江門市地質災害監(jiān)測預警體系構建

引 言

江門市地處廣東省中南部，西江下游，地形地質環(huán)境較為復雜，局部斷裂構造較發(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)性地質災害頻繁發(fā)生，嚴重影響人民的生命財產安全

國內在地質災害監(jiān)測預警方面有較多經驗及認識，劉傳正等把地質災害區(qū)域預警原理初步劃分為隱式統(tǒng)計預警、顯式統(tǒng)計預警和動力預警三種[1,2]，提出了地質災害區(qū)域預警預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報的地質災害預警系統(tǒng)。同時，隨著物聯(lián)網及 GIS技術的發(fā)展，地質災害監(jiān)測預警的及時性與有效性也得到了提升 [3]，體系建設逐漸成熟。本文主要介紹在江門市開展地質災害群監(jiān)測網建設的基礎上，開發(fā)了基于地質條件及實時降雨數(shù)據(jù)的區(qū)域預警模型，并以監(jiān)測預警系統(tǒng)為平臺構建了江門市地質災害監(jiān)測預警體系，提升了江門市地質災害防治管理及應急指揮能力

1 地質災害發(fā)育特征

江門市地質災害以崩塌、滑坡、地面塌陷等突發(fā)性地質災害為主，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，江門市威脅較嚴重的地質災害點共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)。地質災害已造成大量房屋倒塌、農田毀壞、交通中斷、水利設施被破壞等，直接經濟損失約 1454.8萬元據(jù)統(tǒng)計，37處地質災害隱患點處于穩(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施等方面，威脅人數(shù)達 1166人，潛在財產損失在 8014萬元以上，嚴重威脅著廣大人民群眾的生命財產安全。江門市地質災害具有如下特點

(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災害相對集中

(3) 災害集中發(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 地質災害群專結合監(jiān)測網

2.1 群測群防監(jiān)測

群測群防監(jiān)測主要針對規(guī)模較小的災害點，利用簡易監(jiān)測設備，實現(xiàn)快速預警預報。但這種方式不具備數(shù)據(jù)采集功能常用設備包括裂縫報警器、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

針對江門市地質災害的特點，適合開展群測群防監(jiān)測通過對江門市所有在冊災害點補充調查及宣傳培訓，針對有變形跡象的地質災害點安裝了群測群防監(jiān)測設備，設定預警閾值，建立群測群防監(jiān)測網

2.3 專業(yè)監(jiān)測

專業(yè)監(jiān)測指依托物聯(lián)網技術，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 通訊技術傳輸?shù)綌?shù)據(jù)平臺根據(jù)地質災害情況及發(fā)育特征，江門市開展了木朗村滑坡等10 處地質災害點的專業(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，開關量通道主要用于雨量數(shù)據(jù)的采集，準確計數(shù)

針對不同災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)了不同地質災害的前端參數(shù)采集，后臺數(shù)據(jù)運算以及現(xiàn)場預警的聯(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換連接，保證野外監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性和可靠性

3 地質災害區(qū)域預警模型

3.1 預警指標選擇

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)地質災害的可能性也不同 [5-8]。根據(jù)降雨強度和以往地質災害暴發(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)域預警模型

基于江門市地質災害易發(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)分析法建立地質災害預警評價表，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，采用地質氣象耦合方法進行江門市地質災害預警評價。結合江門市地質災害氣象風險等級劃分規(guī)定，形成紅橙黃藍四級預警區(qū)劃

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

4 地質災害監(jiān)測預警系統(tǒng)

系統(tǒng)架構由智能感知層、數(shù)據(jù)傳輸層、數(shù)據(jù)資源層、預警模型庫、應用層組成。自下而上經過采集到傳輸、保存、處理、分析、應用等環(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詳情、監(jiān)測設備管理、數(shù)據(jù)分析、后臺管理等功能，如圖 1 所示。左側二級菜單欄為災害點及監(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，點擊分別顯示地災概況、預警信息及數(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)預設預警閾值，達到預警值時可自動發(fā)布預警信息，包括電話、短信、郵件等多種方式，可單獨或組合發(fā)送。

5 結 語

本文基于江門市地質災害監(jiān)測預警體系構建實現(xiàn)了以下目標 ：

（1）建成了基于物聯(lián)網技術的江門市群專結合監(jiān)測網，豐富了地質災害監(jiān)測手段。

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

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