地質災害Al監測預警博士
㈠ 地質災害區域預警原理
據檢索統計，世界上約有20多個國家或地區不同程度地開展過降雨引發滑坡、泥石流的研究或預警工作。其中，中國香港(Brandetal.，1984)、美國(Keeferetal.，1987)、日本(Fukuzono，1985)、巴西(Neiva，1998)、委內瑞拉(Wieczoreketal.，2001)、波多黎各(Larsen＆Simon，1993)和中國大陸等曾經或正在進行面向公眾社會的降雨引發區域性滑坡、泥石流的早期預警與減災服務工作，預警的地質空間精度達到數千米量級，時間精度達到小時量級。這些國家和地區一般都在地質災害多發區或敏感區開展或完成了比較詳細的地質災害調查評價工作，擁有比較長期且比較完整的降雨與滑坡、泥石流關系資料，或在典型地區建立了比較完善的降雨遙控監測網路和先進的數據傳輸系統。
綜合分析國內外研究與應用狀況，基於氣象因素的區域地質災害預警預報理論原理可初步劃分為三大類，即隱式統計預報法、顯式統計預報法和動力預報法。
4.2.1 隱式統計預報法
隱式統計預報法把地質環境因素的作用隱含在降雨參數中，某地區的預警判據中僅僅考慮降雨參數建立模型。隱式統計預報法可稱為第一代預報方法，比較適用於地質環境模式比較單一的小區域。由於這種方法只涉及一個或一類參數，無論預警區域的研究程度深淺均可使用，所以這是國內外廣泛使用的方法，也是最易於推廣的方法。這種方法特別適用於有限空間范圍，且地質環境條件變化不大的地區，如以花崗岩及其風化殘積物分布為主的中國香港地區多年來一直在研究應用和深化這一方法。
這種方法考慮的降雨參數包括年降雨量、季度降雨量、月降雨量、多日降雨量、日降雨量、小時降雨量和10min降雨量等。實際應用時，一般只涉及1～3個參數作為預報判據，如臨界降雨量、降雨強度、有效降雨量或等效降雨量等。
突發性地質災害臨界過程降雨量判據的預警方法抓住了氣象因素誘發地質災害的關鍵方面，但預警精度必然受到所預警地區面積大小、突發性地質事件樣本數量、地質環境復雜程度和地質環境穩定性及區域社會活動狀況的限制，單一臨界降雨量指標作為預警判據的代表性是有限的。
代表性研究成果主要有:
Onodera et al.( 1974) 通過研究日本的大量滑坡，提出累計降雨量超過 150 ～ 200mm，或每小時降雨強度超過 20 ～30mm 作為判據。Nilsen et al.( 1976) 發現美國 Alameda，Califor-nia 在累計降雨量超過 180mm 時，滑坡將頻繁發生。Oberste-lehn( 1976) 認為累計降雨量達到 250mm 左右，美國 San Benito，California 將發生滑坡。Guidicini and Iwasa( 1977) 通過對巴西 9 個地區滑坡記錄和降雨資料的分析，認為降雨量超過年平均降雨量的 8% ～17%，滑坡將滑動; 超過 20%，將發生災難性滑坡。Caine( 1980) 全面總結了全球的可利用數據，給出了不同地區誘發滑坡暴雨事件的降雨強度和持續時間與滑坡的關系式。這一關系式當然不可能適用於全球所有地區( Crozier 在 1997 年證明) ，仍不失為探討誘發滑坡臨界降雨值的里程碑。
Brand et al.( 1984) 在中國香港研究表明，大多數滑坡由局部高強度短歷時降雨誘發，而前期降雨量不是主要因素，除非是小型滑坡。Ng and Shi( 1998) 認為降雨的持續也是一個非常重要的誘發滑坡的因素。中國香港地區預測 24h 內降雨量達到 175mm 或 60min 內市區內雨量超過 70mm，即認為達到滑坡預報閾值，即由政府發出通報。中國香港平均每年約發出 3 次山洪滑坡暴發警報。
Ganuti et al.( 1985) 提出了臨界降雨系數( critical precipitation coefficient，CPC) 的概念，並總結出當 CPC ＞0.5 時，將有 10a 一遇的滑坡發生; 當 CPC ＞0.6 時，將有 20a 一遇的滑坡發生。
Glade( 1997) 綜合前人研究成果建立了確定誘發滑坡的降雨臨界值的 3 個模型，並在紐西蘭北島南部的 Wellington 地區進行了驗證。3 個模型要求的基本數據為: 日降雨量、滑坡發生日期和土體潛在日蒸發量( 通過 Thornthwaite method 方法計算得到) 。降雨強度臨界值Glade( 1997) 的模型 1———日降雨模型( daily rainfall model) ，只使用日降雨量參數，簡單地分析誘發滑坡和不誘發滑坡的日降雨量( Glade，1998) ，得出最小臨界值和最大臨界值，即在最小臨界值以下，沒有滑坡發生; 在最大臨界值以上，滑坡一定發生。降雨量等級劃分以20mm 為一個等級; 降雨過程雨量臨界值 Glade( 1997) 的模型 2———前期日降雨量模型( an-tecedent daily rainfall model) ，考慮了前期降雨的影響。他認為決定前期情況有兩個主要因素: 前期降雨的歷時時間和土體含水量減少的速率; 土體含水狀態臨界值 Glade( 1997) 的模型 3———前期土體含水狀態模型( antecedent soil water status model) ，他認為除了前期雨量，土體含水量和潛在的蒸發量對滑坡的影響也很大。
劉傳正在 2003 年 5 月主持全國地質災害氣象預警工作過程中，利用地質災害發生前15d 降雨量建立滑坡、泥石流發生區帶的臨界過程降雨量創建了預警判據模式圖，並結合具體區域( 2003 年28 個區、2004 年以後74 個區) 進行校正的方法。該方法適應3 級預報的要求界定了 α 線和 β 線作為預警等級界限。3 年多來汛期的預警成果發布檢驗與應用證明，該方法在科學依據上是成立的，但限於預警區域過大、基礎數據和地質災害統計樣本數量太少，准確率有待提高，同時也充分說明了開展地質災害數據集成研究的迫切性。
另外，中國科學院成都山地災害與環境研究所等機構在單條泥石流監測與預警建模方面進行了多年持續不懈的研究工作，取得了具有代表性的成果。
4.2.2 顯式統計預報法
顯式統計預報法是一種考慮地質環境變化與降雨參數等多因素疊加建立預警判據模型的方法，它是由地質災害危險性區劃與空間預測轉化過來的(CarraraA.，1983;HaruyamaH.＆KawakamiH.，1984;BaezaC.＆CorominasJ.，1996;CarraraA.，CardinaliM.＆GuzzettiF.，1991;劉傳正，2004;殷坤龍，2005)。
區域地質災害危險性評價和風險區劃研究仍是當前的研究主流，而利用之進行地質災害的實時預警與發布則多處於探索階段。這種方法可以充分反映預警地區地質環境要素的變化，並隨著調查研究精度的提高相應地提高地質災害的空間預警精度。顯式統計預報法可稱為第二代預報方法，是正在探索中的方法，比較適用於地質環境模式比較復雜的大區域。
基於地質環境空間分析的突發性地質災害時空預警理論與方法是根據單元分析結果經過合成實現的，克服了僅僅依據單一臨界雨量指標的限制，但對臨界誘發因素的表達、預警指標的選定與量化分級等尚存在需要進一步研究的諸多問題。
因此，要實現完全科學意義上的區域突發性地質災害預警，必須建立臨界過程降雨量判據與地質環境空間分析耦合模型的理論方法———廣義顯式統計模式地質災害預報方法，預警等級指數(W)是內外動力的聯立方程組。即
中國地質災害區域預警方法與應用
式中:W為預警等級指數;a為地外天體引力作用，包括太陽、月亮的引潮力，太陽黑子、表面耀斑和太陽風等對地球表面的作用，a=f(a1，a2，…，an);b為地球內動力作用，主要表現為斷裂活動、地震和火山爆發等，b=f(b1，b2，…，bn);c為地球表層外動力作用，包括降雨、滲流、沖刷、侵蝕、風化、植物根劈、風暴、溫度、乾燥和凍融作用等，c=f(c1，c2，…，cn);d為人類社會工程經濟活動作用，包括資源、能源開發和工程建設等引起地質環境的變化，d=f(d1，d2，…，dn)。
20世紀70年代，以美國加利福尼亞州舊金山地區聖馬提俄郡的滑坡敏感性圖為代表，利用多參數圖的加權(或不加權)疊加得到區域滑坡災害預測圖。
20世紀80年代，CarraraA.(1983)將多元統計分析預測方法引用到區域滑坡空間預測中，並在世界各國得到迅速發展與推廣。如HaruyamaH.＆KawakamiH.(1984)利用數學統計理論對日本活火山地區降雨引起的滑坡災害進行了危險度評價。BaezaC.＆CorominasJ.(1996)利用統計判別分析模型進行了淺層滑坡敏感性評估，結果斜坡破壞的正確預測率達到96.4%，有力地說明了統計預測的適用性。CarraraA.，CardinaliM.＆GuzzettiF.等(1991)將統計模型與GIS結合，應用於義大利中部某小型匯水盆地的滑坡危險性評估，實現從數據獲取到分析、管理的自動化，結果證明統計分析與GIS的綜合使用是一種快速、可行、費用低的區域滑坡危險性評價與制圖方法。
20世紀90年代中後期以來，隨著計算機技術和信息科學的高速發展，RS、GIS和GPS等「3S」技術聯合應用使快速處理海量的地質環境數據成為可能，出現了地質災害空間預測模型方法應用研究逐步從地質災害危險評價與預警應用相結合的新態勢。
劉傳正等(2004)創建並發表了用於區域地質災害評價和預警的「發育度」、「潛勢度」、「危險度」和「危害度」時空遞進分析理論與方法，簡稱「四度」遞進分析法(AMFP)，並在三峽庫區(54175km2)和四川雅安地質災害預警試驗區(1067km2)進行了應用，結果是可信的。
李長江等(2004)將GIS和ANN(人工神經網路)相互融合，考慮不同的地質、地貌和水文地質背景，建立了給定降雨量的浙江省區域群發性滑坡災害概率預報(警)系統(LAPS)。
宋光齊等(2004)根據地貌、岩性和地質構造幾率分布，基於GIS建立了給定降雨量的四川省地質災害預報系統。
殷坤龍等(2005)以浙江省為例探索了基於WebGIS的突發性地質災害預警預報問題。
由於我國政府在全國范圍內推行區域地質災害預警預報機制，目前我國的預警探索工作走在世界前列。
4.2.3 動力預報法
動力預報法是一種考慮地質體在降雨過程中地-氣耦合作用下研究對象自身動力變化過程而建立預警判據方程的方法，實質上是一種解析方法。動力預報方法的預報結果是確定性的，可稱為第三代預報方法，目前只適用於單體試驗區或特別重要的局部區域。該方法主要依據降雨前、降雨中和降雨後降水入滲在斜坡體內的轉化機制，具體描述整個過程斜坡體內地下水動力作用變化與斜坡體狀態及其穩定性的對應關系。通過鑽孔監測地下水位動態、孔隙水壓力和斜坡應力-位移等，揭示降雨前、降雨過程中和降雨後斜坡體內地下水的實時動態響應變化規律、整個坡體物理性狀變化及其變形破壞過程的關系。在充分考慮含水量、基質吸力、孔隙水壓力、滲透水壓力、飽水帶形成和滑坡—泥石流轉化因素條件下，選用數學物理方程研究解析斜坡體內地下水動力場變化規律與斜坡穩定性的關系，確定多參數的預警閾值，從而實現地質災害的實時動力預報。
目前，這種方法局限於試驗場地或單個斜坡的研究探索階段，必須依賴具有實時監測、實時傳輸和實時數據處理功能的立體監測網(地-氣耦合)作為支撐才能實現實時預報。由於理論、技術和經費等方面的高要求，這種方法比較適用於重要的小區域或單體的研究性監測預警。
據研究，美國舊金山海灣地區的6h降雨量達到4in(101.6mm)時，就可能引發大面積泥石流。為了監測降雨期間地下水壓力的變化，研究人員設置了若干個孔隙水壓力計以觀測斜坡中地下水壓力變化。舊金山海灣地區實時區域滑坡預警系統包括降雨與滑坡發生的經驗和分析關系式，實時雨量監測數據，國家氣象服務中心降雨預報以及滑坡易發區略圖。
在我國，劉傳正等(2004)在四川雅安區域地質災害監測預警試驗區進行了大氣降水與斜坡岩土層含水量變化的分層響應監測，發現不同降雨過程和降雨強度下，斜坡岩土體的含水量相應發生明顯變化，可以研究降雨在斜坡岩土體內的滲流過程直至出現滑坡、泥石流的成因機理。
2003年8月23～25日是一個引發多處地質災害並造成人員傷亡的典型降雨過程，可以作為分析實例。以8月19日15時的含水量為背景值，則8月23，24和25日降雨過程分別對應第96，120和144h的含水量，4個層位的記錄曲線明確反映了隨累計降雨量增加斜坡岩土體含水量急劇增加，第一、二層位達到過飽和狀態，且含水量急劇增加出現於第121h，即24日15時之後，滯後於降雨時間約20h。各層含水量峰值出現於第151h，即接近滑坡呈區域性暴發時間(26日零時，對應第153h)。該分析未考慮沿裂隙的地下水滲流作用(圖4.1)。
圖4.1 四川雅安桑樹坡監測試驗點第1～4層含水量隨時間變化曲線
分析對比隱式統計預報法、顯式統計預報法和動力預報法3類方法，我們認為，未來的方向是探索地質災害隱式統計、顯式統計與動力預警3種模型的聯合應用方法，以適應不同層級的地質災害預警需求。研究內容包括臨界雨量統計模型、地質環境因素疊加統計模型和地質體實時變化(水動力、應力、應變、熱力場和地磁場等)的數學物理模型等多參數、多模型的耦合。3種模型的聯合應用不僅適應特別重要的區域或小流域，也為單體地質災害的動力預警與應急響應提供決策依據。
㈡ 我國地質災害監測預警工作現狀
7.1.1 地質災害防治與監測的法規建設
伴隨我國國民經濟建設的發展，各種類型的人類工程活動不斷加劇，崩塌、滑坡、泥石流及其他多種地質災害不斷發生。為防治地質災害的發生、發展，滿足地方社會經濟發展的需要，包括了對地質災害監測工作進行管理在內的地方性地質災害防治法規，自1995年開始出現。至1999年，已有18個省（區、市）頒布了21項法規條例，至2004年即已有29個省（區、市）頒布了40餘項法規、條列（附錄2）。
在全國各地地方性地質災害防治法規的基礎上，2001年5月國土資源部發布了《「十五」國土資源生態建設和環境保護規劃》；2001年5月國務院辦公廳轉發了《關於加強地質災害防治總體規劃》；001年10月國土資源部完成了《三峽庫區地質災害防治總體規劃》，並於2002年1月由國務院批復，2002年2月下發湖北省和重慶市國土資源部門落實。作為地質災害防治方面的全國性法規，2003年11月國務院頒布了《地質災害防治條例》（附錄2）。在上述全國性法規、規劃的指導下，目前「全國地質環境管理辦法」等一系列的規程、規范正在編制之中。這些法規、條例的出台，有力地推進了全國地質災害監測預警體系的建設和地質環境管理、保護工作。
7.1.2 監測網路與機構建設
（1）專業監測機構建設現狀與存在的問題
截至2002年9月，全國地質災害監測機構及隊伍狀況如表7.1所示。由該表可知，我國現有：國家級地質環境監測中心1個，省級地質環境監測總站（院、中心）31個，地（市）級地質環境監測站220個，其中直屬分站138個，代管分站131個，縣級地質環境監測站49個（重慶40個，四川7個，福建2個）。上述機構中，中國地質環境監測院在職職工126人（包括三峽中心），省地級地質環境監測隊伍在職人數3349人。合計全國地質環境監測專業隊伍在職人數3349人。這樣一支隊伍初步形成了地質災害勘查、監測和預報預警的科研體系，為地質災害的防治、地質環境的保護和依法行政提供了組織保障。
表7.1 全國地質災害監測機構及隊伍狀況
值得指出的是，目前地質災害監測預警管理體制還不夠健全。雖然省（區、市）級和地（市）級兩級國土資源主管部門承擔起了地質災害監測預警職能，但多數地（市）級國土局沒有專門的科室，縣級以下機構很不健全，體制還沒有理順。與此同時，在水利、鐵路、公路和城建等部門也還沒有設立地質災害監測預警預報指揮系統。國土資源部門原有各級地質環境監測站是在政事不分、事企不分的歷史條件下建立的，部分省（區）的公益性監測工作仍由企業性質的地勘單位承擔，與政府行政管理脫節，難以滿足政府和社會的需要。
（2）地質災害監測網路建設現狀與存在的問題
1）突發性地質災害監測。全國突發性地質災害監測狀況參見表7.2。截至2003年，全國完成地質災害調查與區劃的縣（市）達到545個，面積200萬km2，共調查出災害隱患點7萬余處，建立了群測群防點4萬多處；湖南、廣西、四川、寧夏、青海、新疆開展專業監測與巡測的災害點120餘處。
三峽庫區20個市（區、縣）已成立17個地質環境監測站，建立了秭歸-巴東段（50km）地質災害GPS監測網並投入監測運行。該網包括國家級控制網（A級）、基準網（B級）、滑坡監測（C級）三級GPS監測網，對12個單體滑坡進行監測，共建有59個GPS監測點。
黑龍江省七台河市地面塌陷監測網控制面積10km2，設地面塌陷監測點58個，為礦山地質災害監測起到了示範作用。
2）緩變性地質災害監測。緩變性地質災害監測網在長江三角洲地區除上海市建立了覆蓋全市的較為完善的、由基岩標、分層標、GPS觀測點、地面水準點和地下水監測孔等構成的地面沉降監測網路外，江蘇的蘇錫常地區2002年也在個別地區建立了分層標，其他地區尚屬空白。環渤海地區只有天津市在城區建立了7組分層標，而且多建於1985年以前。北京市的3組基岩標和分層標正在建設之中。西安設立了部分地裂縫監測點，寧波初步建成了地面沉降監測網。目前開始實施地面沉降和地裂縫監測的主要地區為華北平原和長江三角洲和部分大中城市。全國地面沉降監測現狀參見表7.2的有關內容。
3）區域性群測群防體系尚未建成。群眾對地質災害缺乏預防知識，基層主管部門缺少專業技術人員，群專結合的地質災害監測體系和群測群防的監測網路不健全，全國大部分縣（市）還沒有建立。目前僅是開展過地質災害調查與區劃的539個縣（市）建立了群測群防監測網路。地質災害監測尚未引起全社會足夠的重視，資金保證程度差，缺乏完善的救災防災系統。因此，加大宣傳和管理力度，加強立法工作，強化地質環境管理，編制地質災害防治工作規劃綱要，指導各縣（市）編制本地區的地質災害防治規劃，積極有效地開展地質災害防治工作，對防災減災是非常必要的。
4）監測工作經費嚴重不足。地方各級政府尚未建立地質災害專項資金渠道，僅靠國家補助的部分地質災害防治專項資金開展工作。每年的監測經費不足以維持正常的監測工作，監測工作日益萎縮，設備陳舊老化、設施破損嚴重，影響監測成果質量，難以滿足准確快速實時監測的要求。
表7.2 全國地質災害監測狀況
7.1.3 監測預警信息系統建設
利用中國地質環境監測院提供的資料庫軟體，省級地質環境監測總站（院、中心）基本實現了991年以後地下水監測數據和地質災害調查數據的入庫管理，部分省（區）還建立了圖形庫、文檔庫、監測點檔案庫和信息管理系統等。四川省開展了地質災害預報信息隨同天氣預報播出的試點工作。全國地質環境監測信息管理現狀如表7.3所示。
表7.3 全國地質環境信息管理現狀
在網路建設方面，只有少數省（區、市）實現了與Internet的專線連接（河北、青海、海南等）和內部區域網建設，多數省區通過撥號上網向中國地質環境監測院傳輸數據。目前，地質環境監測數據的分析和開發利用還很不夠，地質環境監測數據基本上沒有向社會和公眾開放。這些情況表明，在地質災害防治方面，信息傳輸與處理沒有跟上時代步伐。
㈢ 實時監測技術在地質災害防治中的應用——以巫山縣地質災害實時監測預警示範站為例
高幼龍1張俊義1薛星橋1謝曉陽2
(1中國地質調查局水文地質工程地質技術方法研究所，河北保定，071051;2西北化工研究院，陝西臨潼，710600）
【摘要】本文在地調項目工作實踐的基礎上，系統地總結了地質災害實時監測的含義、特點和系統構成。詳細介紹了巫山縣地質災害實時監測預警示範站的構建，針對實際運行狀況，評價了實時監測技術的可行性和可靠性。
【關鍵詞】地質災害實時監測遠程傳輸示範站
1 引言
隨著現代科學技術的發展和邊緣學科的相互滲透，自動控制、網路傳輸等越來越多的技術被不斷應用於地質災害的監測當中，極大地提高了監測的自動化水平，在一定程度上緩解了生產力匱乏和地質災害急劇增加之間的矛盾。國際上，美國、日本、義大利等發達國家在一定的區域范圍內建立了基於降水量、滲透壓、斜坡變形等參數的地質災害實時監測系統，藉助國際互聯網實現了監測數據的集中處理與實時發布。與之相比，我國地質災害監測的實時化、網路化水平依然較低，監測信息為公眾服務的功能未能得到明顯體現，預警的信息渠道不暢，對重大臨災的地質災害缺乏快速反應能力。因此，在我國進行地質災害實時監測預警研究，對重大災害體實施實時化監測預警，具有十分現實的意義。
筆者在參加地質調查計劃項目《地質災害預警關鍵技術方法研究與示範》的過程中，對實時監測技術進行了較為深入的研究，並在我國重慶市巫山縣新城區建立了地質災害實時監測預警示範站，經過1.5個水文年的示範運行，驗證了實時監測的可行性和可靠性。在對示範成果初步總結的基礎上形成此文，以期實時監測技術得以快速成熟及推廣應用，為我國地質災害防治事業作出貢獻。
2實時監測的含義和特點
實時監測（Real-Time Monitor,RTM）指通過各種監測、採集、傳輸、發布技術，讓目標層人員在第一時間內了解、掌握有關災害體的變形動態和發展趨勢，進而作出決策的多種技術的集合。其最主要的特點為實時性，即遠程的目標層人員可在第一時間獲取災害體的全部變形信息，而獲取的過程是自動的，無需技術人員值守干預。顯而易見，實時的特性可以最大限度地解放勞動力，降低監測人員風險和運營成本。
同傳統監測技術相比，實時監測的數據採集方式是連續的、跟蹤式的，數據的採集周期很短，通常在數小時之內，甚至更短。這對於跟蹤災害體變形過程，進行反演分析具有十分重要的意義。其龐大的數據量通常也會對配套的軟硬體系統提出更高的要求。
不難理解，實時監測也是自動化監測。所使用的監測儀器均需自動化作業方可實現無人值守。監測儀器自動化分為兩種，一種是監測儀器本身具備定時采樣和存儲功能，另一種是通過第三方的自動採集儀控制采樣。不管使用何種方式或基於何種原理，其數據採集是能夠自動或觸發實現的。
監測數據遠程傳輸是實時監測的另一主要特點。通常情況下，監測控制中心設立在遠離災體、經濟相對發達的城鎮區，需要藉助公眾通信網路或其他介質將各種類型的監測數據「搬運」過來，進行相應的轉換計算，生成目標層人員所需要的成果。這個「搬運」過程即監測數據的遠程傳輸。傳輸分為兩種方式，一種是有線傳輸方式，如架設通信線纜或光纜，在電話線兩端載入 Modem等；另一種是無線傳輸方式，如藉助 GSM/GPRS或 CDMA網路、UHF數傳電台或通信衛星等。
由於實時監測是數據自動採集、傳輸、發布等多個技術的集合，其中的任何一個環節失敗均可導致系統無法正常工作，因此，實時監測是存在風險性的。其風險構成除電力（如斷電停電）等保障體系統風險和監測儀器（如感測器、採集儀故障）、傳輸系統（如占線、網路資源不足、數據安全）、發布系統（如網路阻塞、病毒入侵、系統崩潰）等技術風險外，還包括人為抗力風險，如監測儀器設施的人為破壞、網路系統的惡意攻擊等。對於風險的營救除最大程度地降低保障體系風險和技術風險外，需要通過立法、宣傳等有效措施降低人為抗力風險，並設技術人員對監測系統進行即時維護，保障系統正常運行。
3實時監測系統構成
實時監測系統由監測儀器設施、數據採集系統、數據傳輸系統和網路發布系統四個子系統構成。各子系統均可獨立運行，以單鏈的方式協同工作。其工作原理如圖1所示。
圖1實時監測系統工作原理示意圖
3.1監測儀器設施
監測儀器及設施是獲取災害體變形參數最前端、最主要的組成部分，固定安裝於災害體表層或深部，並能夠表徵災害體對應部位的變形、變化。監測儀器的類型取決於所採用的監測方法。在地質災害監測中，常用的監測方法包括災害體地表及深部位移、應力、地下水動態、地溫、降水量等（表1）。監測儀器的精度、數量及布設位置是在地質災害勘查及綜合分析的基礎上，從控制災害體主體變形的需要設計確定的。監測儀器通常和相應的監測設施，如監測標（墩）、保護裝置等相互配合，完成災害體相關參數的獲取。
3.2數據採集系統
顧名思義，數據採集系統用於收集、儲存各類監測數據，是通過單片機或工業控制技術實現的。目前，多數監測儀器均有配套的數據採集及存儲裝置，可按設定的數據採集間隔定時自動化工作，並對原始數據進行轉換計算。數據採集裝置通常具有 RS-232或其他標准通信介面，可以方便地將數據下載至 PC中作進一步分析處理。對於不具備配套數據採集裝置或僅具備攜帶型讀數裝置的監測儀器，則可以通過第三方的數據採集儀實現自動採集工作，通用型的數據採集儀可方便地將頻率、電壓等模擬信號轉換為數字信號加以存儲和處理，並具備標准通信介面和PC交換數據。由於數據採集儀多置於監測儀器附近，二者間通常使用線纜相連接。
表1常用監測技術方法簡表
3.3數據傳輸系統
數據傳輸系統用於完成數據採集儀—控制中心—用戶間的數據傳遞。實際上，控制中心—用戶間通常是利用國際互聯網、通過發布系統實現的，所以狹義上的數據傳輸指數據採集儀—控制中心之間（即災害體現場至控制中心）的數據傳遞。
按照災害體和控制中心空間距離的長短，可將數據傳輸分為近距離數據傳輸（一般低於2km）和遠程數據傳輸兩種類型。前者由於傳輸距離較短，一般採用線纜連接，後者則採用遠程數據傳輸裝置。
按傳輸介質，遠程數據傳輸分為有線傳輸和無線傳輸兩種方式。目前常用的有線傳輸方式有電話線連接（即在電話線兩端載入 Modem對數據進行調制、解調）、光纜連接等，無線傳輸方式有數傳電台（用於中遠距離）、GSM/GPRS或 CDMA移動通信網路、通信衛星等（圖2）。
圖2常用的數據傳輸方法
3.4信息發布系統
信息發布系統通過國際互聯網，以 Web主頁的方式向目標層人員（即用戶）提供各類監測信息。監測信息包括災害體地質條件、發育特徵、監測網布置方式、多元監測數據、監測數據隨時間推移曲線變化情況、監測信息公告及圖片、視頻等。
信息發布系統由底層資料庫和發布主頁兩部分構成。前者用於管理各類基礎信息及監測數據，為後者提供數據源，後者為用戶提供信息訪問平台。二者之間通常採用B/S等架構交換數據。
信息發布系統一旦建立完成後，一些信息內容，如災害體地質條件、發育特徵、監測網布置方式等說明性的文字便相對固定下來，在短時間內不會做大的改動，這些信息通常稱為靜態信息。而隨著時間推移，監測數據及其曲線等信息不斷產生，且呈現動態變化並需在主頁上自動更新、顯示，這些信息稱為動態信息。要實現監測數據的實時發布，需建立動態主頁來顯示動態數據。
由於監測數據是由底層資料庫管理的，故只要即時將監測數據自動寫入資料庫中，為動態主頁提供隨時更新的數據源，便可實現自動顯示，即實時發布。而這一點是易於做到的。
4巫山縣地質災害實時監測示範站簡介
重慶市巫山縣新城區是我國地質災害危害最為嚴重的地區之一，全縣約1/3的可用建設用地受到不同程度地質災害的威脅。通過論證對比，在城區27個較大滑坡（崩塌）中，選擇了近期變形相對較為明顯、危害較為嚴重的向家溝滑坡和玉皇閣崩滑體建立實時監測預警系統進行應用示範。選用GPS監測地表位移、固定式鑽孔傾斜儀和TDR技術監測深部位移、孔隙水壓力監測儀監測滑體孔隙水壓力及飽水時的水位、水溫，同時通過安裝儀器的附加功能或定期搜集的方法兼顧了地溫、降水量及庫水位等監測。截至目前，共建立GPS監測標22處（含基準標）、固定式鑽孔傾斜儀和TDR監測點（孔）各3處、孔隙水壓力監測3孔7測點。多種監測儀器在同一地理位置同組安裝，這樣不僅便於不同監測方法之間資料的相互印證對比，還可以僅使用一台採集儀及傳輸裝置採集、傳輸多種監測數據，降低監測系統建設成本；另外，同組安裝便於修建監測機房（現場站）保護監測儀器設施。以上監測方法除GPS因建設成本、人為抗力風險等原因採用定期觀測外，其餘監測方法均採用實時化監測。
4.1示範站數據採集系統
固定式鑽孔傾斜儀、TDR、孔隙水壓力監測儀三種監測儀器均具備配套的數據採集裝置，其中TDR監測技術使用工業控制機作為數據採集裝置，恰好可以作為另兩種監測儀器的上位機，通過多串口擴展，將固定式鑽孔傾斜儀和孔隙水壓力監測儀連接至工控機，定時下載、存儲數據，並在預定時間統一傳輸至控制中心，同時在工控機上存放數據備份，防止數據丟失。示範站數據採集系統結構圖如圖3所示。
圖3示範站數據採集系統結構圖
4.2GPRS遠程無線傳輸系統
示範站控制中心設在巫山縣國土資源局，距向家溝滑坡直線距離2.74km，距玉皇閣崩滑體約0.6km，其間採用GPRS網路進行數據的遠程無線傳輸。
GPRS(General Packet Radio Service，通用分組無線業務）是中國移動通信在GSM網路上發展起來的2.5G數據承載業務，具有傳輸速度快、永遠在線、按量計費等優點。GPRS使用TCP/IP協議，因此可方便地將數據寫入指定（具固定IP地址）的伺服器中。
GPRS數據傳輸硬體為商用型GPRS-MODEM，控制軟體自主編寫，用於控制數據傳輸時間、目標地址及傳輸過程的錯誤處理，由伺服器端和客戶端兩部分構成。伺服器端用於設置網路配置、資料庫連接方式及數據文件、日誌文件和配置文件的存放路徑。客戶端安裝於現場站數據採集儀（工控機）上，控制網路連接、上傳時間、數據編碼、數據備份及傳輸錯誤處理。客戶端軟體和所有的數據採集軟體設置為不間斷工作狀態，在按控制參數工作的同時，接受控制中心的配置指令即時對控制參數進行調整。
4.3示範站信息發布系統
示範站信息發布系統硬體由1台小型伺服器和2台 PC終端的100M區域網構成。通過2M帶寬的ADSL接入Internet。底層資料庫和WEB主頁同時安裝於伺服器上。伺服器操作系統為Mi-croSoft Windows Server 2000，資料庫系統採用 MicroSoft SQL Server 2000。WEB主頁用 ASP.NET和Visual C﹟編寫，和資料庫之間採用B/S架構。在病毒防護和網路安全方面，採用商業軟體瑞星RAV 2004和天網防火牆系統。
（1）資料庫系統
資料庫系統是信息發布系統的基礎，按管理內容分為基礎信息管理、數據管理、輔助信息管理三部分。基礎信息管理的內容包括監測站（包括中心站和現場站）、監測鑽孔、監測點、發布信息、發布圖片等；數據管理內容包括固定式鑽孔傾斜儀、GPS、TDR監測系統、BOTDR監測系統、孔隙水壓力監測儀、環境溫度、降水量、庫水位等；輔助信息管理內容包括分級用戶、下載信息、訪問統計次數等，資料庫系統構成如圖4所示。
（2）數據伺服處理程序
數據伺服處理程序用於轉換、計算現場站傳來的數據，並即時將處理後的結果寫入資料庫中。處理程序採用Visual BASIC語言編寫，通過計時器控制的定時功能觸發寫庫過程，並在完成寫庫過程後刪除原數據以防止重寫。不難看出，數據伺服程序是傳輸系統和發布系統之間的連接，它使兩個彼此獨立的系統有機地結合起來。
（3）示範站信息發布主頁
信息發布主頁為遠程用戶提供所需的全部信息，包括示範站的概況、實時的監測曲線、最新的監測數據等。從發布信息內容、訪問方式及管理維護的角度出發，主頁設計成導航區、發布區、管理區和下載區，為遠程用戶、管理員提供交互。
圖4示範站資料庫系統構成框圖
導航區為遠程用戶提供必要的導航信息，包括公告信息、圖片及相關的專業網站鏈接，展示示範站建設工作的進展、取得的階段性成果及有關的預警內容。
發布區用於提供示範站概況、實時監測曲線及數據查詢。
示範站概況包括示範區自然地理條件、地質條件、示範站工作的整體部署，監測儀器設施（GPS、固定式鑽孔傾斜儀、TDR、BOTDR、孔隙水壓力監測儀等）的性能指標，監測現場站（含中心站）、監測鑽孔、監測點的基礎信息等內容。
實時監測用於顯示各種監測曲線，是發布主頁最核心的內容。從訪問方便的角度出發，實時監測採取了「選擇災體—選擇監測剖面—選擇監測點—選擇監測時段—顯示監測曲線」逐級打開、層層剝落的展示方式，並全部做成圖形方式鏈接，以增強訪問的直觀性。監測曲線的坐標設計成自適應型，圖形的大小在系統的配置文件中設置，並標明數據的最新更新時間。曲線是以圖片的形式顯示的，用戶可以方便地將其下載到自己的PC中保存。
從安全考慮，數據查詢進行了加密，用戶需用授權的用戶名和密碼登錄後方可查看。查詢採取了「選擇監測方法—選擇監測點—選擇監測起始時間—顯示數據表」組合式篩選的方式。輸入界定參數並提交後系統從底層資料庫中找到所有符合條件的記錄，按日期排序後列表顯示。用戶可以全部或部分選取查詢結果，粘貼至個人PC作為WORD文檔保存。
管理區專為系統管理員設計，用於管理員遠程管理文本、圖片、數據等信息，進行信息的添加、修改、刪除、上傳下載等操作。分為信息管理、圖片管理、數據管理、下載管理4個相互獨立的模塊，具有模糊查找等高級功能。
下載區為授權用戶提供工作圖片、視頻、監測報告、軟體等較大文件的下載功能，補充主頁在文件交換方面的不足。
主頁面布局如圖5所示。欲了解發布系統的更多內容，請登錄Http://www.wss.org.cn。
5示範站實時監測系統運行評價
由於本文著重論述實時監測技術的可行性和可靠性，因此不對監測成果和滑坡穩定性動態做更多分析。從以上論述明顯可以看出，在地質災害監測中，構建實時監測系統從技術上是可行性的。本節主要針對巫山縣實時監測預警示範站運行過程中出現的各種問題，從故障統計、故障原因分析等方面，對示範站採集系統、傳輸系統、發布系統的可靠性進行簡單評價，並提出意向性的改善建議。
圖5示範站信息發布主頁面
根據巫山縣地質災害監測預警示範站建設工作日誌，監測系統故障主要發生在傳輸子系統，故障表現形式為數據不傳輸或不正確傳輸，主要原因為GPRS網路信號不穩定造成傳輸隨機中斷所致；其次，撥號連接失敗後的重復嘗試連接導致伺服器80埠長期無效重復佔用，當超過伺服器最大連接數後導致網路無法正確訪問；再次，監測地區不規律的停電常常使保障體系失效，從而丟失數據。此外，示範站伺服器系統遭受過病毒破壞和惡意攻擊，兩次造成網路系統崩潰。可見，實時監測系統在基礎通信條件和保障體系完備的條件下，是能夠穩定可靠運行的。在建設過程中通過安裝長時後備電源系統、功能完善的病毒防火牆和網路防火牆，可有效降低保障體系風險，進一步提高系統運行的穩定性。
6結語
巫山縣地質災害實時監測預警示範站自2003年陸續建設運行以來，在技術人員的維護下，系統運行正常，取得了數十萬個監測數據，發布公告信息及圖片近百條（幅），編寫監測分析簡報數期，實現了監測信息遠程實時訪問，取得了良好的示範效果。實踐證明，將實時監測技術應用於地質災害防治中是完全可行的，也是比較可靠的。可以預見，實時監測技術將是地質災害監測的必然發展趨勢。
參考文獻
[1]殷躍平等.長江三峽庫區移民遷建新址重大地質災害及防治研究.北京：地質出版社，2004
[2]王洪德，高幼龍等.《地質災害預警關鍵技術方法研究與示範》項目設計書.2003（未出版）
[3]劉新民等.長江三峽工程庫區滑坡及泥石流研究.成都：四川科學技術出版社，1990
[4]何慶成，侯聖山，李昂.國際地質災害防治現狀.科學情報，2004,（5)
[5]鄔曉嵐，塗亞慶.滑坡監測的現狀及進展.中國儀器儀表，2001（3）
[6]張青，史彥新，朱汝烈.TDR滑坡監測技術的研究.中國地質災害與防治學報.第12卷，第2期.2001,（6）
[7]曹修定，阮俊，展建設，曾克.滑坡的遠程實時監測控制與數據傳輸.中國地質災害與防治學報.第13卷第1期.2002（3）
[8]夏柏如，張燕，虞立紅.我國滑坡地質災害監測治理技術.探礦工程（岩土鑽掘工程）.2001年增刊
㈣ 三峽庫區萬州—巫山段地質災害監測預警研究
歐陽祖熙張宗潤陳明金師潔珊陳征韓文心
（中國地震局地殼應力研究所，北京，100085）
【摘要】為了較好地解決滑坡監測中高度的不確定性問題，需要配合使用多種類型的監測系統。本文系統介紹了三峽庫區萬州、奉節、巫山等地開展的地質災害監測預警研究工作，包括基於3S技術和地面變形監測台網建立的研究區典型地段滑坡監測網、研製的新型滑坡無線遙測台網，以及流動傾斜儀、激光測距儀等專用設備。通過近年來獲得的一些典型監測結果剖析了不同技術和方法在地質災害監測預警相關方面應用的有效性。
【關鍵詞】三峽庫區滑坡監測預警系統3S技術
1引言
自1998年以來，中國地震局地殼應力研究所（以下簡稱地殼所）三峽庫區地質災害項目組依託國務院三峽建設委員會移民局「三峽工程萬州庫區GPS滑坡監測示範研究」，科技部「十五」攻關項目「示範區新型、高效地質災害遙測台網技術系統研究」，重慶市政府和移民局下達的「奉節、巫山高邊坡與高擋牆穩定性監測」，以及地殼所與德國地球科學研究中心和英國倫敦大學學院關於「應用PSInSAR遙感技術監測三峽庫區滑坡及庫岸變形」等項目的支持，在萬州、巫山、奉節三地移民局和國土局的配合下，廣泛深入地開展了庫區地質災害監測預警系統的研究。監測的對象由滑坡、危岩與庫岸變形，擴展到高擋牆、高邊坡和移民樓房基礎的穩定性，監測技術體現了多學科的融合。
幾年來，在進行地質調查的基礎上，項目組運用3S技術，建立地質災害地理信息系統（GIS）；開展全球衛星定位（GPS）滑坡變形監測及多手段儀器監測；並整合現今成熟的、先進的感測器與測量技術、計算機信息處理技術與通訊技術，以 GSM/GPRS為通訊平台的無線遙測台網，可以選擇連接不同的感測器來監測崩、滑體地表變形、深部位移、地下水動態、聲發射、裂縫變化、雨量，以及庫岸及抗滑樁等工程構築物內部應力及所受的推力等；在遙感（RS）技術應用方面，將國際上新近提出的角反射器技術用以輔助進行InSAR信號處理，建立了試驗台網。迄今，項目組在庫區庫岸與滑坡變形監測及災害預警系統的工作中已獲得了多項階段性成果，一些典型地區的監測成果為政府減災決策提供了重要依據。
2庫區地質災害監測網設計的指導思想
庫區崩塌、滑坡監測的主要目的是：全面了解和掌握崩、滑體的演變過程，及時捕捉崩、滑體災變的特徵信息，為崩塌、滑坡災害的正確評價分析、預測預報及治理工程等提供可靠的資料和科學依據。同時，監測結果也是檢驗崩塌、滑坡分析評價及滑坡工程治理效果的尺度。
為了達到上述目的，庫區地質災害監測系統總體設計思想為：
（1）針對不同崩、滑體的地質構造與變形階段特徵，應採用不同的方案、手段進行監測；
（2）鑒於崩、滑體變形破壞過程的高度不確定性，同一崩滑體上宜採用多種手段監測，形成點、線、面、地表與地下相結合的立體監測網，使其互相補充、檢核；
（3）在群測群防工作的基礎上，發展常規人工儀器觀測與無線自動遙測的技術、建立靜態和動態監測相結合的監測預警網路，分別服務於地質災害的長期、中期預測和短期預警。
3地質災害監測方法與技術
依據崩、滑體變形監測的物理量，兼顧變形測量對精度的要求和監測工作的效率，結合當前國內外監測技術和方法的發展水平，在實際應用中採用GPS、InSAR、激光測距、流動傾斜、裂縫監測技術測量地表形變，一些地段也採用了傳統方法如全站儀和水準測量；鑽孔測斜儀監測深部位移；孔隙水壓力計監測地下水動態變化；鋼筋應力計與錨索（桿）應力計，分別用於監測抗滑樁內部鋼筋和錨索、錨桿的受力變化；同時，採用遙測台網技術採集包括地表變形、深部位移、地下水、鋼筋計、危岩聲發射等在內的各種動態監測數據。下面簡要評述這些方法的特點與適用領域。
3.1GPS（全球衛星定位系統）大地測量網
全球衛星定位系統（GPS）是美國國防部研製的導航定位授時系統，由24顆等間隔分布在6個軌道面上、大約20000km高度的衛星組成。在地球上任何地點、任何時刻，在高度角15。以上天空至少能同時觀測到4顆以上的衛星。用戶在地面用接收機接收這些衛星發射來的信號，測定接收機天線到衛星的距離，就可以計算出接收點的三維坐標。近年來，我國開發和應用GPS定位技術的發展速度很快，如在長江三峽工程壩區已建立了GPS監測網，實踐證實，高性能配置的GPS水平定位精度可達毫米級，完全可用於崩塌、滑坡的位移監測。
相對於傳統的大地測量方法，GPS測量技術應用於滑坡監測有以下優點：①觀測點之間無需通視，選點方便；②不受天氣條件限制，可以進行全天候的觀測；③觀測點的三維坐標可以同時測定；④新一代 GPS接收機具有操作簡便、體積小，耗電少的特點。所以，這種方法已廣泛運用於滑坡變形監測、施工安全監測以及滑坡工程治理效果監測之中。但是，由於監測站建設和獲取數據周期較長，在災害的短期預警中該方法用得較少。
3.2專用儀器監測網
在此類測量方法中，有多種傳統的測量儀器目前仍在廣泛使用，如經緯儀、全站儀、水準儀和鑽孔測斜儀等，它們主要用於各種工程治理項目的施工安全監測中。除了前述的儀器外，我們還從三峽庫區的具體環境條件出發，結合地質災害其他方面監測工作的需要，開發了攜帶型傾斜儀、流動激光測距儀等設備，彌補GPS觀測受房屋、山坡遮擋而不便施測的不足，以便對位於河谷斜坡地形上的庫區移民新城鎮的滑坡地表變形、房屋及地基基礎變形進行全面監測。在一些經過工程治理的重點滑坡、變形體上，結合治理效果監測，還大量運用了鋼筋計和錨桿（索）計以監測抗滑樁內部應力及滑坡的推力。
在地表開展各種流動儀器觀測具有監測參量多，靈敏度高，測量范圍較大，效率高，成本低，操作簡單等特點，因此這類測量方法適用於滑坡治理施工安全監測和效果監測，與前一種GPS流動站觀測法相同，也大量應用於多種地質災害的中、長期監測預報中。
3.3地質災害無線遙測台網
目前，國外崩塌、滑坡監測預警技術已發展到一個較高的水平。首先是較普遍採用了全自動、多參數監測的遙測台網；其次，在地質災害模型預報和預警系統方面，已運用3S(GPS、GIS和RS）技術進行地質災害空間分析、模型預報和預警系統研究。國內在上述方面盡管還存在較大的差距，但近年來，鐵道部、交通部等個別研究所及少數礦區已嘗試採用小型遙測台網進行滑坡災害的監測預報；2002年，中國地震局地殼所在三峽庫區又率先建立了用於地質災害監測預警的多參數無線遙測台網。
「RDA型地質災害無線遙測台網」系地殼所開發的基於GSM/GPRS技術的新型無線遙測台網。該系統主要由監測子站群、監測預警數據中心和GPRS數據通訊公網等三部分組成（系統構成見圖1）。GPRS是在GSM基礎上發展起來的一種無線分組交換的數據承載業務。相對於GSM/SMS的電路交換數據傳送方式，GSM/GPRS採用分組交換數據傳送方式，提高了傳輸速率，有效利用無線網路信道資源，全面實現了移動Internet功能，對於每個用戶永遠在線等方面具有非常明顯的優勢。
圖1GPRS滑坡無線遙測系統構成
根據單體滑坡監測的需要，可以確定所需遙測子站的個數，各遙測子站可以選擇連接不同的感測器來監測滑坡地表位移、深部位移，或者地表傾斜、裂縫變化、雨量，以及監測護岸、抗滑樁等工程構築物內部應力和所受的推力等。監測預警數據中心系統軟體功能包括接收各地質災害點遙測子站的數據、數據入庫、顯示變形趨勢曲線和超限自動報警等功能。同時，數據中心站可對各遙測子站發出指令，改變其工作參數，如數據采樣間隔（5分鍾、1小時、24小時等）。系統可接入地區監測預警中心微機區域網，支持運行基於GIS的減災決策支持系統。市、縣級地質災害監測指揮中心的計算機屏幕上可以准實時地密切監視滑坡加速變形趨勢，支持對庫岸和滑坡破壞事件進行短期及臨滑預報，也可以對發生的地質災害事件進行現場監測和救助指揮。從2002年我們在萬州WJW滑坡建成第一個遙測台網以來，在萬州和巫山運用「RDA型地質災害無線遙測台網」監測的崩、滑體已有近20處，積累了豐富的數據。該地質災害無線遙測系統主要具有以下特點：
（1）監測參量多，精度高
系統集成了包括：滑坡地表變形（位移、沉降）、傾斜變形測量儀、裂縫測量儀、崩滑體微破裂聲發射信號記錄儀、鑽內地層滑移變形測斜儀、孔隙水壓測量儀、鋼筋測力計、錨索（桿）拉力計等8種滑坡監測儀器。這些測量儀器均具有較高的測量精度和較大的動態范圍。
（2）自動遙測，無人值守
遙測儀器均內置微處理器和無線數據傳輸模塊，動態范圍大，全自動監測，無線傳輸，可用交流電源或太陽能電池供電。
（3）無障礙設計
所研製的儀器在測量、數據傳輸等方面均符合無障礙設計要求，因而有安裝方便，環境適應性好等優點。
（4）依託先進的通訊技術
本遙測台網綜合運用了最新發展的GSM/GPRS通訊技術，既適應三峽庫區的地形條件，便於安裝和維護，又具有高容量、覆蓋范圍廣以及成本較低等特點。
3.4崩塌滑坡應急監測系統
以往，無論在三峽庫區還是我國其他地方，發現有崩塌滑坡跡象時，常因缺乏應急監測手段，未能詳細積累數據，錯失研究的機會且不論，有時終因措施不力造成人民生命的損失。我們在RDA型遙測台網的基礎上，將通訊改為GSM/SMS，即簡訊息方式，目的是使系統對通信公網的適應能力更強，架設更簡便可靠。在監測環境偏遠以及應急監測的場合，這一點顯得尤為重要。
應急監測系統優選了地表傾斜、激光測距、裂縫測量儀等手段。一旦有群眾報告或者通過儀器監測發現某地滑坡有加速變形跡象，便能急速趕赴現場，及時安裝台網，實施24小時連續監測。既能有效避免不測事件的發生，還可積累研究滑坡變形破壞階段的寶貴資料。2003年，應萬州地方政府的要求對公路、橋梁開展的應急監測便收到了良好的效果。
3.5合成孔徑干涉雷達InSAR測量技術
合成孔徑雷達干涉（InSAR InSAR—Interferometry Synthetic Aperture Radar的縮寫。
干涉雷達優點較多：具全天候工作能力，發射的微波對地物有一定穿透能力，能提供光學遙感所不能提供的信息，且為主動式工作方式。對於歐洲雷達衛星 ERS-1/2和加拿大雷達衛星RADRSAT-1，採用干涉技術來產生 DEM，監測地面位移變化，精度可以達到毫米量級。因此，該技術手段特別適用於大面積的滑坡、崩塌、泥石流以及地裂縫、地面沉降等地質災害的監測預報，是一項快速、經濟的空間探測高新技術。
三峽地區植被茂盛，雨水充沛，地貌差異較大，不利於干涉雷達信號的處理，曾有人在該地區做過嘗試未獲成功。為此，地殼應力研究所與德國地球科學研究中心（GFZ）合作，採用了國際上新推出的角反射器技術以輔助進行 InSAR信號處理。角反射器是用三塊角形金屬板製作的一種裝置，它對照射其內的雷達波可按原方向反射回去，反射信號相對於周圍環境有顯著的增強。通過在工作區范圍內均勻布設人工角反射器，並確定一些穩定的點作為天然反射點，便於圖像的配准和精確計算角反射器的位移。對於三峽庫區如此大的范圍，僅僅利用有限的點位進行 GPS或其他儀器設備測量滑坡體形變是有局限的，因此，探索利用InSAR技術開展三峽庫區滑坡監測，具有重要的意義。2003年，我們已經在萬州和巫山兩地安裝了14個角反射器，進行試驗監測和研究，同時還聯合進行 GPS變形監測作為對比。
4用於地質災害監測預警的GIS系統
地質災害監測地理信息系統是一個能夠有效管理各種四維空間（含地理坐標和時間變化）數據的信息系統。它以崩滑體等監測對象為基礎，把地形、城市規劃、監測點分布等空間數據，按其空間位置存入計算機；通過資料庫模塊、曲線顯示模塊與數據分析模塊，實現監測數據的存儲、更新、查詢、趨勢分析、繪圖顯示及圖、表輸出等功能。
系統主要由四部分組成：地理信息子系統、地質基礎資料文獻管理子系統、地質災害監測資料庫子系統和監測數據分析子系統。
地殼所自1998年在重慶市萬州區開展地質災害的監測與研究工作以來，首先致力於建立基於GIS的地質災害數據和資料管理平台，在2000年研製成功「萬州庫區移民工作地理信息系統」。之後，又逐步完善相關的資料庫管理系統，充實數據分析模塊，增加自動報警功能，實現了含數據管理、分析於一體的滑坡監測預警GIS系統，並相繼推廣到巫山、奉節兩縣。
系統採用面向對象的編程語言Visual C++6.0為開發工具，以MapInfo為基本開發平台；地質災害監測資料庫利用Microsoft SQL Server 2000創建，通過ADO技術進行資料庫連接、訪問。地質災害監測預警GIS系統以大比例尺電子地圖作為工作用圖，可以任意縮放、漫遊、能夠自動查找地圖目標，並與資料庫相關聯。該系統為管理各種工程地質、水文地質資料，為管理上述幾類地質災害監測網和監測數據，為數據的分析與結果顯示，包括為群測群防工作的管理均提供了一個有效的平台，進而為滑坡穩定性的研究打下了很好的基礎（系統總體結構如圖2）。
圖2地質災害監測預警GIS系統總體結構框圖
根據前述功能的要求，該系統可以輸出多種表達數據處理及空間分析結果的圖形、圖表與三維模擬圖等可視化形式。圖3顯示了巫山縣GIS系統的一個界面，顯示出滑坡、道路及四類監測站的分布，即為一例。
圖3巫山GIS系統顯示的GPS和傾斜監測站分布圖
1.GPS靜態監測站；2.GPS動態監測站；3.流動傾斜監測站；4.GPS坐標控制點
數據分析流程基本上有如下的3個方面：
（1）整個監測系統獲得的數據，包括自動傳輸與流動觀測的，經過校核確認無誤後，即可存入當地地質環境監測站基礎資料庫。
（2）基於地理信息系統的地質災害趨勢分析及預警技術研究，包括進行監測結果的統計分析、時間序列分析、地表位移矢量圖分析、滑坡的深度—位移曲線分析、位移—降雨量分析等，並進而確定在不同的地質環境下滑坡預警的閾值。
（3）所獲得的滑坡變形時間變化曲線及其二維平面分布圖像的結果，可用於做進一步的滑坡穩定性分析研究。
5各類監測技術的應用與典型監測結果
5.1GPS技術用於滑坡變形監測
自1999年底萬州庫區建成含120餘個流動站的GPS滑坡變形監測網，到2002年底，共完成了8期測量。結果顯示，多數滑坡近期變形速率較低，在5mm/a以下；但半邊石壩與實驗小學等少數滑坡年變形速率分別達84mm和49mm；關塘口、青草背等滑坡也有明顯變形。圖4顯示了萬州城區滑坡現今變形的分區特點：變形大的地區多為陡坡，有的是古滑坡分布地區；近期的變形主要和人類工程活動以及強降雨等因素有關。
圖4萬州城區滑坡變形分布示意圖
1.GPS滑坡監測點；2.滑坡；3.滑移矢量；4.變形較小的穩定地區
上述結果對於庫區城鎮的建設規劃有指導意義。據了解，有的基礎設施項目選在上述變形區域內，自2002年初開工，場平屢屢受阻，歷時3年無法開展基本建設，付出了沉重的代價。對這幾處穩定性差的滑坡體，加強了跟蹤監測和研究。例如萬州 SMB滑坡2003年繼續發生變形垮塌，其北部區域5月以來曾發生嚴重變形。圖5給出了3條有代表性的基線變化情況，縱坐標表示日降雨量以及GPS基線長度變化，單位為mm。由圖中可以看到，2003年一季度該區變形速率不高，4月18日（即圖中第108日）降大雨84mm後，滑坡變形明顯加速。G123-134是接近主滑方向的測量基線，到6月累計變形量達到400m左右。除了該區是因人類工程活動觸發滑坡變形因素外，強降雨的影響不可低估。
又如奉節新縣城地區有大小崩塌、滑坡50餘處，其中以三馬山、寶塔坪、白衣庵、南竹園等大型滑坡對新建縣城的影響最大。由於新縣城地處復雜的地質構造部位，岩層較為破碎，沖溝發育，高階地較窄，且連續性差。新建移民區大多分布在地勢較陡的溝、谷坡上，人工開挖的高陡邊坡隨處可見，並以高度大、連續分布長為特點，邊坡高度可達30～40m，長度數百米。高邊坡的穩定性問題是奉節縣城最大的潛在地質災害問題之一。
2002年我們在奉節建立了含290個監測樁的GPS和地表傾斜變形監測網。到2003年中，整個縣城近8km2范圍的變形分布如圖6所示，發生最大變形的地區是西部朱衣河谷坡一帶的高邊坡。這些地帶大多是高階地、陡坡，表現的主要地質災害問題是建築載荷導致的自然高、陡邊坡、古滑坡失穩；因平整建築場地而切削邊坡，填平坡腳、溝谷，產生的高邊坡與回填邊坡的失穩等。
圖5SMB滑坡地表變形 GPS測量成果
圖62003年奉節新縣城變形等值線圖
5.2在滑坡工程治理安全施工階段運用的監測技術
本階段的監測工作主要用於評價滑坡（危岩）治理施工過程中滑坡的穩定程度，及時反饋、跟蹤和控制施工進程，對原有的設計與施工組織的改進提供最直接的依據，對可能出現的險情及時發出報警信號，以便調整有關施工工藝和步驟，避免惡性事故的發生。做到信息化施工，以期取得最佳的經濟效益。目前，在安全監測中使用了大量的專用儀器布設監測網，這已為廣大工程技術人員所熟悉，這里僅舉一例說明「RDA型地質災害無線遙測台網」的應用成果。從2002年5月起在萬州 WJW滑坡建立了無線遙測台網。該滑坡為三峽庫區二期地質災害工程治理計劃項目，從2002年11月開始施工，2003年2月完成。圖7所示為沿滑坡主滑方向激光測距遙測儀獲得的結果。盡管施工包括59個抗滑樁的開挖與澆注，但由於設計與施工合理，整個施工期間滑坡體位移僅幾個毫米，可見通過遙測台網連續監測，可以及時准確掌握滑坡變形動態，確保施工安全。
5.3 工程治理效果監測
仍以萬州WJW滑坡為例。該滑坡治理工程採取以預應力錨拉抗滑樁為主，地表排水及生物工程為輔的綜合治理方案。治理效果監測網採用了GPS、深部位移、孔隙水壓力測量和鋼筋應力計等儀器監測方法，在關鍵部位還設置了遙測台網進行連續監測。
圖7萬州 WJW滑坡工程治理施工安全監測位移曲線
圖8 為A2號抗滑樁上3002遙測子站2003年8月到12月觀測結果的日變化曲線。由圖可見：錨拉抗滑樁內力（鋼筋計、錨桿計觀測）和滑坡深部位移的變化與地下水孔隙壓力（滲壓計觀測）的變化呈明顯的相關關系；根據氣象資料，滑坡孔隙水壓力的變化與降雨亦有直接關系。但是從總趨勢看，抗滑樁內力、深部位移變化不大，說明 WJW滑坡經過治理後基本上處於穩定狀態，這與其他監測點儀器巡測的結果基本一致。
圖83002遙測子站觀測結果曲線顯示
圖9 為巫山GIS系統上分析、顯示的WZB邊坡傾斜變形矢量圖，是使用儀器監測網進行工程治理效果監測的實例。如矢量圖所示，4個測點的傾向均與坡向大體一致，2003年累計角變數≤0.02°，說明經過治理後的邊坡穩定性良好。
5.4滑坡變形應急監測
巫山縣殘聯滑坡位於巫山新縣城中心地帶，滑坡區內高程在278～492m之間，為河流谷坡地形，坡角在10°～30°之間。滑坡體為第四紀坡積物，含碎石、粉質粘土，厚度0～12m，總體積約15萬m3。由於本區域為斜坡區，公路及房屋等建設須對原始邊坡不同程度的開挖、切坡，2001年已發現有變形發生。地勘資料表明殘聯滑坡周界明顯，滑面漸趨形成，屬推移式滑坡。2002年雖經兩度治理，其西區在2003年仍有明顯變形，危及其下的公路和移民樓房的安全。
圖9巫山縣 WZB邊坡傾斜變形矢量圖
圖10巫山殘聯滑坡激光測距曲線（2003年9月～2004年2月）
應巫山縣國土局要求，2003年9月安裝了遙測台網。殘聯滑坡遙測台網安裝在最能反映滑體變形特徵的部位，四台遙測子站沿主滑方向形成一條測線。
激光測距的監測數據隨時間的變化如圖10所示。上條曲線為測距結果，測線長51.3m，滑坡向下滑移對應測線縮短，單位為mm；下條為環境溫度曲線，單位為℃，橫坐標為測量時間，按－年－月－日時：分格式顯示。
從2003年9月12日至2004年2月3日，可大體分為兩個階段：
第一階段：9月12日到9月27日為滑坡體中部抗滑樁完工之前，由於開挖引起邊坡內部應力調整。受滑坡體上部載荷的影響，土體向前擠壓。滑坡體中、下部向臨空面的蠕滑變形明顯，下滑速率大致均勻，約2mm/d,16天總計變化量達30mm。
第二階段：在滑體中部的部分抗滑樁竣工後，位移速率變緩，降至0.5～1mm/d；到2004年2月上旬，變化量僅0.1mm/d。這說明抗滑治理工程對滑體變形起到了遏製作用，達到了搶險治理的目的。
6結論
（1）基於3S技術和地面變形監測台網，基本建立了研究區典型地段滑坡監測系統。運用GPS等空間技術可以獲得滑坡變形區域分布狀況，不但有利於確定需要重點監測的滑坡，而且對庫區城鎮改造規劃有指導意義。遙測台網可快速測定變形速率，是掌握滑坡動態變形趨勢與開展應急監測的有效工具。
（2）為了較好地解決滑坡監測中高度的不確定性問題，需要配合使用多種類型的儀器。作者等為此研製的新型滑坡無線遙測台網和流動傾斜儀、激光測距儀，精度高，性能穩定，有較大的推廣價值。
（3）由於滑坡、高邊坡所處地質環境差異以及影響因素的不同，其破壞機理和危險性程度也不盡相同。正確認識、區分滑坡與高邊坡的地質環景，合理布置穩定性監測點位，對其穩定性監測、分析及評價具有十分重要的意義。
在此，對參加過此項工作的楊旭東、陳誠、范國勝、李濤等同志表示感謝。
參考文獻
[1]卓寶熙.「三 S」地質災害信息立體防治系統的建立及其實用意義[J].中國地質災害與防治學報，1998,9(4）:252～257
[2]崔政權，李寧.邊坡工程——理論與實踐最新發展[M].北京：中國水利水電出版社，1999
[3]歐陽祖熙，張宗潤，張路等.重慶市萬州區三峽工程移民地理信息系統.見：地殼構造與地殼應力文集（12).北京：地震出版社，1999:140～146
[4]歐陽祖熙，張勇，張宗潤等.全球衛星定位技術在三峽庫區滑坡監測中的應用.見：地殼構造與地殼應力文集（13).北京：地震出版社，2000:185～191
[5]歐陽祖熙，丁凱，師潔珊等.一種新型地質災害無線遙測台網.中國地質災害與防治學報，2003,14(1）:90～94
[6]歐陽祖熙，王明全，張宗潤等.用 GPS技術研究三峽工程萬州庫區滑坡的穩定性.中國地質災害與防治學報，2003,14(2）:76～81
[7]歐陽祖熙，師潔珊，王明全等.RDA型滑坡變形無線遙測台網.見：中國土木工程學會第九屆全國土力學及岩土工程學術會議論文集.北京：清華大學出版社，2003:1261～1266
[8]陳明金，歐陽祖熙，師潔珊等.基於GPRS技術的地質災害無線遙測系統.自然災害學報，2004,13(3）:65～69
[9]陳明金，歐陽祖熙.預應力錨索抗滑樁內力反演計算.見：地殼構造與地殼應力文集（17).北京：地震出版社，2004:139～145
[10]歐陽祖熙，張宗潤，丁凱等.基於3S技術和地面變形觀測的三峽庫區典型地段滑坡監測系統.岩石力學與工程學報，2005（待刊）
㈤ 美國和日本等國地質災害預警服務
目前，實現地質災害預警的國家和地區，一般具備如下條件:
1)模型方法方面:對降雨和地質災害的發生進行深入研究，獲得了地質災害預警的理論模型方法。
2)降雨監測和降雨預報方面:一是降雨預報數據，能夠實現區域未來一段時間內的降雨預報;二是實時降雨監測數據，該數據一般可以通過兩種方式獲得:
a)雨量計，通過在區域上埋設一定數量的雨量計，實時精確掌握點上的降雨情況，從而實現區域上實時降雨的獲得。通過安裝自動遙測雨量監測儀(截至1995年，在舊金山灣地區安裝了60台)，當雨量每增加1mm時，通過電波自動傳送數據到任何可接收到信號的地方(要求有接收器、計算機、數據接收分析顯示的軟體)。
b)降雨雷達，通過多普勒雷達(通過降雨雲層上反射的雷達波)數據來進行降雨實時監測，該方法的難題在於，雷達回波值與地面上的降雨自動遙測值之間的關系確定上。原因有二:一是冰的反射能力遠遠大於水滴，因此溫度成為一個關鍵的因素，且雲中水滴的大小與溫度、高度都相關，同時，除了水滴外，粉塵、昆蟲、鳥等都能反射雷達的能量，都有回波;二是地面發散，即接近地面的雷達回波存在問題，特別是受到地形的影響。因此，將雷達回波值轉換到降雨強度難度較大，且不同地區轉換關系又不一樣。
3)預警系統:根據降雨引發災害的理論模型方法，實時進行分析預警。
4)預警信息發布平台:一般通過廣播電台或電視台，向公眾發布預警信息。
存在不足:理論模型方法需要更多的校驗;缺乏有關斜坡岩土體方面的實時監測。
1.4.1 美國
美國是最早開展區域泥石流災害預警的國家之一。
1.4.1.1 舊金山海灣地區
1985年，美國地質調查局(USGS)和美國氣象服務中心(NWS)聯合在舊金山海灣地區正式建立了泥石流預警系統。該系統於1986年2月12～21日在舊金山海灣地區的一次特大暴雨災害中用於滑坡預報，並得到檢驗。由於技術復雜、機構變動和人員變動等方面原因，該預警系統在1995年被迫停止運行。
基於1982年1月3～5日在美國舊金山海灣地區發生的一次特大暴雨所引起的滑坡災害數據，這次特大暴雨持續了34h，降雨量616mm，引發了大量的滑坡，造成25人死亡和超過6600萬美元的經濟損失。Mark＆Newman通過對1982年1月的降雨情況分析得出，當前期雨量超過300～400mm，暴雨量超過250mm，即超過年平均降雨量的30%時，滑坡將大規模發生。該系統的基本原理是考慮了臨界降雨強度和持續時間，並且考慮地質條件、降雨的空間分布，以及地形條件。美國地質調查局和美國氣象服務中心在整個舊金山海灣地區共設計了45個自動降雨記錄點，當降雨每增加1mm時，降雨觀測點就通過自動方式將數據傳送到美國地質調查局的接收中心和計算機系統。同時，為了監測降雨期間地下水壓力的變化，工作人員還設置了若干個孔隙水壓力計以觀測斜坡中地下水壓力變化。當降雨量和降雨強度將要超過臨界值時，提前進行滑坡災害的預報，以減少滑坡災害的損失和可能的人員傷亡。
舊金山海灣地區實時區域滑坡預警系統包括降雨與滑坡發生的經驗和分析關系式，實時雨量監測數據，國家氣象服務中心降雨預報以及滑坡易發區略圖。
1986年2月12～21日的滑坡災害預警首先由美國地質調查局決定，通過當地電台、電視台以及美國氣象服務中心的特別預報的方式來進行的。這次滑坡災害的預警分為兩個階段:第一階段是2月14日的6h災害危險期;第二階段是17～19日之間的60h的災害危險期。由於地質條件的復雜性和地形條件的變化，這兩次預報主要是針對整個舊金山海灣地區，而不是某一個特定的滑坡災害地點。根據滑坡災害發生後的調查，10處滑坡災害點有目擊者能提供精確的時間，其中有8處滑坡所發生的時間與預警的時間段是完全一致的(圖1.17)。
圖1.17 累計降雨量、滑坡預警時間(水平線段)、滑坡發生時間空心三角為滑坡;實心三角為泥石流
進一步研究要點:
a) 降雨—滑坡關系需精練，要考慮長期中等強度的降雨影響，使降雨與滑坡發生之間有更准確的模型，同時要針對滑坡的臨界值，而不僅僅是泥石流;
b) 土體含水量和孔隙水壓力的測量方法要更精確、有效;
c) 預警系統需要模式化和自動化，以便在暴雨期能夠更快、更有效地得到數據;
d) 與滑坡有關的地形、水文和地質條件等內容，需進一步考慮，以使今後的預警更准確、有效。
作為第一個預警系統，從 4 個方面保證運行:
a) 降雨方面: 國家氣象服務中心降雨預報( 未來 6h 預報) ，降雨實時連續監測( 多於 40個實時雨量計) ;
b) 預警方法方面: Canon and Ellen( 1985) 的臨界降雨判據;
c) 預警運行上: 美國地質調查局根據降雨預報和實時降雨監測，實時預警系統進行分析;
d) 美國地質調查局和氣象服務中心共同確定預警，並向社會發布。
1.4.1.2 俄勒岡州
1997 年，美國的 Oregon 政府建立了泥石流預警系統。該系統，由林業部的氣象學家、地調系統( DOGAMI) 的地質學家、交通部( ODOT) 的工程師一起創建的。預警信息和建議通過 NOAA 天氣節目和 Law Enforcement Data System 進行廣播發布。DOGAMI 負責向媒體和相關地區提供關於泥石流的追加信息; ODOT 負責在更風險時段向機動車輛提供預警，包括在高泥石流風險路段安裝預警信號。
1.4.1.3 夏威夷州
1992 年建立了類似的 I-D 的預警模型，並進行了數次實時預報( Wilson 等，1992) 。
1.4.1.4 弗基尼亞州
2000 年建立了類似的 I-D 的預警模型，並進行了數次實時預報( Wieczoic 等，2000) 。
1.4.1.5 波多黎各島
1993 年，加勒比海的波多黎各島建立了與舊金山海灣類似的 I-D 的預警模型，並進行了數次實時預報( Larsen ＆ Simon，1993) 。
1.4.2 日本福井縣
Onodera et al.( 1974) 通過研究發現，在日本，累計降雨量超過 150 ～ 200mm，或每小時降雨強度超過 20 ～30mm 時，大量滑坡將發生滑動。
日本在泥石流預警系統研製和開發方面處於國際領先地位。以發展具體一條或相鄰溝的小規模地區的泥石流預報系統為主，通過上游泥石流形成區降雨資料的統計分析，確定臨界雨量值和臨界雨量報警線，通過上游雨量實時數據採集、演算和比較判別，自動發出報警信號。
山田剛二等( 1977) 通過滑坡的位移和地下水壓力的監測，認為滑坡位移速率以及地下水壓力不僅與當天降雨量有關，而且還與以前的降雨量有關，所以用有效雨量來表示雨量，有效雨量可以從下式求得:
中國地質災害區域預警方法與應用
式中:Rc為有效雨量;R0為當天降雨量;Rn為日前降雨量;α為系數;n為經過的天數。通過對山陰干線小田—天儀之間403km，400km附近的滑坡研究發現，日有效降雨量、位移速率、地下水壓力隨時間而變化的曲線，位移速率v，Rc與地下水壓力(p)之間關系分別是二次曲線和直線:
中國地質災害區域預警方法與應用
目前，日本在福井縣開展了地質災害預警預報工作。以點代面，根據區域地形、地貌和環境地質特徵以及災害可能發生的危險程度，在全縣范圍內布設了 66 個預警預報監測點，實現了定點、定時和災害程度的預警預報。同時通過該系統還可以了解過去某一時間的雨量情況和發布情況等內容。
1.4.3 巴 西
Guidicini and Iwasa( 1977) 通過對巴西 9 個地區滑坡記錄和降雨資料的分析，認為降雨量超過年平均降雨量的 8% ～17%，滑坡將滑動; 超過 20%，將發生災難性滑坡。
1996 年，里約熱內盧( Rio de Janeiro) 州建立了預警系統( Geo-Rio) 。由地質力學所設計並安裝了 30 台自動雨量計，向中心計算機( Geo-Rio) 發送數據。中心計算機接收數據，並發布預警。2001 年滑坡災害中，對里約熱內盧的部分地區發布了預警，但在向北 60 km 處的 Petropolis 損失慘重。由於火災，Geo-Rio 系統於 2002 年 11 月被迫停止。
㈥ 什麼是地質災害監測預警
地質災害來源於自然和人為地質作用對地質環境的災難性破壞，主要包括崩塌內、滑坡、泥石流、地面塌陷和地裂容縫等。我國是世界上地質災害頻發的地區之一，近年來，關於滑坡、泥石流類災害的研究是行業研究的重點。地質災害的防治常常因為工作的分散，造成標准化程度較差，資源共享較難的問題。
㈦ 地質災害調查監測
完成抄全國1∶1萬工程地質調查1127平方千米，1∶5萬工程地質調查6530平方千米，1∶5萬災害地質勘查2200平方千米。各地成功避讓各類地質災害920起，安全轉移37926人，避免財產損失5.5億元。地質災害造成的死亡和失蹤人數同比減少12％，直接經濟損失減少42.7％。
長江三角洲地區全面建成地面沉降監測與控制體系，初步建立地面沉降主動防治和科學管理的決策機制。重慶巫山、奉節建立了具國際先進水平的地質災害實時監測預警示範站，為三峽工程庫區等國家重大工程建設區地質災害的監測預警提供了技術支撐。建立以專業的地質災害監測和群測群防相結合的雅安地質災害監測預警示範區和以區域地質災害監測為基礎的江西省地質災害氣象預警系統。西南山區城市、東南台風暴雨型、西北黃土地質災害監測預警示範工作取得良好進展。「萬村培訓行動」成效明顯，雲南昭通成功預報鹽津滑坡，避免2011人傷亡；四川達州成功預報青寧鄉岩門村滑坡，避免2251人傷亡。
㈧ 實施地質災害監測預警體系建設規劃的投資估算
地質災害監測預警規劃主要費用項目包括：建立國家級地面沉降監測網，地質災害監測重點工程，地質災害監測預警研究試驗區，重大突發性地質災害單體監測工程等。到2010年，投資估算經費為37.4億元人民幣。
㈨ 全國地質災害監測預警體系建設的主要任務
全國地質災害監測預警體系建設的總體規劃如圖7.1所示。
7.3.1 國家、省、市、縣級地質災害監測預警站網建設
縣級以上國土資源行政主管部門建立地質災害監測預警體系，會同建設、水利、交通等部門承擔地質災害監測任務，負責業務技術管理，並可受政府委託行使部分地質災害監測管理職能，發布地質災害監測預警信息。地質災害監測機構是公益性事業單位。
（1）國家級地質災害監測站
國家級地質災害監測站負責全國性地質災害專業監測網、信息網的建設與運行工作，並承擔國家級地質環境監測任務；承擔全國地質災害預警預報和相關的調查研究工作；擬編全國地質災害監測規劃、計劃、工作規范和技術標准；開展科技交流與合作，研究和推廣新技術、新方法；承擔全國地質災害監測數據、成果報告的匯總、分析、處理和綜合研究，為政府決策部門和社會公眾提供信息服務；負責對省（區、市）級地質災害監測業務的指導、協調和技術服務。
（3）地質災害監測預警研究試驗區
針對我國突發性地質災害具有區域性、同時性、突然性、暴發性和危害大等特點，結合國土整治規劃和資源能源開發，在代表性地區開展地質災害監測預警示範。在試驗區建立自動遙測雨量觀測站網，逐步建立試驗區滑坡、崩塌和泥石流區域爆發的降雨臨界值，為突發性災害的區域預警提供依據。同時，在試驗區開展降雨期斜坡岩土體滲流觀測，研究降雨誘發滑坡、崩塌和泥石流的機理。
2010年前，進一步完善和建設三峽庫區立體式監測預警示範區。完成三峽庫區滑坡、崩塌、泥石流災害的立體監測網建設，在庫區60處地質災害點實現監測數據的自動採集、實時傳輸和自動分析；完善庫區20個縣級監測點建設；完成1∶1萬航攝飛行；建立全庫區的遙感（RS）監測系統，完成全球定位系統（GPS）控制網、基準網建設。
2010年以前重點在重慶市區、北京市、甘肅蘭州市、陝西安康市、四川雅安、雲南新平、雲南東川、浙江金華市、江西宜春市等地區開展突發性地質災害監測預警試驗研究。
（4）地面沉降和地裂縫監測網
1）國家級地面沉降監測網選址原則：①跨省區的地面沉降災害區域；②有一定的監測工作和設施基礎；③地方政府有積極性，並提供配套資金；④具有較為完善的法規和管理體系。
2）工作部署：2010年之前，重點開展長江三角洲、華北平原、關中平原、淮北平原和松嫩平原地面沉降和地裂縫監測網的建設；2010年以後逐步開展汾河谷地、遼河盆地、珠江三角洲以及全國其他主要城市地面沉降和地裂縫的調查及監測網的建設。
長江三角洲地面沉降和地裂縫監測網包括上海市全部，江蘇的蘇錫常地區、南通地區和鹽城地區南部的三個縣（市），浙江的杭嘉湖平原，控制面積近5萬km2。
華北平原地面沉降和地裂縫監測網包括北京、天津市的平原區，河北省的環渤海平原區和山東的魯西北平原，控制面積5萬多km2。
關中平原和汾河谷地地面沉降和地裂縫監測網的覆蓋范圍自六盤山南麓的寶雞，沿渭河向東，經西安到風陵渡轉向北東，沿汾河經臨汾、太原到大同，寬近100km，長近1000km，包括渭河盆地、運城盆地、臨汾盆地、太原盆地、大同盆地等，涉及近50個（縣）市。
7.3.3 群測群防體系建設
突發性地質災害群測群防網主要針對地質災害較嚴重的山區農村，以縣為單位，在專業隊伍指導下，建立由當地政府領導下的縣、鄉、村三級群測群防體系。在各級地方政府的組織和領導下，充分發揮各級監測站的技術優勢，提高群眾的防災意識和參與程度，完善監測預報制度，到2010年，建成1400個縣（市）突發性地質災害易發區的群測群防網路體系。
（1）群眾監測網路建設
1）監測點選定原則：①危險性大、穩定性差、成災概率高，會造成嚴重災情的地質災害隱患體；②對集鎮、村莊、工礦及重要居民點人民生命安全構成威脅的地質災害隱患體；③一旦發生將會造成嚴重經濟損失的地質災害隱患體；④威脅公路、鐵路、航道等重要生命線工程的地質災害隱患體；⑤威脅重大基礎建設工程的地質災害隱患體。
2）監測點的建設：根據上述原則確定需要監測的地質災害隱患點後，由專業調查組及時向當地政府提出監測方案，同時協助搞好監測點的建設工作。①監測范圍的確定：除對地質災害隱患點和不穩定斜坡本身的變形跡象進行監測外，還應把該災害點威脅的對象和可能成災的范圍，納入監測范圍。②監測方法與要求：對當前不宜進行治理或暫時不能進行治理的隱患點，危害大的應建立簡易監測點，同時要對宏觀地面變形、滑坡體內的微地貌、地表植物和建築物標志等進行觀察。以定期巡測和汛期強化監測相結合的方式進行。定期巡測一般為半月或每月一次，汛期強化監測將根據降雨強度，每天或24小時值班監測。③監測點的設置：簡易監測點一般採用設樁、設砂漿貼片和固定標尺，對滑坡體地面裂縫相對位移進行監測，對危害大的隱患點，如有條件也可用視准線法測量監測點的位移。
3）監測網點的管理與運行：①監測責任落實到具體的單位與個人。被監測的地質災害隱患點所在的鄉（鎮）、村和有關單位為監測責任人，在其領導下，成立監測組，監測組由受危害、威脅的居民點或有關單位的群測人員組成。②建立崗位責任制，縣、鄉（鎮）、村應逐級簽訂責任書。調查過程中，採取多種方式進行宣傳與培訓，教會監測責任人、監測組成員和群眾，如何監測、如何判斷災害可能發生的各種跡象和災情速報及有關應急防災救災的方法。③信息反饋與處理。縣（市）國土資源主管行政部門負責監測資料與信息反饋的收集匯總，上報到市（地、州）國土資源行政部門（或地質環境監測站）進行綜合整理與分析，省國土資源廳地質環境處（或省地質環境總站）將上報的資料與信息錄入省地質災害空間資料庫，進行趨勢分析，同時對下一步監測工作提出指導性意見。④預測有重大險情發生時，當地政府和有關單位應立即採取應急防災減災措施，同時應立即報告省、市、縣政府和國土資源主管部門，派出專業人員赴現場協助監測和指導防災救災。⑤建立地質災害速報制度，按國土資發[1998]15號文附件執行。
4）資料的收集與監測數據的整理：①監測數據包括地質災害點基本資料、動態變化數據、災情等。②所有監測數據均應以數字化形式儲存在信息系統中，同時，必須以紙介質形式備份保存。③監測點必須進行簡易定量監測，並須整理成有關曲線、圖表等。應編制有關月報、季報和年報，同時，對今後災害發展趨勢進行預測。④監測數據應按有關程序逐級匯交。
（2）群專結合的預報預警系統建設
1）縣（市）國土資源行政主管部門歸口管理和指導群眾監測網路，負責監測資料與信息反饋的收集匯總。
2）縣（市）國土資源行政主管部門的地質環境職能部門應根據氣象、水文預報和監測資料進行綜合分析，預測地質災害危險點，並及時向有關鄉（鎮）、村和礦山及負有對重要設施管理的有關部門發出預警通知。
3）縣（市）國土資源行政主管部門負責組織各鄉（鎮）、礦山、重要設施主管部門編制汛期地質災害防災預案。編制全縣（市）汛期地質災害防災預案，並負責組織實施。
4）縣（市）國土資源行政主管部門負責組織地質災害防治科普宣傳活動和基層幹部培訓工作。
7.3.4 地質災害監測預警信息網建設
地質災害監測預警與防治數據是國家與地方進行地質災害防治，保障社會與經濟建設的重要信息，具有數量大、更新快、用途廣等特點。通過信息網的建設，實現數據的採集、存儲、分析和發布，切實做到為政府、研究人員和社會提供所需的地質災害信息，為國家經濟建設宏觀決策提供基礎的科學依據。
到2010年，在完善中國地質災害信息網與各省地質災害信息網及部分地（市）地質災害信息網的同時，建成集地質災害監測、地下水環境監測等為一體的全國地質災害監測信息系統，實現地質災害監測數據的自動採集、傳輸、存儲、數據管理、查詢、應用和信息實時發布系統。
到2020年，以科學技術為先導，不斷完善全國地質災害監測信息系統，結合氣象、水文、地震等相關因素，建成多專業領域、多信息處理技術的信息系統；全面提升我國地質災害監測信息水平，滿足社會和民眾對地質災害信息的需求，實現遠程會商、應急指揮等重要決策功能。
地質災害監測預警信息系統建設依託於各級地質災害監測機構，具有統一要求、統一流程、分級管理等特點，是一個與現代計算機技術緊密結合的系統工程。本書在第11章（全國地質災害防治信息系統建設規劃研究）全面討論了包括地質災害監測預警信息系統在內的整個地質災害防治信息系統的建設問題，本節不再贅述。
7.3.5 突發性重大地質災害應急反應機制建設與遠程會商應急指揮系統建設
（1）應急反應機制建設
從現在（2004年）起，國家、各省（區、市）要組建以省國土資源行政主管部門為指揮中心，以地質環境監測總站（院、中心）為主體，地（市、州）、縣（市、區）國土資源行政主管部門和地方專業隊伍協同作戰的地質災害監測預警應急反應系統。
1）應急反應系統要配置必備的應急設備，每年汛前對防災預案中地質災害隱患點的主要縣（市）進行險情巡查，重點檢查防災減災措施、群測群防網路、監測責任制是否落實到位，並對主要災害隱患點進行險情巡查，汛中加強監測，汛後進行復查。
2）發現險情和接到險情報告能在最短的時間內趕到現場，進行險情鑒定，同時能夠及時對災害進行動態監測、分析，預測災害發展趨勢，根據災害成因、類型、規模、影響范圍和發展趨勢，劃定災害危險區，設置危險區警示標志，確定預警信號和撤離路線，組織危險區內人員和重要財產撤離，情況危急時，強制組織避災疏散。
3）接到特大型和大型地質災害隱患臨災報告，指揮部辦公室會同相關部門，迅速組織應急調查組趕赴現場，調查、核實險情，提出應急搶險措施建議。
（2）突發性重大地質災害遠程會商與應急指揮系統建設
隨著國家經濟建設規模的日益擴大和人民生活水平的不斷提高，地質災害造成的損失日趨突出，地質災害的防治工作必須針對重大地質災害及時作出反應，提出科學的決策意見，及時指揮應急處理工作。
突發性重大地質災害遠程會商及應急指揮系統，是針對突發重大地質災害的預報和應急指揮，在建立地質災害綜合資料庫的基礎上，構建連接國務院國土資源主管部門、地質災害數據中心與重點地質災害發生區的遠程會商和應急指揮網路化多媒體環境及地質災害應急數據傳輸環境，形成一套信息化的地質災害遠程會商和應急指揮工作流程。
其主要工作內容如下：
1）對重大地質災害預報和應急指揮相關的信息進行提取、加工、整理、集成與分析，建立地質災害綜合資料庫。信息內容包括地理、地質背景數據；氣象分析數據；地質災害調查與監測數據；地質災害情況資料；救災條件信息等。
2）建立地質災害信息發布平台。開發和建設重大地質災害信息預報與應急指揮相關的動態信息發布系統、空間信息提取與發布系統、多媒體信息發布系統。
3）構建地質災害遠程會商和應急指揮的網路和多媒體運行環境。包括多點、多級視頻會議系統、大屏幕顯示系統及有關音像、電話系統；國家與重點地質災害區域之間的網路信息傳輸系統；構建地質災害重點區域應急調查數據快速傳輸環境。
4）研究與制定形成一套地質災害遠程會商和應急指揮系統工作規范。分析地質災害遠程會商和應急指揮工作的特點，提出地質災害遠程會商和應急指揮系統工作的模式，建立一套相關的工作規范。
㈩ 全國地質災害監測預警體系建設規劃的必要性、指導思想、基本原則和目標
7.2.1 必要性
《中國21世紀議程》提出了我國可持續發展的戰略目標。在我國經濟和社會快速發展的過程中，人類活動的強度和范圍達到前所未有的程度，其對包括地質環境在內的人類生態環境的干擾與破壞也日益增強，在許多地區引發的不同程度的自然地質災害造成了危害和損失成倍增加的現象，礦產資源和地下水資源等的開發利用以及各種工程活動誘發的地面沉降、崩塌、滑坡、泥石流等人為地質災害也較為普遍，對城市、公共基礎設施和廣大人民群眾的生命財產安全構成嚴重威脅。特別是地面沉降多發生在我國經濟最發達、人口密度最大、公共基礎設施最密集的東部地區，成為這些地區乃至國家可持續發展的重要制約因素。因此，保護生態環境、進行生態環境建設和防災減災，已經成為國家長期的目標和任務。為此，加強地質災害監測，進行全國地質災害監測與預警體系建設的規劃，在監測基礎上，實現對地質災害的治理與對地質環境的保護，不僅是防災減災的需要，而且也是國家經濟社會可持續發展、保護生態環境和進行生態環境建設的最基本的保障，是一項重要的基礎性和公益性的國家地質工作。現就從我國社會經濟的發展的幾個重要方面，對地質環境與地質災害監測的必要性，進行簡要論述：
（1）保障國家重大工程建設安全與西部大開發戰略的需求
全國有20餘條鐵路干線和所有山區公路不同程度地受到滑坡、崩塌、泥石流的危害或威脅。大型水庫岸邊，河流傍岸，尤其是峽谷段，常因發生滑坡、崩塌、泥石流而阻塞航道，並引起洪災。中東部沿海平原和盆地地面沉降、地裂縫和地面塌陷等地質災害嚴重威脅和破壞基礎工程設施。加強這些基礎工程設施和沿大江大河危險地段的地質環境監測，採取科學的分析方法進行預測預報，是一項長期的工作。
西部大開發戰略把加快水利、交通、能源和通訊等基礎設施建設放在首位，其中包括：長江三峽工程、南水北調工程、大江大河上中游干（支）流控制性水利樞紐工程、內河航運通道、青藏鐵路、西電東送工程、西氣東輸工程等。這些重大工程地域跨度大，多處在或穿越地質災害易發區，為保障上述工程安全施工和運營，必須加強地質環境監測工作。
（2）城市化發展對地質災害監測的需求
目前，我國有城市668座。預計2020年左右，我國城鎮化水平將提高到45%～50%，我國城市數將達到1000～1100座。城市是人類活動最集中，環境地質問題最突出的地區。為了保障城市化進程，指導城市規劃，預防由於不合理的工程活動引發的地面沉降、地裂縫、崩塌、滑坡等地質災害和其他環境地質問題，必須加強對城市地下水環境和地質災害的監測。
（3）礦產資源開發對地質災害監測的需求
我國礦產資源開發帶來了很多環境地質問題，產生大量的地質災害隱患。每年礦石開采量57億～60億t，礦山企業每年產生固體廢棄物133.8億t、產生尾礦26.5億t，處置率僅為6.95%。礦山固體廢棄物任意堆放形成了嚴重的滑坡、泥石流等地質災害隱患，地下采礦活動誘發的滑坡、地面塌陷等地質災害十分突出。礦山地質環境監測十分薄弱，礦山地質災害防治工作任重道遠。為了保障礦產資源的安全開發和礦山地質環境的有效治理，必須加強礦山地質環境監測。
7.2.2 指導思想
應堅持以人為本，全面、協調、可持續的科學發展觀和人口、資源、環境協調發展的一系列方針政策。緊密結合經濟社會發展規劃的總體目標和要求，充分認識地質災害監測預警體系建設的重要性和緊迫性。動員社會各方面的力量，從我國地質災害發生發育的實際出發，尊重自然規律和經濟規律，正確處理長遠與當前、整體與局部的關系，依靠科技進步，運用新思路、新理論、新技術、新方法，實現對地質災害的有效監控和預報預警，為我國地質災害防治、地質環境保護和資源環境的可持續利用提供有力支撐。
7.2.3 基本原則
（1）與國家國民經濟社會發展進程相適應的原則
建立和完善與全面建設小康社會相適應的、符合可持續發展要求的地質災害監測預警體系，為國家和地方宏觀調控和指導國土資源開發與整治提供依據。
（2）突出「以人為本」
堅持按客觀規律辦事，從實際出發，講求實效，山區、平原和不同災種的監測重點各有側重的原則。在以突發性地質災害為重點的地區，應以最大限度地減少人員傷亡、保障社會穩定和人民生命財產安全作為主要目的；緩變性地質災害應以專業監測為主要手段進行監測與規劃。
（3）群、專結合的原則
建立以縣、鄉、村為基礎，全民參與、群專結合的群策群防體系，是多年來地質災害防治工作中總結出來的寶貴經驗，也是避免人員傷亡，把災害損失降到最低限度的重要保證。
（4）統籌規劃、分步實施、分級管理
密切結合生產力布局和人口分布狀況，對全國地質災害監測預警體系建設工作進行統籌規劃，制定切實可行的分階段實施方案，明確各級政府和企（事）業單位在地質災害監測中的責任和義務，建立統一管理和分級（國家、省、市、縣）管理相結合，處理好全部與局部、長遠與當前的關系，優先實施重點地區和重要經濟區（帶）的監測預警體系建設。
（5）監測網建設與保護並重
擯棄重建設、輕保護的觀念，嚴禁邊建設、邊破壞，通過法律、經濟等手段，明確保護責任，落實保護費用，切實保護監測儀器、設備、設施的建設成果。
（6）站網建設與能力建設並舉
在不斷完善地質災害監測網基礎硬體設施建設的同時，加強機構建設、法規制度建設、技術規范建設、信息系統建設、人力資源建設和研究能力建設。
（7）專業服務功能與公眾服務功能並重
地質災害監測信息既要為國家決策和專業調查評價提供支持，也要為社會公眾提供地質災害現狀信息和防災減災信息。
（8）依靠科技創新、提高監測工作質量
加強科學研究，改進監測設施，依靠科技進步，全面提升監測能力和服務水平。
（9）建立多渠道籌資機制
各級地質災害監測機構的監測經費要納入同級政府財政預算。多渠道籌集監測資金，設立各級地質災害監測專項經費，確保監測工作的順利實施。
7.2.4 目標
地質災害監測預警體系建設的目的是最大限度地減少人民群眾的生命財產損失，以保障經濟、社會的可持續發展；為國家及地方宏觀調控和指導國土資源開發與整治提供依據；從地質環境可持續開發利用角度提出地區發展戰略建議；為改善人居環境，保障交通大動脈安全暢通，水電工程正常運行等提供保障；為地區社會經濟發展提供決策參考。在基本掌握全國地質災害分布狀況與危害程度的基礎上，建立並逐步完善全國地質災害的監測預警網路體系。
（1）總體目標
從現在起到2020年，在逐步查明我國地質災害分布狀況與危害程度的基礎上，建成覆蓋全國的較完善的突發性地質災害群測群防網路體系；建成以省（區、市）及部分縣（市）地質環境監測站為骨乾的突發性地質災害應急反應體系；建成我國較完善的地質災害專業監測骨幹網路，重點地區及重要經濟區（帶）達到監測數據的實時採集、分析、預警預報的水平。使地質災害防治工作以被動救災為主的局面得到根本性扭轉，人為有效控制地質災害，使損失逐年攀升的趨勢得到有效控制。
（2）階段目標
1）到2010年，地質災害監測預警體系建設的目標如下：①群測群防監測網路覆蓋到全國突發性地質災害易發區的1400個縣（市），形成縣、鄉、村三級監測體系。②初步建成由各級政府和有關部門參與的全國地質災害專業監測骨幹網路。③初步建成重要交通干線和水利工程區的專業監測預警系統。充分推廣高新技術在地質災害監測中的應用，利用計算機技術、3S技術等先進手段，提高監測預報的自動化水平。④在進一步完善群、專結合，群測群防監測網路的同時，完成分布在全國各省（區、市）重大突發性地質災害隱患點的監測預警預報示範系統。⑤建成較完善的地質災害監測信息網路系統，重點地區及重要經濟區（帶）的專業監測要初步達到監測數據的實時採集、自動分析、自動預警預報的水平。⑥初步建成重點地區及重要經濟區（帶）地面沉降等緩變性地質災害監測網路系統。力爭使我國地質災害監測預警預報的儀器、設備達到國際水平。
2）到2020年，在地質災害監測管理法規、規章的支持下，要使國土資源部門對地質災害監測監督管理的職能全面到位，並逐步納入科學化、規范化和法制化的軌道；使地質災害監測體系的科學理論與技術方法達到國際先進水平，建成覆蓋全國的較完善的地質災害重點防治區突發性地質災害群專結合的監測預警預報網路；建成全國地面沉降、地裂縫等緩變性地質災害的實時監控體系；建成完善的地質災害監測信息網路，實現地質災害監測數據的自動化採集、傳輸、存儲和信息的實時發布。建成比較完善的地質災害防災預警指揮系統。