地质灾害监测预警解决方案

目录

1.前言

2.滑坡监测站建设方案

2.1建站方案

2.2监测指标体系

2.3监测设备配置

3.地面沉降监测建设方案

3.1建设方案

3.2监测指标体系

3.3监测设备配置

4.泥石流监测站建设方案

4.1建设方案

4.2监测指标体系

4.3监测设备配置

5.岩溶塌陷监测站方案

5.1建站方案

5.2监测指标体系

5.3监测设备配置

6.崩塌监测站方案

6.1建站方案

6.2监测指标体系

6.3监测设备配置

7.北斗地质灾害监测预警平台

7.1平台概述

7.2预警评估模型

1.前言

1. 依据常见地质灾害类型，搭建地质灾害监测方案，主要包含滑坡类地质灾害监测方案、地面沉降类地质灾害监测、泥石流类地质灾害监测、岩溶塌陷类地质灾害监测和崩塌类地质灾害监测方案。

2.滑坡监测站建设方案

2.1建站方案

1. 滑坡类监测系统采用专业的滑坡监测系列设备，建立全方位的立体监测网，将滑坡现场的上述预警监测设备采集到的实时数据发送到地质灾害监测预警中心。预警中心根据滑坡体结构、岩性组合、地形地貌、水文地质等基础信息及动态监测数据，通过智能地质灾害与经评估模型，分析滑坡变形破坏过程，评估滑坡当前稳定性状况以及滑坡体变化状况。结合邵阳市当地的地质情况和对滑坡体位移的监测结果，地质灾害应急指挥中心可以设定相应的监测预警阈值，来进行滑坡预警。
2. 利用地质灾害应急指挥中心内部所包含的云计算中心以及相应的大数据技术，可以分析当地历史滑坡数据和相近条件下的其他滑坡数据，对现有的潜在滑坡发生区域进行预警分析，构建完整、统一的综合滑坡预警系统。
3. 在对滑坡监测过程中进行多参数联动采集，根据采集参数的实时变化情况智能调整传感器的采集模式，实现传感器的智能化采集；通过北斗监测预警云平台实现预警预报，监测中心之间可以通过互联网或专网进行数据交换和共享；监测中心内采用大数据技术，对滑坡监测过程中采集的多个参数进行联合分析，利用多种参数提炼出综合预警指标，实现多参数联合预警。

2.2监测指标体系

1. 如图 所示为滑坡监测常见的指标体系，主要包含：定位位移、地表位移、裂隙位移、雨量、土壤含水量、深部位移、孔隙水压力、土应力、图片及视频等监测因素。

2.3监测设备配置

滑坡类地质灾害常用的监测设备配置方案如下：

1. 一体化北斗定位位移监测站
2. 一体化数据传输网关
3. 一体化自动雨量监测站
4. 一体化土壤含水量监测站
5. 一体化地表裂缝位移站
6. 一体化深部位移监测站
7. 一体化孔隙水渗压监测站
8. 一体化自动地下水监测站
9. 一体化远程应力监测站
10. 一体化野外视频监控站
11. 无线预警广播站

相关设备的数量依据隐患点的地勘数据、检测指标和监测面积等数据进行实际配置。

3.地面沉降监测建设方案

3.1建设方案

1. 地面沉降智能实时监测预警系统是利用北斗卫星全球卫星定位技术进行的高精度三维空间变形监测的全天候系统。该系统自建地面CORS监测网络，依托国家级CORS监测站，通过核心专利算法精确解算网络中每个点毫米级三维坐标，获取监测点的水平位移与沉降量，适用于地表沉降监测、活动断裂监测等应用领域，为解决安全生产、资源合理开发与资源环境保护提供数据支持。
2. 系统同时结合地质、水文等多种信息，可对地面沉降关键位置布设监测设备并结合监测数据进行综合分析，得到更为丰富的沉降信息；不受气候条件限制，实现全天候监测数据的自动采集、传输、存储、处理分析及综合预警；监测数据实时在线分析，一旦超过预警值，声光、短信、邮件等多种报警方式可选。

3.2监测指标体系

3.3监测设备配置

地面沉降类地质灾害常用的监测设备配置方案如下：

1. 一体化北斗定位位移监测站
2. 一体化数据传输网关
3. 一体化自动雨量监测站
4. 一体化土壤含水量监测站
5. 一体化自动地下水监测站
6. 静力水准仪
7. InSAR卫星监测

相关设备的数量依据隐患点的地勘数据、检测指标和监测面积等数据进行实际配置。

4.泥石流监测站建设方案

4.1建设方案

1. 泥石流监测内容泥石流形成条件、运动状态和流体特征等内容。大部分泥石流当中的固体物质来源于潜在灾害区域当中的松散堆积物，这些堆积物容易受到暴雨、洪流等作用的影响而丧失其稳定性，从而引发泥石流，如图 15所示，泥石流类地质灾害隐患点检测系统选择雨量站和含水率仪对上游固体物质集中分布地段，进行降雨量、土壤含水率的实时监测。
2. 对于已经发生或者正在发生的泥石流而言，其在运动过程中会产生一定的机械振动，进而产生地声、次声信号，采用地声与次声监测站对这些信号进行捕捉并传输至监测中心进行分析，可以判断出泥石流的运动状态特征。同时对处在运动过程中的泥石流而言，可采用泥水位监测站来监测灾害区域的泥水位变化与泥石流动态，还可以通过雷达流速站估算泥石流运动过程中的流速与流量，并针对这两项监测设置相应的预警指标来进行泥石流预警。监测系统中提供了一体化视频站供相关部门和工作人员实时掌握现场的情况，在需要发出预警警报的情况下可采用一体化预警设施对潜在受灾区域发出警报居民撤离或者进行警戒。
3. 采用物联网技术与智能传感器技术，根据传感器的实时采集数据的状况调整传感器工作模式，实现采集过程中的多参数联动采集；监测站采用一体化设计，数据采集终端机集成采集、存储、传输等功能模块、支持远程数据查询及设备参量修改，简单方便，有利于以后的运行、维护及管理；监测中心内部可以同时处理泥石流监测区域内所有类型的监测数据，从多种监测数据出发进行综合评价，实现多参数联合预警。

4.2监测指标体系

4.3监测设备配置

泥石流地质灾害常用的监测设备配置方案如下：

1. 一体化自动雨量监测站
2. 一体化数据传输网关
3. 一体化土壤含水量监测站
4. 一体化泥（水）位监测站
5. 一体化泥石流次声监测站
6. 一体化泥石流地声监测站
7. 一体化流速自动监测站
8. 一体化野外视频监控站
9. 无线预警广播站

相关设备的数量依据隐患点的地勘数据、检测指标和监测面积等数据进行实际配置。

5.岩溶塌陷监测站方案

5.1建站方案

岩溶塌陷是岩溶洞穴、上覆沉积物及地下水，构成固体、液体及气体三相力学平衡体系，地下水位变动达到一定幅度，平衡破坏，上覆松散沉积物突然塌落，形成上大下小的圆锥形塌陷坑。在具备地面塌陷的三个基本条件（即塌陷动力、塌陷物质、储运条件）与岩溶低洼地形地区安装一体化地表裂隙变形监测站和一体化北斗定位位移监测站，结合InSAR系统监测地面变形的情况。针对地下水位变化情况安置智能地下水监测站，实时监测地下水位、水温变化。同时综合考虑雨量、水库、湖泊的变化，安装一体化雨量监测站和一体化水位监测站，实时监测雨量和湖泊河流水位的变化情况，具体方案如下：

1、在具备地面塌陷的三个基本条件（即塌陷动力、塌陷物质、储运条件）与岩溶低洼地形地区，在抽排地下水的井孔附近，应对地面变形（开裂、沉降）进行监测；

2、进行宏观水文监测，当出现地表积水或突然干枯，放水灌溉及雨季前期降雨都可视为可能发生塌陷的前兆；

3、注意收集或及时发现具塌陷前兆的异常现象，如出现建筑物开裂或作响、植物倾斜变态、井泉或水库突然干枯或冒水、逸气，地下水位突升突降，地下有土层塌落声及动物惊恐等异常现象，皆应警惕塌陷即将来临；

4、监视井泉内、坑道与水库渗漏点的地下水位降深是否超过设计允许值，地下水位升降速度有否骤然变化，渗漏水中泥沙含量是否高。另外可以在井孔内安装伸缩性水准仪，中子探针计数器、钻孔深部应变仪，及其他常规测量仪器等监测地下变形异常；

5、塌陷时地表会发生变形，地球物理场亦会发生一定的变化，利用这种特性，在洞穴上部埋设装有聚氯乙烯铜线的混凝土管，当临塌陷或大塌陷前，地表覆盖层发生变形时，混凝土管就会被折断从而发出警报；也可以监测重力的变化，将重力变化的信号转换为音响的报警装置进行报警。

岩溶塌陷类隐患点监测方案考虑了引起岩溶塌陷的多种因素，在预警中心内结合地质、水文、地表、形变等多种信息，对岩溶沉降进行综合分析，得到更为丰富的沉降信息。

5.2监测指标体系

5.3监测设备配置

岩溶塌陷常用的监测设备如下：

1. 一体化自动雨量监测站
2. 一体化北斗定位位移监测站
3. 一体化数据传输与汇总终端
4. 一体化土壤水含量监测站
5. 一体化自动地下水监测站

相关设备的数量依据隐患点的地勘数据、检测指标和监测面积等数据进行实际配置。

• 塌陷类地质灾害的监测设备布设需要InSAR卫星的数据和专用软件的支持，相关费用需要另行收取。

6.崩塌监测站方案

6.1建站方案

崩塌监测系统的主体是智能崩塌预警监测仪，利用监测仪完成对崩塌体的绝对位移监测（包括三维X、Y、Z位移量、位移方向与位移速率）以及相对位移监测（指变形部位、裂缝、崩滑带等点与点之间的相对位移量，包括张开、闭合、错动、抬升、下沉等）。由于在过于干旱或者长期降雨情况下，岩体也会产生崩塌现象，因此根据实际需求，可以将含水率监测设备和雨量监测设备加入监测系统中进行诱因因素监测，并将采集到的数据与崩塌岩体相结合，进行分析预警。数据传输到监测预警中心之后，中心可以把一个崩塌体上的多个裂缝的多种数据结合起来，根据整体数据的分析模拟，进行联合预警。由于崩塌监测的特殊性，监测设备安装于野外环境，气象条件和地理环境相对比较恶劣，所以本系统设备均采用一体化结构，设备总体稳定可靠，节能环保，安装简便，易于维护，最终达到项目监测要求。

该系统采用智能崩塌预警监测仪作为系统主体，针对崩塌体进行多参数测量；实时多点监测，配备无线传输系统，可以智能识别环境影响和落石的不同反应，避免误报；监测数据采集过程中可以实现多参数联动采集，根据采集参数的实时变化情况智能调整传感器的采集模式，提高数据采集的效率；预警中心内可将多种监测参数联合分析，实现多参数联合预警。

6.2监测指标体系

6.3监测设备配置

崩塌地质灾害常用的监测设备配置方案如下：

1. 一体化自动雨量监测站
2. 一体化数据传输网关
3. 一体化土壤含水量监测站
4. 一体化野外视频监控站
5. 智能崩塌预警监测仪
6. 无线网络协调器
7. 预警警示装置

相关设备的数量依据隐患点的地勘数据、检测指标和监测面积等数据进行实际配置。

7.北斗地质灾害监测预警平台

7.1平台概述

北斗地灾监测平台是通过监测仪等感知设备采集位移、应力应变、气象环境等地质灾害诱发全因素的可监测信息，利用基于蜂窝、卫星等多种通信机制和基于多学科交叉的智能实时监测预警模型，为用户提供地质灾害事前监测预警、事中实时监测、事后辅助救援与应急服务的平台。

北斗地灾监测平台采用‘一个云平台，三项核心技术’的技术支撑体系，一个平台即面向用户的北斗地质灾害实时动态监测预警平台；三项核心技术分别指：北斗的高精度定位技术可实现对地质灾害隐患点进行精准定位，蜂窝、卫星结合的通信技术是可以对地质灾害隐患点的监测信息进行全天候不间断回传；组件化技术是平台的软件开发采用的技术，能够保障平台的可扩展性和个性定制的需求。

名词说明：

全因素：指所有可以诱发地质灾害的因素，包含但不限于环境监测（含降水、温度等气象因素）、应力监测、变形监测、地表位移监测、防治工程监测等可以通过信息化手段监测到的信息；

可监测信息：指可以通过信息化、物联网、传感器、定位芯片等相关技术、仪器和设备监测到影响或诱发地质灾害的可以量化的所有信息；

北斗卫星的多通道通信机制：是北斗地灾监测平台架设一种基于北斗卫星的短报文、蜂窝自组网等技术的通讯机制，以保障平台能够提供全天候灾前前后不中断的信息服务；

智能实时监测预警模型：是北斗地灾监测平台核心支撑模块，该模型建立了集工程科学、地质科学、环境科学、地球物理科学、信息科学等多学科的数学物理模型，形成了一个参数化智能实时监测预警模型，为地质灾害的监测、预警和灾后救援与应急提供需求响应。

7.2预警评估模型

北斗地灾监测平台智能预警评估模型是依据滑坡、崩塌、泥石流及塌陷等地质灾害的发育过程、发育机理及各种诱发因素提取的数学物理模型，模型的影响因素提取从环境科学、地质科学、固体力学、信息科学和工程科学等多学科方向进行参数提取，可以为用户提供基于多学科融合的参数化地质灾害监测预警评估。

北斗地灾监测平台的地质灾害预警主要包含监测数据采集后的预测与预警，从时间精度上化为预测（或预估）、预警、预报、警报四个层级，具体如下：

1）预测阶段，时间尺度为1到10a，空间尺度适合大区域；

2）预警阶段，时间尺度为1月到1a，空间尺度适合小区域；

3）预报阶段，时间尺度为数日，空间尺度适合局部；

4）警报阶段，时间尺度为数小时，空间尺度适合局部。

同时北斗地灾监测平台智能预警评估模型的结合可监测的全因素监测数据和数学物理模型，按照预警对象（即地灾监测防治责任主体）的物理参量划分为空间预警、事件预警和强度预警，预警信息的生成必须包含三个物理参量，通过数学物理模型计算出每个物理参量的发生概率，并生成预警预案，从而确定警报的发布方式、范围和应急反应对策等，具体内容参见表格?

依据智能地质灾害预警评估模型和地质灾害监测规范，北斗地灾监测平台设置五级预警发布体系，分别是红色预警、橙色预警、黄色预警、蓝色预警及绿色预警，具体如表格

对应色标	颜色	灾害级别	含义	说明
	红色	I	警报级，可能危害特别严重	组织公众应急响应
	橙色	II	预报级，可能危害严重	建议公众采取预防措施
	黄色	III	预警级，可能危害较重	发布公众知晓
	蓝色	IV	预测级，可能危害一般	科技与管理人员掌握
	绿色	V	常规级，一般无危害	科技人员掌握