基于GNSS 的滑坡監(jiān)測預警技術應用
——以寶塔區(qū)二莊科滑坡為例

李曉科 王康* 暢俊斌

（1、陜西地礦九0 八環(huán)境地質有限公司，陜西 西安 710600 2、中國西部水資源和地質環(huán)境科研中心，陜西 西安 710600）

1 概述

進入21 世紀后我們國家對地質災害防治工作投入力度逐漸加大，先后開展了不同尺度、不同區(qū)域的地質災害防治工作。為實現(xiàn)及時、準確、有效的滑坡預警預報，國內(nèi)外高校學者、科研單位針對地質災害預警方法做了大量研究，并將GNSS（Global Navigation Satellite System）技術引入到地質災害災前預防監(jiān)測預警中，可實現(xiàn)滑坡地表位移實時動態(tài)監(jiān)測，使得滑坡監(jiān)測工作實現(xiàn)了由人防向技防的轉變。

GNSS（全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)定位）是指通過觀測衛(wèi)星獲得坐標系內(nèi)絕對定位坐標的測量技術，GNSS 自動監(jiān)測站通過接收多顆衛(wèi)星信號解算出監(jiān)測點的絕對坐標，通過對比監(jiān)測點的坐標與固定站點坐標的差值，獲取監(jiān)測點的水平和垂直方向的位移變化情況，掌握滑坡三維方向上的位移變化，監(jiān)測精度可達到毫米級，具有高自動化、高精度等特點。尤其是近年來隨著我國北斗衛(wèi)星的成功發(fā)射及組網(wǎng)成功，極大加快了我國定位設備的發(fā)展步伐，使得GNSS 自動監(jiān)測在滑坡乃至地質災害監(jiān)測領域得到廣泛應用與拓展。

二莊科滑坡為一黃土滑坡，直接威脅32 戶94 人的生命財產(chǎn)，為掌握該滑坡的活動狀態(tài)，保證人民生命財產(chǎn)不受威脅，利用GNSS 技術建設了滑坡監(jiān)測預警網(wǎng)，實現(xiàn)滑坡實時動態(tài)監(jiān)測。

2 滑坡概況

二莊科滑坡位于延安市寶塔區(qū)，為一黃土基巖接觸面滑坡，滑坡形態(tài)較清晰，輪廓明顯，周界呈圈椅狀?；聦?10m，長240m，厚15m，后緣發(fā)育有陡坎，高約20m，滑體整體坡度30°左右。滑坡前緣經(jīng)人工開挖擾動引起了次級滑動，次級滑坡發(fā)育有多組拉張裂縫，部分房屋發(fā)生變形，見圖1。

圖1 二莊科滑坡全貌

滑坡區(qū)地層巖性自上而下依次為第四系上更新統(tǒng)黃土、中更新統(tǒng)黃土、三疊系上統(tǒng)瓦窯堡組砂泥巖互層。滑體主要為上更新統(tǒng)黃土及中更新統(tǒng)黃土，滑床中后部為黃土、前部為泥巖。前緣地帶見有滑帶出露，揉皺現(xiàn)象明顯，并可見擦痕，滑帶厚10～15cm。

3 監(jiān)測點布置情況

二莊科滑坡為一老滑坡，中后部基本穩(wěn)定，發(fā)生二次滑動僅為滑坡前緣地帶，因此，布置專業(yè)監(jiān)測設備時重點布置在滑坡前緣，在滑坡中后部僅布設兩個GNSS 監(jiān)測點用于監(jiān)測老滑體變形狀態(tài)。監(jiān)測手段主要以GNSS 地表位移為主，同時為監(jiān)測滑坡內(nèi)部含水狀態(tài)及地層壓力變化情況，于滑坡前緣開挖探井分別布置了土壓力及含水率監(jiān)測兩組，每組由3 個傳感器組成，每個傳感器相隔1m 布置，分別監(jiān)測滑體、滑帶、滑床的應力及含水狀態(tài)。據(jù)此共布置監(jiān)測儀器14 處，詳見表1、圖2。

表1 二莊科滑坡專業(yè)監(jiān)測設備布置表

圖2 二莊科滑坡專業(yè)監(jiān)測布置示意圖

4 監(jiān)測點運行情況

該滑坡專業(yè)化監(jiān)測網(wǎng)絡自2020 年初建設完成，并經(jīng)歷了兩個汛期、一個凍融期的預警值守，運行良好，期間均監(jiān)測到滑坡發(fā)生了不同程度的變形（見圖3），并根據(jù)變形規(guī)模分別發(fā)出了不同等級的險情預報，為地質災害防治主管部門做出合理的應對措施提供技術支撐。

圖3 二莊科滑坡G2 地表位移變化曲線圖

4.1 2020 年雨季運行情況

延安市寶塔區(qū)8 月4 日發(fā)生了一輪持續(xù)兩天的強降雨，累計降雨量達到113.8mm，降雨發(fā)生后，監(jiān)測預警云平臺監(jiān)測到二莊科滑坡各GNSS 測站發(fā)生不同程度的變形，其中以G2、G6 測站變形最明顯（見圖4），日變化速率大于10mm/d，經(jīng)綜合研判，2020 年8 月5 日9 時30 分發(fā)出了黃色預警信息，為地質災害防治主管部門做出合理的應對措施提供技術支撐。

圖4 二莊科滑坡2020 年雨季2 號、6 號GNSS 測站監(jiān)測曲線圖

4.2 2021 年雨季運行情況

2021 年10 月自3 日至5 日，延安市寶塔區(qū)發(fā)生持續(xù)性強降雨，累計降雨量達到117mm，降雨發(fā)生后，監(jiān)測預警云平臺監(jiān)測到二莊科滑坡各GNSS 測站發(fā)生不同程度的變形，其中以G2、G6 測站變形最明顯（見圖5），日變化速率大于30mm/d，其中G6 點位移變化最大，經(jīng)過一周的蠕動變形水平累計位移達到了68mm，垂直累計位移達到了143mm，這與現(xiàn)場實際調(diào)查結果相符合（見圖6），達到了自動化監(jiān)測、智能預警的目的。

圖5 二莊科滑坡2021 年雨季2 號、6 號GNSS 測站監(jiān)測曲線圖

圖6 二莊科滑坡2021 年雨季6 號GNSS 測站附近拉張裂縫

5 結論

5.1 GNSS 技術具有高自動化、高精度等特點，通過衛(wèi)星自動定位技術可獲取目標點的水平和垂直方向的位移變化情況，定位精度能達到毫米級，將其應用于滑坡監(jiān)測預警中，可掌握滑坡三維方向上的位移變化，通過5G 網(wǎng)絡能實現(xiàn)監(jiān)測點三維坐標信息的自動傳輸，進而實現(xiàn)滑坡點的自動化監(jiān)測。

5.2 隨著我國北斗衛(wèi)星的成功發(fā)射及組網(wǎng)成功，極大加快了我國定位設備的發(fā)展步伐，GNSS 自動監(jiān)測在滑坡乃至地質災害監(jiān)測領域的應用已日趨成熟，可保證監(jiān)測點的數(shù)據(jù)實現(xiàn)實時自動化采集、傳輸、解析等功能，但是地質災害防治的根本目的不在于監(jiān)測，而在于監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，以及通過設置預警閾值實現(xiàn)地質災害的提前預警預報，指導受威脅群眾的及時撤離，最大限度的保障廣大人民群眾的生命財產(chǎn)不受威脅，達到避災防災和減災的目的。