三維地質災害
㈠ 地質災害論文
範文一:甘肅省城市建設地質災害防治研究
甘肅省境內泥石流、滑坡發育的基礎主要是其特殊的自然條件。陡峭的地形、充足的鬆散土石和突發性水源是泥石流、滑坡形成的三大條件,另外地震作用也是造成滑坡的因素。甘肅地處黃土高原區,境內主要以黃土為主,而黃土由於結構疏鬆,孔隙大,滲透性強,具強壓縮性和自重濕陷性,垂直節理發育,特別是極為發育的順坡向卸荷節理,使邊坡穩定性降低,易發生滑坡和造成嚴重的水土流失,大量滑坡、崩塌等重力堆積物受暴雨形成的坡面流及洪水的沖刷,源源不斷地為泥石流提供固體物質。 通過計算泥石流、滑坡作用強度和危險度,將城市分為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級和Ⅳ級四個危險等級。經過對甘肅省災害防治歷史和治理現狀的研究,提出存在問題,得到泥石流、滑坡災害的發展趨勢,強調防治的可能性和必要性。 根據對城市的分級,危險度高的Ⅰ級和Ⅱ級的城市應採取治理體系為主,預防體系和管理體系為輔的綜合控制對策;危險度不高或較低的Ⅲ級和Ⅳ級的城市應採取預防體系與管理體系為主,治理體系為輔的控制對策;對於威脅城市安全的巨型滑坡和規模巨大的泥石流溝則採用躲避對策。 城市泥石流、滑坡防治規劃的最基本原則是預防為主,重點治理。對於不同類型的泥石流、滑坡建立不同的治理模...
範文二:分析地理信息系統的開發工具及其在地質災難探究中的應用進展
地理信息系統在地質災難探究中的應用進展
目前，國內外利用地理信息系統，主要用於探究國土和城市規劃、地籍測量、農作物估產、森林動態監測、水土流失、地下水資源管理〔4〕和礦產資源勘查〔10〕、潛力評價及開發〔11〕等眾多領域。GIS在地質災難探究中的應用大致有以下幾個方面摘要：
(1) 地質災難評價和管理
利用地理信息系統的各種功能，建立地質災難空間信息管理系統[12，13，14，管理地質災難調查資料，顯示並查詢地質災難的空間分布特徵信息，評價地質災難的危害程度，分析地質災難和影響因素之間的關系，提出減輕和防治地質災難的辦法，對將來可能發生的地質災難進行猜測〔15，16〕。戴福初等利用GIS對香港地區的滑坡災難進行歷史滑坡編錄，分析滑坡的時空分布特徵和動態和靜態環境因素之間的相關關系，對滑坡災難風險進行評價和危險區域劃分〔17〕。
(2) 地質災難的危險度區劃評價
由於各種地質因素本身的不確定性，以及地質因素之間相互功能的復雜性，在收集大量的基礎地質環境資料前提下，利用GIS對這些基礎資料進行有效地處理來提高數據的可靠性，通過選取合適的評價猜測指標〔18〕，運用恰當的數學分析模型〔19，20，21〕，對探究區進行地質災難危險性等級的劃分，從而為地質災難的管理及防治和預警決策提供依據。
(3) GIS和專家系統的集成應用
GIS和專家系統的集成應用中，GIS所起的功能主要是管理時空數據，進行空間分析；專家系統所起的主要功能是利用專家知識和空間目標的事實推理判定災難的危險度〔22〕。二者的結合將使專家經驗得到推廣，減少野外和室內手工作業工作量，使區域地質災難的動態管理成為可能。
4 結語
（1）地理信息系統技術已經廣泛滲透到了多種學科領域，從比較簡單的、單一功能的、分散的系統發展到多功能的、共享的綜合性信息系統，並向多媒體GIS、智能化、三維、虛擬現實及網路方向發展，新興的地理信息系統將運用專家系統知識，進行分析、預告和輔助決策。
（2）地理信息系統的開發工具，從專業開發工具的組成結構上，可以歸納為集成式GIS、模塊化GIS、組件式GIS和網路GIS等幾個主要類別。其中組件式GIS在系統的無縫集成和靈活方面具有優勢，代表了GIS系統的發展方向。
（3）地理信息系統在地質災難探究中的應用方興未艾，尤其在地質災難評價和管理、地質災難的危險度區劃評價和GIS和專家系統的集成應用方面進展很快。
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㈡ 地質災害調查
按照防災減災需要，在縣市突發性地質災害調查與區劃、地質災害高易發區1∶5萬地質災害調查、地質災害監測預警示範、地面沉降調查與監測、地震地質災害調查、重大工程建設區地殼穩定性調查、南方岩溶區岩溶塌陷調查等方面取得了大量進展。
完成了我國山區丘陵縣（市）地質災害調查與區劃。1999～2008年，開展了全國1640個山區丘陵縣地質災害調查與區劃，調查面積650×104km2，涉及人口約7.9億。調查工作以縣（市）為單元開展，通過1∶10萬地質災害調查，在各調查縣（市）圈定地質災害易發區，建立地質災害群測群防網路，編制重大地質災害防災預案，建立縣級地質災害信息系統，編制縣級地質災害防治規劃。共調查並確定地質災害及地質災害隱患點24多萬處，基本摸清了我國山區丘陵區地質災害及隱患點發育分布現狀，摸清了全國山區丘陵區地質災害的主要類型和分布規律、劃分了地質災害易發區，為地方政府在社會發展和經濟建設過程中合理利用土地、主動防範地質災害提供了重要依據。我國滑坡、崩塌、泥石流高易發區面積約128×104km2，主要分布在黃土高原地區、渝中鄂西黔北地區和川西南滇西地區。中易發區面積約214×104km2，主要分布在東南沿海低山丘陵地區、湘贛粵桂山地丘陵地區、東北東部山地與山東低山丘陵地區和伊犁河谷地區。
推進了地質災害高易發區1∶5萬地質災害調查與地質災害監測預警示範。在開展全國縣（市）地質災害調查與區劃基礎上，在西南山區、西北黃土高原區、湘鄂桂地區地質災害高發區以縣級行政區為單元開展了地質災害詳細調查，提高調查精度，通過地質災害嚴重區滑坡、崩塌、泥石流災害詳細調查與測繪，查明地質災害及其隱患的分布、形成的地質環境條件和發育特徵，並對其危害程度進行評價，圈定地質災害易發區和危險區，建立地質災害信息系統，建立健全群專結合的監測網路。2011年以來，開展了大渡河流域、雅礱江流域、湟水河流域等流域的地質災害調查，進一步了解了地質災害發育的地質背景條件及誘發因素和地質災害發育分布規律，確定了流域內主要地質環境問題，總結了西部復雜山體地質災害成災模式。對四川、重慶、陝西等省特大型滑坡進行了調查和評價，查明了特大型滑坡的數量、類型與分布規律及滑坡形成的主控誘發因素，分析了特大型滑坡的演化模式與穩定性，開展了特大型滑坡災害風險區劃。在四川雅安、重慶巫山和奉節、江西、陝西延安、閩東南、雲南哀牢山等地區，建立了典型地質災害監測預警示範區，應用光纖感測、GPS和INSAR等高新監測技術，開展地質災害監測數據採集、傳輸、分析與發布系統等方面的示範研究，開展了群測群防技術研究與示範，取得了一系列地質災害監測預警儀器和預警信息管理軟體等方面的重要進展。
地面沉降調查與監測工作為區域地面沉降防治提供了基礎依據。完成了長江三角洲地區、華北平原、汾渭盆地等重點地區地面沉降和地裂縫調查，建立了以基岩標、分層標和GPS、水準測量為主的區域地面沉降立體監測網路，為地面沉降與地裂縫災害監測、防治提供了堅實的技術依據，為國家和地方地質災害防治規劃、地質環境保護規劃提供了技術支撐。在長三角地面沉降區，研製了真三維變系數地下水流與地面沉降耦合模型，開展了地面沉降監測與風險管理研究，針對深基坑降排水引起的工程性地面沉降問題開展了專題調查與地下水人工回灌試驗研究。在華北平原地區，對各項控沉措施進行了研究，提出了典型沉降區地面沉降和地下水開采量控制目標。建立了汾渭盆地地裂縫帶黃土流變本構模型，在流變實驗基礎上，開展了地裂縫城鎮減災示範研究。完成了京滬高鐵沿線北京至滄州段沿線地面沉降監測。
應對地震災害開展了地震地質災害應急排查與次生地質災害調查研究。汶川地震、玉樹地震發生後，迅速組織相關人員啟動緊急啟動地震災區的遙感應急調查，及時提供地震災區遙感影像數據和解譯成果以及地質信息資，同時開展地震地質災害應急調查，為災區減災避災、災害（隱患）排查、災情評估、災後重建規劃等提供了翔實的數據資料。圍繞汶川地震地質災害重大科技問題，開展了現場調查、深部地球物理探測、GPS位移監測和相關試驗，獲得了龍門山構造帶主要活動斷裂和汶川地震地表破裂發育分布詳細調查資料，總結了地震地質災害的發育特徵及分布規律。
根據國家重大工程建設需要，開展了區域地殼穩定性調查評價。針對青藏高原交通基礎設施建設，開展了青藏鐵路沿線活動斷裂調查，摸清了活動斷裂基本特徵，實現高精度GPS和地應力實時觀測，確定了鐵路周緣潛在災害隱患點；編制了滇藏鐵路沿線區域地殼穩定評價分區圖，梳理了工程建設中需重視的施工災害問題。完成了河西走廊、秦巴山區和川西高原等地與西氣東輸、三峽引水濟黃、南水北調等重大工程管線相關的地區活動斷裂規律研究、地應力測量和區域地殼穩定性評價。2008年以來，開展了北京主要活動斷裂工程穩定性評價，對關鍵構造部位進行了地應力測量與監測，揭示了北京地區主要隱伏活動斷裂的深部幾何學特徵和首都圈地區地殼淺表層現今地應力環境；開展了關中—天水經濟區、黃河上游李家峽庫區和中巴經濟走廊帶的活動斷裂調查，分析了其地質災害效應和相關重大工程地質問題；推動了南北構造帶南段活動構造體系調查。
探索推進了南方岩溶區岩溶塌陷調查。2010年以來，以珠江三角洲地區為試點，開展了岩溶塌陷調查，提出了岩溶塌陷地質災害調查工作指南。在此基礎上，推進了武漢、湘中、桂中、皖江經濟帶等地區的岩溶塌陷調查工作，初步查明了岩溶塌陷發育的現狀、類型和時空分布特點。參與了重大岩溶塌陷災害應急調查，為地方政府搶險救災及時提供技術支撐。
㈢ 三維地形在地質災害中有什麼優點
地質災害三維解抄譯系統是一個綜合性襲的、大數據量的、高可視化的三維分析解譯及模擬系統，它以遙感數據和地形數據為信息源，獲取地質災害及其發育環境要素信息，確定滑坡、崩塌、泥石流和不穩定斜坡的類型、規模及空間分布特徵，分析地質災害形成和發育的環境地質背景條件，編制地質災害類型、規模、分布的遙感解譯圖件。
㈣ 地質災害易發區國內外研究現狀
4.1.1 國外現狀
由於研究的地域范圍不同和對地質環境認識的差異，國內外研究者對地質災害易發區的理解也有不同。
國外對地質災害敏感性評價類似我國的地質災害易發程度評價。美國災害敏感性評價以地質、地形條件和以往發生的災害空間分布情況為依據進行評價（Nilsen，1977；Shek，1977；Carrara，1983，Brabb，1984，Brand，1988；Cross，1998等）。美國地質調查局在《美國國家滑坡減災戰略——減少損失的框架》（2003）中認為，可供規劃和決策使用的滑坡編目和滑坡敏感度圖對全國滑坡多發區是絕對必要的。
歐洲國家在阿爾卑斯山較多地開展了滑坡敏感度和危險性評價，並把評價結果應用於滑坡災害的減災管理。義大利P.Aleollt（2000）採用GIS技術對義大利北部阿爾卑斯山前緣的Piedmont地區的滑坡、洪水、雪崩、山谷口堆積等災害的敏感性、危險性及總的風險進行了區劃性制圖研究。A.Car-rara，M.Cardinali和F.Guzzetti等（1991）利用GIS技術將統計模型應用於義大利中部某小型匯水盆地的滑坡敏感性和危險性評估。亞洲國家，如日本、韓國在一些滑坡地質災害多發區也開展了滑坡敏感度和危險性評價，H.Haruyama和H.Kawakami（1984）利用數學統計理論對日本活火山地區由降雨引起的滑坡災害進行了敏感性和危險性評價，Saro Lee對韓國的一些地區分別應用多元統計和神經元網路模型進行了滑坡災害敏感性和危險性評價。一些國家，如澳大利亞直接開展斜坡地質災害風險評價，其中敏感性和危險性評價是其基礎，如M.Michael-leiba等（2000）在澳大利亞的一項城市發展規劃項目的斜坡地質災害研究中，把斜坡災害的敏感性、危險性、易損性、風險評價作為一體，以GIS軟體為技術平台，分別採用平面和三維評價系統，對Cairns地區進行了斜坡地質災害的敏感性、危險性和風險評價。Mario Mejia-Navarro和Ellen E.Wohl（1994）在分析哥倫比亞的Medellin地區滑坡、泥石流等斜坡不穩定性引起的區域地質災害敏感性和土地及生命易損性的基礎上，利用GIS技術將兩者合成製作了風險評價分區圖。
4.1.2 國內現狀
進入21世紀以後，在原有研究的基礎上，我國在全國范圍內有計劃地開展了全面的地質災害調查與防治，積極吸取國際地質災害防治研究的先進方法，並公布實施了《地質災害防治條例》，將地質災害易發區的研究納入了國家法制的軌道。
1）1999年以來，在全國地質災害嚴重區開展了以縣（市）為單元的「縣（市）地質災害調查與區劃」工作。調查災種為崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫等，截至2005年，共進行了700個縣（市）地質災害的調查與區劃工作。中國地質環境監測院已完成545個縣（市）信息系統的集成和綜合研究。
在各調查縣（市），根據野外調查的結果和地質環境資料，結合災害點和災害隱患點的密度，劃分地質災害易發區並編制「地質災害分布與易發區圖」是其主要任務之一。《縣（市）地質災害調查與區劃實施細則》明確指出「地質災害易發區」是指容易產生地質災害的區域。基於地質災害現狀，地質災害易發區可劃分為高易發區、中易發區、低易發區和不易發區四類。
2）從2002年開始，各省陸續開展了分省地質災害防治規劃工作，主要依據1∶50萬環境地質調查和縣（市）地質災害調查成果，對省內地質災害易發區進行了初步劃分，22個省編制了分省地質災害易發區圖（1∶50萬～1∶200萬）。
3）張梁等（2002）將地質災害易發區表述為地質災害危險性評估，並認為地質災害危險性（易發程度）評估就是研究不同地層單元組合、區域地質構造單元特徵、地形地貌條件下的區域地質災害規律，以及氣象、人類活動方式條件下的區域地質災害誘發規律和時間活動規律。前三類因素是決定地質災害區域分布規律的背景因素組合，這些因素具有空間上的分布規律，而且隨時間的變化性極小，屬於穩定型的控制因素，是地質災害易發程度的背景條件。後兩類因素屬於地質災害的觸發因素，隨時間的動態變化較大，它們與背景條件的組合狀況決定了地質災害的時空規律。
4）岑嘉法（2003）認為，地質災害易發區是指地質環境條件脆弱，具備發生地質災害條件，容易產生地質災害的區域。如在地球內動力作用強烈地區（高地震烈度區、活動斷裂區、區域構造交會處等）、地球外部營力作用強烈帶（如暴雨中心區、河流侵蝕帶、岩土體鬆散分布區等），以及人類工程經濟活動劇烈地區（如人口密度大，工業、農業、城鎮、交通建設強度大區）等。只要有觸發因素，即可產生地質災害。該區的確定，主要通過較大比例尺的環境地質與災害綜合調查後實際圈定，經濟建設與工程安排應盡量避免在易發區內。如果需在易發區內建設，要進行工程項目地質災害危險性評估工作。對工程建設作出地質災害現狀、工程建設可能誘發或加劇地質災害的預測和綜合評估，並提出地質災害防治措施對策。現進行的縣（市）地質災害調查與區劃，就是要實地圈定地質災害易發區范圍。
5）劉傳正等（2003）提出的「潛勢度」是某一地區在沒有任何降雨、地震、人類活動等情況下發生地質災害的潛在條件的量化指標，具體是指地質災害基礎因子（地形地貌、地表植被、地層岩性和地質構造）與響應因子的綜合表現，並編制了三峽庫區地質災害潛勢度、危險度等圖。
6）全國山洪災害防治規劃編寫組和水利部長江水利委員會進行的山洪災害易發程度評價，是利用各省（區、市）1∶50萬或1∶100萬泥石流、滑坡分布圖，以泥石流、滑坡的「線密度」和「規模」所反映的「可能成災點」的多少進行評價，即「可能成災點」越多，災害易發程度越高；「可能成災點」越少，災害易發程度越低。在參考相關部門成果及進行實地調查的基礎上，以小流域為單元，劃分出了泥石流或滑坡災害高易發區以及中易發區和低易發區。各區的劃分具體指標如表4.1所示。
在上述工作的基礎上，編制各省（區、市）1∶50萬或1∶100萬山洪誘發的泥石流、滑坡災害易發程度分布圖。該圖除反映泥石流、滑坡災害的易發程度以外，還通過編繪地形坡度分區和地層岩性分區，標示地貌區劃和區域構造形跡，綜合反映了由山洪誘發的泥石流、滑坡災害易發程度區劃與地形地貌、地層岩性及地質構造的相互關系。從而可以通過圖件，分析出不同區域地質背景與地形地貌條件下，泥石流、滑坡災害高、中、低易發區的分布規律。並以此進行逆向校核、修正，使泥石流、滑坡災害易發程度區劃圖更為科學、合理、可靠。
表4.1 山洪誘發泥石流、滑坡災害易發程度分區標准
7）2003年11月，我國國務院公布了《地質災害防治條例》（中華人民共和國國務院令第394號），並規定2004年3月起施行。該條例要求「實行地質災害調查制度」，並在此基礎上編制地質災害防治規劃，規劃所包括的5項內容之一就有「地質災害易發區、重點防治區」。2004年頒布的《地質災害防治條例釋義》進一步明確指出，地質災害易發區，是指具備地質災害發生的地質構造、地形地貌和氣候條件，容易或者可能發生地質災害的區域。地質災害易發區必須經過地質災害基礎調查才能劃定。易發區是一個相對的概念，並且可按照災害種類劃定，不同災種其易發區范圍不同。
㈤ 地質環境與地質災害
隨著經濟的快速發展，生態環境變化日益引起人們的關注。自然災害不斷發生，使人類的生存和發展受到了嚴重的威脅。監測環境、保護環境和防治災害，提高人類生活質量，成為當代地球科學研究的重要前沿領域。為此，國土資源部加強了對造成環境變化的自然作用與人為作用影響的綜合研究，建立和開發了區域性環境監測預警系統，不斷提高對環境變化和自然災害的預測能力。
洞庭湖地區地質環境調查及治湖對策研究
運用考古學、第四紀地質學、新構造運動理論，綜合研究了洞庭湖區地殼沉降，確認湖區內存在不均衡的地殼沉降，進而進行了合理沉降分區，為規劃防洪工程及蓄洪垸區的布置指明了方向。運用遙感與計算機技術，准確計算出洞庭湖的湖泊面積、湖容量與湖邊界等基礎數據；採用綜合打分法對洞庭湖區防洪工程基礎穩定性作出了評價；建立了東洞庭湖、南洞庭湖湖底高程變化量與泥沙淤積厚度及地殼沉降量的平衡方程，預測了2010年和2034年湖區的空間形態特徵和泥沙淤積特徵；首次建立了洞庭湖地區綜合地質環境概念模型，認為現有的洞庭湖湖域由於被防洪大堤所圈定，當城陵磯水位達32米以後，調蓄洪功能主要取決於防洪大堤高度與城陵磯水位的差，即「杯子原理」，差值越大，湖蓄洪能力越強。本次研究將洞庭湖區洪澇災害綜合治理劃歸為8個治理區，並提出了平垸行洪、動態蓄洪、疏浚
河道等具體治理規劃方案。
九寨溝上季節海（枯水期）
㈥ 運用地理信息系統新技術進行滑坡穩定性三維評價和滑動過程模擬研究
譯自 Environment Geo1ogy,2003(43):503～512。
Mowen Xie1Tetsuro Esaki1Guoyun Zhou1Yasuhiro Mitani1著
張曉娟2譯 羅靖筠2校 朱汝烈2復校
（1Environmental System Institute,Kyushu University,Hakozaki 6-10-1,Higashi Ku,Fukuoka,Japan；2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）
【摘要】本文在傳統的邊坡穩定性三維分析模型的基礎上，提出了一個全新的基於GIS的邊坡穩定性三維柵格分析模型。在這個模型中，假定初始滑動面就是橢球底面，採用蒙特卡洛（Monte-Carlo）隨機模擬方法，在求取最小安全系數法的同時，確定出最危險滑動面。運用GIS柵格模型和GIS數據模擬滑坡滑動過程時，滑坡體將沿主滑方向滑動，直到其安全系數上升到1為止。所有的計算均可通過一個稱為三維邊坡地理信息系統（3DSLOPGIS）的計算程序來完成，該程序主要利用GIS的空間數據處理分析功能。
【關鍵詞】確定性模型地理信息系統（GIS）蒙特卡洛（Monte-Carlo）模擬滑動模擬三維邊坡穩定性
1引言
滑坡不穩定性和風險評價不但已成為地學家和工程專家們感興趣的主要課題，同時也成了世界各地政府部門和管理者關注的焦點。據統計世界上每年約有600人葬身於滑坡災害中。在許多發展中國家，自然災害所帶來的經濟損失，占總國民生產總值的1%～2%。
近年來，由於地理信息系統具有強大的空間數據處理功能，被廣泛運用於自然災害評價領域。GIS是由硬體和軟體組成的系統，它可以實現數據採集、輸入、操作、轉換、可視化、組合、質疑、分析、建模和輸出等過程。GIS對空間數據具有強大的分析和處理功能。同時，基於GIS的地質技術分析模型，可以簡便而有效地分析滑坡穩定性。目前它已經被廣泛地用於土木工程和地質工程中，進行邊坡穩定性的分析。
我們通常認為一個傳統的模型無論是對均質滑坡還是非均質滑動都是適用的。穩定性指數是被廣泛應用的、基於岩土工程模型和物理力學參數的安全系數。安全系數的計算需要幾何數據、剪切強度數據及孔隙水壓力數據，正確的結果取決於可靠的數據和恰當的模型。盡管輸入的數據會較大程度地影響安全系數，但一個可靠的確定性模型對於取得可靠結果則更為重要。確定性計算可在GIS系統內執行，也可利用其他程序完成。若使用其他程序計算，則GIS只作為一個空間資料庫用來存儲、顯示、更新輸入數據。此方法主要優點是利用外部模型計算可以節約時間；而其缺陷是對從外部模型獲得的數據進行轉化時較為復雜。因為每一個程序都有其自己的數據格式和數據結構，數據轉換成為一個主要的問題。有些程序的輸入模塊只允許人工輸入數據。只有當這些程序所默認的數據格式都是 ASCII碼時，數據轉換才可直接進行。運用外部模型的另一個缺點是計算結果通常不是按GIS的空間分布模式來表達，而是以點或線的形式表述的。因此，改變這種計算結果的表達形式也是個主要的問題。
用來計算安全系數穩定性模型的邊坡是二維或三維的。因為一個地區包括很多邊坡，而且必須分別對每個邊坡做分析，所以利用這些模型計算安全系數的空間分布非常花費時間。要克服數據轉換的困難，可以利用GIS內部確定性計算模型來實現。然而這一方法也有缺點，那就是由於應用復雜演算法、迭代過程及在常規二維 GIS中的三維體積等復雜局限性，使得只有簡單的模型能較容易實現。當前，只有基於GIS的無限邊坡模型能分別計算出每個像元的安全系數。研究表明，只有當越來越多的成熟的三維模型和GIS系統得到使用後，才能徹底解決這類問題。
從近來對 GIS用於邊坡穩定性分析的調查中發現，大部分研究者潛心於運用統計學方法來確定邊坡破壞與影響因素之間的關系。盡管GIS能對區域數據進行了准備和處理，但是只有極少量的研究者運用了GIS的集成功能和邊坡穩定性的確定性模型。
即使在很短的距離范圍內，邊坡破壞在空間上都有其不同的幾何結構。因而，運用三維模型分析邊坡穩定性是合理的。從20世紀70年代中期以來，三維穩定性模型的發展和運用日益受到關注。在地質力學的著作中提到了幾個三維分析方法。
上面提到的大部分方法都用到了柱狀圖法。這些方法將柱體之間的作用力，或者說作為三維安全系數計算的假定前提，都忽略不計。因為所有與斜坡相關的GIS數據都可轉成柵格數據，所以這些基於三維模型的柱體，就可能藉助於使用GIS柵格數據用來進行三維穩定性的計算。然而，長期以來大家習慣採用人盡皆知的「一維模型」——「無限斜坡」模型，來描述滑動面與地面平行的長期天然邊坡的潛在危險性。這樣的模型僅僅可以用於淺層斜坡失穩分析和一些存在深層滑坡的區域性研究。
由於演算法復雜、步驟重復和三維數據在二維GIS中難於表達，早期的文獻中並沒有提及三維確定模型的應用。為了克服 GIS數據的外部轉換和GIS內部演算法復雜等困難，此次研究中，在GIS軟體組件（a GIS component）中使用了Visual Basic程序。三維因子的計算和滑動過程的模擬由計算機內的三維邊坡地理信息系統（3-DSLOPGIS）的計算程序完成。在這個系統中，GIS組件（ESRI公司生產的MapObjects2.1）可以完成所需的GIS功能，就像普通的GIS軟體一樣，它可以有效的管理和分析所有與滑動相關的數據。所有用來計算三維斜坡安全系數的數據都採用GIS的數據格式（例如矢量和柵格數據層），因此，沒必要在GIS數據格式和其他程序的數據格式之間進行數據轉換；同時，復雜演算法和三維問題的交互程序也可以理想的實現。
在此次研究中，將基於GIS柵格數據和基於柱狀圖的三維邊坡穩定性分析模型相結合（Hovland,1977），演繹了一個新的基於GIS柵格的三維確定性分析模型。
運用蒙特卡洛隨機模擬方法求最小安全系數值，從而確定臨界滑動條件。假定基本滑動面是一橢球體的較低部分，臨界滑動則受不同地層受力情況和不連續界面狀況的影響而變化。客觀事物的這種變化引出最小三維安全系數。
如果滑坡的三維安全系數小於1，滑坡就有滑動的危險，那麼評估滑坡災害的規模和影響范圍是非常重要的。因此，在此研究中，採用基於GIS三維柵格數據模型和GIS柵格數據來模擬滑坡滑動過程的目的，就是評估滑坡危險性和預測其影響范圍。
2基於GIS的三維模型
利用GIS的空間分析功能，所有與三維安全系數計算有關的輸入數據（如高程、傾向、坡度、地下水、地層、滑動面和力學參數等）都有其對應的柵格元，而所有與斜坡相關的數據都是柵格化的。當這些數據輸入到確定的邊坡穩定性模型中時，就可計算出一個安全系數值。下面在Hovland模型的基礎上，詳細介紹基於GIS的三維模型。在這個模型中，考慮了孔隙地下水壓力，所有輸入數據都能簡單地轉換成柵格數據。
圖1是具有潛在滑動面的滑體的三維幾何示意圖。滑坡的穩定性與地質岩層、地貌、地質力學參數和水動力條件有關。
圖1邊坡坍塌三維景觀
圖2所示是土壤（或岩石）小柱狀研究體物質的離散性。所有與滑坡相關的數據都可用如圖2所示的柱狀三維可視圖來表示。假定每一個柱體單元的垂面均為無摩擦面（柱體單元的垂面不受其他邊界影響，或其影響可忽略不計），三維安全系數可用公式（1）表示：
地質災害調查與監測技術方法論文集
式中：F3-D為三維斜坡安全系數，W為一個柱體的重量，A為滑動面面積，c為內聚力，φ為內摩擦角，θ為滑動面的角度，而J、I為在斜坡破壞范圍柵格內的行列數和柱體數。如果沒有GIS，則基於柱體模型的三維安全系數的計算將是冗長且耗時的工作，數據的更新和增加也極其不便。然而，在GIS中，通過運用GIS空間數據處理與分析功能，整個研究區的邊坡穩定性相關數據可用如圖3所示的矢量圖層來描述；而對於每一層，則可通過GIS空間數據處理與分析功能得到柵格數據，其像元大小可根據精度需要而定。
圖2滑動面和三維棚格柱狀圖
現在，將斜坡破壞劃分為基於柵格數據的柱體。參考圖2，諸如地表、地層、地下水、裂縫和滑動面之類的空間數據均可從柵格數據層中得到。因為與斜坡相關的數據量非常大，所以不能高效的管理所有的柵格數據集。因此，在三維邊坡地理信息系統中，有一個專門儲存這些柵格數據的點資料庫，其中，有一個屬性表用來鏈接所有與滑動相關的數據。每個柵格柱狀圖的中心點設置點類型，其他區域則設置與滑坡相關的一些數據（例如地面高程、地層和裂縫的高程、地下水、滑動面的深度等等）。表1所示即是屬性表的一個實例。
圖3邊坡穩定性分析GIS圖層
表1點資料庫的實例描述
另一方面，為了控制滑坡邊界和有效管理空間數據並進行分析，滑坡的邊界線被定義為多邊形類型文件。
基於這種點資料庫，公式1可以改成基於GIS的方程。這里所有的阻力和滑力都是沿著滑動方向的，而不必如 Hovland的模型所用的Y軸方向。在本研究中，假定斜坡區域的主要傾斜方向為可能滑動方向。根據圖4，滑動表面面積可由公式（2）得到。
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從圖4推導出如下公式：
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接著，x和y軸的傾角推導如下：
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記α＝cellsize/cosθxz和b=cellsize/cosθyz，則一個柵格柱狀圖的滑動面面積為：
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滑坡范圍主滑動方向的傾角計算公式如下：
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至此，三維邊坡水平滑動方向安全系數可以用下面的公式計算：
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圖4三維安全因子推導公式的一個柵格柱狀圖
這里，對於每個柵格，Zji,zji分別為地表高程和滑動面高程，uji為在滑動面上的孔隙水壓力，而 γ′為單位重量。
為了檢驗基於柵格的GIS三維穩定分析模型，我們運用這個模型做了一個實例計算。實例問題為一個均質的粘土滑坡，具有球形滑動面，其他各種參數如圖5所示。在圖5中，c為內聚力，φ為摩擦角，R為瞬時摩擦力，γ為土的單位重量。運用封閉式（closed-form）演算法得出三維安全系數為1.402。運用CLARA模型算得安全系數為1.422。同樣的問題運用三維邊坡模型算得三維安全系數范圍為1.386到1.472，它取決於用於被分離的邊坡柱體的數量。
圖5實例問題驗證
運用基於GIS柵格的三維穩定分析模型（圖5），並將格網尺寸定為0.5m時，算得三維安全系數為1.386；而當格網尺寸為0.6m時，算得安全系數為1.388。很明顯，與封閉式演算法相比，基於柵格模型的GIS可有效的用於三維邊坡穩定性評估。
3確定臨界滑動表面和蒙特卡洛模擬
滑動面只能通過岩土工程調查來確定，由於地質調查的費用比較昂貴，因此滑動面通常是很難確定的。因此，邊坡穩定性評價對臨界滑動面的確定是非常重要的。
為了判定三維臨界滑動情況，利用蒙特卡洛隨機模擬方法來計算三維安全系數最小值。假定最初的滑動面是一個橢球體的較低部分，邊坡表面則根據不同地層受力情況和不連續界面條件而改變。最終得到危險滑動面，同時可得到相關三維安全系數的最小值。
4橢圓坐標轉換
假定最初的滑動面是一橢球體的較低部分，橢球體的傾斜方向設置為與研究區主要的傾斜方向一致；將橢圓的傾角基本上設定得與研究區起伏變化的傾角接近。其主傾向為α，主傾角為β，它們是由邊坡破壞區域主要柵格像元的值確定的。假定傾向和傾角屬正常分布，則將主傾向α和傾角β代入分布模型中：
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運用公式（10）和（11）完成坐標轉換。圖6顯示了坐標轉換過程。
圖6坐標轉換過程
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式中：x、y、z為全球大地坐標，
5 Z值的確定和滑動面的傾斜度
滑動面上「B」點的Z值是根據直線 AB和橢圓，由公式（12）計算的結果確定的（見圖7）。
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對於每個柵格像元，滑動面的傾向和傾角可通過下面的公式計算得出，像元（j,i）的傾角可以通過圖8中點1～4的Z值來確定。點1～4的值由公式（13)(14)(15）算出，滑動面的傾向和傾角由公式（16）算出。
圖7確定滑動面上的Z值
圖8滑動傾角的計算
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這里，Z(j,i）為像元（j,i）的Z值，θ為傾角，β0是相對於X軸的傾向。在GIS中，傾向是與 Y軸之間的夾角。因此，當最高點是點3時，傾向是90－β0；當最高點是點4時，傾向是90＋β0；當最高點是點2時，傾向是270－β0；當最高點是點1時，傾向是270＋β0。
6隨機模擬
為了確定臨界滑動面，蒙特卡洛模擬通常用於為三維邊坡穩定性分析選擇變數。這些變數是橢球體的中心點、幾何參數和傾角。橢球體的中心點作為研究區的中心點需要首先確定，然後在一個確定的范圍內隨機選擇。
橢球體的幾何參數a、b、c是由用戶在一定范圍內隨機設定的，確定范圍如公式（17）：
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假定a,b,c都均勻分布，則蒙特卡洛模擬的隨機變數由公式（18）和（19）來算出。
在[0,1]范圍內平均分布的隨機變數可通過全等乘積方法得出：
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式中：ri為在[0,1]范圍內平均分布的隨機變數。在[a,b]范圍內平均分布的隨機變數可由公式（19）計算得出。
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式中：xi為在[a,b]范圍內平均分布的隨機變數。
橢球體的傾角設定為平均分布的一個隨機變數。平均分布范圍為主傾角及其在一個確定的波動范圍之內變化的變數。
7 計算三維安全系數最小值的過程
整個研究區（或邊坡破壞范圍）可以被均分為若干小矩形柵網，如同基於柵格的GIS一樣。關於基於柵格的三維邊坡穩定性分析的數值計算，所有的計算過程都可以通過前面提到的Visual Basic（利用GIS組件）來完成。這個軟體叫三維邊坡地理信息系統，是運用 Visual Basic 6.0和ESRI公司生產的MapObjects 2.1開發的。MapObjects作為GIS的一個組件，用來對GIS數據進行組織和空間分析。計算三維安全系數的過程如圖9所示。
圖9三維安全因子最小值計算過程
在這個過程中，數據模塊的功能用來獲得所有與邊坡相關的地質、地貌、水動力學數據和地質力學參數；隨機變數參數模塊用來隨機選擇蒙特卡洛模擬的實驗滑動面；三維邊坡穩定性模塊可用於計算三維安全系數；而危險滑動面及其安全系數可以通過一些實驗計算得出。在圖9中可以看到，關於GIS空間分析功能的所有模塊可以通過GIS組件來實現。因為一個GIS組件是在三維邊坡地理信息系統系統中完成的，所以可以有效地計算三維安全系數；同時利用與邊坡相關的GIS數據，所有的相關數據和結果可以在三維邊坡地理信息系統系統中實現可視化。
實例剖面如圖10所示。在這個實例中考慮的因素有：4個地層、地下水和破壞面；其物理和力學參數如表2所示。
表2研究實例的物理和地質力學參數
圖10斷層面研究實例
圖11計算次數與最小三維安全因子實驗
為確定臨界滑動面，對蒙特卡洛隨機計算次數進行了實驗，總共計算次數達到了1000次。每次實驗計算的三維安全系數最小值的結果如圖11所示。圖中明確顯示在實驗計算了300次後，得到的安全系數最小值。這300次實驗的結果見圖12，這些計算結果差別不太大，其最小值為1.34，最大值是1.68。這個臨界滑動的研究程序是建立在最小安全系數的計算基礎之上的。而最小安全系數的計算結果取決於參數的隨機選擇。有關這一臨界滑動實例的三維可視圖見圖13。通過三維模型與二維模型結果的比較，用Janbu法確定臨界滑動面時，使用的是圖10所示的二維模型和表2所列的參數，通過這種二維模型計算出的安全系數為1.18，這要比用三維模型計算出結果的極小值（1.346）略小一點。
圖12三維安全因子分布曲線
8滑坡滑動過程模擬
基於GIS柵格三維邊坡穩定性分析模型和GIS柵格數據，對滑坡滑動過程進行了模擬，直到三維安全系數大於1為止。滑動方向按滑動面的主滑方向確定。圖14中展示了由滑動面確定的八個滑動方向。例如，若滑面方向的傾角在22.5°～67.5°之間，則滑坡將要滑動的方向恰在該圖的右上方（即「5」方向）。
圖13臨界滑動面三維展視圖
圖14滑動面的滑動主傾向
圖15滑坡滑動過程模擬流程方框圖
滑坡滑動過程的模擬流程見圖15。首先，要計算滑坡初始狀態時的三維安全系數，以確定其滑動的可能性。若其安全系數小於1，則接著進行下一步滑動過程模擬。先沿著由滑面主傾向確定的滑動方向移動滑坡多邊形；接著，在新的滑坡多邊形范圍內，分步（每一步等於一個柵格大小）計算每一個柵格的DEM和滑動的變化，並再次計算下一步滑動的新滑動方向。並在新的DEM數據和滑動多邊形范圍的基礎上，計算出新的三維安全系數。如果三維安全系數仍然小於1，則進行以下的新滑動步驟模擬。
在這種滑動模擬模型中，假定滑動面內摩擦角不改變，但除了在初始三維邊坡安全系數的計算過程之外，假定滑動面沒有內聚力（即內聚力為零）。
仍然用同樣的實例（如圖5所示），用不同的兩種動力學參數進行滑坡滑動過程模擬：
情況1:c=4kN/m2，φ＝110,y=23kN/m3
情況2∶c=6kN/m2，φ＝10.5°，γ＝23kN/m3
第一種情況下，初始邊坡安全系數為0.82，在進行7步滑動之後，滑坡體開始趨於穩定，其安全系數是1.04。部分滑動步驟剖面及三維視圖變化如圖16所示。在此圖中，DEM的改變及滑坡體移動過程一目瞭然。運用三維邊坡地理信息系統，也可將可視滑動過程表現為GIS地圖和剖面圖的形式。滑坡體沿水平方向的最終滑動距離為3.0m。
圖16不同滑動階段的地表和剖面三維視圖
第二種情況下，滑坡體將一直向下滑動到平坦地區，水平方向滑動距離為14m。滑坡體最後停止滑動位置的三維展視圖如圖17所示。
圖17滑坡體最後停止位置
9討論和結論
在三維邊坡穩定性柱狀分析模型的基礎上，開發了一個全新的基於GIS柵格的三維確定性模型，並且通過一個問題實例證實了其正確性。在三維邊坡穩定性分析模型中，假定其初始滑面為一橢球面；其三維臨界滑面，是利用蒙特卡洛隨機模擬求取最小三維安全系數而確定的。基於GIS的柵格三維模型，滑坡滑動過程模擬用於判斷滑坡災害和預測滑動距離。已開發了作為計算程序軟體的三維邊坡地理信息系統，它足以完成一切有關三維邊坡問題的計算，其中的GIS組件用於實現GIS的空間分析功能和有效數據的管理。因其具有空間分析、數據管理和與邊坡相關的綜合數據的GIS可視化等優點，所以三維邊坡穩定性問題已經比較易於研究。自打全新的基於GIS柵格三維邊坡穩定性分析模型問世，就為慣於使用傳統數學方法研究邊坡穩定性的工作者拓展了一個新的研究領域和資料庫方法。
㈦ 地質災害研究新進展
我國地質災害研究工作一直是圍繞著重大工程和重大建設需要而展開的，並且直到解放後才得以迅速發展。50～60年代，重點開展了西南及西北交通干線和三峽等水利樞紐的地質災害調查（重點崩滑流），以及上海地面沉降的勘察工作。70年代，上海地面沉降研究在預測和防治方面取得突破性進展，樹立了我國地面沉降控制規范。進入80年代以來，我國地質災害研究得到了空前的發展，並逐步開展了重點地區的地質災害調查工作，編制了一系列地區性和全國性專門圖件；對海城地震、新灘滑坡、元陽滑坡等進行了成功的預報、對東川和寧南泥石流和天津市區地面沉降實施了有效控制。特別是90年代以來，我國政府積極響應「國際減災十年計劃」，地質災害研究得到進一步重視，開展了如「地震、地質災害及城市減災重大技術方法研究」等一批國家及省部級重點科技攻關項目的研究工作。這些都極大地推動了我國地質災害研究工作的進一步開展。使得我國的地質災害研究在勘察技術、預測預報水平、減災防災手段等方面逐步接近或達到了世界發達國家水平。總結近20年來我國地質災害研究的成果，比較突出的有以下幾個方面：
1.編制了一系列大型地質災害圖件
根據國家經濟建設的需求，由原地礦部組織編制了一些全國性大比例尺的地質災害調查圖件，如1991出版的《中國地質災害類型圖》（1:500萬）（葛中遠主編），1992年出版的《中國地質環境圖系》（中國水文地質工程地質勘察院主持編制），1996年出版的《中國分省地質災害圖集》（1∶60萬～1∶500萬）（段永侯主編）。這些圖件從宏觀上反映了我國地質災害類型、區域分布特點及發生規律。是我國目前部署地質災害勘察研究及制定防災、減災、環境保護政策和規劃的主要科學依據。作為重要成果，在國內外也得到了廣泛交流，在學術界有著重要的影響。
2.地面沉降防治工作取得突破性進展
進入80年代後，我國的地面沉降研究得到了空前的發展，其中以上海、天津的地面沉降研究卓見成效。在動態監測、沉降機理研究、預報模型以及降低地下水開采量和人工回灌等技術方面都取得了顯著成績，特別是在預測預報技術方面，地礦部水文地質工程地質研究所、岩溶地質研究所、上海地礦局和天津地礦局等單位，通過建立擬三維水流和一維地層壓密的耦合模型，模擬地下水的水平垂直運動、含水層內外水量交換、弱透水層中水的壓力變化以及動態過程中的一維固結壓縮。計算評價在最優環境影響狀態下，最大安全可采水資源及優化控制調度方案。對含水層在各種采灌條件下的變化規律及地面沉降幅度進行中長期預報。這些技術的研究與應用使我國地面沉降防治水平跨上了一個新的台階，擠身於世界先進水平之列。
3.地質災害信息系統建設空前繁榮
隨著「3S」技術（地理信息系統、遙感技術和全球定位系統）的發展與成熟，以此為支撐技術的地質災害信息系統和防災決策支持系統建設取得長足進展。一大批各具特色的系統軟體相繼開發出來，使地質災害的研究上升到一個新的水平。其中以由原地礦部水文地質工程地質研究所開發研製的「地質災害預測防治智能決策系統」最具代表性，該系統以地質災害預測防治為目標，將相關的資料庫、圖型庫、模型庫和知識庫融為一個「四庫一體」的耦聯整體，實現了四者技術的有機集成，使系統具有空間數據管理、分析處理、空間建模與知識推理的分析功能。可對地質災害進行時空演化預測、危險性區劃、災害經濟評價以及減災防災對策選擇的任務。在理論和技術上都取得了突破性進展，開創了建設大型地質災害決策支持系統的先例。
4.地質災害防治工程領域得到飛速發展
從1994年以來，國家每年投入了5000萬元專項基金用於地質災害治理，從而掀起了地質災害治理工作的熱潮，相繼實施了對鏈子崖危岩體、黃臘石滑坡、豆芽棚滑坡、雞冠嶺崩塌等專項治理工程，形成了一支集勘察、設計、施工為一體的地質工程隊伍，同時也使地質災害防治工程作為專門的工程技術領域逐漸發展起來，形成了一套相對成熟的技術方法，尤其是由中國水文地質工程地質勘察院開發的「地質災害防治工程設計支持系統」成功地應用於鏈子崖滑坡治理中，切實起到了災害治理的示範作用。
5.一些新理論新方法的發展與應用
隨著地質災害研究工作的不斷深入，一些新的理論與方法不斷涌現，並逐步得到了學術界的認可，比較有代表性的有：
（1）滑坡過程模擬與過程式控制制理論技術。成都理工學院的黃潤秋教授在岩土應力分析的基礎上，對滑坡從其孕育、發展演化、激發成災或防治控制進行全過程的計算機動態模擬。通過將現代數學-力學、非線性科學和計算機圖形圖像技術結合起來，對滑坡系統的全過程模擬模擬，直觀地理性的分析災害發生影響因素及其強度，再現災害發生的全過程。從而將滑坡災害定量化研究向前推進一步。
（2）地質災害風險性評價理論與方法。在我國將風險性評價引入地質災害研究工作中是從90年代開始的。到目前為止，地質災害風險性評價作為一個相對獨立的研究領域不斷地發展和深化。其基本思想是在評價災害自然危險性的同時，還考慮地區人口經濟密度和抗災性能等，即災害區易損性分析，將地質災害自然屬性和社會屬性結合起來，綜合評價災區地質災害發展狀況。經研院張梁等以崩塌滑坡、泥石流和岩溶塌陷為典型災種進行了研究，建立了一套評價指標體系和模型方法，為該領域研究的深入開展提供了範例。
㈧ 地質災害監測方法技術現狀與發展趨勢
【摘要】20世紀末期以來，監測理論和技術方法有長足發展，常規技術方法趨於成熟，設備精度、設備性能已具較高水平，並開發了部分高精度（微米級位移識別率）、自計、遙測、自動傳輸的監測設施。未來，將充分綜合運用光學、電學、信息學、計算機和通信等技術（諸如光纖技術—BOTDR、時域反射技術—TDR、激光掃描技術、核磁共振技術、NUMIS、GPS技術、合成孔徑干涉雷達技術—InSAR及互聯網通訊技術等），進一步開發經濟適用、有效可行的地質災害監測新技術，提高精度、准確性和及時性，最大程度地減小地質災害造成的損失。
【關鍵詞】地質災害監測技術方法新技術優化集成
20世紀80年代以來，我國地質災害時空分布特點呈現新的變化。隨著人類工程活動越來越強，人為地質災害日趨嚴重，規模、數量和分布范圍呈增加趨勢；人口密集、經濟發達地區地質災害造成的損失越來越大。崩塌、滑坡和泥石流等突發性地質災害發生頻度和造成的損失不斷加大，地面沉降、海水入侵等緩慢性地質災害的范圍逐漸增加。據相關統計資料顯示，1995～2002年，地質災害共造成9000多人失蹤或死亡，突發性地質災害共造成直接經濟損失524億元，緩慢性地質災害造成直接經濟損失590億元，間接經濟損失2700億元。地質災害已經成為嚴重製約我國經濟發展的重要因素之一。
為了摸清我國地質災害的分布情況，我國系統地開展了地質災害調查工作，先後出台了《地質災害防治管理辦法》和《地質災害防治條例》，明確指出：防治地質災害，實行「以人為本，防治結合，統籌規劃，突出重點，分期實施，逐步到位」的方針。並於2003年4月啟動了全國性地質氣象預報。對已經查明的地質災害體，特別是對生產建設、人民生命財產安全構成嚴重威脅的地質災害，若能運用適當、有效、經濟可行的監測措施，作出科學的監測預報，則可最大程度地減小災害損失。
滑坡監測在不同條件、不同時期其作用不同，總的來說有以下幾個方面：
（1）通過綜合分析多種監測方法的監測數據，確定地質災害穩定狀態及發展趨勢，及時作出預測，防止或減輕災害損失。
（2）研究導致災害體變形破壞的主導因素、作用機理，為防治工程設計提供依據。
（3）在防治工程施工過程中，監測、分析災害體變形發展趨勢及工程施工的擾動，保障施工安全。
（4）施工結束後，進行工程效果監測。
（5）綜合利用長觀監測資料，分析災害體變形破壞機制和規律，檢驗在防治工程設計中所採用的理論模型及岩土體性質指標值的准確性，對已有的監測預報理論及模型進行驗證改進，改善、提高監測預測預報技術方法。
1地質災害監測技術綜述
地質災害監測的主要任務為監測地質災害時空域演變信息（包括形變、地球物理場、化學場）、誘發因素等，最大程度獲取連續的空間變形數據，應用於地質災害的穩定性評價、預測預報和防治工程效果評估。
地質災害監測是集地質災害形成機理、監測儀器、時空技術和預測預報技術為一體的綜合技術。地質災害的形成機理是開展地質災害監測工作的基礎；監測儀器是開展工作的手段；更為重要的是只有充分利用時空技術，才能有效發揮地質監測的作用；預測預報是開展地質災害監測的最終目的。
崩塌、滑坡、泥石流等突發性地質災害，具有爆發周期短、威脅性及破壞性顯著、成因復雜等特點，因此，當前地質災害的監測技術方法的研究和應用多是圍繞突發性地質災害進行的。1.1監測方法
監測方法按監測參數的類型分為四大類：即變形、物理與化學場、地下水和誘發因素監測（見表1）。
表1主要地質災害監測方法一覽表
1.1.1 變形監測
主要包括以測量位移形變信息為主的監測方法，如地表相對位移監測、地表絕對位移監測（大地測量、GPS測量等）、深部位移監測。該類技術目前較為成熟，精度較高，常作為常規監測技術用於地質災害監測。由於獲得的是災害體位移形變的直觀信息，特別是位移形變信息，往往成為預測預報的主要依據之一。
1.1.2物理與化學場監測
監測災害體物理場、化學場等場變化信息的監測技術方法主要有應力監測、地聲監測、放射性元素（氡氣、汞氣）測量、地球化學方法以及地脈動測量等。目前多用於監測滑坡等地質災害體所含放射性元素（鈾、鐳）衰變產物（如氡氣）濃度、化學元素及其物理場的變化。地質災害體的物理、化學場發生變化，往往同災害體的變形破壞聯系密切，相對於位移變形，具有超前性。
1.1.3地下水監測
地下水監測主要是以監測地質災害地下水活動、富含特徵、水質特徵為主的監測方法。如地下水位（或地下水壓力）監測、孔隙水壓力監測和地下水水質監測等。大部分地質災害的形成、發展均與災害體內部或周圍的地下水活動關系密切，同時在災害生成的過程中，地下水的本身特徵也相應發生變化。
1.1.4誘發因素監測
誘發因素類主要包括以監測地質災害誘發因素為主的監測技術方法，如氣象監測、地下水動態監測、地震監測、人類工程活動等。降水、地下水活動是地質災害的主要誘發因素；降雨量的大小、時空分布特徵是評價區域性地質災害（特別是崩、滑、流三大地質災害的判別）的主要判別指標之一；人類工程活動是現代地質災害的主要誘發因素之一，因此地質災害誘發因素監測是地質災害監測技術的重要組成部分。
1.2監測儀器
1.2.1按從監測儀器同災害體的相對空間關系分為接觸類和非接觸類
（1）接觸類：是指必須安裝於災害體現場或進行現場施測的監測儀器系列。如滑坡地表或深部位移監測、物理和化學場監測等。該類儀器所獲得的信息多為災害體細部信息，信息量豐富。
（2）非接觸類：是指於現場安裝簡易標志或直接於災害體外圍施測的監測儀器系列。該類監測方法多以獲得災害體地表的絕對變形信息為主，易採用網式施測；特別是突發性地質災害的臨災前後，具有安全、快捷等特點。如激光微位移監測、測量機器人、遙感雷達監測等。
1.2.2按監測組織方式分為簡易監測、儀表監測、控制網監測、自動遙測
（1）簡易監測：採用簡易的量測工具（皮尺、鋼尺、卡尺）對災害體地表的裂縫等部位進行監測。
（2）儀表監測：採用機測或電測儀表（安裝、埋設感測器）對滑坡進行地表及深部的位移、應力、地聲、水位、水壓、含水量等信息監測。
（3）控制網監測：在滑坡變形破壞區及周邊穩定地帶，布設大地測量或GPS衛星定位測量控制點網，進行滑坡絕對位移三維監測。
（4）自動遙測：利用有線和無線傳輸技術，對儀表監測所得信息進行遠距離遙控自動採集、傳輸，可實現全天候不間斷監測。
2地質災害監測方法技術現狀
地質災害監測技術是集多門技術學科為一體的綜合技術應用，主要發展於20世紀末期。伴隨著電子技術、計算機技術、信息技術和空間技術發展，國內外地質災害調查與監測方法和相關理論得到長足發展，主要表現在：
（1）常規監測方法技術趨於成熟，設備精度、設備性能都具有很高水平。目前地質災害的位移監測方法均可以進行毫米級監測，高精度位移監測方法可以識別0.1mm的位移變形。
（2）監測方法多樣化、三維立體化。由於採用了多種有效方法結合對比校核以及從空中、地面到災害體深部的立體化監測網路，使得綜合判別能力加強，促進了地質災害評價、預測能力的提高。
（3）其他領域的先進技術逐漸向地質災害監測領域進行滲透。隨著高新技術的發展和應用的深入，衛星遙感、航空遙感等空間技術的精度逐漸提高，一些高精度物探（如電法、核磁共振等技術）的發展，使得地質災害的勘查技術與監測技術趨於融合，通過技術上的處理、提升，該類技術逐漸適用於區域性的地質災害和單體災害的監測工作。
「八五」以來，我國在地質災害監測技術研究方面取得了豐碩的成果，並積累了豐富的經驗，使我國的地質災害監測預警水平得到很大程度的提高；但是還存在一定的局限性，主要表現在：
（1）地質災害監測技術、儀器設施多種多樣，應用重復性高，受適用程度、精度、設施集成化程度、自動化程度和造價等因素的制約，常造成設備資源浪費，效果不明顯。
（2）所取得的研究成果多側重於某一工程或某一應用角度，在地質災害成災機理、誘發因素研究的基礎上，對各種監測技術方法優化集成的研究程度較低。
（3）監測儀器設施的研究開發、數據分析理論同相關地質災害目標參數定性、定量關系的研究程度不足，造成監測數據的解釋、分析出現較大的誤差。
因此，要提高地質災害預警技術水平，必須在地質災害研究同開發監測技術方法相結合的基礎上，進行地質災害監測優化集成方案的研究。
3地質災害監測技術方法發展趨勢
3.1高精度、自動化、實時化的發展趨勢
光學、電學、信息學及計算機技術和通信技術的發展，給地質災害監測儀器的研究開發帶來勃勃生機；能夠監測的信息種類和監測手段將越來越豐富，同時某些監測方法的監測精度、採集信息的直觀性和操作簡便性有所提高；充分利用現代通訊技術提高遠距離監測數據信息傳輸的速度、准確性、安全性和自動化程度；同時提高科技含量，降低成本，為地質災害的經濟型監測打下基礎。
監測預測預報信息的公眾化和政府化。隨著互聯網技術的發展普及，以及國家政府的地質災害管理職能的加強，災害信息將通過互聯網進行實時發布，公眾可通過互聯網了解地質災害信息，學習地質災害的防災減災知識；各級政府職能部門可通過所發布信息，了解災情的發展，及時做出決策。
3.2新技術方法的開發與應用
3.2.1調查與監測技術方法的融合
隨著計算機的高速發展，地球物理勘探方法的數據採集、信號處理和資料處理能力大幅度提高，可以實現高解析度、高采樣技術的應用；地球物理技術將向二維、三維採集系統發展；通過加大測試頻次，實現時間序列的地質災害監測。
3.2.2 智能感測器的發展
集多種功能於一體、低造價的地質災害監測智能感測技術的研究與開發，將逐漸改變傳統的點線式空間布設模式；由於可以採用網式布設模式，且每個單元均可以採集多種信息，最終可以實現近似連續的三維地質災害信息採集。
3.3新技術新方法
3.3.1光纖技術（BOTDR）
光導纖維監測技術又稱布里淵散射光時域光纖監測技術（BOTDR），是國際上20世紀70年代後期才迅速發展起來的一種現代化監測技術，在航空、航天領域中已顯示了其有效性。在土木、交通、地質工程及地質災害防治等領域的應用才剛剛開始，並受到各發達國家研究機構的普遍重視，發展前景十分廣闊。
通過合理的光纖敷設，可以監測整個災害體（特別是滑坡）的應變信息。
3.3.2時間域反射技術（TDR）
時間域反射測試技術（Time Domain Reflectometry）是一種電子測量技術。許多年來，一直被用於各種物體形態特徵的測量和空間定位。早在20世紀30年代，美國的研究人員開始運用時間域反射測試技術檢測通訊電纜的通斷情況。在80年代初期，國外的研究人員將時間域反射測試技術用於監測地下煤層和岩層的變形位移等。90年代中期，美國的研究人員將時間域反射測試技術開始用於滑坡等地質災害變形監測的研究，針對岩石和土體滑坡曾經做過許多的試驗研究，國內研究人員已經開始該方法的研究工作，並已經在三峽庫區投入試驗應用階段，同時開展了與之相關的定量數據分析理論研究。
所埋設電纜即是感測器，又可傳輸測試信號；該方法相對於深部位移鑽孔傾斜儀監測具有安裝簡單、使用安全和經濟實用等特點。
3.3.3激光掃描技術
該技術在歐美等發達國家應用較早，我國近期開始逐漸引進。主要是用於建築工程變形監測以及實景再現，隨著掃描距離的加大，逐漸向地質災害調查和監測方向發展。
該技術通過激光束掃描目標體表面，獲得含有三維空間坐標信息的點雲數據，精度較高。應用於地質災害監測，可以進行災害體測圖工作，其點雲數據可以作為地質災害建模、地質災害監測的基礎數據。
3.3.4核磁共振技術（NUMIS）
核磁共振技術是國際上較為先進的一種用來直接找水的地球物理新方法。它應用核磁感應系統，通過從小到大地改變激發電流脈沖的幅值和持續時間，探測由淺到深的含水層的賦存狀態。我國於近期開始引進和研究，目前已經在三峽庫區的部分滑坡體進行了應用試驗，效果較好。
應用於地質災害監測，可以確定地下是否存在地下水、含水層位置以及每一含水層的含水量和平均孔隙度，進而可以獲知如滑坡面的位置、深度、分布范圍等信息，從而對滑坡體進行穩定性評價，並對滑坡體的治理提出科學依據。
3.3.5合成孔徑干涉雷達技術（InSAR）
運用合成孔徑雷達干涉及其差分技術（InSAR及D-InSAR）進行地面微位移監測，是20世紀90年代逐漸發展起來的新方法。該技術主要用於地形測量（建立數字化高程）、地面形變監測（如地震形變、地面沉降、活動構造、滑坡和冰川運動監測）及火山活動等方面。
同傳統地質災害監測方法相比，具有如下特點：
（1）覆蓋范圍大；
（2）不需要建立監測網；
（3）空間解析度高，可以獲得某一地區連續的地表形變信息；
（4）可以監測或識別出潛在或未知的地面形變信息；
（5）全天候，不受雲層及晝夜影響。
但由於系統本身因素以及地面植被、濕度及大氣條件變化的影響，精度及其適用性還不能滿足高精度地質災害監測。
為了克服該技術在地面形變監測方面的不足，並提高其精度，國內外技術人員先後引入了永久散射點（PS）的技術和GPS定位技術，使InSAR技術在城市及岩石出露較好地區地面形變監測精度大大提高，在一定的條件下精度可達到毫米級。永久散射（PS）技術通過選取一定時期內表現出穩定干涉行為的孤立點，克服了許多妨礙傳統雷達干涉技術的解析度、空間及時間上基線限制等問題。
隨著衛星雷達系統資源的改進和發展，以及相應數據處理軟體的提高，該技術在地質災害監測領域的應用將趨於成熟。
3.4地質災害監測技術的優化集成
3.4.1問題的提出
（1）監測方法的適應性。對於各種監測方法所使用的監測儀器設施，均有各自的應用方向和使用技術要求；針對不同地質災害災種、類型，其使用技術要求（包括測點布設模式、安裝使用技術要求等）不同。
（2）地質災害不同的發展階段。對於崩塌、滑坡等突發性地質災害，不同發展階段所適用的監測方法和儀器設施各異，監測數據採集周期頻度不同。
（3）監測參數與監測部位。實踐證明，一方面，不同的監測參數（地表位移、深部位移、應力、地下水動態、地聲等）在不同類型的災害體監測中具有不同程度的表現優勢；另一方面，同一災害體不同部位的監測參數隨時間變化趨勢特點並不相同，即存在反映災害體關鍵部位特徵的監測點，又存在僅反映局部單元（不具有明顯的代表性，甚至是孤立的）特徵的監測點。因此，監測要素（監測參數、監測部位）的優化選擇，是整個監測設計工作的基礎。
（4）自動化程度。決定於設備的集成度、控制模式、數據標准化程度和信息發布方式。
（5）經濟效益。決定於地質災害的規模、危害程度、監測技術組合、設備選型等因素。
3.4.2設計原則
地質災害監測技術優化集成方案遵循以下原則：
（1）監測技術優化原則：針對某一類型地質災害，確定優勢監測要素，進行監測內容、監測方法優化組合，使監測工作高效、實用。
（2）經濟最優原則：首先，不過於追求高、精、尖的監測技術，而應選擇發展最為成熟、應用程度較高的監測技術；其次，對於危害程度較大的大型地質災害體，可選擇專業化程度較高的監測技術方法，由專業人員進行操作、維護，對於危害程度低，規模小的災害體，可選擇操作簡單、結果直觀的宏觀監測技術，由群測群防級人員進行操作。
3.4.3最終目標
根據不同種類地質災害和不同類型地質災害的物質組成、動力成因類型、變形破壞特徵、外形特徵、發育階段等因素，研究適用於不同類型地質災害的監測要素（監測參數、監測點位的集合）、監測方法、監測點網的時空布置模式、監測技術要求，建立典型地質災害監測的優化集成方案。
㈨ 地球物理探測三維模型的建立與應用
三維數字可視化模型研究是當前數學地質、石油物探、化探、水電勘察、地質災害勘察與治理等研究的前沿和熱點，也是快速、及時地再現地質體三維信息及綜合分析的有效途徑。
地球物理勘探的目的（包括煤火探測在內）是盡可能詳細地給出勘探區地下空間的地質信息，這其中包括了地層、岩性、構造等信息及幾何賦存狀態。三維可視化模型是為了在計算機上虛擬三維場景，重現地質構造及地球物理信息的三維分布形態，是正確認識地質構造的重要手段。這能為各種地質、地球物理現象的描述提供科學依據，為工程技術人員提供准確、直觀的地質地球物理模型，方便用於分析、量算工作。
我們在烏達煤火區進行的三維建模工作。具體做法是根據地面和航空實測得到的磁、電等地球物理場資料，應用二維和三維反演方法，結合礦區勘探、工程等相關地質資料，使用Surpac Vision軟體建立地下煤火分布三維模型，直觀地給出煤火燃燒狀態與磁、電等地球物理場之間對應關系，建立煤火三維形態與地面或空中磁、電異常之間的三維模型（圖5⁃1⁃1）。
圖5-1-1 Surpac軟體工作主界面
（一）Surpac軟體及應用方法
Surpac Vision是大型數字化礦山軟體，廣泛應用於資源評估、礦山規劃、生產計劃管理等整個礦山生命期的所有階段中，可以形成一整套三維立體的和塊體的建模工具，可將土建工程設計、三維模型建立、工程資料庫構建等完全圖形化，並解決復雜工程中境界優化的施工管理。該軟體目前已經通過國土資源部的審核認證。
Surpac Vision雖然是面向礦山工程等方面的專業三維數字化軟體，但在物探及地質領域應用非常廣泛。
（1）Surpac Vision強大的3D圖形系統可以直觀地生成和顯示物探異常的三維構造、地面地形模型以及其他各種圖形。建立起逼真的3D物探模型，有利於進行互動式物探解譯工作及3D幾何設計的展開。
（2）Surpac Vision強大開放靈活的資料庫管理功能，有利於處理龐大的地質地球物理數據，有利於技術數據的查詢和全面的分析、計算、統計和報表。
（3）Surpac Vision具開放的數據交換方式及二次開發功能，有利於物探與其他各專業的交流協作。
要能夠將Surpac可視化軟體真正用於地球物理建模工作，必須解決物探測量和解釋結果數據輸入介面問題。
我們著重做了以下三方面工作。
（1）等值線圖輸入方法。將物探網格點數據賦予坐標，形成帶有三維坐標的離散點數據，然後利用軟體的離散點數據介面，將數據輸入，再重新網格化，形成等值線圖。
（2）電法反演地下三維地質體輸入方法。電法反演結果是以剖面形式將地下地質體形態反演出來。對於此類地質體，則需要按一定點距，按照鑽孔數據格式將數據輸入。
（3）地下三維磁模型數據輸入方法。磁法三維反演結果，主要形式是三維多邊矩形體，分布范圍廣。若也採用鑽孔形式輸入，數據量太大，影響軟體運行速度。我們通過研究軟體內部格式方法，編程實現地下三維磁模型輸入。
（二）煤火三維模型建立結果
根據在烏達煤火區所進行的航磁、航電、高密度電法及氡氣測量等物探測量和反演結果，基於Surpac Vision軟體，並經過已編制的程序，對所獲得的數據進行了三維數字可視化模型處理。處理結果均以數字化形式保存，部分處理結果如圖5⁃1⁃2～圖5⁃1⁃5所示。
圖5-1-2 根據物探反演結果形成的煤火物探測量可視化模型
圖5⁃1⁃2下部為根據航磁ΔT異常三維反演結果生成的烏達煤田著火區的地下磁性體三維數字可視化模型。圖上部分別為航磁ΔT異常立體彩色等值線圖和根據航電測量結果（23250Hz）計算的地下淺層視電阻率立體彩色等值線圖。根據本地區岩石物性隨溫度變化特徵規律，圖5⁃1⁃2中地下磁性體可能為燒變岩體，磁性較強。與燒變岩體對應的視電阻率也出現高值，推測可能因為燒變岩體溫度較高。從圖中可以看出航磁及航電異常在空間上比較吻合，在煤礦著火區應用航磁和航電技術進行煤火探測是非常有效快捷的。
圖5-1-3 根據高密度電法測量結果形成的煤火物探測量剖面可視化模型
著色以電阻率值為標准
圖5-1-4 根據高密度電法測量結果形成的煤火物探測量剖面可視化模型
等值線及著色均以電阻率值為標准
圖5⁃1⁃5是在烏達煤田Ⅷ號著火區進行的氡氣、溫度、能譜、航磁及高密度電法測量結果的疊加效果圖。圖中黃細線是根據觀察圈定的煤火在地表上出露的范圍。圖中底部為基於高密度電法電阻率180 Ω·m形成的著火區的實體模型，其中紅色部分是根據高密度電法測量結果生成的實體，藍色部分是其外推的實體。疊加效果表明，各種探測異常在三維空間內吻合比較好，表明所應用的探測煤火方法均能夠從不同角度有效地圈定煤火異常。
圖5-1-5 根據物探結果形成的煤火物探測量可視化模型
基於高密度電法電阻率180 Ω·m形成的著火區的實體模型。其中，紅色部分是根據高密度電法測量結果生成的實體，藍色部分是其外推的實體
（三）三維模型在煤火勘探及滅火中的應用
對烏達煤田著火區物探測量三維數字可視化模型的研究表明：
（1）三維數字可視化模型直觀地展示了物探異常的三維形態、規模等各種信息。將物探反演結果進行三維數字化，有利於互動式物探解譯工作的進行（圖5⁃1⁃2、圖5⁃1⁃3、圖5⁃1⁃5）。
（2）在煤田防火、滅火工作中，火源位置和著火區范圍的圈定無疑對滅火成敗起著至關重要的作用，長期以來它一直是煤田防火、滅火研究中的難點和熱點問題，至今沒有一種十分有效的通用方法。
通過對煤火地下三維數字可視化模型的逼真模擬，可以直觀精確地圈定著火區范圍，推斷火區的規模、燃燒深度和火源位置，為防火和滅火提供可靠的科學數據（圖5⁃1⁃2～圖5⁃1⁃5）。
（3）在灌注漿防火、滅火工作中，根據煤火三維數字可視化模型，可以有計劃地對鑽孔進行精確的定位及鑽孔深度等參數的科學設計，指導滅火施工，提高灌注漿效果，減少防火灌注中的盲目性（圖5⁃1⁃5）。
㈩ 地質災害三級應急響應需做哪些工作
公司產品
表面位移系列：GNSS在線監測儀、分體式拉線地表位移監測儀、一體式拉線地表位移監測儀、激光式地表位移監測儀、非接觸三維位移監測儀、非接觸五維位移監測儀。
深部位移\測斜儀系列：拉線式深部位移監測儀、復合式深部位移監測儀、全自動固定測斜儀、攜帶型固定測斜儀、固定測斜儀探頭。
水文監測系列：地下水位監測儀、超聲波干攤長度監測儀、超聲波庫水位測量、降雨量監測儀、廣播預警式雨量監測儀、翻斗式雨量計、紅外雨量計。
氣象站：數據採集儀、風速感測器、大氣壓力感測器、雨量感測器、紅外雨量感測器、光照強度、光輻射感測、紫外線感測器、二氧化碳（CO2）、凝露（露點）、土壤溫濕度、空氣溫濕度、PM2.5、安裝主支架、安裝懸臂支架、百葉箱。
數據採集儀：多通道無線數據採集儀、單通道數據採集儀、GPRS無線透傳DTU、射頻無線透傳模塊。
軟體系統：GNSS動態數據解算系統、數據接收系統基礎版、修改版、增加功能模塊。
專業化：在不斷借鑒其它行業的成功技術、經驗同時，也要根據地災監測的特殊性，創造性的研發專門適用於地質災害監測的產品。
智能化：能根據不同的監測數據作出對應的動作；簡化人機交互過程，降低安裝及維護難度，努力減少過多的技術人員參與，做到地災監測切實服務於大眾。
集成化:高集成度帶來的好處是：一站多參數測量、設備體積小，易於批量化安裝，同時也是設備整體水平的集中體現。
工業化：提高監測儀器的穩定性、規范性、適用性；規模化生產能保證儀器質量，大幅降低監測成本，從而擴大監測數量及覆蓋區域；