灾害防治与管理决策提供技术指导与科学依据。为此，在工作区布设了7 套GNSS(位移监测一体机)、4套水位计、1套地表裂缝计、3套深部位移倾斜仪、2套声光预警广播。专业在线监测数据显示，现场未出现失稳情况。

5 结语

对于地质灾害隐患点，通常需要采取避险搬迁或工程治理等措施。有些地质灾害隐患点对人民群众生命财产虽已形成了威胁，但不具备避险搬迁条件或缺乏工程治理经费或是暂时不能明确其潜在危险程度，这就需要在群测群防基础上开展专业监测。本文构建的地质灾害隐患点专业监测模式，实现了规范化、科学化、体系化监测，可用于指导地质灾害防治工作。