江門市地質災害監測預警體系構建

廖偉成 王洪磊 郭偉 付杰

摘 要：目前，江門市受威脅較嚴重的地質災害點共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的突發性地質災害頻繁發生，嚴重影響人民的生命財產安全。文中以江門市地質災害監測預警系統為平臺，利用物聯網及GIS技術構建了集調查數據管理、群專結合監測網、區域預警模型為一體的江門市地質災害監測預警體系，提升了江門市地質災害防治水平。

關鍵詞：地質災害；監測預警；體系構建；物聯網

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：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，地形地質環境較為復雜，局部斷裂構造較發育，雨水充沛，受降雨時空分布不均勻等自然環境條件影響，在強降雨等因素的直接作用下所引發的滑坡、崩塌、泥石流等突發性地質災害頻繁發生，嚴重影響人民的生命財產安全。

國內在地質災害監測預警方面有較多經驗及認識，劉傳正等把地質災害區域預警原理初步劃分為隱式統計預警、顯式統計預警和動力預警三種[1，2]，提出了地質災害區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。同時，隨著物聯網及GIS技術的發展，地質災害監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測網建設的基礎上，開發了基于地質條件及實時降雨數據的區域預警模型，并以監測預警系統為平臺構建了江門市地質災害監測預警體系，提升了江門市地質災害防治管理及應急指揮能力。

1 地質災害發育特征

江門市地質災害以崩塌、滑坡、地面塌陷等突發性地質災害為主，具有點多、面廣、規模小、危害大、發生頻繁、穩定性差等特點[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4市，涉及20余鎮。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1 454.8萬元。據統計，37處地質災害隱患點處于穩定性差或較差狀態，涉及城鎮居民、鄉鎮村落、廠礦企業、道路交通和水利工程設施等方面，威脅人數達1 166人，潛在財產損失在8 014萬元以上，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、低山區少”的特點；

（2）在城鎮、開發區及人口密集區，人類工程活動增強，地質災害相對集中；

（3）災害集中發生在每年4～9月，隨降雨同步或滯后發生；

（4）災害主要發育于淤泥類土、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。

2 地質災害群專結合監測網

2.1 群測群防監測

群測群防監測主要針對規模較小的災害點，利用簡易監測設備，實現快速預警預報。但這種方式不具備數據采集功能，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測設備，設定預警閾值，建立群測群防監測網。

2.2 專業監測

專業監測指依托物聯網技術，通過安裝在野外的監測傳感器采集數據，利用北斗或GPRS通訊技術傳輸到數據平臺。根據地質災害情況及發育特征，江門市開展了木朗村滑坡等10處地質災害點的專業監測，監測參數包括降水量、位移、泥水位等。

專業監測數據采集主機采用32位超低功耗PIC32MX150F128D作為主控制器，控制監測參數的采集、存儲、遠程發送和太陽能供電。利用24位Δ-ΣADC實現前端傳感器模擬信號的高精度采樣，可實現對電壓、電流信號的接入，開關量通道主要用于雨量數據的采集，準確計數。

針對不同災害類型采用不同的監測手段，如滑坡監測采用雨量+地表位移模式，泥石流監測采用雨量+泥水位模式，崩塌監測采用雨量+激光位移模式，實現了不同地質災害的前端參數采集，后臺數據運算以及現場預警的聯動，整個系統實現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據能夠正常傳輸，專業監測傳輸模塊采用GPRS和北斗雙模方式，實現兩種通信方式的無縫轉換連接，保證野外監測數據的準確性和可靠性。

3 地質災害區域預警模型

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計分析，發現不同的降雨強度、日降雨量和累計降雨量誘發地質災害的可能性也不同[5-8]。根據降雨強度和以往地質災害暴發的次數，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的臨界值，依據這些范圍劃定了降雨危險等級，見表1所列。

3.2 區域預警模型

基于江門市地質災害易發程度分區特征和實時雨量監測數據，采用矩陣數據分析法建立地質災害預警評價表，具體見表2所列。利用ArcGIS地圖代數工具模塊，將江門市易發區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定，形成紅橙黃藍四級預警區劃。

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

4 地質災害監測預警系統

系統架構由智能感知層、數據傳輸層、數據資源層、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、應用等環節，形成信息的“采、傳、知、用”完整流程。

系統一級菜單欄包括地災詳情、監測設備管理、數據分析、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測點節點，地圖定位到節點所在位置時，彈出信息氣泡面板，點擊分別顯示地災概況、預警信息及數據曲線。

系統可實現對監測點的多種參數數據分析及各監測參數的單獨數據分析，如圖2所示。還可查詢與分析不同時間序列的數據。根據不同的監測參數預設預警閾值，達到預警值時可自動發布預警信息，包括電話、短信、郵件等多種方式，可單獨或組合發送。

5 結 語

本文基于江門市地質災害監測預警體系構建實現了以下目標：

（1）建成了基于物聯網技術的江門市群專結合監測網，豐富了地質災害監測手段。

（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域預警模型，實現了基于實時監測數據的地質災害分級預警。

（3）地質災害監測預警系統集成了數據管理、監測預警等功能，提升了江門市地質災害防治及應急管理水平。

參考文獻

[1]劉傳正，劉艷輝，溫銘生，等.中國地質災害區域預警方法與應用[J].工程地質學報，2012，22（6）：20.

[2]劉傳正，劉艷輝.地質災害區域預警原理與顯式預警系統設計研究[J].水文地質工程地質，2007，34（6）：109-115.

[3]徐永強，馬娟.基于物聯網技術的地質災害動態監測預警體系及其架構[J].中國地質災害與防治學報，2013，24（3）：90-93，99.

[4]張偉.廣東省臺風降雨型地質災害特征分析[J].西部資源，2017（3）：133-136.

[5]劉艷輝，唐燦，李鐵鋒，等.地質災害與降雨雨型的關系研究[J].工程地質學報，2009，17（5）：656-661.

[6]陳靜靜，姚蓉，文強，等.湖南省降雨型地質災害致災雨量閾值分析[J].災害學，2014，29（2）：42-47.

[7]趙衡，宋二祥.誘發區域性滑坡的降雨閾值[J].吉林大學學報（地球科學版），2011，41（5）：1481-1487.

[8]魏平新，李秀娟.廣東省突發性地質災害氣象預警實踐[J].中國地質災害與防治學報，2015，26（1）：138-144.