滑坡监测系统构成与实际应用

　　地质灾害的危害对经济发展和国家安全构成的威胁引起国家高度重视，针对地质灾害的专项监测与研究已成为一项急迫的任务。《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》将“地质灾害监测技术的研究”列为优先主题。新疆巩留县的滑坡地质灾害是伊犁谷地最为发育的灾种之一，当前，易发区内监测技术滞后，监测手段单一，地质灾害治理难度大。因此，以防灾减灾为目的，研究区域内滑坡地质灾害监测系统，促进新疆伊犁谷地滑坡地质灾害监测方法和监测设施的调整，在当前阶段尤为必要。
　　一、监测系统的构成
　　2009年-2011年，新疆地质环境监测院完成了《新疆巩留县地质灾害监测预警示范站建设及动态监测项目》，在巩留县莫乎尔乡阿拉尔村建立了以地表裂缝监测、地表位移监测、深部位移监测、土体含水率监测和相关因素（气象）监测的滑坡地质灾害监测系统。采用的监测设备有无线裂缝位移计、全站仪、钻孔倾斜仪、含水率监测仪和四要素自动气象站，相关监测设备均进行编号、配备相应的保护装置。采用的监测方法有测缝法、大地测量法、深部横向位移监测法、地下水动态监测法和气象监测法。在监测场区内布设了无线网络协调器，用于监测数据的中转传送。在日常办公区域设立监控中心，通过公共通信网络的GPRS功能远程实时发送数据。监测数据经过收集-处理-入库的过程后，可通过WEB页面进行查询、浏览、统计和分析。该监测系统集数据自动采集、传输、查询和分析为一体。
　　二、监测系统的特点
　　以上监测方法除地表位移监测采用高精度全站仪定期观测外，其余监测方法均可实现自动采集数据。同传统的简易监测方法相比，监测数据的自动采集和传输方式是连续的、较稳定的，数据的采集和传输周期较短，通常在8小时1次，气象监测1小时1次。所使用的监测仪器大部分可实现无人值守。其数据采集、传输能够自动或触发实现；其次，监测数据的远程无线传输是另一主要特点。通常情况下，监控中心设立在远离监测场区的工作区域，需借助公共通信网络将各类监测数据发送至监控中心。这对于跟踪灾害体变形过程，进行灾害体变形临界分析具有十分重要的意义；第三，当监控中心收获数据后，可进行最新数据的查询和成图分析。WEB显示由后台数据库、支持软件及WEB软件组成，自动完成各要素在某个时间段内变形过程的成图分析，操作简便，成果直观明了。
　　三、监测系统的运行
　　以监测场区在2011年10月-11月期间，历经一次降雨过程和地震过程为例，论述监测系统的运行过程。
　　2011年10月28-31日，监测区历经一次间歇性降雨过程，降雨总量约18.0毫米；降雨期间，通过各监测要素信息反馈，土体含水率介于9%-16%之间，属于自然状态下土体饱和度变幅范围，1号钻孔处深部发生约10mm的位移，位移方向为滑坡体主滑方向；仅1号、2号地表裂缝位移分别发生约7mm和1mm的拉张性位移。滑坡体稳定性较差。2011年11月1日08时21分、22分，新疆巩留县、伊宁县交界处和新源县、尼勒克交界处先后发生6.0和4.1级地震，震源深度分别为28千米、8千米。震中分别距巩留县地质灾害监测预警示范站约46千米、40千米；至5日18时，震区ML1.0级以上余震37次。11月06日06时35分，新疆伊宁县再次发生2.9级地震。根据11月1日-11月6日各监测要素反馈信息进行数据分析，受地震和前期降雨影响，地震发生后，滑坡体显现出一定的变形，尤其是余震期间，变幅较为明显。现就地震前、后滑坡体地表裂缝位移、深部位移和地表绝对位移进行对比分析。
　　（一）地表裂缝位移监测11月1日，在地震作用下，滑坡隐患后缘裂缝有明显变形，滑坡体后缘中段裂缝（3号位移计监测地段）发生明显位移，位移量约32mm（图1）。11月6日，受余震影响，滑坡隐患后缘裂缝中段（3号位移计和5号位移计监测地段）发生反向位移（注：滑坡体正向位移方向为斜坡坡向）。其中3号位移计先反向位移约80mm，随即正向位移约65mm，5号位移计反向位移约50mm，随即正向位移约45mm（图2）。
　　图1 3号无线位移过程曲线 图2 5号线无线位移过程曲线
　　综合滑坡体后缘裂缝各地段在地震后裂缝变形的持续性数据分析，滑坡隐患后缘处于不稳定状态，后缘中段较两翼更不稳定；尤其是在微弱的间歇性降水过程后，历经一次地震时，滑坡体发生瞬时摆动位移，后缘稳定性差。
　　（二）深部位移监测。1号深部位移监测区域为滑坡体主剖面线上段土体，监测深度分别为17m、22m。10月28—31日连续降水过程中，深度为17m处发生约10mm位移量，深度为22m处发生约4mm位移量；11月1日地震后，仅有约1mm的变化量，11月6日，受余震影响，分别发生11mm和4mm位移量（图3）。2号深部位移监测区域为滑坡体东侧副剖面线中段，监测深度分别为18m、23m。10月31-11月5日，发生两次反向位移。深度为18m处发生位移量均为7.0mm，深度为23m处发生位移量均为3mm（图4）。滑坡体坡面为凹形，其东侧地势较中部高，10月31日发生反向位移是在重力作用下，由降水的滞后效应形成，11月5日发生反向位移属于地震影响的滞后作用形成。
　　图3 1号钻孔倾斜仪深部位移过程曲线 图4 2号钻孔倾斜仪深部位移过程曲线
　　综合滑坡体深部监测区域变形的持续性数据分析，滑坡深部土体不稳定，主要集中在深度约15-25m范围内。其中，滑坡体主剖面线上段土体在降水、地震各种因素综合作用下，尤其是余震期间，深部土体不稳定；滑坡体东侧副剖面线中段土体，在地震等各种因素综合作用下，尤其是余震期间，表现为受挤压后反向移动，又逐渐释放能量至自然状态。斜坡体局部呈现中心震摆现象，其土体结构被破坏，使该潜在滑坡土体结构发生改变，为滑体的下滑提供了动力条件。
　　（三）绝对位移监测
　　地震前、后分别进行了全站仪监测，对斜坡体中上部布设的8处绝对位移标志进行水平位移和高程位移变形测量，并对水平位移变形和高程位移变形进行分析。
　　图5 地震前、后地表位移平面示意图
　　根据地震前、后水平位移测量成果，各绝对位移标志均发生一定量的水平位移。其中，位移量最大的为3号标志，设置于滑坡体主剖面线的上段，其位移量为91mm，其次为7号标志，设置于滑坡体主剖面线的中段，其位移量为51mm；上述两处绝对位移标志位移方向与滑坡主滑方向（斜坡坡向）一 致。位移量最小的为8号标志，设置于滑坡体东侧副剖面线下段，位移量为15mm，滑坡体两翼较中部位移变形较小。受斜坡坡体地形影响，滑坡体两翼滑动方向与主滑方向呈现一定夹角。见地表变形平面示意图（图5）。根据地震前、后高程位移测量成果，各绝对位移标志均发生一定量的高程变化。其中，高程降低变化量最大的为3号标志，设置于滑坡体中部的主剖面线上段，高程降低31mm；高程增加变化量最大的是8号标志，设置于滑坡体东侧的副剖面线下段，高程增加变化量为27mm。
　　综上所述，从滑坡裂缝监测、滑坡体深部位移监测和滑坡体地表绝对位移监测结果分析，受地震影响，在前期有降雨过程的影响下，滑坡体中段整体变形较大，滑坡体稳定性差。
　　四、监测系统适宜性评价
　　根据巩留县地质灾害监测预警示范站自动监测运行记录，监测系统故障主要发生在数据采集和传输阶段，故障表现形式为数据采集为空白值和不传输，主要原因为冬季降雪期间，监测设备在低温（-15℃以下）下，其使用的锂电池供电不足，导致监测设备断电造成数据采集仪自动关机，采集数据为空白值；其次，监测场区内的无线网络协调器采用太阳能蓄电池供电，在冬季降雪期间或连续阴天过程中，日照时间短，充电不足，当低于工作状态的最低电压值时，无线网络协调器自动关机，数据传输随机中断。
　　五、结束语
　　巩留县地质灾害监测预警示范站自2009年陆续建设运行以来，在技术人员的维护下，系统运行基本正常，取得了数万个监测数据，实现了监测信息现场采集、远程无线传输、即时查询和快速分析，取得了较好的示范效果。实践证实，将该监测系统应用于区域地质灾害防治或重大地质灾害隐患的防治中是可行的，在地质灾害防治工程中也可选择使用。多参数的地质灾害监测系统将在地质灾害防治工作中起到重要的作用。
　　[作者简介]魏贤程（1979.10-），男，新疆人，工程师，研究方向：水文地质、环境地质、工程地质及地质灾害评估和监测。