浅议三峡库区地质灾害预警工程常用监测方法及应用

三峡库区万州—巫山段地质灾害监测预警研究~

欧阳祖熙　张宗润　陈明金　师洁珊　陈征　韩文心
（中国地震局地壳应力研究所，北京，100085）
【摘要】为了较好地解决滑坡监测中高度的不确定性问题，需要配合使用多种类型的监测系统。本文系统介绍了三峡库区万州、奉节、巫山等地开展的地质灾害监测预警研究工作，包括基于3S技术和地面变形监测台网建立的研究区典型地段滑坡监测网、研制的新型滑坡无线遥测台网，以及流动倾斜仪、激光测距仪等专用设备。通过近年来获得的一些典型监测结果剖析了不同技术和方法在地质灾害监测预警相关方面应用的有效性。
【关键词】三峡库区　滑坡　监测预警系统　3S技术
1　引言
自1998年以来，中国地震局地壳应力研究所（以下简称地壳所）三峡库区地质灾害项目组依托国务院三峡建设委员会移民局“三峡工程万州库区GPS滑坡监测示范研究”，科技部“十五”攻关项目“示范区新型、高效地质灾害遥测台网技术系统研究”，重庆市政府和移民局下达的“奉节、巫山高边坡与高挡墙稳定性监测”，以及地壳所与德国地球科学研究中心和英国伦敦大学学院关于“应用PSInSAR遥感技术监测三峡库区滑坡及库岸变形”等项目的支持，在万州、巫山、奉节三地移民局和国土局的配合下，广泛深入地开展了库区地质灾害监测预警系统的研究。监测的对象由滑坡、危岩与库岸变形，扩展到高挡墙、高边坡和移民楼房基础的稳定性，监测技术体现了多学科的融合。
几年来，在进行地质调查的基础上，项目组运用3S技术，建立地质灾害地理信息系统（GIS）；开展全球卫星定位（GPS）滑坡变形监测及多手段仪器监测；并整合现今成熟的、先进的传感器与测量技术、计算机信息处理技术与通讯技术，以 GSM/GPRS为通讯平台的无线遥测台网，可以选择连接不同的传感器来监测崩、滑体地表变形、深部位移、地下水动态、声发射、裂缝变化、雨量，以及库岸及抗滑桩等工程构筑物内部应力及所受的推力等；在遥感（RS）技术应用方面，将国际上新近提出的角反射器技术用以辅助进行InSAR信号处理，建立了试验台网。迄今，项目组在库区库岸与滑坡变形监测及灾害预警系统的工作中已获得了多项阶段性成果，一些典型地区的监测成果为政府减灾决策提供了重要依据。
2　库区地质灾害监测网设计的指导思想
库区崩塌、滑坡监测的主要目的是：全面了解和掌握崩、滑体的演变过程，及时捕捉崩、滑体灾变的特征信息，为崩塌、滑坡灾害的正确评价分析、预测预报及治理工程等提供可靠的资料和科学依据。同时，监测结果也是检验崩塌、滑坡分析评价及滑坡工程治理效果的尺度。
为了达到上述目的，库区地质灾害监测系统总体设计思想为：
（1）针对不同崩、滑体的地质构造与变形阶段特征，应采用不同的方案、手段进行监测；
（2）鉴于崩、滑体变形破坏过程的高度不确定性，同一崩滑体上宜采用多种手段监测，形成点、线、面、地表与地下相结合的立体监测网，使其互相补充、检核；
（3）在群测群防工作的基础上，发展常规人工仪器观测与无线自动遥测的技术、建立静态和动态监测相结合的监测预警网络，分别服务于地质灾害的长期、中期预测和短期预警。
3　地质灾害监测方法与技术
依据崩、滑体变形监测的物理量，兼顾变形测量对精度的要求和监测工作的效率，结合当前国内外监测技术和方法的发展水平，在实际应用中采用GPS、InSAR、激光测距、流动倾斜、裂缝监测技术测量地表形变，一些地段也采用了传统方法如全站仪和水准测量；钻孔测斜仪监测深部位移；孔隙水压力计监测地下水动态变化；钢筋应力计与锚索（杆）应力计，分别用于监测抗滑桩内部钢筋和锚索、锚杆的受力变化；同时，采用遥测台网技术采集包括地表变形、深部位移、地下水、钢筋计、危岩声发射等在内的各种动态监测数据。下面简要评述这些方法的特点与适用领域。
3.1　GPS（全球卫星定位系统）大地测量网
全球卫星定位系统（GPS）是美国国防部研制的导航定位授时系统，由24颗等间隔分布在6个轨道面上、大约20000km高度的卫星组成。在地球上任何地点、任何时刻，在高度角15。以上天空至少能同时观测到4颗以上的卫星。用户在地面用接收机接收这些卫星发射来的信号，测定接收机天线到卫星的距离，就可以计算出接收点的三维坐标。近年来，我国开发和应用GPS定位技术的发展速度很快，如在长江三峡工程坝区已建立了GPS监测网，实践证实，高性能配置的GPS水平定位精度可达毫米级，完全可用于崩塌、滑坡的位移监测。
相对于传统的大地测量方法，GPS测量技术应用于滑坡监测有以下优点：①观测点之间无需通视，选点方便；②不受天气条件限制，可以进行全天候的观测；③观测点的三维坐标可以同时测定；④新一代 GPS接收机具有操作简便、体积小，耗电少的特点。所以，这种方法已广泛运用于滑坡变形监测、施工安全监测以及滑坡工程治理效果监测之中。但是，由于监测站建设和获取数据周期较长，在灾害的短期预警中该方法用得较少。
3.2　专用仪器监测网
在此类测量方法中，有多种传统的测量仪器目前仍在广泛使用，如经纬仪、全站仪、水准仪和钻孔测斜仪等，它们主要用于各种工程治理项目的施工安全监测中。除了前述的仪器外，我们还从三峡库区的具体环境条件出发，结合地质灾害其他方面监测工作的需要，开发了便携式倾斜仪、流动激光测距仪等设备，弥补GPS观测受房屋、山坡遮挡而不便施测的不足，以便对位于河谷斜坡地形上的库区移民新城镇的滑坡地表变形、房屋及地基基础变形进行全面监测。在一些经过工程治理的重点滑坡、变形体上，结合治理效果监测，还大量运用了钢筋计和锚杆（索）计以监测抗滑桩内部应力及滑坡的推力。
在地表开展各种流动仪器观测具有监测参量多，灵敏度高，测量范围较大，效率高，成本低，操作简单等特点，因此这类测量方法适用于滑坡治理施工安全监测和效果监测，与前一种GPS流动站观测法相同，也大量应用于多种地质灾害的中、长期监测预报中。
3.3　地质灾害无线遥测台网
目前，国外崩塌、滑坡监测预警技术已发展到一个较高的水平。首先是较普遍采用了全自动、多参数监测的遥测台网；其次，在地质灾害模型预报和预警系统方面，已运用3S(GPS、GIS和RS）技术进行地质灾害空间分析、模型预报和预警系统研究。国内在上述方面尽管还存在较大的差距，但近年来，铁道部、交通部等个别研究所及少数矿区已尝试采用小型遥测台网进行滑坡灾害的监测预报；2002年，中国地震局地壳所在三峡库区又率先建立了用于地质灾害监测预警的多参数无线遥测台网。
“RDA型地质灾害无线遥测台网”系地壳所开发的基于GSM/GPRS技术的新型无线遥测台网。该系统主要由监测子站群、监测预警数据中心和GPRS数据通讯公网等三部分组成（系统构成见图1）。GPRS是在GSM基础上发展起来的一种无线分组交换的数据承载业务。相对于GSM/SMS的电路交换数据传送方式，GSM/GPRS采用分组交换数据传送方式，提高了传输速率，有效利用无线网络信道资源，全面实现了移动Internet功能，对于每个用户永远在线等方面具有非常明显的优势。

图1　GPRS滑坡无线遥测系统构成

根据单体滑坡监测的需要，可以确定所需遥测子站的个数，各遥测子站可以选择连接不同的传感器来监测滑坡地表位移、深部位移，或者地表倾斜、裂缝变化、雨量，以及监测护岸、抗滑桩等工程构筑物内部应力和所受的推力等。监测预警数据中心系统软件功能包括接收各地质灾害点遥测子站的数据、数据入库、显示变形趋势曲线和超限自动报警等功能。同时，数据中心站可对各遥测子站发出指令，改变其工作参数，如数据采样间隔（5分钟、1小时、24小时等）。系统可接入地区监测预警中心微机局域网，支持运行基于GIS的减灾决策支持系统。市、县级地质灾害监测指挥中心的计算机屏幕上可以准实时地密切监视滑坡加速变形趋势，支持对库岸和滑坡破坏事件进行短期及临滑预报，也可以对发生的地质灾害事件进行现场监测和救助指挥。从2002年我们在万州WJW滑坡建成第一个遥测台网以来，在万州和巫山运用“RDA型地质灾害无线遥测台网”监测的崩、滑体已有近20处，积累了丰富的数据。该地质灾害无线遥测系统主要具有以下特点：
（1）监测参量多，精度高
系统集成了包括：滑坡地表变形（位移、沉降）、倾斜变形测量仪、裂缝测量仪、崩滑体微破裂声发射信号记录仪、钻内地层滑移变形测斜仪、孔隙水压测量仪、钢筋测力计、锚索（杆）拉力计等8种滑坡监测仪器。这些测量仪器均具有较高的测量精度和较大的动态范围。
（2）自动遥测，无人值守
遥测仪器均内置微处理器和无线数据传输模块，动态范围大，全自动监测，无线传输，可用交流电源或太阳能电池供电。
（3）无障碍设计
所研制的仪器在测量、数据传输等方面均符合无障碍设计要求，因而有安装方便，环境适应性好等优点。
（4）依托先进的通讯技术
本遥测台网综合运用了最新发展的GSM/GPRS通讯技术，既适应三峡库区的地形条件，便于安装和维护，又具有高容量、覆盖范围广以及成本较低等特点。
3.4　崩塌滑坡应急监测系统
以往，无论在三峡库区还是我国其他地方，发现有崩塌滑坡迹象时，常因缺乏应急监测手段，未能详细积累数据，错失研究的机会且不论，有时终因措施不力造成人民生命的损失。我们在RDA型遥测台网的基础上，将通讯改为GSM/SMS，即短信息方式，目的是使系统对通信公网的适应能力更强，架设更简便可靠。在监测环境偏远以及应急监测的场合，这一点显得尤为重要。
应急监测系统优选了地表倾斜、激光测距、裂缝测量仪等手段。一旦有群众报告或者通过仪器监测发现某地滑坡有加速变形迹象，便能急速赶赴现场，及时安装台网，实施24小时连续监测。既能有效避免不测事件的发生，还可积累研究滑坡变形破坏阶段的宝贵资料。2003年，应万州地方政府的要求对公路、桥梁开展的应急监测便收到了良好的效果。
3.5　合成孔径干涉雷达InSAR测量技术
合成孔径雷达干涉（InSARInSAR—Interferometry Synthetic Aperture Radar的缩写。）测量技术，是利用相邻航线上观测的同一地区的两幅SAR影像的相位差来获取地面数据的测量技术，其主要特点是利用雷达数据中的相位信息。
干涉雷达优点较多：具全天候工作能力，发射的微波对地物有一定穿透能力，能提供光学遥感所不能提供的信息，且为主动式工作方式。对于欧洲雷达卫星 ERS-1/2和加拿大雷达卫星RADRSAT-1，采用干涉技术来产生 DEM，监测地面位移变化，精度可以达到毫米量级。因此，该技术手段特别适用于大面积的滑坡、崩塌、泥石流以及地裂缝、地面沉降等地质灾害的监测预报，是一项快速、经济的空间探测高新技术。
三峡地区植被茂盛，雨水充沛，地貌差异较大，不利于干涉雷达信号的处理，曾有人在该地区做过尝试未获成功。为此，地壳应力研究所与德国地球科学研究中心（GFZ）合作，采用了国际上新推出的角反射器技术以辅助进行 InSAR信号处理。角反射器是用三块角形金属板制作的一种装置，它对照射其内的雷达波可按原方向反射回去，反射信号相对于周围环境有显著的增强。通过在工作区范围内均匀布设人工角反射器，并确定一些稳定的点作为天然反射点，便于图像的配准和精确计算角反射器的位移。对于三峡库区如此大的范围，仅仅利用有限的点位进行 GPS或其他仪器设备测量滑坡体形变是有局限的，因此，探索利用InSAR技术开展三峡库区滑坡监测，具有重要的意义。2003年，我们已经在万州和巫山两地安装了14个角反射器，进行试验监测和研究，同时还联合进行 GPS变形监测作为对比。
4　用于地质灾害监测预警的GIS系统
地质灾害监测地理信息系统是一个能够有效管理各种四维空间（含地理坐标和时间变化）数据的信息系统。它以崩滑体等监测对象为基础，把地形、城市规划、监测点分布等空间数据，按其空间位置存入计算机；通过数据库模块、曲线显示模块与数据分析模块，实现监测数据的存储、更新、查询、趋势分析、绘图显示及图、表输出等功能。
系统主要由四部分组成：地理信息子系统、地质基础资料文献管理子系统、地质灾害监测数据库子系统和监测数据分析子系统。
地壳所自1998年在重庆市万州区开展地质灾害的监测与研究工作以来，首先致力于建立基于GIS的地质灾害数据和资料管理平台，在2000年研制成功“万州库区移民工作地理信息系统”。之后，又逐步完善相关的数据库管理系统，充实数据分析模块，增加自动报警功能，实现了含数据管理、分析于一体的滑坡监测预警GIS系统，并相继推广到巫山、奉节两县。
系统采用面向对象的编程语言Visual C++6.0为开发工具，以MapInfo为基本开发平台；地质灾害监测数据库利用Microsoft SQL Server 2000创建，通过ADO技术进行数据库连接、访问。地质灾害监测预警GIS系统以大比例尺电子地图作为工作用图，可以任意缩放、漫游、能够自动查找地图目标，并与数据库相关联。该系统为管理各种工程地质、水文地质资料，为管理上述几类地质灾害监测网和监测数据，为数据的分析与结果显示，包括为群测群防工作的管理均提供了一个有效的平台，进而为滑坡稳定性的研究打下了很好的基础（系统总体结构如图2）。

图2　地质灾害监测预警GIS系统总体结构框图

根据前述功能的要求，该系统可以输出多种表达数据处理及空间分析结果的图形、图表与三维模拟图等可视化形式。图3显示了巫山县GIS系统的一个界面，显示出滑坡、道路及四类监测站的分布，即为一例。

图3　巫山GIS系统显示的GPS和倾斜监测站分布图

1.GPS静态监测站；2.GPS动态监测站；3.流动倾斜监测站；4.GPS坐标控制点
数据分析流程基本上有如下的3个方面：
（1）整个监测系统获得的数据，包括自动传输与流动观测的，经过校核确认无误后，即可存入当地地质环境监测站基础数据库。
（2）基于地理信息系统的地质灾害趋势分析及预警技术研究，包括进行监测结果的统计分析、时间序列分析、地表位移矢量图分析、滑坡的深度—位移曲线分析、位移—降雨量分析等，并进而确定在不同的地质环境下滑坡预警的阈值。
（3）所获得的滑坡变形时间变化曲线及其二维平面分布图像的结果，可用于做进一步的滑坡稳定性分析研究。
5　各类监测技术的应用与典型监测结果
5.1　GPS技术用于滑坡变形监测
自1999年底万州库区建成含120余个流动站的GPS滑坡变形监测网，到2002年底，共完成了8期测量。结果显示，多数滑坡近期变形速率较低，在5mm/a以下；但半边石坝与实验小学等少数滑坡年变形速率分别达84mm和49mm；关塘口、青草背等滑坡也有明显变形。图4显示了万州城区滑坡现今变形的分区特点：变形大的地区多为陡坡，有的是古滑坡分布地区；近期的变形主要和人类工程活动以及强降雨等因素有关。

图4　万州城区滑坡变形分布示意图

1.GPS滑坡监测点；2.滑坡；3.滑移矢量；4.变形较小的稳定地区
上述结果对于库区城镇的建设规划有指导意义。据了解，有的基础设施项目选在上述变形区域内，自2002年初开工，场平屡屡受阻，历时3年无法开展基本建设，付出了沉重的代价。对这几处稳定性差的滑坡体，加强了跟踪监测和研究。例如万州 SMB滑坡2003年继续发生变形垮塌，其北部区域5月以来曾发生严重变形。图5给出了3条有代表性的基线变化情况，纵坐标表示日降雨量以及GPS基线长度变化，单位为mm。由图中可以看到，2003年一季度该区变形速率不高，4月18日（即图中第108日）降大雨84mm后，滑坡变形明显加速。G123-134是接近主滑方向的测量基线，到6月累计变形量达到400m左右。除了该区是因人类工程活动触发滑坡变形因素外，强降雨的影响不可低估。
又如奉节新县城地区有大小崩塌、滑坡50余处，其中以三马山、宝塔坪、白衣庵、南竹园等大型滑坡对新建县城的影响最大。由于新县城地处复杂的地质构造部位，岩层较为破碎，冲沟发育，高阶地较窄，且连续性差。新建移民区大多分布在地势较陡的沟、谷坡上，人工开挖的高陡边坡随处可见，并以高度大、连续分布长为特点，边坡高度可达30～40m，长度数百米。高边坡的稳定性问题是奉节县城最大的潜在地质灾害问题之一。
2002年我们在奉节建立了含290个监测桩的GPS和地表倾斜变形监测网。到2003年中，整个县城近8km2范围的变形分布如图6所示，发生最大变形的地区是西部朱衣河谷坡一带的高边坡。这些地带大多是高阶地、陡坡，表现的主要地质灾害问题是建筑载荷导致的自然高、陡边坡、古滑坡失稳；因平整建筑场地而切削边坡，填平坡脚、沟谷，产生的高边坡与回填边坡的失稳等。

图5　SMB滑坡地表变形 GPS测量成果


图6　2003年奉节新县城变形等值线图

5.2　在滑坡工程治理安全施工阶段运用的监测技术
本阶段的监测工作主要用于评价滑坡（危岩）治理施工过程中滑坡的稳定程度，及时反馈、跟踪和控制施工进程，对原有的设计与施工组织的改进提供最直接的依据，对可能出现的险情及时发出报警信号，以便调整有关施工工艺和步骤，避免恶性事故的发生。做到信息化施工，以期取得最佳的经济效益。目前，在安全监测中使用了大量的专用仪器布设监测网，这已为广大工程技术人员所熟悉，这里仅举一例说明“RDA型地质灾害无线遥测台网”的应用成果。从2002年5月起在万州 WJW滑坡建立了无线遥测台网。该滑坡为三峡库区二期地质灾害工程治理计划项目，从2002年11月开始施工，2003年2月完成。图7所示为沿滑坡主滑方向激光测距遥测仪获得的结果。尽管施工包括59个抗滑桩的开挖与浇注，但由于设计与施工合理，整个施工期间滑坡体位移仅几个毫米，可见通过遥测台网连续监测，可以及时准确掌握滑坡变形动态，确保施工安全。
5.3 工程治理效果监测
仍以万州WJW滑坡为例。该滑坡治理工程采取以预应力锚拉抗滑桩为主，地表排水及生物工程为辅的综合治理方案。治理效果监测网采用了GPS、深部位移、孔隙水压力测量和钢筋应力计等仪器监测方法，在关键部位还设置了遥测台网进行连续监测。

图7　万州 WJW滑坡工程治理施工安全监测位移曲线

图8 为A2号抗滑桩上3002遥测子站2003年8月到12月观测结果的日变化曲线。由图可见：锚拉抗滑桩内力（钢筋计、锚杆计观测）和滑坡深部位移的变化与地下水孔隙压力（渗压计观测）的变化呈明显的相关关系；根据气象资料，滑坡孔隙水压力的变化与降雨亦有直接关系。但是从总趋势看，抗滑桩内力、深部位移变化不大，说明 WJW滑坡经过治理后基本上处于稳定状态，这与其他监测点仪器巡测的结果基本一致。

图8　3002遥测子站观测结果曲线显示

图9 为巫山GIS系统上分析、显示的WZB边坡倾斜变形矢量图，是使用仪器监测网进行工程治理效果监测的实例。如矢量图所示，4个测点的倾向均与坡向大体一致，2003年累计角变量≤0.02°，说明经过治理后的边坡稳定性良好。
5.4　滑坡变形应急监测
巫山县残联滑坡位于巫山新县城中心地带，滑坡区内高程在278～492m之间，为河流谷坡地形，坡角在10°～30°之间。滑坡体为第四纪坡积物，含碎石、粉质粘土，厚度0～12m，总体积约15万m3。由于本区域为斜坡区，公路及房屋等建设须对原始边坡不同程度的开挖、切坡，2001年已发现有变形发生。地勘资料表明残联滑坡周界明显，滑面渐趋形成，属推移式滑坡。2002年虽经两度治理，其西区在2003年仍有明显变形，危及其下的公路和移民楼房的安全。

图9　巫山县 WZB边坡倾斜变形矢量图


图10　巫山残联滑坡激光测距曲线（2003年9月～2004年2月）

应巫山县国土局要求，2003年9月安装了遥测台网。残联滑坡遥测台网安装在最能反映滑体变形特征的部位，四台遥测子站沿主滑方向形成一条测线。
激光测距的监测数据随时间的变化如图10所示。上条曲线为测距结果，测线长51.3m，滑坡向下滑移对应测线缩短，单位为mm；下条为环境温度曲线，单位为℃，横坐标为测量时间，按－年－月－日时：分格式显示。
从2003年9月12日至2004年2月3日，可大体分为两个阶段：
第一阶段：9月12日到9月27日为滑坡体中部抗滑桩完工之前，由于开挖引起边坡内部应力调整。受滑坡体上部载荷的影响，土体向前挤压。滑坡体中、下部向临空面的蠕滑变形明显，下滑速率大致均匀，约2mm/d,16天总计变化量达30mm。
第二阶段：在滑体中部的部分抗滑桩竣工后，位移速率变缓，降至0.5～1mm/d；到2004年2月上旬，变化量仅0.1mm/d。这说明抗滑治理工程对滑体变形起到了遏制作用，达到了抢险治理的目的。
6　结论
（1）基于3S技术和地面变形监测台网，基本建立了研究区典型地段滑坡监测系统。运用GPS等空间技术可以获得滑坡变形区域分布状况，不但有利于确定需要重点监测的滑坡，而且对库区城镇改造规划有指导意义。遥测台网可快速测定变形速率，是掌握滑坡动态变形趋势与开展应急监测的有效工具。
（2）为了较好地解决滑坡监测中高度的不确定性问题，需要配合使用多种类型的仪器。作者等为此研制的新型滑坡无线遥测台网和流动倾斜仪、激光测距仪，精度高，性能稳定，有较大的推广价值。
（3）由于滑坡、高边坡所处地质环境差异以及影响因素的不同，其破坏机理和危险性程度也不尽相同。正确认识、区分滑坡与高边坡的地质环景，合理布置稳定性监测点位，对其稳定性监测、分析及评价具有十分重要的意义。
在此，对参加过此项工作的杨旭东、陈诚、范国胜、李涛等同志表示感谢。
参考文献
[1]卓宝熙.“三 S”地质灾害信息立体防治系统的建立及其实用意义[J].中国地质灾害与防治学报，1998,9(4）:252～257
[2]崔政权，李宁.边坡工程——理论与实践最新发展[M].北京：中国水利水电出版社，1999
[3]欧阳祖熙，张宗润，张路等.重庆市万州区三峡工程移民地理信息系统.见：地壳构造与地壳应力文集（12).北京：地震出版社，1999:140～146
[4]欧阳祖熙，张勇，张宗润等.全球卫星定位技术在三峡库区滑坡监测中的应用.见：地壳构造与地壳应力文集（13).北京：地震出版社，2000:185～191
[5]欧阳祖熙，丁凯，师洁珊等.一种新型地质灾害无线遥测台网.中国地质灾害与防治学报，2003,14(1）:90～94
[6]欧阳祖熙，王明全，张宗润等.用 GPS技术研究三峡工程万州库区滑坡的稳定性.中国地质灾害与防治学报，2003,14(2）:76～81
[7]欧阳祖熙，师洁珊，王明全等.RDA型滑坡变形无线遥测台网.见：中国土木工程学会第九届全国土力学及岩土工程学术会议论文集.北京：清华大学出版社，2003:1261～1266
[8]陈明金，欧阳祖熙，师洁珊等.基于GPRS技术的地质灾害无线遥测系统.自然灾害学报，2004,13(3）:65～69
[9]陈明金，欧阳祖熙.预应力锚索抗滑桩内力反演计算.见：地壳构造与地壳应力文集（17).北京：地震出版社，2004:139～145
[10]欧阳祖熙，张宗润，丁凯等.基于3S技术和地面变形观测的三峡库区典型地段滑坡监测系统.岩石力学与工程学报，2005（待刊）

7.4.1 长江三峡库区地质灾害监测预警工程建设
完成长江三峡库区立体式监测预警预报示范网络系统建设。运用现代化的技术、设备，对库区60处以上的地质灾害点建立自动监测网络，实现监测数据的自动采集、实时传输和自动分析；建立全库区的遥感（RS）监测系统和GPS控制网、基准网，为编制与实施防灾减灾预案提供决策支撑。通过该监测预报示范区的建设为全国地质灾害监测预报网络的建立提供最直接的经验。
7.4.2 长江三角洲、华北平原地面沉降监测工程建设
（1）长江三角洲地面沉降监测
长江三角洲包括上海市全部，江苏省的苏州、无锡、常州地区、南通和盐城南部的三个县（市），浙江省北部的杭州、嘉兴和湖州地区，面积近5万km2。
长江三角洲地区在原有监测网络的基础上，按统一的规划、统一的标准建立和完善区域性地面沉降监测网。建立和完善基岩标、分层标组和其他有效的地面沉降监测设施；调整、优化和补充地下水动态分层监测孔；开展全球定位系统（GPS）、干涉合成孔径雷达（InSAR）技术和激光雷达（LI-DAR）技术应用试验研究，使地面沉降监测更加合理和有效。
（2）华北平原地面沉降监测
华北平原包括北京市、天津市、河北平原和山东鲁西北平原，总面积5万多km2。
建立和完善地下水分层监测网络，建立统一的地面沉降监测网，逐步完善分层标和其他有效的地面沉降监测设施。开展全球定位系统（GPS）、干涉合成孔径雷达（InSAR）技术和激光雷达（LI-DAR）技术应用试验研究，使地面沉降监测更加合理和有效。
7.4.3 矿山地质灾害综合监测示范工程建设
建立辽宁抚顺煤矿、黑龙江七台河煤矿、山西太原西山煤矿、贵州开阳磷矿四个具有代表性的国家级矿山地质灾害综合监测示范工程。通过国家级矿山地质灾害综合监测示范工程的建设，探索总结矿山地质灾害监测的工作程序和相应的技术方法，为我国采取快捷、经济的监测办法，初步解决矿山地质灾害对当地经济建设造成的威胁提供技术准备，为实施矿山环境恢复工程提供基础依据。

王爱军^1,2薛星桥^1,2

(¹中国地质大学（武汉），湖北武汉，430074；

²中国地质调查局水文地质工程地质技术方法研究所，河北保定，071051）

【摘要】长江三峡库区地质灾害预警监测是服务于地质灾害防治、保障三峡工程建设安全的主要基础工作。开县、万州区、巫山县的38个滑坡灾害专业监测点，采用大地形变监测、深部位移钻孔倾斜仪监测、地下水动态监测、滑坡推力监测、地表裂缝相对位移监测、GPS全球卫星定位系统监测、TDR时间域反射监测和宏观监测等综合系列监测方法。每个滑坡灾害点，采用2种以上监测方法，分别监测滑坡体地表内部变形或受力变化；重要灾害点采用4～5种方法同时进行监测，以便进行对比和综合分析。对滑坡监测及监测成果统计分析，多种监测数据成果具有明显的一致性和相关性，反映了滑坡体的变形情况和特征，证实监测方法合理有效，监测成果将为地质灾害预警工程和地质灾害防治工程提供可靠依据。

【关键词】三峡库区　地质灾害　预警工程监测方法　应用

1　前言

长江三峡库区自然地质条件复杂，是地质灾害的多发区和重灾区。三峡工程的兴建和百万移民工程，在一定程度上改变了原有地质环境的平衡状态，加剧了地质灾害的发生。随着三峡工程建设的不断推进，库区地质灾害对三峡工程和库区人民生命财产安全的影响日益增加，及时有效地防治库区地质灾害已成为三峡工程建设的重要任务之一。地质灾害预警监测工作是实现地质灾害防治的主要基础工作。

三峡库区共有38个滑坡灾害专业监测点在进行专业监测工作，其中重庆市开县14个、万州区14个、巫山县10个。

2　监测方法

2.1　大地形变监测

采用全站仪监测。在滑坡体外选取地质条件较好、基础相对稳定的点位作为监测基准点，在滑坡体上选择有代表性的点位作为监测点，标志点全部采用混凝土强制对中监测墩。

2.2　深部位移监测

采用钻孔倾斜仪进行监测。在滑坡体上选择有代表性的点位布置测斜钻孔，分别在其主滑方向和垂直主滑方向上进行正反两回次自下而上的测读，监测点间距0.5m，使用移动式“CX-01型重力加速度计式钻孔测斜仪”，监测数据稳定后自动记录，每期监测共记录4组数据。

2.3　滑坡推力监测

在滑坡体上选择有代表性的点位布置钻孔，在钻孔中选择适当的深度部位，预置一系列滑坡推力传感器，用传导光纤连接至地面，每次监测采用“BHT－Ⅱ型崩塌滑坡推力监测系统”测量记录各点数据。

2.4　地表裂缝相对位移监测

在裂缝的两侧适当部位安置数套裂缝计，进行原位裂缝相对位移监测。机械式监测具有干扰少、可信度高、性能稳定特点，监测记录数据可直接做出时间—位移曲线，测量结果直观性强。仪器一般量程范围在25～100mm间，读数器的分辨率为0.01mm，操作温度在－40℃～＋105℃之间。

2.5　地下水动态监测

在滑坡体上选择有代表性的点位布置钻孔，对地下水水位，孔隙水压力、土体含水率、温度等参数监测，采用自动水位记录仪、孔隙水压力监测仪等仪器监测。其中孔隙水压力监测仪的孔隙水压力量程为－80kPa～200kPa，分辨率0.1kPa，精度0.5%F·S；土体含水率量程为0至饱和含水率，分辨率1%；温度量程为0～70℃，分辨率0.1℃，精度1%F·S。

2.6　GPS全球卫星定位系统监测

在滑坡体外选取地质条件较好，基础相对稳定的点位，作为监测基准点；在滑坡体上选择有代表性的点位作为监测点，标志点全部采用混凝土强制对中监测墩，观测时采取多点联测。GPS监测方法，可进行全天候监测，不受通视条件限制，同时监测 X、Y、Z三维方向位移量，方便灵活，并可监测灾害体所处地带的区域地壳变形情况。采用的美国 Ashtech公司生产的UZ CGRS型GPS，最小采样间隔1s，最少跟踪和接收12颗卫星，使用Ashtech Solution 2.6软件解算，精度可达水平3mm+1ppm，垂直6mm+2ppm。

2.7　时间域反射测试技术（TDR）监测

即采用电缆中的“雷达”测试技术，在电缆中发射脉冲信号，同时进行反射信号监测。在滑坡体上选择有代表性的点位布置监测钻孔，将同轴电缆埋入监测孔，地表与 TDR监测仪相连接，把测试信号与反射信号相比较，根据其异常情况判断同轴电缆的断路、短路、变形状态，推断出电缆的变形部位，进而推算滑坡体地层的变形部位和位移量。TDR监测采用了固定式预置同轴电缆，成本低，可进行自上而下的全断面连续监测，量程范围大。

2.8　宏观监测

以定期巡查方法为主，对变形较大的滑坡体，据其变形特征布置一定数量的简易观测点进行定期观测，及时掌握其变形动态。

对于每个滑坡灾害点，采用2种以上监测方法，分别监测滑坡体地表变形和滑坡体内部变形或受力变化，重要灾害点采用4～5种方法同时进行监测，以便进行对比和综合分析。监测点的布置应重点突出，控制滑坡的重点部位；照顾全面，力求能反映滑坡体整体变形情况。钻孔孔口周围用混凝土浇筑，布置精确监测点位。

3　监测效果分析

根据2003年7月至12月滑坡灾害专业监测数据资料，初步分析三峡库区地质灾害预警工程监测方法及应用效果。

3.1　大地形变监测

大地形变监测，开展了开县大丘九社和巨坪九社滑坡、巫山县狗子包滑坡和板壁塘滑坡，共4个滑坡的监测。以下以开县大丘九社滑坡为例简述监测效果。

大丘九社滑坡位于开县镇东镇大丘九社斜坡上，滑坡平面形态近似矩形，剖面上呈凹型；分布高程205～300m，滑体长约250m、宽约300m，面积710万m²，估计厚度20m，体积约140万m³。滑坡发育于侏罗系中统沙溪庙组（J₂s）紫红色泥岩及砂岩互层组成的平缓层状斜坡中，滑坡体的物质组成主要为砂岩及砂岩碎块石土，表层为松散土壤，局部出露砂岩碎块石，为崩滑堆积体滑坡。

图1　开县大丘九社滑坡累计位移量曲线图

（a）X方向（b）Y方向（c）H方向 D1——监测点编号

大丘九社滑坡体上布置了3排监测点，每排3个共计9个监测点，滑坡体对面斜坡上布置了2个基准点，分别在2个基准点进行监测。监测网布置既控制了整体滑坡体又突出重点，采用前方交汇法施测。

8月5日进行了首次测量，9月21日进行D1第二次测量成果与之对比，表明变形趋势明显，滑体向 NEE向滑移。10月24日监测成果表明各监测点的变形趋于缓和。11月和12月监测成果表明各监测点无明显变化（见图1）。监测数据与宏观调查定性分析相一致。

利用全站仪进行大地形变监测，其特点为监测方便，可随时对一些危险滑坡监测，既可以在滑坡体上设置永久性监测桩，又可以设置临时性监测桩；监测精度高，测点中误差可达到3.5mm；不仅能测定相对位移，而且能监测绝对位移；在满足测量条件下可进行连续监测，监测滑坡滑移的全过程，不存在量程限制。但该仪器监测受天气因素和光线条件制约，难以在雨雾条件和夜间实施监测，且受地形和通视条件制约，施测以人工操作为主，不易实现自动化监测。

3.2　深部位移钻孔倾斜仪监测

深部位移钻孔倾斜仪监测点为开县6个滑坡、16个钻孔，巫山县5个滑坡、19个钻孔，万州区8个滑坡、24个钻孔，共计19个滑坡、59个钻孔。以下以开县虎城村滑坡为例简述监测效果。

虎城村滑坡为堆积层滑坡，位于开县长沙镇虎城村斜坡。该滑坡在平面近似矩形，剖面为凹形，分布高程330～400m，纵长约300m，横宽约500m，滑体估计平均厚度12m，面积15万m²，体积180万m³。滑坡发育于侏罗系中统沙溪庙组（J₂s）紫红色泥岩及泥质粉砂岩组成的水平层状岩层斜坡上，滑体上部为崩坡积紫红色碎石土层。滑坡威胁居民400余人及其财产安全。该滑坡布置了3个深部位移钻孔倾斜仪监测钻孔。

Kx-162钻孔位于滑体的中部。2004年10月，在9.5～10.5m测试深度处发生明显的位移变形，本月变形量5.56mm，变形方向247°。11月，没有增大趋势，累积形变4.58mm，略小于10月份累积变形量，变形方向253°（见图2）。

Kx-165钻孔位于滑体的下部。2004年10月，在15.0～16.5m测试深度处发生明显的位移变形（见图3），本月变形量5.45mm，变形方向241°。11月，没有明显的增大趋势，累积变形5.39mm，同10月份累积变形量相近，变形方向240°。

地质灾害调查与监测技术方法论文集

图2　开县虎城村滑坡 Kx-162钻孔位移随深度变化曲线

（a）EW方向（b）SN方向

图3　开县虎城村滑坡Kx-165钻孔位移随深度变化曲线

（a）EW方向（b）SN方向

深部位移钻孔倾斜仪监测方法，可在滑坡体上一定部位布置的钻孔中，监测滑坡体内垂直方向上的浅层、中层、深层、滑动带等滑移方向和相对滑动位移量；但在滑坡发生较大或急剧加速的位移变形时，由于钻孔和孔内测斜管变形、破坏，测斜仪探头不能送入钻孔之内，可能使钻孔失去监测价值。

3.3 滑坡推力监测

滑坡推力监测共设有2个测点、4个钻孔：巫山县淌里滑坡钻孔2个，曹家沱滑坡钻孔2个。以下以淌里滑坡为例简述监测方法与效果。

淌里滑坡位于巫山县曲尺乡长江干流左岸斜坡上，滑坡在平面形态上呈不规则的圈椅状，前缘分布高程90m，后缘高程400m，平均坡度约30°～40°，纵长约800m，横宽150～250m，滑体厚20m，面积24万m²，体积490万m³。滑坡发育于三叠系巴东组（T_2b）灰岩、泥灰岩、泥岩中，滑体物质主要为泥灰岩及泥岩碎块石土，表层多为松散土层，下部碎块石土结构密实。

Ws-t-tzk1推力孔位于滑体的下部，Ws-t-tzk2推力孔位于滑体的中部。其滑坡推力监测成果数据见图4、图5。推力监测曲线图表明，各次监测数据规律性强，基本一致，传感器没有发现明显的数值变化。滑坡推力监测结果与宏观监测结果和同时进行的钻孔倾斜仪监测结果相一致，说明此阶段滑坡暂时处于相对稳定的微变形状态。

图4　巫山县淌里滑坡 Ws-t-tzk1钻孔滑坡推力监测曲线图

图5　巫山县淌里滑坡 Ws-t-tzk2钻孔滑坡推力监测曲线图

滑坡推力监测方法属于固定点式监测，在钻孔中预置传感器，用传感光纤连接，在地面用滑坡推力监测系统采集传感信息，可在滑坡体上一定部位布置的钻孔中，自上至下监测滑坡体内垂直方向上的浅层、中层、深层、滑动带等滑坡推力变化量，可定期进行数据采集监测；在对采集和传输处理系统进行改进的基础上，可实现无值守自动化连续监测。

4　结论

（1）通过多手段的综合监测，掌握了被监测滑坡体的表面、内部自上至下滑移带的变形及受力情况，数据综合分析表明其反映了滑坡位移变化及动态特征，取得了进行灾害预警的重要基础数据资料，说明采用的监测方法合理有效。

（2）钻孔倾斜仪深部位移监测方法，当滑坡体发生一定量缓变位移后，部分钻孔不能再进行全孔施测，造成勘察监测资金浪费和滑坡体监测点及监测部位减少。

（3）目前一月一次的监测周期，难以保证在滑坡发生滑移险情时能进行有效监测。为此应在进行专业监测的同时，进行群测群防监测。特殊情况下，对危险滑坡灾害点，调整监测方案，进行加密监测或连续监测，使监测满足预警预报要求。

（4）从长远发展考虑，监测应以免值守、易维护、低成本、固定式、自动化快速连续采集传输和半自动化监测及人工监测相结合为方向，以建立起高效的地质灾害监测网络与地质灾害预警系统。

参考文献

[1]王洪德，高幼龙，薛星桥，朱汝烈.链子崖危岩体防治工程监测预报系统及效果.中国地质灾害与防治学报，2001,12（2）:59～63

[2]王洪德，姚秀菊，高幼龙，薛星桥.防治工程施工对链子崖危岩体的扰动.地球学报，2003,24（4）:375～378

[3]张青，史彦新，朱汝烈.TDR滑坡监测技术的研究.中国地质灾害与防治学报，2001,12（2）:64～66

[4]董颖，朱晓冬，李媛，高速，周平根.我国地质灾害监测技术方法.中国地质灾害与防治学报，2001,13（1）:105～107

[5]段永侯，等.中国地质灾害.北京：中国建筑工业出版社，1993

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