江門市地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警體系構(gòu)建

廖偉成 王洪磊 郭偉 付杰

摘 要：目前，江門市受威脅較嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害點共40余處，以滑坡、崩塌為主，由強降雨等因素的直接作用下所引發(fā)的突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生，嚴(yán)重影響人民的生命財產(chǎn)安全。文中以江門市地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)為平臺，利用物聯(lián)網(wǎng)及GIS技術(shù)構(gòu)建了集調(diào)查數(shù)據(jù)管理、群專結(jié)合監(jiān)測網(wǎng)、區(qū)域預(yù)警模型為一體的江門市地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警體系，提升了江門市地質(zhì)災(zāi)害防治水平。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)災(zāi)害；監(jiān)測預(yù)警；體系構(gòu)建；物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2018）07-00-02

0 引 言

江門市地處廣東省中南部，西江下游，地形地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜，局部斷裂構(gòu)造較發(fā)育，雨水充沛，受降雨時空分布不均勻等自然環(huán)境條件影響，在強降雨等因素的直接作用下所引發(fā)的滑坡、崩塌、泥石流等突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生，嚴(yán)重影響人民的生命財產(chǎn)安全。

國內(nèi)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警方面有較多經(jīng)驗及認(rèn)識，劉傳正等把地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域預(yù)警原理初步劃分為隱式統(tǒng)計預(yù)警、顯式統(tǒng)計預(yù)警和動力預(yù)警三種[1，2]，提出了地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域預(yù)警預(yù)報的工作程序及其基本要求。目前全國各省市也按照這一要求建立了基于氣象預(yù)報的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)。同時，隨著物聯(lián)網(wǎng)及GIS技術(shù)的發(fā)展，地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警的及時性與有效性也得到了提升[3]，體系建設(shè)逐漸成熟。本文主要介紹在江門市開展地質(zhì)災(zāi)害群監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了基于地質(zhì)條件及實時降雨數(shù)據(jù)的區(qū)域預(yù)警模型，并以監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)為平臺構(gòu)建了江門市地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警體系，提升了江門市地質(zhì)災(zāi)害防治管理及應(yīng)急指揮能力。

1 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征

江門市地質(zhì)災(zāi)害以崩塌、滑坡、地面塌陷等突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害為主，具有點多、面廣、規(guī)模小、危害大、發(fā)生頻繁、穩(wěn)定性差等特點[4]。目前，江門市威脅較嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害點共40余處，其中中型1處，小型39處，分布于全市的3區(qū)4市，涉及20余鎮(zhèn)。地質(zhì)災(zāi)害已造成大量房屋倒塌、農(nóng)田毀壞、交通中斷、水利設(shè)施被破壞等，直接經(jīng)濟損失約1 454.8萬元。據(jù)統(tǒng)計，37處地質(zhì)災(zāi)害隱患點處于穩(wěn)定性差或較差狀態(tài)，涉及城鎮(zhèn)居民、鄉(xiāng)鎮(zhèn)村落、廠礦企業(yè)、道路交通和水利工程設(shè)施等方面，威脅人數(shù)達(dá)1 166人，潛在財產(chǎn)損失在8 014萬元以上，嚴(yán)重威脅著廣大人民群眾的生命財產(chǎn)安全。江門市地質(zhì)災(zāi)害具有如下特點：

（1）空間分布呈“東部、西南部多，北部、中部少”及“丘陵臺地多、低山區(qū)少”的特點；

（2）在城鎮(zhèn)、開發(fā)區(qū)及人口密集區(qū)，人類工程活動增強，地質(zhì)災(zāi)害相對集中；

（3）災(zāi)害集中發(fā)生在每年4～9月，隨降雨同步或滯后發(fā)生；

（4）災(zāi)害主要發(fā)育于淤泥類土、粘性土、紅層碎屑巖巖組、層狀碎屑巖巖組和塊狀侵入巖巖組分布的地區(qū)。

2 地質(zhì)災(zāi)害群專結(jié)合監(jiān)測網(wǎng)

2.1 群測群防監(jiān)測

群測群防監(jiān)測主要針對規(guī)模較小的災(zāi)害點，利用簡易監(jiān)測設(shè)備，實現(xiàn)快速預(yù)警預(yù)報。但這種方式不具備數(shù)據(jù)采集功能，常用設(shè)備包括裂縫報警器、滑坡伸縮儀、無線報警儀、簡易雨量筒等，具有操作簡單、功耗低、報警直觀易懂等特點。

針對江門市地質(zhì)災(zāi)害的特點，適合開展群測群防監(jiān)測，通過對江門市所有在冊災(zāi)害點補充調(diào)查及宣傳培訓(xùn)，針對有變形跡象的地質(zhì)災(zāi)害點安裝了群測群防監(jiān)測設(shè)備，設(shè)定預(yù)警閾值，建立群測群防監(jiān)測網(wǎng)。

2.2 專業(yè)監(jiān)測

專業(yè)監(jiān)測指依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過安裝在野外的監(jiān)測傳感器采集數(shù)據(jù)，利用北斗或GPRS通訊技術(shù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)平臺。根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害情況及發(fā)育特征，江門市開展了木朗村滑坡等10處地質(zhì)災(zāi)害點的專業(yè)監(jiān)測，監(jiān)測參數(shù)包括降水量、位移、泥水位等。

專業(yè)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集主機采用32位超低功耗PIC32MX150F128D作為主控制器，控制監(jiān)測參數(shù)的采集、存儲、遠(yuǎn)程發(fā)送和太陽能供電。利用24位Δ-ΣADC實現(xiàn)前端傳感器模擬信號的高精度采樣，可實現(xiàn)對電壓、電流信號的接入，開關(guān)量通道主要用于雨量數(shù)據(jù)的采集，準(zhǔn)確計數(shù)。

針對不同災(zāi)害類型采用不同的監(jiān)測手段，如滑坡監(jiān)測采用雨量+地表位移模式，泥石流監(jiān)測采用雨量+泥水位模式，崩塌監(jiān)測采用雨量+激光位移模式，實現(xiàn)了不同地質(zhì)災(zāi)害的前端參數(shù)采集，后臺數(shù)據(jù)運算以及現(xiàn)場預(yù)警的聯(lián)動，整個系統(tǒng)實現(xiàn)了自動化全天候無人值守的功能。

同時，為確保臺風(fēng)暴雨條件下數(shù)據(jù)能夠正常傳輸，專業(yè)監(jiān)測傳輸模塊采用GPRS和北斗雙模方式，實現(xiàn)兩種通信方式的無縫轉(zhuǎn)換連接，保證野外監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

3 地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域預(yù)警模型

3.1 預(yù)警指標(biāo)選擇

通過對1993-2003年廣東省氣象站點降雨量的統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)不同的降雨強度、日降雨量和累計降雨量誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的可能性也不同[5-8]。根據(jù)降雨強度和以往地質(zhì)災(zāi)害暴發(fā)的次數(shù)，分析計算出1 h，12 h，24 h，72 h，120 h累計降雨量共5個時間尺度降雨危險指數(shù)的臨界值，依據(jù)這些范圍劃定了降雨危險等級，見表1所列。

3.2 區(qū)域預(yù)警模型

基于江門市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)特征和實時雨量監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用矩陣數(shù)據(jù)分析法建立地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警評價表，具體見表2所列。利用ArcGIS地圖代數(shù)工具模塊，將江門市易發(fā)區(qū)等級圖與降雨等級圖進行疊加分析，采用地質(zhì)氣象耦合方法進行江門市地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警評價。結(jié)合江門市地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險等級劃分規(guī)定，形成紅橙黃藍(lán)四級預(yù)警區(qū)劃。

將預(yù)警區(qū)劃圖與江門市行政區(qū)劃圖（精確到鎮(zhèn)級）進行疊加，確認(rèn)不同預(yù)警級別所在鎮(zhèn)域，形成不同時間尺度的江門市地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警分布圖。

4 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)

系統(tǒng)架構(gòu)由智能感知層、數(shù)據(jù)傳輸層、數(shù)據(jù)資源層、預(yù)警模型庫、應(yīng)用層組成。自下而上經(jīng)過采集到傳輸、保存、處理、分析、應(yīng)用等環(huán)節(jié)，形成信息的“采、傳、知、用”完整流程。

系統(tǒng)一級菜單欄包括地災(zāi)詳情、監(jiān)測設(shè)備管理、數(shù)據(jù)分析、后臺管理等功能，如圖1所示。左側(cè)二級菜單欄為災(zāi)害點及監(jiān)測點節(jié)點，地圖定位到節(jié)點所在位置時，彈出信息氣泡面板，點擊分別顯示地災(zāi)概況、預(yù)警信息及數(shù)據(jù)曲線。

系統(tǒng)可實現(xiàn)對監(jiān)測點的多種參數(shù)數(shù)據(jù)分析及各監(jiān)測參數(shù)的單獨數(shù)據(jù)分析，如圖2所示。還可查詢與分析不同時間序列的數(shù)據(jù)。根據(jù)不同的監(jiān)測參數(shù)預(yù)設(shè)預(yù)警閾值，達(dá)到預(yù)警值時可自動發(fā)布預(yù)警信息，包括電話、短信、郵件等多種方式，可單獨或組合發(fā)送。

5 結(jié) 語

本文基于江門市地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警體系構(gòu)建實現(xiàn)了以下目標(biāo)：

（1）建成了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的江門市群專結(jié)合監(jiān)測網(wǎng)，豐富了地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測手段。

（2）利用地質(zhì)氣象耦合方法及GIS技術(shù)建立了江門市不同降雨強度下的區(qū)域預(yù)警模型，實現(xiàn)了基于實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的地質(zhì)災(zāi)害分級預(yù)警。

（3）地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)集成了數(shù)據(jù)管理、監(jiān)測預(yù)警等功能，提升了江門市地質(zhì)災(zāi)害防治及應(yīng)急管理水平。

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