试析我国地质灾害的监测方法与发展趋势
来源: 作者: 更新日期:2008-08-26 14:11:00 点击:6191

林恢亮(厦门地质工程勘察院)

  一、地质灾害监测技术综述

  地质灾害监测的主要任务为监测地质灾害时空域演变信息(包括形变、地球物理场、化学场)、诱发因素等。最大程度获取连续的空间变形数据,应用于地质灾害的稳定性评价、预测预报和防治工程效果评估。地质灾害监测是集地质灾害形成机理、监测仪器、时空技术和预测预报技术为一体的综合技术。

  (一)监测方法

  监测方法按监测参数的类型为四大类;即变形、物理与化学场、地下水和诱发因素监测。

  1、变形监测

  主要包括以测量位移形变信息为主的监测方法:如地表相对位移监测、地表绝对位移监测(大地测量、GPS 测量等)、深部位移监测。该类技术目前较为成熟,精度较高,常作为常规监测技术用于地质灾害监测。

  2、物理与化学场监测

  监测灾害体物理场、化学场等场变化信息的监测技术方法,如应力监测、地声监测、放射性元素(氡气、汞气)测量、地球化学方法以及地脉动测量。目前多用于监测滑坡等地质灾害体所含放射性元素(铀、镭)衰变产物(如氡气)浓度、化学元素及其物理场的变化。

  3、地下水监测

  地下水监测主要是以监测地质灾害地下水活动、富含特征、水质特征为主的监测方法。大部分地质灾害的形成、发展均与灾害体内部或周围的地下水活动关系密切,同时在灾害生成的过程中,地下水的本身特征也相应发生变化。

  4、诱发因素监测

  诱发因素类主要包括以监测地质灾害诱发因素为主的监测技术方法:气象监测、地下水动态监测、地震监测、人类工程活动等。地质灾害诱发因素监测是地质灾害监测技术的重要组成部分。

  (二)监测仪器

  1、从监测仪器同灾害体的相对空间关系来分为接触类和非接触类

  接触类:是指必须安装于灾害体现场或进行现场施测的监测仪器系列。如滑坡地表或深部位移监测、物理和化学场监测等;该类仪器获得的信息多为灾害体细部信息,信息量丰富。

  非接触类:是指于现场安装简易标志或直接于灾害体外围施测的监测仪器系列。该类监测方法多以获得灾害体地表的绝对变形信息为主,易采用网式施测;特别是突发性地质灾害的临灾前后,具有安全、快捷等特点。如激光微位移监测、测量机器人、遥感雷达监测等。

  2、从监测组织方式,监测仪器可以分为简易监测、仪表监测、控制网监测、自动遥测

  简易监测:采用简易的量测工具监测(皮尺、钢尺、卡尺)对灾害体地表裂缝等部位。

  仪表监测:采用机测或电测仪表(安装、埋设传感器)对滑坡进行地表及深部的位移、应力、地声、水位、水压、含水量等信息监测。

  控制网监测:在滑坡变形破坏区及周边稳定地带,布设大地测量或GPS卫星定位测量控制点网,进行滑坡绝对位移三维监测。

  自动遥测:利用有线和无线传输技术,对仪表监测所得信息进行远距离遥控自动采集、传输,可实现全天候不间断监测。

  二、地质灾害监测方法技术现状

  1、常规监测方法技术趋于成熟,设备精度、设备性能都具有很高水平。目前地质灾害的位移监测方法均可以进行毫米级监测,高精度位移监测方法可以识别0.1mm的位移变形。

  2、监测方法多样化、三维立体化。由于采用了多种有效方法结合对比校核,以及从空中、地面到灾害体深部的立体化监测网络,使得综合判别能力加强,促进了地质灾害评价、预测能力的提高。

  3、其它领域的先进技术在逐渐向地质灾害监测领域进行渗透。

  随着高新技术的发展和应用的深入,卫星遥感、航空遥感等空间技术的精度逐渐提高,一些高精度物探(如电法、核磁共振等技术)的发展,使得地质灾害的勘查技术与监测技术趋于融合。通过技术上的处理、提升。该类技术逐渐适用于区域性的地质灾害和单体灾害的监测工作。

  三、地质灾害监测技术方法发展趋势

  (一)高精度、自动化、实时化的发展趋势

  光学、电学、信息学及计算机技术和通信技术的发展同时。给地质灾害监测仪器的研究开发带来勃勃生机;能够监测的信息种类和监测手段将越来越丰富,同时某些监测方法的监测精度、采集信息的直观性和操作简便性有所提高;充分利用现代通讯技术提高远距离监测数据信息传输的速度、准确性、安全性和自动化程度;同时提高科技含量,降低成本,为地质灾害的经济型监测打下基础。监测预测预报信息的公众化和政府化。随着互联网技术的发展普及,以及国家政府的地质灾害管理职能的加强,灾害信息将通过互联网进行实时发布,公众可通过互联网了解地质灾害信息,学习地质灾害的防灾减灾知识;各级政府职能部门可通过所发布信息,了解灾情的发展,及时做出决策。

  (二)新技术新方法

  1、光纤技术(BOTDR

  光导纤维监测技术又称布里渊散射光时域光纤监测技术(BOTDR),是国际上二十世纪七十年代后期才迅速发展起来的一种现代化监测技术,在航空、航天领域中已显示了其有效性。在土木、交通、地质工程及地质灾害防治等领域的应用才刚刚开始,并受到了各发达国家研究机构的普遍重视,发展前景十分良好。通过合理的光纤敷设。可以监测整个灾害体(特别是滑坡)的应变信息。

  2、时域反射技术(TDR

  时间域反射测试技术(Time Domain Reflectometry)是一种电子测量技术。许多年来,一直被用于各种物体形态特征的测量和空间定位。该方法相对于深部位移钻孔倾斜仪监测具有安装简单、使用安全和经济实用等特点。

  3、激光扫描技术

  该技术通过激光束扫描目标体表面,获得含有三维空间坐标信息的点云数据,精度较高。应用于地质灾害监测,可以进行灾害体测图工作,其点云数据可以作为地质灾害建模、地质灾害监测的基础数据。

  4、核磁共振技术(NUMIS

  核磁共振技术是国际上较为先进的一种用来直接找水的地球物理新方法。它应用核磁感应系统,通过由小到大地改变激发电流脉冲的幅值和持续时间,探测由浅到深的含水层的赋存状态。

  5、合成孔径干涉雷达技术(InSAR

  运用合成孔径雷达干涉及其差分技术(InSARD-InSAR)进行地面微位移监测,是上世纪90年代逐渐发展起来的新方法。该技术主要用于地形测量(建立数字化高程)、地面形变监测(如地震形变、地面沉降、活动构造、滑坡和冰川运动监测)及火山活动等方面。

  (三)地质灾害监测技术的优化集成

  1、设计原则

  地质灾害监测技术优化集成方案遵循以下原则:

  (1)监测技术优化原则:针对某一类型地质灾害,确定优势监测要素,进行监测内容、监测方法优化组合,使监测工作高效、实用。

  (2)经济最优原则:首先,不过于追求高、精、尖的监测技术,而应选择发展最为成熟、应用程度较高的监测技术;其次,对于危害程度较大的大型地质灾害体,可选择专业化程度较高的监测技术方法,由专业人员进行操作、维护,对于危害程度低,规模小的灾害体,可选择操作简单、结果直观的宏观监测技术,由群测群防级人员进行操作。

  2、最终目标

  根据不同种类地质灾害和不同类型地质灾害的物质组成、动力成因类型、变形破坏特征、外形特征、发育阶段等因素,研究适用于不同类型地质灾害的监测要素(监测参数、监测点位的集合)、监测方法、监测点网的时空布置模式、监测技术要求,建立典型地质灾害监测的优化集成方案。

摘编自《科技信息》2007年第26期

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