基于普適型儀器的崩塌監測預警初探
——以珠海市高新區兩處崩塌為例

江 寧，江 山，劉 佳

（廣東省珠海工程勘察院，廣東 珠海 519000）

近年來，隨著珠海市經濟社會的快速發展，人類工程活動日趨強烈，崩塌、滑坡等地質災害呈現加劇趨勢，嚴重危害人民群眾生命財產安全和社會經濟可持續發展。《國務院關于加強地質災害防治工作的決定》[2011]20號中明確將“以人為本”的理念貫穿于地質災害防治工作各個環節，以保護人民群眾生命財產安全為根本，以建立健全地質災害調查評價體系、監測預警體系、防治體系、應急體系為核心，全面提高地質災害防治水平。

隨著近年來科學技術的突飛猛進，尤其是現代遙感技術、無線通訊技術以及各種感知技術的不斷涌現，地質災害隱患早期識別與監測預警已成為主動防控地質災害的重要手段（許強等，2019）。尤其在監測預警工作方面，歷經群測群防、專業監測等發展階段，防災減災成效顯著。按照《中國地質調查局地質災害監測預警普適型儀器設備示范試用工作方案（2020 年3月）》的要求，在珠海市高新區2處地質災害點開展基于普適型儀器的專業監測預警系統建設工作。

1 建設選點

本次建設選點按照“危險性、代表性、可行性”的三原則，根據珠海市地質災害隱患點分布、規模、危險性和危害程度、治理難易程度以及交通、通信等基礎條件，通過比選分析論證，選定在珠海高新區雞山村鳳陽里2處崩塌災害點建立基于普適型儀器的地質災害專業監測站。

1.1 工作區地質環境條件

珠海市地處珠江三角洲，地貌類型以平原和低山丘陵為主，溝谷發育，匯水條件優越，以西江、泥灣門、雞啼門、虎跳門水道為主流，支流密布，地形較破碎。又因珠海市常年遭受西太平洋和南海臺風的影響，區內巖土體風化程度強烈，受雨水侵蝕嚴重，坡面巖土體結構較疏松，靠近人類聚集區的斜坡，受人類工程活動影響較大，坡度陡峭，陡崖式人工邊坡分布較為普遍，為崩塌、滑坡等地質災害的形成提供了條件。

1.2 監測預警建設選點

高新區雞山村邊坡地處丘陵地區，因山腳開挖形成陡峭的人工邊坡，坡面巖土體裸露，降雨時邊坡坡面以地表徑流為主，坡面面流對邊坡有較大的沖刷作用，有可能發生土質崩塌。如果變形得不到監控，將會導致嚴重的后果，影響邊坡下方人民生命財產安全。這兩處災害點均符合“危險性、代表性、可行性”的選點原則。

1.2.1 雞山村鳳陽里78號對面邊坡

該邊坡位于鳳凰山山體北東側，地貌單元屬于構造剝蝕低丘陵區，地層巖性上部以殘坡積土層和全風化花崗巖為主，下部為晚侏羅世燕山三期花崗巖。該處因修建住宅開挖坡腳，形成了高約15m，坡腳線長約35m，坡度30°～70°的人工土質邊坡。

因坡度較陡，又經歷雨水沖刷，坡面中上部曾發生了一次土質崩塌。目前該邊坡崩塌后壁處坡度近乎垂直，整體坡度較陡，在持續降雨條件下，邊坡淺表層殘坡積土和全風化花崗巖易發生土體飽和，可能會再次引發小型淺層崩塌，坡腳有多棟村民住宅樓，危險性較大。

本次監測主要針對崩塌區變形、地表位移、土壤含水率和降雨量展開，布設2臺多功能智能監測儀（含蜂鳴報警功能）、1臺土壤含水率監測儀（3個探頭，埋深分別為0.6m、0.9m 和1.5m）、1 套翻斗式雨量計和1 套高清視頻監控儀（布設詳情見圖1）。這一方案的實施，將對崩塌監測體的裂縫變形、地表位移、土壤含水率和降雨量情況進行實時監控，從而對崩塌的變形及相關因素進行監控。

1.2.2 雞山村鳳陽里100號南側邊坡

該邊坡鄰近雞山村鳳陽里78 號對面邊坡，位于鳳凰山山體北東側，地貌單元屬于構造剝蝕低丘陵區，地層巖性上部以殘坡積土層為主，下部為晚侏羅世燕山三期花崗巖，植被稀少，基巖裸露，沖溝發育，部分地區水土流失嚴重。

因早年修建住宅開挖坡腳，形成了高約8m，坡度約60°～80°的人工土質邊坡，坡體上部殘坡積土層和全風化花崗巖在雨水沖刷作用下發生了局部崩塌（2018年發生）。該處崩塌點寬約18.5m，長約4.6m，平均厚度約1.5m，總崩塌方量約130m3。該點在臺風強降雨等影響下有再次發生崩塌的可能。由于坡腳分布有多棟村民住宅樓，一旦發生崩塌將嚴重威脅到坡腳居民的生命財產安全。

針對該邊坡坡度陡、威脅群眾多的特點，布設2 臺多功能智能監測儀，1臺土壤含水率監測儀和1套高清視頻監控儀（布設詳情見圖2）。

2 監測系統建設

高新區2 處崩塌監測預警系統是以崩塌地質災害防治理論和技術作為科學支撐，依據規范和其他優質工程案例，利用大數據、云計算、無線傳感器、智能控制等新技術，根據監測體實際發育情況、機理分析、理論計算和安全性綜合評估開展建設工作。

2.1 監測儀器的選擇與布設

根據《地質災害專群結合監測預警技術指南（試行）》的相關指引，本次監測工作選用的儀器有多功能智能監測儀、雨量計、土壤水分傳感器等（表1），主要傳感器的技術參數及技術特征如下：

表1 2處崩塌監測設施表

多功能智能監測儀：集溫度傳感器、傾角傳感器、加速度傳感器、拉線傳感器、蜂鳴報警等多種傳感器于一體，并配置GPS/北斗定位模塊進行多種監測數據采集、傳輸、存儲于一體的智能化監測儀器。能實現加速度、方向位移、方位角、裂縫長度、位置信息的上報，同時具有蜂鳴報警功能。①加速度量程：-1g～+1g；②崩塌加速度分辨率：10mg；③傾角測量精度：0.1°；④拉線測量精度：0.1mm；⑤方向位移精度：≥5mm/s2；⑥溫度測量精度：0.25℃；⑦工作溫度：-25℃～85℃；⑧相對濕度：0%～99%；⑨防護等級：IP67。

翻斗式雨量計：①最大瞬時雨量：8mm/min；②測量準確度：≤±1%；③工作環境溫度：-10℃～50℃；④工作環境濕度：＜95%（40℃）；⑤發訊方式：干簧管通、斷信號輸出。

土壤水分傳感器：①土壤水分量程：0～100%(m3/m3)；②土壤溫度量程：-40℃～125℃；③水分輸出：0～1200mV DC或4～20mA；④水分測量精度：±1%；⑤響應時間：＜1s；⑥溫度測量精度：±0.5℃（AT25℃）。

2.2 數據采集與傳輸

2.2.1 數據采集

數據采集系統的主要功能是完成信號的A/D轉換（模/數轉換）、數據預處理、數據壓縮和數據發送等。數據采集儀將傳感器的輸出的模擬信號（如電壓、電流等）轉換為數字量，便于進行后續處理。同時進一步對數字信號分析計算，得到所需的相關信息，如結構的應變等。

本次監測工作中，降雨量和位移加速度、三軸傾斜、裂縫開合度數據的采集采用增量觸發工作機制；土壤含水率數據采集采用定時上報工作機制；視頻數據可實時傳輸，監測云平臺可遠程控制。

2.2.2 數據傳輸

監測系統的傳感器使用有線或無線傳感器的方式，數據通過電纜和無線網絡在傳感器和數據采集系統之間實現第一級數據傳輸；進入數據采集系統的數據通過NB-lot及4G網絡等無線傳感網絡形式與軟件平臺之間實現第二級數據傳輸。

一臺數采儀可連接多個同類型的傳感器（比如振弦式傳感器）由數據采集系統存儲入數據庫，并將各信號通道進行標識；通過有線（RS485）的模數值自動采集方式與監測設備通信，然后以GPRS 遠程通信或者以太網口的形式與數據中心平臺交互。由數字化平臺對數據進行異常分析，對由于環境等外界原因引起的異常數據進行判別，自動激發重新采集數據等操作。數據確認無異常后由數字化平臺進行抽取分類，按照各數據采集系統的標識情況存入相應數據庫，由數字化監測管理系統實時調用，真正實現全天候24h自動實時監測。

3 監測預警運行

自2020 年4 月2 處監測點現場施工完成并經調試上線后，監測系統運行狀況良好，中心平臺取得了較豐富的監測數據。本文以2020年4～11月的監測數據作為成果資料進行分析。

3.1 監測數據分析

本文選取了2020 年4～11 月的雨量計、多功能智能監測儀的裂縫（變形）監測和地表傾斜監測數據進行分析。從圖3 可以看出，雞山村鳳陽里崩塌監測體03號多功能智能監測儀的裂縫監測數據與日降雨量之間存在明顯的相關性。在2020 年5月20 日、8月6日和8月19日強降雨前后，03號多功能智能監測儀均捕捉到了裂縫開合度的明顯變化。利用Excel 的CORREL(exp1，exp2)函數可以得到2020 年4～11 月的單日降雨量與監測體裂縫開合度的相關系數高達0.91，表明兩者之間的強正相關性，即地表裂縫的擴大與強降雨過程密切相關。

4～11月涵蓋了珠海市一個完整的汛期，從裂縫開合度和傾角數據可以看出，監測裂縫在經歷一個汛期后持續張開擴大，開合度增大了1.31mm；三軸傾斜數據在0°～1°間經歷了小幅度波動后趨于穩定（詳見圖4），傾角變化量約為0.6°，這說明監測體結構面略微松動，但整體的穩定性尚未被破壞。

綜合宏觀變形跡象分析，這2處崩塌監測體正處于平緩變形階段，近期暫不至于發生大規模的崩塌現象，但仍需嚴密監控降雨情況和監測體變形情況，隨時掌握分析崩塌監測體的穩定性狀況。

3.2 崩塌預警初探

大量已發地質災害實例表明，影響崩塌危巖體穩定性的因素很多，尤其大多數崩塌具有條件惡劣性、空間隨機性和時間突發性，更增加了監測預警的難度。監測預警的關鍵就是從眾多崩塌監測數據中篩選出崩塌進入加速變形破壞前具有預警意義的指標，通過各個指標的定性描述和定量分析，進而做出不同級別的災害預警（韓建超，2020）。

3.2.1 預警指標及判據

由于珠海市普適型儀器監測預警工作尚處于起步階段，缺少崩塌災害點監測預警案例及室內重現模擬研究，現階段預警判據主要是基于國內崩塌預警理論、地區經驗和實際監測成果資料設置預警閾值。本次預警判據綜合降雨指標、土壤含水率指標、傾角指標和裂縫開合度指標進行合理的預警預判（詳見表2）。

表2 2處崩塌預警判據表

3.2.2 預警響應

崩塌監測預警系統通過近一年的運行，共觸發了22次預警，其中觸發橙色預警9次，黃色預警11次，藍色預警2次，由降雨指標和土壤含水率指標觸發預警19次，由傾角指標觸發預警3次。達到預設預警閾值時，系統自動生成預警信息，并通過數據中心平臺、短信及現場聲光裝置向相關負責人以及現場施工人員及時發送。通過現場調查走訪，暫未發現2處崩塌監測體有明顯失穩的特征，但仍需對雨晴和變形情況實施嚴密監控。

4 結論

（1）通過建設高新區2 處崩塌監測系統，能夠實時掌握崩塌監測體的變形情況、土壤含水率和降雨量等相關因素和宏觀前兆的狀況，實現了對崩塌監測體動向的實時監控。

（2）普適型儀器技術集成度高，可靠性好，簡便易用，應用低功耗局域網、窄帶物聯網等傳輸技術，實現了低功耗與穩定通信，具備大量普及應用的條件。

（3）2 處基于普適型儀器監測預警系統的建設，可以為珠海市地質災害監測事業的發展提供一個可供參考的方案。

（4）監測成果表明，雞山村鳳陽里78號對面邊坡和100號南側邊坡正處于平緩變形階段，且變形情況與降雨量存在明顯的相關性。