地质灾害监测预警系统
1. 地质灾害预警系统研发
3.1.1 总体思路
3.1.1.1 基本认识
中国地域广大，地质环境类型复杂多样，斜坡岩土体含水状态与滑坡泥石流事件发生的对应关系是复杂的，滑坡泥石流事件与降雨过程的关系具有离散性。因此，尽可能细化预警区域的划分，对每个预警区的斜坡坡角、坡积层工程地质特征、植被类型和人类活动方式进行系统研究，得出特定环境地质条件(地层岩性、地质结构、地貌形态、地表植被和人类工程经济活动等)下引发地质灾害的大气降雨量临界值，作为地质灾害区域预警判据是可行的。
3.1.1.2 预警对象与预警重点区
降雨引发的区域突发性群发型地质灾害:崩塌、滑坡、泥石流等。
预警重点区是:
1)威胁山区的乡镇、居民点，且无力搬迁的地区;
2)威胁重要工程如桥梁、水坝和电站等地区;
3)威胁线状工程如公路、铁路、输油(气)管线和输电线路以及水上交通线等地区;
4)重要经济区(发达经济区、工矿区和农业区等);
5)重要自然保护区、自然景观和人文景观地区;
6)区域生态地质环境脆弱，且又必须开发的地区。
3.1.1.3 预警类型
突发性地质灾害气象预警可分为时间预警和空间预警两种类型。
空间预警是比较明确地划定在一定条件下(如根据长期气象预报)，一定时间段内地质灾害将要发生的地域或地点，主要适用于群发型;
时间预警是在空间预警的基础上，针对某一具体地域或地点(单体)，给出地质灾害在某一时段内或某一时刻将要发生的可能性大小，主要适用于单体如大型滑坡，并有群测群防网络或专业监测网络相配合。
空间预警是减轻区域性、全局性地质灾害的有效手段。空间预警是基于地质灾害的主要控制因素(如地层岩性、地质结构、地貌形态、地层突变等)和引发因素(如降雨、地震、冰雪消融、人为活动)开展工作，控制因素是基本条件，引发因素在不同地区或同一地区的不同地段常常表现出极大差异。
3.1.1.4 预警等级
根据《国土资源部和中国气象局关于联合开展地质灾害气象预报预警工作协议》，地质灾害气象预报预警分为5个等级:
1级，可能性很小;
2级，可能性较小;
3级，可能性较大;
4级，可能性大;
5级，可能性很大;
国家层次发布地质灾害预警按以下考虑:
1～2级不发布预报，用绿色和蓝色表示;
3级发布预报，用黄色表示;
4级发布预警，用橙色表示;
5级发布警报，用红色表示。
3.1.1.5 预警时段与地域
预报预警时段是当日20时至次日20时。
预报预警地域是中华人民共和国领土范围，暂不包括香港特别行政区、澳门特别行政区和台湾省。
3.1.1.6 技术路线
1)把全国划分为若干预警区域。
2)确定预警判据。对每个预警区的历史滑坡、泥石流事件和降雨过程的相关性进行统计分析，分别建立每个预警区的地质灾害事件与临界过程降雨量的统计关系图，确定滑坡泥石流事件在一定区域暴发的不同降雨过程临界值(低值、高值)，作为预警判据。
3)判定发生地质灾害的可能性。接收到国家气象中心发来的前期实际降雨量和次日预报降雨量数据后，对每个预警区叠加分析，根据判据图初步判定发生地质灾害的可能性。
4)判定预报预警等级。对判定发生地质灾害可能性较大或以上等级的地区，结合该预警区降雨量、地质环境、生态环境和人类活动方式、强度等指标进行综合判断，从而对次日的降雨过程引发地质灾害的空间分布进行预报或警报。
5)制作地质灾害预警产品。
6)发送预警产品。将预警产品报请有关领导签发后，发送国家气象中心。
7)发布预警产品。国家气象中心收到预警产品后，以国土资源部和中国气象局的名义在中央电视台播出。同时，地质灾害预警结果在中国地质环境网站上进行发布。
8)发布预警后，预警人员跟踪校验预警效果，总结提高预警准确率。
3.1.2 科学依据
根据1990～2002年对突发性地质灾害的分类统计，发现持续降雨引发者占总发生量的65%，其中，局地暴雨引发者约占总发生量的43%，占持续降雨引发者总量的66%。也就是说，约2/3的突发性地质灾害是由于大气降雨直接引发的或是与气象因素相关的，地质灾害气象预警工作是有科学依据的。
3.1.2.1 气象因素引发地质灾害的特点
1)区域性:一般在数百至数千平方公里内出现;单条泥石流的流域面积:≤0.6km2者11.9%;0.6～10km2者61.6%;10～50km2者22.4%。
2)群发性:崩塌、滑坡、泥石流等在某一区域多灾种呈群体出现。
3)同时性:巨大灾难在数十分钟—数小时内先后或同时出现。
4)暴发性:滑坡、特别是泥石流的发生具有突然暴发性，宏观上完好的坡体突然滑塌或“奔流”;当地人称为“涡旋炮”或“山扒皮”。如陕西省紫阳县同一地点伤亡人员最多的联合乡鱼泉村7组(瞬间造成37人遇难)是5个“涡旋炮”同时击中的结果。
5)后续性:大型滑坡一般出现在降雨过程后期，甚至降雨结束后数天。
6)成灾大:造成重大人员伤亡和各种财产损失。
3.1.2.2 气象因素引发地质灾害的成因
1)区域性持续降雨或暴雨使松散堆积层达到过饱和状态。
2)成灾地区地形陡峻，坡形变化复杂，坡度25°～70°。
3)地质上具备二元结构，上为松散堆积层，下为坚硬基岩，容易在二者的接触处形成强大渗流带。
4)松散堆积层厚度1～10m，一般1～4m。
5)一般植被覆盖率较高，在强烈暴雨持续作用下起到滞水作用。
6)居民防灾意识薄弱，房屋结构简易，抗灾强度低。房屋大多建在溪沟出山口地段，属于泥石流的流通路径。调查发现，虽然滑坡、泥石流灾害具有暴发性，但多数地点仍有数小时至数分钟的躲避时间，因防灾基本知识缺乏，以致有的村民在抢运财物过程中丧生。
7)对大型滑坡滞后于降雨过程的机理缺乏科学认识。
3.1.2.3 来自统计学的认识
地质灾害具有自然和社会的双重属性。理论研究与科学实践均证明，地质灾害具有可区划性、可监测预警性。
1)分析发现，滑坡的发生在过程降雨量和降雨强度两项参数中，存在着一个临界值，当一次降雨的过程降雨量或降雨强度达到或超过此临界值时，泥石流和滑坡等地质灾害即成群出现。
2)不同地区具体一条沟谷的泥石流始发雨量区间为10～300mm，差异之大反映了地质条件、气候条件等的差异。
3)在降雨过程的中后期或局地单点暴雨达到临界值时出现突发性群发型泥石流、滑坡等地质灾害，滑坡以小型者居多。
4)大型滑坡常在降雨过程后期或雨后数天内出现。
3.1.2.4 区域地质灾害的时空分布
据20世纪90年代的调查，我国泥石流的时空分布频率具有以下特点:
(1)泥石流频率与地貌
3500m以上的高山占9%;1000～3500m的中山占56%;小于1000m的低山占15%;黄土高原区占11%。
(2)泥石流频率与工程地质岩组
变质岩区占43%;碎屑岩区占32%;黄土区占11%;岩浆岩区占9%;碳酸盐岩区占7%。
(3)泥石流发生频率与年平均降雨量(mm/a)
＜400区域占10%;400～600区域占16%;600～800区域占18%;800～1000区域占24%;1000～1400区域占22%;＞1400区域占10%
(4)泥石流暴发时间(月份)分布频率
5月:9%;6月:18%;7月:34%;8月:24%;9月:10%
上述统计说明，泥石流主要分布在中低山地区;多出现在易于风化破碎的岩土分布区;年均降雨量过高或过低都不会暴发泥石流;发生时间主要出现在每年的6～8月。
3.1.3 中国地质灾害气象预警区划
基于我国地质灾害类型分布、全国气候区划和滑坡泥石流与区域降雨关系的各类研究文献，编制中国地质灾害气象预警区划图。
3.1.3.1 资料依据
基于气象因素的《中国地质灾害气象预警区划图(1∶500万)》的编制主要依据以下资料:
1)中国泥石流及其灾害危险区划图(1∶600万)，
中国科学院成都山地灾害与环境研究所，1991
2)中国滑坡灾害分布图(1∶600万)，
中国科学院成都山地灾害与环境研究所，1991
3)中国地质灾害类型图(1∶500万)，
地质矿产部成都水文地质工程地质中心，1991
4)中国泥石流灾害图(1∶600万)，
地质矿产部成都水文地质工程地质中心，1992
5)中国滑坡崩塌类型及分布图(1∶600万)，
地质矿产部环境地质研究所，1992
6)中国特殊类土及危害图(1∶600万)，
中国地质科学院水文地质工程地质研究所，1992
7)中国地形图(立体，1∶600万)，地图科学研究所，1999
8)中华人民共和国气候图集，气象出版社，2002
9)区域降雨资料与滑坡、泥石流关系的各类文献
3.1.3.2 预警区划分原则
根据研究需要，在此提出斜坡划分原理:
1)滑坡和泥石流是在斜坡地区发生的;
2)区域分水岭的两坡气象降雨条件和生态环境是不同的;
3)我国的最大斜坡是帕米尔高原—东海大陆架的多级多层次斜坡;
4)区域斜坡可分为三类:一类是分水岭到海滨，如后界燕山—鲁儿虎山，左界辽河，右界永定河/海河和前界渤海圈闭的区域;二类如大别山—淮河—黄河圈闭的区域;三类如四川盆地周缘区域。
一级区以全国性分水岭或雪线为界，考虑长时间周期、大空间尺度的气候区划和地质地貌环境条件;
二级区主要以重大水系、区域分水岭、区域气候、历史滑坡泥石流事件分布密度、地质环境条件、斜坡表层岩土性质和年均降雨量分布。
3.1.3.3 预警区域划分
本研究立足全国范围，暂时提出两级区划，共划分7个一级预警区，28个二级预警区，可以满足初步工作要求(图3.1)。
(1)预警区的地质灾害特征
A东北山地平原区
A1三江地区
图3.1 中国地质灾害气象预警区划图(28个区)(台湾省专题资料暂缺)
佳木斯/牡丹江地区，气象因素引发地质灾害微弱。
A2东北平原
桦甸/敦化地区以及大兴安岭东麓，气象因素引发地质灾害较弱。
B大华北地区
B1辽南地区
辽东半岛地区(千山)，气象因素引发地质灾害较严重。
B2京承地区
北京北部和河北承德地区，气象因素引发地质灾害严重。
B3晋冀地区
太行山东麓地区，气象因素引发地质灾害较严重。
B4山东丘陵
泰山和胶东地区，气象因素引发地质灾害在小范围较严重。
B5豫西地区
灵宝/许昌之间和伏牛山北麓地区，气象因素引发地质灾害较严重—轻微。
B6皖苏地区
大别山北麓和张八岭地区，气象因素引发地质灾害较严重—轻微。
B7江浙地区
临安/嵊州地区，气象因素引发地质灾害在小范围较严重。
C中南山地丘陵区
C1闽浙地区
武夷山/九连山以东地区，气象因素引发小规模地质灾害严重。
C2江西地区
九岭山和赣南地区，气象因素引发小规模地质灾害严重。
C3豫鄂地区
南阳、神农架、大洪山和大别山南麓地区，气象因素引发地质灾害较严重。
C4湖南地区
湘西和湘南(雪峰山)地区，气象因素引发地质灾害严重。
C5桂粤地区
桂西和两广北部地区，气象因素引发小规模地质灾害严重。
D西南中高山区
D1陕南地区
秦岭南麓和大巴山北麓地区，气象因素引发地质灾害严重。
D2四川盆地
成都平原外的其他地区，气象因素引发地质灾害严重。
D3黔渝地区
黔北和重庆地区，气象因素引发地质灾害严重。
D4滇南地区
滇南和黔南部分地区，气象因素引发地质灾害严重。
D5川滇地区
川西、滇西和滇中地区，气象因素(含高山融水)引发地质灾害极严重。
E黄土高原区
E1吕梁地区
大同—太原—临汾一线地区，气象因素引发地质灾害较严重—轻微。
E2陕北地区
陕北黄土高原地区，气象因素引发地质灾害严重。
E3陇西地区
陇西和海东地区，气象因素引发地质灾害极严重。
F北方干旱沙漠区
F1内蒙古东部地区
气象因素引发地质灾害轻微。
F2阿拉善地区
祁连山北麓、玉门/武威地区，气象因素(高山融水)引发地质灾害较严重。
F3南疆地区
天山南麓、阿尔金山北麓气象因素(高山融水)引发地质灾害较严重。
F4北疆地区
天山北麓气象因素(暴雨和高山融水)引发地质灾害严重。
G青藏高原区
G1藏北地区
气象因素引发地质灾害轻微。
G2藏南地区
雅鲁藏布江及支流流域气象因素(暴雨和高山融水)引发地质灾害较严重;藏东南
暴雨引发地质灾害严重。
(2)一级区域界线标志
A/F大兴安岭—七老图山
漠河—凤水山(1398)—古利牙山(1394)—太平岭(1712)—兴安岭(1397)—巴代艾来(1540)—罕山(1936)—黄岗梁(2029)—七老图山
A/B云雾山—长白山
小五台山(2882)—赤城—云雾山(2047)—七老图山—阜新—铁岭—莫日红山(1013)—白头山
B/E太行山—中条山
小五台山(2882)—恒山(2017)—北台顶(3058)—阳曲山(2059)—历山(2322)—华山(2160)
E/F毛毛山—靖边—东胜—小五台
海晏—仙密大山(4354)—毛毛山(4070)—景泰—定边—靖边—榆林—东胜—丰镇—小五台山(2882)
EB/DC秦岭—伏牛山—大别山—括苍山
海晏—龙羊峡—同仁—鸟鼠山(2609)—武山南—凤县—太白山(3767)—首阳山(2720)—秦岭—华山(2160)—全宝山(2094)—老君山(2192)—太白顶(1140)—鸡公山(744)—霍山(1774)—安庆—九华山(1342)—黄山(1873)—桐庐—括苍山(1382)—北雁荡山(1057)
F/G阿尔金山—祁连山
公格尔山(7649)—慕士塔格山(7509)—赛图拉—慕士山(6638)—乌孜塔格(6250)—九个达坂山(6303)—阿卡腾能山(4642)—阿尔金山(5798)—大雪山(5483)—祁连山(5547)—冷龙岭(4849)—毛毛山(4070)
C/D老君山—梵净山—岑王老山
老君山(2192)—武当山(1612)—大神农架(3053)—建始—来凤(＞1000)—酉阳—梵净山(2494)—佛顶山(1835)—雷公山(2179)—岑王老山(2062)—富宁
D/G九寨沟—察隅
武山—九寨沟—雪宝顶(5588)—马尔康—炉霍—新龙—巴塘—察隅
(3)二级区域界线
A1/A2小兴安岭—张广才岭—白头山
呼玛—大黑顶山(1047)—平顶山(1429)—大青山(944)—大秃顶子山(1690)—大石头(1194)—甑峰山(1677)—白头山
B1/B2下辽河
B2/B3永定河—海河
B3/B4黄河
B4/B5黄河故道
B5/B6淮河—黄河故道
B6/B7长江
C1/C2武夷山—九连山
黄山(1873)—玉京峰(1817)—黄岗山(2158)—白石峰(1858)—木马山(1328)—九连山(1248)—龙门
C2/C34霍山—幕阜山—罗霄山脉
霍山(1774)—九江—九宫山(1543)—幕阜山(1596)—连云山(1600)—武功山(1918)—井冈山—八面山(2042)—石坑埪(1902)
C3/C4长江
C124/C5南岭山脉
雷公山(2179)—猫儿山(2142)—韭菜岭(2009)—石坑埪(1902)—雪山嶂(1379)—龙门—飞云顶(1282)—莲花山(1336)—神泉港
D1/D23米仓山—大巴山
九顶山(4984)—广元—米仓山—大巴山—大神农架(3053)
D2/D3长江—重庆—华蓥山—万源北
D123/D5夹金山—大凉山
雪宝顶(5588)—九顶山(4984)—二郎山(3437)—贡嘎山(7556)—铧头尖(4791)—大凉山(3962)—长江—五莲峰(2561)—陆家大营(2854)
D3/D4苗岭山脉
陆家大营(2854)—黄果树瀑布—惠水—雷公山(2179)
D4/D5乌蒙山—哀牢山—高黎贡山
陆家大营(2854)—黎山(2678)—马龙—玉溪—哀牢山(3166)—猫头山(3306)—高黎贡山—(3374)—尖高山(3302)
E1/E2吕梁山脉
岱海—管涔山—荷叶坪(2784)—黑茶山(2203)—关帝山(2831)—禹门口
E2/E3屈吴山—六盘山脉
景泰—屈吴山(2858)—六盘山(2928)—太白(2819)
F1/F2
古尔班乌兰井—呼和巴什格(2364)—贺兰山(3556)—香山
F2/F3
马鬃山(2583)—大雪山(5483)
F3/F4天山山脉
托木尔峰(7443)—比依克山(7443)—天格尔峰(4562)—博格达峰(5445)—巴里坤山—托木尔提(4886)
G1/G2冈底斯山—念青唐古拉山脉
扎西岗—冈仁波齐峰(6656)—冷布冈日(7095)—念青唐古拉峰(7111)—嘉黎—洛隆—邦达—巴塘。
3.1.4 地质灾害气象预警判据研究
3.1.4.1 判据确定原则与资料依据
根据有限研究积累和历史经验，滑坡、泥石流的发生不但与当日激发降雨量有关，而且与前期过程降雨量关系密切，本项研究选定1d，2d，4d，7d，10d和15d过程降雨量等6个数据进行统计分析，期望对一个地区气象因素引发滑坡、泥石流地质灾害的原因与临界雨量判据的确定具有全面认识。
本次研究的资料依据主要有两方面:
1)中国地质环境监测院建立的全国地质灾害调查数据库中气象因素引发的历史滑坡泥石流灾害数据(999个);
2)国家气象中心根据中国地质环境监测院提供的滑坡、泥石流数据，整理提供了731个相关站点15d内历史降雨量数据。
3.1.4.2 预警区的临界降雨量判据研究
(1)不同降雨过程代表数据的选定
中国气象局系统对日降雨量(Q)的预报是按当日20时到次日20时计算，而滑坡、泥石流事件可能发生在此24h的任一时段。
若灾害事件在接近24时发生，则基本可对应1d(即当日)过程降雨量;若灾害事件在次日0时以后的夜间发生，则对应前一日(2d)过程降雨量更符合实际。因此，本项研究选定的数据代表时段(日:24h)是:
1d过程降雨量:0≤Q1≤1
2d过程降雨量:1≤Q2≤2
4d过程降雨量:3≤Q4≤4
7d过程降雨量:6≤Q7≤7
10d过程降雨量:9≤Q10≤10
15d过程降雨量:14≤Q15≤15
(2)临界过程降雨量预警判据图的建立
根据滑坡泥石流与降雨关系的研究，制作滑坡泥石流与不同时段临界降雨量关系散点图，发现散点集中成带分布，其上界可用β线表示，下界可用α线表示。因此，利用1d，2d，4d，7d，10d和15d等过程降雨量，可以建立地质灾害预警判据模式图(图3.2)。
图中横轴是时间(1～15d)，纵轴是相应的过程降雨量(mm)。我们规定，α线和β线为两条滑坡、泥石流发生的临界降雨量线，α线以下的A区为不预报区(1，2级，可能性小、较小)，α～β线之间的B区为地质灾害预报区(3，4级，可能性较大、大)，β线以上的C区为地质灾害警报区(5级，可能性很大)。
(3)预警区临界降雨判据图研究
在28个气象预警区中，18个预警区可以形成完整的滑坡、泥石流发生的临界降雨预警判据图(上限值β线、下限值α线);10个预警区因缺乏资料尚不能形成判据图，其中，A1，B5，F1和G24个区完全缺数据;B4，B6，E1，E2，F3和F46个区数据不全(只能形成α线或β线，甚至散点)。这10个区主要为滑坡、泥石流不发育区或人口稀疏地区，暂时对全国的预警工作效果影响不大。
图3.2 预报判据模板图
代表性数据及曲线举例
A2东北平原
中国地质灾害区域预警方法与应用
*3个样本。
A2气象预警区判据图
B1辽南地区
中国地质灾害区域预警方法与应用
*9个样本。
B1气象预警区判据图
C1闽浙地区
中国地质灾害区域预警方法与应用
*50个样本。
C1气象预警区判据图
D1陕南地区
中国地质灾害区域预警方法与应用
*45个样本。
D1气象预警区判据图
D5川滇地区
中国地质灾害区域预警方法与应用
*60个样本。
D5气象预警区判据图
E3陇西地区
中国地质灾害区域预警方法与应用
*50个样本。
E3气象预警区判据图
F2阿拉善地区
中国地质灾害区域预警方法与应用
*8个样本。
F2气象预警区判据图
G1藏北地区
中国地质灾害区域预警方法与应用
*15个样本。
G1气象预警区判据图
3.1.4.3 预警判据校正
为了提高预警精度，依据以下资料对预警区判据图进行了校正:
1)中国大陆滑坡、泥石流与降雨关系的各类科技文献;
2)历年中国地质灾害公报;
3)部分省(区、市)的地质灾害年报;
4)全国县(市)地质灾害调查区划成果资料(主要是福建省);
5)重点地区地质灾害专项研究报告等。
检索发现有13个预警区具有部分滑坡、泥石流与临界过程降雨量研究资料，有15个预警区暂未收集到或完全缺乏研究资料。
13个具备部分研究资料的预警区分别整理成图、表，可供确定相应预警区预警级别时参考，或与预警判据图配合使用。
以C1区为例，见下表(图3.3):
图3.3 C1区地质灾害点分布与临界降雨量统计关系
3.1.5 预警尺度精度评价
3.1.5.1 预警尺度
(1)空间预警尺度
图面表示3000km2(基于1∶500万～1∶600万地质灾害预警区划图)。
(2)时间预警尺度
地灾预警与气象预警时间尺度同步。
3.1.5.2 预警精度评价
1)取决于气象预报精度。目前全国性的气象预报精度尚不高，特别是对引发泥石流影响明显的局地单点暴雨的预报有待加强。
2)雨量站点代表性精度。地质灾害气象预警判据图依赖于气象站点经(纬)度和地质灾害发生点的经(纬)度(距离)的接近程度。
本次资料地质灾害灾情点的经(纬)度与相邻气象站点的经(纬)度之差在0.3°～1.0°之内，也即相差40～50km，反映在平面上即存在约2000km2的误差。
3)地质环境-气象因素耦合机制的研究精度。地形坡度、植被、岩土类型、含水状态、地表入渗和产流等的研究尚很薄弱。
4)人类活动方式、强度与斜坡变形破坏模式尚缺乏科学界定。
3.1.6 地质灾害预警产品制作与发布
3.1.6.1 预警产品制作、签批与发布
1)国家气象中心提供全国每次降雨过程的天气预报资料，每天16:00通过适当方式(E-mail)发送前期实际降雨量和次日预报降雨量数据;
2)中国地质环境监测院接到降雨量数据后，根据此数据和预警判据图对各预警区发生地质灾害的等级进行逐个分析和判定;
3)专家会商、分析判定预报预警结果，根据会商后的结果，做出空间预警，在预警图上划出预报或警报区，此称预警产品;
4)领导审定、签批预警产品;
5)经签批的预警产品于当天16:30通过适当方式(E-mail)发回国家气象中心;
6)国家气象中心接收预警产品，并和天气预报产品统一制作，配音;
7)中央电视台在当天晚上19:30新闻联播后播出地质灾害气象预报或警报及等级;
8)预报或警报地区的有关省级地质环境监测总站应在预警发出24h至48h内，向中国地质环境监测院反馈预警效果校验结果;
9)中国地质环境监测院分析研究预警效果校验结果，改进预警判据，逐步提高预警精度。
3.1.6.2 预警产品发布形式
(1)中央电视台发布播出
预警产品署名:国土资源部
中国气象局
模拟预报词:
今天晚上到明天白天，××地区发生地质灾害的可能性较大，请注意防范。
(2)中国地质环境信息网站发布
主要供专业人士和政府管理部门参考，跟踪研究预警效果，讨论研究预警方法与对策。
设计制作了地质灾害气象预警预报专用“符号”(图3.4)。
图3.4 地质灾害气象预报预警专用“符号”
从2005年开始，在中央电视台发布地质灾害气象预警预报信息图片时，同时配发崩塌、滑坡和泥石流动画，增强了地质灾害预警信息的视觉冲击力，也提高了地质灾害气象预报预警的社会影响力。
3.1.7 地质灾害预警软件系统
3.1.7.1 基于C语言的预警预报软件
2004～2006年，模型采用第一代临界雨量判据法，基于C语言的预警预报软件。具备自动生成降雨等值线、雨量站点上自动计算预报等级、查看雨量站点雨量等功能(图3.5)。缺点是无法自动成区、不具备GIS图层操作功能。
图3.5 基于C语言的第1套预警软件Predmap抓图
3.1.7.2 基于ArcGIS开发了第2套预警预报软件
2007年，基于ArcGIS开发了第2套预警预报软件，模型仍采用第一代临界雨量判据法(图3.6)。主要改进在于将软件系统升级为基于GIS开发，且实现预警区的自动圈闭。缺点是ArcGIS软件庞大，软件操作、升级等方面不便。
图3.6 基于ArcGIS的第2套预警软件抓图
2. 开放式地质灾害监测系统的研究
史彦新
（中国地质调查局水文地质工程地质技术方法研究所，河北保定，071051）
【摘要】本文介绍了一种开放式地质灾害监测系统的构建方案。首先简要叙述了开放式监测系统的概念，随后从监测系统的形成、硬件组成和软件设计3个方面进行了阐述，突出了监测系统开放、灵活的特点。
【关键词】开放式系统地质灾害监测地质灾害预警
1前言
地质灾害监测预警是一项复杂的系统工程，具有多学科交叉、应用性强、不断发展变化等诸多特点，随着高新技术和计算机网络技术的迅速发展，地质灾害监测预警技术也有了很大发展，系统化、网络化的开放式地质灾害监测系统成为地质灾害监测发展的必然趋势。
所谓开放式监测系统，即采用开放的结构模式，采用统一标准或协议的一种软件或硬件的平台。在硬件方面，只要符合统一标准的模块，都可以接入该系统；在软件方面，运用模块化编程技术，结合模糊数学、专家系统、人工神经网络、小波分析等先进理论，根据不同的监测模型，采取不同的算法，并制定统一的通讯协议，实现对各监测模块的管理、监测数据的采集、监测信息的远程传输、系统通讯等功能[1]。
最近在地质灾害预警关键技术方法研究与示范项目中，项目组在构建地质灾害监测系统时进行了大胆的尝试，在巫山地质灾害监测预警示范站建立了基于钻孔倾斜仪深部位移监测、GPS地表变形监测、TDR滑坡位移监测、孔隙水压力监测等手段的开放式地质灾害监测系统。该监测系统可实现一天24小时连续监测，监测数据可以从现场发送到数据处理中心，及时获得监测结果，并实时发布[2]。
2监测系统的形成
目前常用的地质灾害（滑坡）预报方法，多为对位移监测数据序列进行数学方法处理，作趋势性外推，这种处理方法受监测点选择的随机性和多种相关因素的综合影响，准确性较低，在实际应用中往往不能达到预期效果。为了提高地质灾害预测预报的准确性，必须对灾害体进行多手段、全方位的监测，对监测信息进行综合分析处理。
随着科学技术的发展及对地质灾害机理的深入研究，国内外地质灾害监测技术方法已逐渐向系统化、智能化方向发展，监测内容、方法、设备日趋多样化，不只局限于对位移的监测，且已涉及地质灾害诱发因素的监测及地温、地声、射气浓度等地质灾害间接因素类的监测。只有对灾害体进行全方位的监测，并对监测信息进行综合分析，才能极大地提高监测的有效性与准确性，为地质灾害的预警预报提供坚实的数据基础。
因此，为了全面了解灾害体的位移变化情况及其他特征值，如孔隙水压力等，在巫山监测预警示范站构建了一套开放式地质灾害监测系统，该系统对几种监测仪器进行集成，从地表位移、地下位移、孔隙水压力3个方面对灾害体进行监测，完成各监测模块的管理、监测数据的采集、传输，为综合分析处理及实时发布监测结果奠定了基础。
3监测系统的硬件组成
该监测系统在巫山监测现场安装有4种传感仪器，4个监测模块分别是：
（1）固定式钻孔倾斜仪，监测钻孔内地下形变位移；
（2)TDR滑坡位移监测仪，该仪器由自行研制，监测钻孔内形变位置与位移；
（3）孔隙水压力监测仪，该仪器由自行研制，监测钻孔内土体的孔隙水压力；
（4）高精度GPS，监测地表相对位移。
用于数据存储、仪器管理及信息传输的是我们自行研制的TDR滑坡位移监测仪。该仪器既完成本模块的监测任务，又兼当整个监测系统的数据采集装置。其采用开放式工业控制的设计思想，以Windows作为操作系统，采用RS-232进行数据通讯，对各监测模块进行管理，完成数据的采集、存储，最后利用GPRS无线传输技术，将监测信息远距离传送到数据处理中心，存入上位计算机中，在数据处理中心完成监测数据的综合分析处理，并实时发布监测结果。
该监测系统的硬件结构如图1所示。
图1开放式地质灾害监测系统硬件结构示意图
4监测系统软件设计
4.1各监测传感模块自控软件设计
各模块自控软件将控制模块的定时工作和通讯协议的建立。各模块自控软件相对独立，分头设计，根据监测对象的不同，采用不同的算法，完成监测、采集任务，同时负责本模块通讯协议的建立。
4.2制定标准的通讯协议和特定的数据格式
通讯协议是现场监测传感仪与数据采集装置及数据采集装置与数据处理中心沟通的桥梁，当数据处理中心需要查看各模块的监测数据及设定监测参数时，均需通过数据采集装置，按照通讯协议上传下达。
针对地质灾害监测的实际情况，采用了主从机通讯方式，将数据处理中心计算机作为主机，监测系统的数据采集装置作为从机，实现一发一收联机通讯。在设定协议中，制定了4个字节的控制状态字，其中第一个字节是前端站点呼叫控制字，保证每个站点上数据的独立性；第二个字节是设备号控制字，能准确地调用各个监测模块的监测数据；第三个字节是读写控制字；第四个字节是握手应答控制字，呼叫并握手成功后，主从机之间即能相互传送或接收数据。传送数据过程中，设定一个表头文件。在表头文件中，首先用1个字节表示仪器设备号，再用5个字节表示数据时间，然后用3个字节代表点号、孔号和孔深，最后用8个字节存放监测数据。另外在修改各监测传感模块的参数时，可以通过主机发送一个配置文件（*.dat）到从机，从机（数据采集装置）接到这个配置文件，就会自动地去修改仪器参数，使各监测传感模块按设定方式采集监测数据。
通讯协议简述如下：
当监测系统启动通讯程序后，接收数据处理中心的命令并按以下格式进行数据字头文件的上传。
地质灾害调查与监测技术方法论文集
当数据处理中心下传监测参数时，以配置文件的方式进行通讯，系统接收命令后，按数据字头文件格式下传给各监测传感模块。其中的第2、3项改为下次监测的启动时间，第7项改为时间间隔，各监测传感模块接到指令后，其自控软件会控制监测仪按设定方式进行工作。
5结束语
以上所述的开放式地质灾害监测系统已在巫山地质灾害监测预警示范站项目中得以实现，运行效果良好，并且随着示范站的建设，基于其开放式的结构模式，会有更多的监测模块接入到该监测系统中，使其技术更加成熟，功能更加完善。
参考文献
[1]张青，史彦新.三峡库区地质灾害监测仪器的前景展望.环境与工程地球物理国际学术会议，2004,6
[2]中国地质调查局水文地质工程地质技术方法研究所.地质灾害预警关键技术方法研究与示范项目设计书，2002,11
3. 地质灾害信息系统
整理集成全国地质环境与地质灾害调查、监测和研究成果，编制全国地质灾害气象预警预报信息图层30个，建立全国地质灾害气象预警预报信息系统。
5.2.1 信息图层编制原则
在地质灾害气象预警信息图层编制过程中，充分考虑到影响地质灾害发生的各种地质环境背景条件因子、历史地质灾害点分布、社会经济条件、人类工程设施等因素。依据如下几个原则:
1)全面性。将目前能够收集到的影响地质灾害发生的各种因素，尽可能地考虑全面，至于每种因素的影响贡献大小在权重计算部分考虑。
2)时效性。每个信息图层的编制中，尽可能以最新最翔实的数据资料为基础，从而保证对最新资料信息和研究成果的及时利用和更新。
3)适用性。收集到的数据资料，根据全国地质灾害气象预警预报的具体工作实际需要，进行相应的改编处理。
4)最大可能使用数据。全国地质灾害气象预警预报的基本比例尺定位为1∶100万，一些关键的图层数据，如地理底图、地质底图、土地利用底图均可达到1∶100万的比例尺需求，但部分信息图层无法达到1∶100万的比例尺，本项目本着最大可能使用数据的原则，暂且采用小比例尺的图层直接投影变换代替，以后工作中再逐步更新。
5.2.2 信息图层概况
信息图层的投影参数如下:
比例尺:1∶100万
投影类型:亚尔博斯等积圆锥投影坐标系;坐标单位:mm
第一标准纬度:25°00༼″;第二标准纬度:47°00༼″
中央子午线经度:105°00༼″;投影原点纬度:0°00༼″
地质灾害气象预警预报信息图层基本情况见表5.1。
5.2.3 信息图层说明
各信息图层编制按照各因子的分布特点进行分级。
5.2.3.1 年均雨量
全国年均雨量分为11个级别，各级别年均雨量分段:＜50mm，50～100mm，100～200mm，200～400mm，400～600mm，600～800mm，800～1000mm，1000～1200mm，1200～1600mm，1600～2000mm，＞2000mm。
5.2.3.2 年均气温
根据《中国自然地理图集》(2004)，将全国年均气温分为9个级别，各级别年均气温分段如下:＜－4℃，－4～0℃，0～4℃，4～8℃，8～12℃，12～16℃，16～20℃，20～24℃，＞24℃。
5.2.3.3 年蒸发量
根据《地下水资源与环境图集》(2004)，将全国年蒸发量分为10个级别，各级别分段如下:＜500mm，500～600mm，600～800mm，800～1000mm，1000～1200mm，1200～1400mm，1400～1600mm，1600～2000mm，2000～2400mm，＞2400mm。
表5.1 全国地质灾害气象预警预报信息图层简表
5.2.3.4 年干燥度
干燥度，又称干燥指数或干燥因子。描述气候干燥程度的指数，与湿润系数互为倒数，一般用水分的可能消耗量与收入量的比值表示。它是表征一个地区干湿程度的指标。
根据《地下水资源与环境图集》(2004)，将全国年干燥度分为12个级别，各级别分段如下:＜0.5，0.5～0.75，0.75～1.0，1.0～1.5，1.5～2.0，2.0～3.0，3.0～5.0，5.0～10，10～25，25～50，50～100，＞100。
5.2.3.5 地震烈度
采用第三代《中国地震烈度区划图》(1990)，将全国地震烈度按5级区划:Ⅴ度区、Ⅵ度区、Ⅶ度区、Ⅷ度区、Ⅸ度区。
5.2.3.6 历史地震点
来源于科学数据共享工程，中国地震局共享数据网，近年来(1999年1月1日至2006年11月2日)的已发地震点数据，共203个。
5.2.3.7 地层岩性
根据“中国地质科学院地质研究所，1∶100万地质图”重新进行编制划分。
(1)划分原则
地质灾害的产生与地层岩性关系密切。地层岩性是地质灾害形成的内在因素，对地质灾害的产生起着主导和控制作用，岩性及其组合特征的控制作用决定着地质灾害的区域分布。从沿海向内陆，地层岩石由火成岩为主变为变质岩、碎屑岩相间分布，进而变为碳酸盐岩、碎屑岩、变质岩相间分布。
斜坡岩土体的性质及其结构是形成滑坡、崩塌的物质基础。一般易形成滑坡、崩塌的岩体，大都是碎屑岩、软弱的片状变质岩，岩性多为泥岩、页岩、板岩、含碳酸盐类软弱岩层、泥化层、构造破碎岩层。这些软弱岩层经水的软化作用后，抗剪强度降低，容易出现软弱滑动面，形成崩滑体。
黏性土滑坡在四川分布密集，在中南、闽、浙、晋西、陕南、河南等地也较密集，在长江中下游、东北等地也有一定分布;半成岩类粘土岩滑坡在青海、甘肃、川滇地带、山西几个断陷盆地中分布密集;黄土滑坡在黄河中游、青海等省较密集;泥岩、千枚岩、砂质板岩形成的滑坡在湖南、湖北、西藏、云南、四川、甘肃等地十分发育。
泥石流主要发育在变质岩区和黄土区，火成岩区和碎屑岩地区次之，碳酸盐岩地区泥石流相对不发育。
根据全国地质灾害发育的普遍规律并结合不同地区地质灾害发育的特殊性，主要考虑以下几个方面的原则划分地质灾害敏感性岩组。
1)地层岩性与地质灾害分布的关系;
2)地层岩性的成因、物质组成与空间分布特征;
3)地层岩性的时代;
4)岩土体(不同时代地层)的工程地质性质;
5)水岩相互作用的敏感性;
6)1∶100万中国地质图的精度。
(2)划分方案
根据地质灾害发育的普遍规律以及地层岩性对地质灾害的敏感程度，将地质灾害敏感性岩组划分为10种类型。敏感性指数值越高，则相应的岩组对地质灾害的发生也越敏感。
Ⅰ类:主要为水体、粉砂质食盐、食盐壳、盐碱壳、风积物砂等区域，这些区域不会发生滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害。
Ⅱ类:主要是火成岩类。岩性为闪长岩、石英闪长岩、辉长岩、花岗岩、辉绿岩等，岩性坚硬，力学强度大，是很好的地基和建筑材料。
Ⅲ类:主要是火成岩类。岩性为钾长花岗岩、二长花岗岩、碱长花岗岩、片麻状花岗岩、斜长花岗岩、紫苏花岗岩、正长岩、石英正长岩、煌斑岩、白岗岩、花岗闪长岩、英云闪长岩、辉石闪长岩、辉长闪长岩、花岗斑岩、英安斑岩、辉绿岩、橄榄岩、橄榄辉绿岩、玄武岩、橄榄玄武岩、苦橄玄武岩、石英二长岩、石英二长斑岩、辉石岩、角闪正长岩、闪长玢岩、英安玢岩、辉绿玢岩、苦橄玢岩、安山玢岩、超基性岩、安山岩、碱性岩、英安岩、粗面岩、科马提岩、云辉二长岩、白榴岩、霓霞岩、碎斑熔岩、细碧岩、石英钠长斑岩、霏细斑岩、辉长苏长岩等，岩性坚硬，力学强度较大。
Ⅳ类:主要是变质岩类和部分火成岩及沉积岩。岩性为白云质灰岩、灰岩、白云岩、黑云母花岗岩、白云母花岗岩、黑云斜长花岗岩、二云母花岗岩、流纹岩、变粒岩、片麻岩、角闪岩、砂砾岩、砾岩、变质橄榄辉长岩、糜棱岩、蛇纹岩、大理岩、珍珠岩、硅质岩、蛇绿岩、浅粒岩、岩溶角砾岩、铝铁岩系、黑云角闪闪长岩、斑状云母橄榄岩、榴辉岩、黑云母霞石白榴岩、霏细岩等，岩性较坚硬，力学强度较大。
Ⅴ类:主要是沉积岩类。岩性为页岩、夹页岩、火山碎屑岩、生物碎屑岩、片岩、千枚岩、板岩、砂岩、粉砂岩、碳酸盐岩、凝灰岩、糜棱岩等，半坚硬岩组，力学强度较低，易风化，遇水软化，是地质灾害较易发生的地层。
Ⅵ类:主要是沉积岩类。岩性为泥岩、钙质泥岩、泥灰岩、夹泥岩、粘土岩、泥页岩、煤系、泥质粉砂岩、冰碛泥砾岩等，半坚硬岩组，力学强度低，遇水泥化，是地质灾害容易发生的地层。
Ⅶ类:岩性为黄土、黄土状土，黄土的地层年代为Q1p，Q2p，渗透性弱、抗剪强度高。
Ⅷ类:主要为冲海积物、海积物、冲湖积、湖积、沼泽堆积、石英斑岩风化层、花岗斑岩风化层等松散层。
Ⅸ类:主要是冲积物、冲洪积物、洪冲积物、残坡积物、坡冲积物、冰碛物、苦橄玄武岩风化层、辉绿岩风化层、花岗岩风化层、冰积物等松散堆积物，是产生地质灾害的主要物源。
Ⅹ类:岩性为黄土，地层年代为Q3p，Qh，疏松、大孔隙，垂直节理发育，渗透性强、抗剪强度低、具湿陷性(表5.2)。
5.2.3.8 断裂分布
根据“中国地质科学院地质研究所，1∶100万地质图”编制。考虑到网格单元的大小和断层断裂的影响范围，计算时采用网格区内断层断裂的密度进行计算。
5.2.3.9 第四系成因时代
根据1∶250万第四纪地质图编制，将第四系的成因时代分为7类:N2－Q1p，Q，Qp，Q1p，Q2p，Q3p，Qh。
5.2.3.10 岩土体类型
来源于1∶400万岩土体类型图，将岩土体类型分为7类:火成岩、变质岩、碎屑岩、碳酸盐岩、砂质土、黄土、其他土。
5.2.3.11 第四系成因类型
根据1∶250万第四纪地质图编制，将第四系成因类型分为19类:冰碛、冰水沉积、冰水-洪积、冰水-湖积、洪积、残积、残坡积、冲积、冲积-洪积、冲积-湖积、寒冻风化残坡积、红土化残积、黄土堆积、风积、湖积、坡积、岩溶化残坡积、火山堆积、海陆交互相及海相堆积。
表5.2 中国工程地质岩组划分表
5.2.3.12 水文地质类型
将水文地质类型分为5大类、18亚类:
1)松散沉积孔隙水(滨河平原冲海积层孔隙水、堆积平原冲洪积层孔隙水、黄土高原黄土层孔隙水、内陆盆地冲洪积层孔隙水、沙漠风积沙丘孔隙水、山间盆地冲积层孔隙水);
2)基岩裂隙水(丘陵高原碎屑岩裂隙水、熔岩孔隙裂隙水、山地丘陵岩浆岩裂隙水、山地变质岩裂隙水);
3)多年冻土冻结层上水(高纬度山地基岩冻结层上水、中低纬度高原基岩冻结层上水、中低纬度高原松散沉积冻结层上水);
4)碳酸盐岩裂隙溶洞水(峰丛峰林裂隙溶洞水、岩溶丘陵裂隙溶洞水、岩溶山地裂隙溶洞水);
5)其他(湖泊、雪被)。
5.2.3.13 海拔高度
从1∶100万地理地貌底图中提取，将海拔高程分为6类:极高海拔(＞6000m)、高海拔(4000～6000m)、中高海拔(2000～4000m)、中海拔(1000～2000m)、低海拔(＜1000m)、其他(非山地丘陵)。
5.2.3.14 起伏程度
从1∶100万地理地貌底图中提取，将地形起伏分为6类:极大起伏(＞2500m)、大起伏(1000～2500m)、中起伏(500～1000m)、小起伏(200～500m)、丘陵(＜200m)、其他(非山地丘陵)。
5.2.3.15 地貌类型
从1∶100万地理地貌底图中提取，并重新归类，将地貌类型分为11类:山地、黄土梁峁、黄土台塬、黄土塬、风蚀地貌、台地、平原、冲积扇平原、低河漫滩、现代冰川、湖泊。
5.2.3.16 土壤侵蚀
根据“中国土壤侵蚀图”，将土壤侵蚀类型及侵蚀强度分为3大类、15亚类:
1)水力侵蚀(剧烈侵蚀、极强度侵蚀、强度侵蚀、中度侵蚀、轻度侵蚀、无明显侵蚀、微度侵蚀);
2)冻融侵蚀及冰川侵蚀(强度侵蚀、中度侵蚀、轻度侵蚀、微度侵蚀);
3)风力侵蚀(极强度侵蚀、强度侵蚀、中度侵蚀、轻度侵蚀)。
5.2.3.17 水系
从1∶100万地理底图中提取的线形河流。实际计算时，采用网格单元内水系密度参加计算。
5.2.3.18 植被
从1∶100万地理地貌底图中提取，将植被覆盖分为6类:红树林滩、森林、经济林与竹林、灌木林、草地、其他。
5.2.3.19 土地利用
根据“1∶100万土地利用类型图”编制，将土地利用类型分为6大类、13亚类。分别是:①耕地(水田、旱地);②林地(有林地、灌木林、疏林地、其他林地);③草地(高覆盖度草地、中覆盖度草地、低覆盖度草地);④水域;⑤城乡工矿居民用地(城镇用地、农村居民点、其他建设用地);⑥未利用土地。
5.2.3.20 公路
从1∶100万地理底图中提取的线形公路，又分为5类，即高速公路、主要公路、一般公路、大路、小路。实际计算时，采用网格单元内所有公路密度参加计算。
5.2.3.21 铁路
从1∶100万地理底图中提取的线形铁路，补充青藏铁路线路。实际计算时，采用网格单元内铁路密度参加计算。
5.2.3.22 矿山点
全国矿山调查点共11万多个。
5.2.3.23 分县人口密度
根据2003年人口普查数据，分县计算人口密度，分为5类:＞750，450～750，150～450，50～150，＜50。单位:人/km2。
5.2.3.24 水坝分布
从1∶100万地理底图中提取，水坝工程点共885个。
5.2.3.25 塔庙宇文化要素分布
从1∶100万地理底图中提取，包括塔、庙宇和其他文化设施，计193个点。
5.2.3.26 灾害点—滑坡
2005年以前的数据来源于700个县市调查数据，2004～2007年数据来源于地质灾害气象预警收集的较大的滑坡灾害点数据。合计45917个点。随着更新的数据成果，将继续更新。
5.2.3.27 灾害点—泥石流
2005年以前的数据来源于700个县市调查数据，2004～2007年数据来源于地质灾害气象预警收集的较大的泥石流灾害点数据。合计9253个点。随着更新的数据成果，下一步将继续更新。
5.2.3.28 灾害点—崩塌
2005年以前的数据来源于700个县市调查数据，2004～2007年数据来源于地质灾害气象预警收集的较大的崩塌灾害点数据。合计13094个点。随着更新的数据成果，下一步将继续更新。
5.2.3.29 地震动参数
根据“中国地震动参数图GB18306－2001”，分为7个级别:≥0.40，0.30，0.20，0.15，0.10，0.05，＜0.05。单位:g。
5.2.3.30 中国第四纪岩性图
根据1∶250万第四纪地质图编制，将第四系岩性分为11类:
砾质土;砂质土;黏质土;黄土类土;盐类为主;砾质土、黄土类土;黏质土、砂质土、砾质土;砂质土、黏质土;黏质土、砾质土;砂质土、砾质土。
4. 全国地质灾害监测预警体系建设的主要任务
全国地质灾害监测预警体系建设的总体规划如图7.1所示。
7.3.1 国家、省、市、县级地质灾害监测预警站网建设
县级以上国土资源行政主管部门建立地质灾害监测预警体系，会同建设、水利、交通等部门承担地质灾害监测任务，负责业务技术管理，并可受政府委托行使部分地质灾害监测管理职能，发布地质灾害监测预警信息。地质灾害监测机构是公益性事业单位。
（1）国家级地质灾害监测站
国家级地质灾害监测站负责全国性地质灾害专业监测网、信息网的建设与运行工作，并承担国家级地质环境监测任务；承担全国地质灾害预警预报和相关的调查研究工作；拟编全国地质灾害监测规划、计划、工作规范和技术标准；开展科技交流与合作，研究和推广新技术、新方法；承担全国地质灾害监测数据、成果报告的汇总、分析、处理和综合研究，为政府决策部门和社会公众提供信息服务；负责对省（区、市）级地质灾害监测业务的指导、协调和技术服务。
（3）地质灾害监测预警研究试验区
针对我国突发性地质灾害具有区域性、同时性、突然性、暴发性和危害大等特点，结合国土整治规划和资源能源开发，在代表性地区开展地质灾害监测预警示范。在试验区建立自动遥测雨量观测站网，逐步建立试验区滑坡、崩塌和泥石流区域爆发的降雨临界值，为突发性灾害的区域预警提供依据。同时，在试验区开展降雨期斜坡岩土体渗流观测，研究降雨诱发滑坡、崩塌和泥石流的机理。
2010年前，进一步完善和建设三峡库区立体式监测预警示范区。完成三峡库区滑坡、崩塌、泥石流灾害的立体监测网建设，在库区60处地质灾害点实现监测数据的自动采集、实时传输和自动分析；完善库区20个县级监测点建设；完成1∶1万航摄飞行；建立全库区的遥感（RS）监测系统，完成全球定位系统（GPS）控制网、基准网建设。
2010年以前重点在重庆市区、北京市、甘肃兰州市、陕西安康市、四川雅安、云南新平、云南东川、浙江金华市、江西宜春市等地区开展突发性地质灾害监测预警试验研究。
（4）地面沉降和地裂缝监测网
1）国家级地面沉降监测网选址原则：①跨省区的地面沉降灾害区域；②有一定的监测工作和设施基础；③地方政府有积极性，并提供配套资金；④具有较为完善的法规和管理体系。
2）工作部署：2010年之前，重点开展长江三角洲、华北平原、关中平原、淮北平原和松嫩平原地面沉降和地裂缝监测网的建设；2010年以后逐步开展汾河谷地、辽河盆地、珠江三角洲以及全国其他主要城市地面沉降和地裂缝的调查及监测网的建设。
长江三角洲地面沉降和地裂缝监测网包括上海市全部，江苏的苏锡常地区、南通地区和盐城地区南部的三个县（市），浙江的杭嘉湖平原，控制面积近5万km2。
华北平原地面沉降和地裂缝监测网包括北京、天津市的平原区，河北省的环渤海平原区和山东的鲁西北平原，控制面积5万多km2。
关中平原和汾河谷地地面沉降和地裂缝监测网的覆盖范围自六盘山南麓的宝鸡，沿渭河向东，经西安到风陵渡转向北东，沿汾河经临汾、太原到大同，宽近100km，长近1000km，包括渭河盆地、运城盆地、临汾盆地、太原盆地、大同盆地等，涉及近50个（县）市。
7.3.3 群测群防体系建设
突发性地质灾害群测群防网主要针对地质灾害较严重的山区农村，以县为单位，在专业队伍指导下，建立由当地政府领导下的县、乡、村三级群测群防体系。在各级地方政府的组织和领导下，充分发挥各级监测站的技术优势，提高群众的防灾意识和参与程度，完善监测预报制度，到2010年，建成1400个县（市）突发性地质灾害易发区的群测群防网络体系。
（1）群众监测网络建设
1）监测点选定原则：①危险性大、稳定性差、成灾概率高，会造成严重灾情的地质灾害隐患体；②对集镇、村庄、工矿及重要居民点人民生命安全构成威胁的地质灾害隐患体；③一旦发生将会造成严重经济损失的地质灾害隐患体；④威胁公路、铁路、航道等重要生命线工程的地质灾害隐患体；⑤威胁重大基础建设工程的地质灾害隐患体。
2）监测点的建设：根据上述原则确定需要监测的地质灾害隐患点后，由专业调查组及时向当地政府提出监测方案，同时协助搞好监测点的建设工作。①监测范围的确定：除对地质灾害隐患点和不稳定斜坡本身的变形迹象进行监测外，还应把该灾害点威胁的对象和可能成灾的范围，纳入监测范围。②监测方法与要求：对当前不宜进行治理或暂时不能进行治理的隐患点，危害大的应建立简易监测点，同时要对宏观地面变形、滑坡体内的微地貌、地表植物和建筑物标志等进行观察。以定期巡测和汛期强化监测相结合的方式进行。定期巡测一般为半月或每月一次，汛期强化监测将根据降雨强度，每天或24小时值班监测。③监测点的设置：简易监测点一般采用设桩、设砂浆贴片和固定标尺，对滑坡体地面裂缝相对位移进行监测，对危害大的隐患点，如有条件也可用视准线法测量监测点的位移。
3）监测网点的管理与运行：①监测责任落实到具体的单位与个人。被监测的地质灾害隐患点所在的乡（镇）、村和有关单位为监测责任人，在其领导下，成立监测组，监测组由受危害、威胁的居民点或有关单位的群测人员组成。②建立岗位责任制，县、乡（镇）、村应逐级签订责任书。调查过程中，采取多种方式进行宣传与培训，教会监测责任人、监测组成员和群众，如何监测、如何判断灾害可能发生的各种迹象和灾情速报及有关应急防灾救灾的方法。③信息反馈与处理。县（市）国土资源主管行政部门负责监测资料与信息反馈的收集汇总，上报到市（地、州）国土资源行政部门（或地质环境监测站）进行综合整理与分析，省国土资源厅地质环境处（或省地质环境总站）将上报的资料与信息录入省地质灾害空间数据库，进行趋势分析，同时对下一步监测工作提出指导性意见。④预测有重大险情发生时，当地政府和有关单位应立即采取应急防灾减灾措施，同时应立即报告省、市、县政府和国土资源主管部门，派出专业人员赴现场协助监测和指导防灾救灾。⑤建立地质灾害速报制度，按国土资发[1998]15号文附件执行。
4）资料的收集与监测数据的整理：①监测数据包括地质灾害点基本资料、动态变化数据、灾情等。②所有监测数据均应以数字化形式储存在信息系统中，同时，必须以纸介质形式备份保存。③监测点必须进行简易定量监测，并须整理成有关曲线、图表等。应编制有关月报、季报和年报，同时，对今后灾害发展趋势进行预测。④监测数据应按有关程序逐级汇交。
（2）群专结合的预报预警系统建设
1）县（市）国土资源行政主管部门归口管理和指导群众监测网络，负责监测资料与信息反馈的收集汇总。
2）县（市）国土资源行政主管部门的地质环境职能部门应根据气象、水文预报和监测资料进行综合分析，预测地质灾害危险点，并及时向有关乡（镇）、村和矿山及负有对重要设施管理的有关部门发出预警通知。
3）县（市）国土资源行政主管部门负责组织各乡（镇）、矿山、重要设施主管部门编制汛期地质灾害防灾预案。编制全县（市）汛期地质灾害防灾预案，并负责组织实施。
4）县（市）国土资源行政主管部门负责组织地质灾害防治科普宣传活动和基层干部培训工作。
7.3.4 地质灾害监测预警信息网建设
地质灾害监测预警与防治数据是国家与地方进行地质灾害防治，保障社会与经济建设的重要信息，具有数量大、更新快、用途广等特点。通过信息网的建设，实现数据的采集、存储、分析和发布，切实做到为政府、研究人员和社会提供所需的地质灾害信息，为国家经济建设宏观决策提供基础的科学依据。
到2010年，在完善中国地质灾害信息网与各省地质灾害信息网及部分地（市）地质灾害信息网的同时，建成集地质灾害监测、地下水环境监测等为一体的全国地质灾害监测信息系统，实现地质灾害监测数据的自动采集、传输、存储、数据管理、查询、应用和信息实时发布系统。
到2020年，以科学技术为先导，不断完善全国地质灾害监测信息系统，结合气象、水文、地震等相关因素，建成多专业领域、多信息处理技术的信息系统；全面提升我国地质灾害监测信息水平，满足社会和民众对地质灾害信息的需求，实现远程会商、应急指挥等重要决策功能。
地质灾害监测预警信息系统建设依托于各级地质灾害监测机构，具有统一要求、统一流程、分级管理等特点，是一个与现代计算机技术紧密结合的系统工程。本书在第11章（全国地质灾害防治信息系统建设规划研究）全面讨论了包括地质灾害监测预警信息系统在内的整个地质灾害防治信息系统的建设问题，本节不再赘述。
7.3.5 突发性重大地质灾害应急反应机制建设与远程会商应急指挥系统建设
（1）应急反应机制建设
从现在（2004年）起，国家、各省（区、市）要组建以省国土资源行政主管部门为指挥中心，以地质环境监测总站（院、中心）为主体，地（市、州）、县（市、区）国土资源行政主管部门和地方专业队伍协同作战的地质灾害监测预警应急反应系统。
1）应急反应系统要配置必备的应急设备，每年汛前对防灾预案中地质灾害隐患点的主要县（市）进行险情巡查，重点检查防灾减灾措施、群测群防网络、监测责任制是否落实到位，并对主要灾害隐患点进行险情巡查，汛中加强监测，汛后进行复查。
2）发现险情和接到险情报告能在最短的时间内赶到现场，进行险情鉴定，同时能够及时对灾害进行动态监测、分析，预测灾害发展趋势，根据灾害成因、类型、规模、影响范围和发展趋势，划定灾害危险区，设置危险区警示标志，确定预警信号和撤离路线，组织危险区内人员和重要财产撤离，情况危急时，强制组织避灾疏散。
3）接到特大型和大型地质灾害隐患临灾报告，指挥部办公室会同相关部门，迅速组织应急调查组赶赴现场，调查、核实险情，提出应急抢险措施建议。
（2）突发性重大地质灾害远程会商与应急指挥系统建设
随着国家经济建设规模的日益扩大和人民生活水平的不断提高，地质灾害造成的损失日趋突出，地质灾害的防治工作必须针对重大地质灾害及时作出反应，提出科学的决策意见，及时指挥应急处理工作。
突发性重大地质灾害远程会商及应急指挥系统，是针对突发重大地质灾害的预报和应急指挥，在建立地质灾害综合数据库的基础上，构建连接国务院国土资源主管部门、地质灾害数据中心与重点地质灾害发生区的远程会商和应急指挥网络化多媒体环境及地质灾害应急数据传输环境，形成一套信息化的地质灾害远程会商和应急指挥工作流程。
其主要工作内容如下：
1）对重大地质灾害预报和应急指挥相关的信息进行提取、加工、整理、集成与分析，建立地质灾害综合数据库。信息内容包括地理、地质背景数据；气象分析数据；地质灾害调查与监测数据；地质灾害情况资料；救灾条件信息等。
2）建立地质灾害信息发布平台。开发和建设重大地质灾害信息预报与应急指挥相关的动态信息发布系统、空间信息提取与发布系统、多媒体信息发布系统。
3）构建地质灾害远程会商和应急指挥的网络和多媒体运行环境。包括多点、多级视频会议系统、大屏幕显示系统及有关音像、电话系统；国家与重点地质灾害区域之间的网络信息传输系统；构建地质灾害重点区域应急调查数据快速传输环境。
4）研究与制定形成一套地质灾害远程会商和应急指挥系统工作规范。分析地质灾害远程会商和应急指挥工作的特点，提出地质灾害远程会商和应急指挥系统工作的模式，建立一套相关的工作规范。
5. 我国地质灾害监测预警工作现状
7.1.1 地质灾害防治与监测的法规建设
伴随我国国民经济建设的发展，各种类型的人类工程活动不断加剧，崩塌、滑坡、泥石流及其他多种地质灾害不断发生。为防治地质灾害的发生、发展，满足地方社会经济发展的需要，包括了对地质灾害监测工作进行管理在内的地方性地质灾害防治法规，自1995年开始出现。至1999年，已有18个省（区、市）颁布了21项法规条例，至2004年即已有29个省（区、市）颁布了40余项法规、条列（附录2）。
在全国各地地方性地质灾害防治法规的基础上，2001年5月国土资源部发布了《“十五”国土资源生态建设和环境保护规划》；2001年5月国务院办公厅转发了《关于加强地质灾害防治总体规划》；001年10月国土资源部完成了《三峡库区地质灾害防治总体规划》，并于2002年1月由国务院批复，2002年2月下发湖北省和重庆市国土资源部门落实。作为地质灾害防治方面的全国性法规，2003年11月国务院颁布了《地质灾害防治条例》（附录2）。在上述全国性法规、规划的指导下，目前“全国地质环境管理办法”等一系列的规程、规范正在编制之中。这些法规、条例的出台，有力地推进了全国地质灾害监测预警体系的建设和地质环境管理、保护工作。
7.1.2 监测网络与机构建设
（1）专业监测机构建设现状与存在的问题
截至2002年9月，全国地质灾害监测机构及队伍状况如表7.1所示。由该表可知，我国现有：国家级地质环境监测中心1个，省级地质环境监测总站（院、中心）31个，地（市）级地质环境监测站220个，其中直属分站138个，代管分站131个，县级地质环境监测站49个（重庆40个，四川7个，福建2个）。上述机构中，中国地质环境监测院在职职工126人（包括三峡中心），省地级地质环境监测队伍在职人数3349人。合计全国地质环境监测专业队伍在职人数3349人。这样一支队伍初步形成了地质灾害勘查、监测和预报预警的科研体系，为地质灾害的防治、地质环境的保护和依法行政提供了组织保障。
表7.1 全国地质灾害监测机构及队伍状况
值得指出的是，目前地质灾害监测预警管理体制还不够健全。虽然省（区、市）级和地（市）级两级国土资源主管部门承担起了地质灾害监测预警职能，但多数地（市）级国土局没有专门的科室，县级以下机构很不健全，体制还没有理顺。与此同时，在水利、铁路、公路和城建等部门也还没有设立地质灾害监测预警预报指挥系统。国土资源部门原有各级地质环境监测站是在政事不分、事企不分的历史条件下建立的，部分省（区）的公益性监测工作仍由企业性质的地勘单位承担，与政府行政管理脱节，难以满足政府和社会的需要。
（2）地质灾害监测网络建设现状与存在的问题
1）突发性地质灾害监测。全国突发性地质灾害监测状况参见表7.2。截至2003年，全国完成地质灾害调查与区划的县（市）达到545个，面积200万km2，共调查出灾害隐患点7万余处，建立了群测群防点4万多处；湖南、广西、四川、宁夏、青海、新疆开展专业监测与巡测的灾害点120余处。
三峡库区20个市（区、县）已成立17个地质环境监测站，建立了秭归-巴东段（50km）地质灾害GPS监测网并投入监测运行。该网包括国家级控制网（A级）、基准网（B级）、滑坡监测（C级）三级GPS监测网，对12个单体滑坡进行监测，共建有59个GPS监测点。
黑龙江省七台河市地面塌陷监测网控制面积10km2，设地面塌陷监测点58个，为矿山地质灾害监测起到了示范作用。
2）缓变性地质灾害监测。缓变性地质灾害监测网在长江三角洲地区除上海市建立了覆盖全市的较为完善的、由基岩标、分层标、GPS观测点、地面水准点和地下水监测孔等构成的地面沉降监测网络外，江苏的苏锡常地区2002年也在个别地区建立了分层标，其他地区尚属空白。环渤海地区只有天津市在城区建立了7组分层标，而且多建于1985年以前。北京市的3组基岩标和分层标正在建设之中。西安设立了部分地裂缝监测点，宁波初步建成了地面沉降监测网。目前开始实施地面沉降和地裂缝监测的主要地区为华北平原和长江三角洲和部分大中城市。全国地面沉降监测现状参见表7.2的有关内容。
3）区域性群测群防体系尚未建成。群众对地质灾害缺乏预防知识，基层主管部门缺少专业技术人员，群专结合的地质灾害监测体系和群测群防的监测网络不健全，全国大部分县（市）还没有建立。目前仅是开展过地质灾害调查与区划的539个县（市）建立了群测群防监测网络。地质灾害监测尚未引起全社会足够的重视，资金保证程度差，缺乏完善的救灾防灾系统。因此，加大宣传和管理力度，加强立法工作，强化地质环境管理，编制地质灾害防治工作规划纲要，指导各县（市）编制本地区的地质灾害防治规划，积极有效地开展地质灾害防治工作，对防灾减灾是非常必要的。
4）监测工作经费严重不足。地方各级政府尚未建立地质灾害专项资金渠道，仅靠国家补助的部分地质灾害防治专项资金开展工作。每年的监测经费不足以维持正常的监测工作，监测工作日益萎缩，设备陈旧老化、设施破损严重，影响监测成果质量，难以满足准确快速实时监测的要求。
表7.2 全国地质灾害监测状况
7.1.3 监测预警信息系统建设
利用中国地质环境监测院提供的数据库软件，省级地质环境监测总站（院、中心）基本实现了991年以后地下水监测数据和地质灾害调查数据的入库管理，部分省（区）还建立了图形库、文档库、监测点档案库和信息管理系统等。四川省开展了地质灾害预报信息随同天气预报播出的试点工作。全国地质环境监测信息管理现状如表7.3所示。
表7.3 全国地质环境信息管理现状
在网络建设方面，只有少数省（区、市）实现了与Internet的专线连接（河北、青海、海南等）和内部局域网建设，多数省区通过拨号上网向中国地质环境监测院传输数据。目前，地质环境监测数据的分析和开发利用还很不够，地质环境监测数据基本上没有向社会和公众开放。这些情况表明，在地质灾害防治方面，信息传输与处理没有跟上时代步伐。
6. 什么是地质灾害监测预警
地质灾害来源于自然和人为地质作用对地质环境的灾难性破坏，主要包括崩塌内、滑坡、泥石流、地面塌陷和地裂容缝等。我国是世界上地质灾害频发的地区之一，近年来，关于滑坡、泥石流类灾害的研究是行业研究的重点。地质灾害的防治常常因为工作的分散，造成标准化程度较差，资源共享较难的问题。
7. 近十年国外主要的地质灾害监测系统有那些
四信地质灾害抄监测预警系统，通过野外监测站对降雨量、表面位移、泥水位、地声、次声、孔隙水压力、视频、深部位移、土压力等要素进行实时监测，使用GPRS/LoRa/3G/4G等通信方式将数据传输到管理及监测预警云平台，为防灾减灾提供实时信息服务。。
四信地质灾害监测预警系统，广泛应用于滑坡监测预警、泥石流监测预警、地面沉降监测预警、崩塌监测预警等，有效保障地质灾害多发地区人民群众的生命与财产安全。
系统由现场采集层、无线传输通信层、预警发布中心3部份组成。
实时监测地质灾害多发区的各维度数据，为科技决策提供依据
系统可快速采集、传输、计算、分析、存储各监测点的监测数据，包括雨量、泥水位、地声、次声、孔隙水压力、土体沉降、地表裂缝、深部位移、地下水、土压力、表面位移、土壤含水量、图像视频、电源电压和环境温度等，并对数据进行纠错处理，减少数据误码率、提高数据完整率。
8. 全国地质灾害监测预警体系建设规划的必要性、指导思想、基本原则和目标
7.2.1 必要性
《中国21世纪议程》提出了我国可持续发展的战略目标。在我国经济和社会快速发展的过程中，人类活动的强度和范围达到前所未有的程度，其对包括地质环境在内的人类生态环境的干扰与破坏也日益增强，在许多地区引发的不同程度的自然地质灾害造成了危害和损失成倍增加的现象，矿产资源和地下水资源等的开发利用以及各种工程活动诱发的地面沉降、崩塌、滑坡、泥石流等人为地质灾害也较为普遍，对城市、公共基础设施和广大人民群众的生命财产安全构成严重威胁。特别是地面沉降多发生在我国经济最发达、人口密度最大、公共基础设施最密集的东部地区，成为这些地区乃至国家可持续发展的重要制约因素。因此，保护生态环境、进行生态环境建设和防灾减灾，已经成为国家长期的目标和任务。为此，加强地质灾害监测，进行全国地质灾害监测与预警体系建设的规划，在监测基础上，实现对地质灾害的治理与对地质环境的保护，不仅是防灾减灾的需要，而且也是国家经济社会可持续发展、保护生态环境和进行生态环境建设的最基本的保障，是一项重要的基础性和公益性的国家地质工作。现就从我国社会经济的发展的几个重要方面，对地质环境与地质灾害监测的必要性，进行简要论述：
（1）保障国家重大工程建设安全与西部大开发战略的需求
全国有20余条铁路干线和所有山区公路不同程度地受到滑坡、崩塌、泥石流的危害或威胁。大型水库岸边，河流傍岸，尤其是峡谷段，常因发生滑坡、崩塌、泥石流而阻塞航道，并引起洪灾。中东部沿海平原和盆地地面沉降、地裂缝和地面塌陷等地质灾害严重威胁和破坏基础工程设施。加强这些基础工程设施和沿大江大河危险地段的地质环境监测，采取科学的分析方法进行预测预报，是一项长期的工作。
西部大开发战略把加快水利、交通、能源和通讯等基础设施建设放在首位，其中包括：长江三峡工程、南水北调工程、大江大河上中游干（支）流控制性水利枢纽工程、内河航运通道、青藏铁路、西电东送工程、西气东输工程等。这些重大工程地域跨度大，多处在或穿越地质灾害易发区，为保障上述工程安全施工和运营，必须加强地质环境监测工作。
（2）城市化发展对地质灾害监测的需求
目前，我国有城市668座。预计2020年左右，我国城镇化水平将提高到45%～50%，我国城市数将达到1000～1100座。城市是人类活动最集中，环境地质问题最突出的地区。为了保障城市化进程，指导城市规划，预防由于不合理的工程活动引发的地面沉降、地裂缝、崩塌、滑坡等地质灾害和其他环境地质问题，必须加强对城市地下水环境和地质灾害的监测。
（3）矿产资源开发对地质灾害监测的需求
我国矿产资源开发带来了很多环境地质问题，产生大量的地质灾害隐患。每年矿石开采量57亿～60亿t，矿山企业每年产生固体废弃物133.8亿t、产生尾矿26.5亿t，处置率仅为6.95%。矿山固体废弃物任意堆放形成了严重的滑坡、泥石流等地质灾害隐患，地下采矿活动诱发的滑坡、地面塌陷等地质灾害十分突出。矿山地质环境监测十分薄弱，矿山地质灾害防治工作任重道远。为了保障矿产资源的安全开发和矿山地质环境的有效治理，必须加强矿山地质环境监测。
7.2.2 指导思想
应坚持以人为本，全面、协调、可持续的科学发展观和人口、资源、环境协调发展的一系列方针政策。紧密结合经济社会发展规划的总体目标和要求，充分认识地质灾害监测预警体系建设的重要性和紧迫性。动员社会各方面的力量，从我国地质灾害发生发育的实际出发，尊重自然规律和经济规律，正确处理长远与当前、整体与局部的关系，依靠科技进步，运用新思路、新理论、新技术、新方法，实现对地质灾害的有效监控和预报预警，为我国地质灾害防治、地质环境保护和资源环境的可持续利用提供有力支撑。
7.2.3 基本原则
（1）与国家国民经济社会发展进程相适应的原则
建立和完善与全面建设小康社会相适应的、符合可持续发展要求的地质灾害监测预警体系，为国家和地方宏观调控和指导国土资源开发与整治提供依据。
（2）突出“以人为本”
坚持按客观规律办事，从实际出发，讲求实效，山区、平原和不同灾种的监测重点各有侧重的原则。在以突发性地质灾害为重点的地区，应以最大限度地减少人员伤亡、保障社会稳定和人民生命财产安全作为主要目的；缓变性地质灾害应以专业监测为主要手段进行监测与规划。
（3）群、专结合的原则
建立以县、乡、村为基础，全民参与、群专结合的群策群防体系，是多年来地质灾害防治工作中总结出来的宝贵经验，也是避免人员伤亡，把灾害损失降到最低限度的重要保证。
（4）统筹规划、分步实施、分级管理
密切结合生产力布局和人口分布状况，对全国地质灾害监测预警体系建设工作进行统筹规划，制定切实可行的分阶段实施方案，明确各级政府和企（事）业单位在地质灾害监测中的责任和义务，建立统一管理和分级（国家、省、市、县）管理相结合，处理好全部与局部、长远与当前的关系，优先实施重点地区和重要经济区（带）的监测预警体系建设。
（5）监测网建设与保护并重
摈弃重建设、轻保护的观念，严禁边建设、边破坏，通过法律、经济等手段，明确保护责任，落实保护费用，切实保护监测仪器、设备、设施的建设成果。
（6）站网建设与能力建设并举
在不断完善地质灾害监测网基础硬件设施建设的同时，加强机构建设、法规制度建设、技术规范建设、信息系统建设、人力资源建设和研究能力建设。
（7）专业服务功能与公众服务功能并重
地质灾害监测信息既要为国家决策和专业调查评价提供支持，也要为社会公众提供地质灾害现状信息和防灾减灾信息。
（8）依靠科技创新、提高监测工作质量
加强科学研究，改进监测设施，依靠科技进步，全面提升监测能力和服务水平。
（9）建立多渠道筹资机制
各级地质灾害监测机构的监测经费要纳入同级政府财政预算。多渠道筹集监测资金，设立各级地质灾害监测专项经费，确保监测工作的顺利实施。
7.2.4 目标
地质灾害监测预警体系建设的目的是最大限度地减少人民群众的生命财产损失，以保障经济、社会的可持续发展；为国家及地方宏观调控和指导国土资源开发与整治提供依据；从地质环境可持续开发利用角度提出地区发展战略建议；为改善人居环境，保障交通大动脉安全畅通，水电工程正常运行等提供保障；为地区社会经济发展提供决策参考。在基本掌握全国地质灾害分布状况与危害程度的基础上，建立并逐步完善全国地质灾害的监测预警网络体系。
（1）总体目标
从现在起到2020年，在逐步查明我国地质灾害分布状况与危害程度的基础上，建成覆盖全国的较完善的突发性地质灾害群测群防网络体系；建成以省（区、市）及部分县（市）地质环境监测站为骨干的突发性地质灾害应急反应体系；建成我国较完善的地质灾害专业监测骨干网络，重点地区及重要经济区（带）达到监测数据的实时采集、分析、预警预报的水平。使地质灾害防治工作以被动救灾为主的局面得到根本性扭转，人为有效控制地质灾害，使损失逐年攀升的趋势得到有效控制。
（2）阶段目标
1）到2010年，地质灾害监测预警体系建设的目标如下：①群测群防监测网络覆盖到全国突发性地质灾害易发区的1400个县（市），形成县、乡、村三级监测体系。②初步建成由各级政府和有关部门参与的全国地质灾害专业监测骨干网络。③初步建成重要交通干线和水利工程区的专业监测预警系统。充分推广高新技术在地质灾害监测中的应用，利用计算机技术、3S技术等先进手段，提高监测预报的自动化水平。④在进一步完善群、专结合，群测群防监测网络的同时，完成分布在全国各省（区、市）重大突发性地质灾害隐患点的监测预警预报示范系统。⑤建成较完善的地质灾害监测信息网络系统，重点地区及重要经济区（带）的专业监测要初步达到监测数据的实时采集、自动分析、自动预警预报的水平。⑥初步建成重点地区及重要经济区（带）地面沉降等缓变性地质灾害监测网络系统。力争使我国地质灾害监测预警预报的仪器、设备达到国际水平。
2）到2020年，在地质灾害监测管理法规、规章的支持下，要使国土资源部门对地质灾害监测监督管理的职能全面到位，并逐步纳入科学化、规范化和法制化的轨道；使地质灾害监测体系的科学理论与技术方法达到国际先进水平，建成覆盖全国的较完善的地质灾害重点防治区突发性地质灾害群专结合的监测预警预报网络；建成全国地面沉降、地裂缝等缓变性地质灾害的实时监控体系；建成完善的地质灾害监测信息网络，实现地质灾害监测数据的自动化采集、传输、存储和信息的实时发布。建成比较完善的地质灾害防灾预警指挥系统。
9. 实时监测技术在地质灾害防治中的应用——以巫山县地质灾害实时监测预警示范站为例
高幼龙1张俊义1薛星桥1谢晓阳2
(1中国地质调查局水文地质工程地质技术方法研究所，河北保定，071051;2西北化工研究院，陕西临潼，710600）
【摘要】本文在地调项目工作实践的基础上，系统地总结了地质灾害实时监测的含义、特点和系统构成。详细介绍了巫山县地质灾害实时监测预警示范站的构建，针对实际运行状况，评价了实时监测技术的可行性和可靠性。
【关键词】地质灾害实时监测远程传输示范站
1 引言
随着现代科学技术的发展和边缘学科的相互渗透，自动控制、网络传输等越来越多的技术被不断应用于地质灾害的监测当中，极大地提高了监测的自动化水平，在一定程度上缓解了生产力匮乏和地质灾害急剧增加之间的矛盾。国际上，美国、日本、意大利等发达国家在一定的区域范围内建立了基于降水量、渗透压、斜坡变形等参数的地质灾害实时监测系统，借助国际互联网实现了监测数据的集中处理与实时发布。与之相比，我国地质灾害监测的实时化、网络化水平依然较低，监测信息为公众服务的功能未能得到明显体现，预警的信息渠道不畅，对重大临灾的地质灾害缺乏快速反应能力。因此，在我国进行地质灾害实时监测预警研究，对重大灾害体实施实时化监测预警，具有十分现实的意义。
笔者在参加地质调查计划项目《地质灾害预警关键技术方法研究与示范》的过程中，对实时监测技术进行了较为深入的研究，并在我国重庆市巫山县新城区建立了地质灾害实时监测预警示范站，经过1.5个水文年的示范运行，验证了实时监测的可行性和可靠性。在对示范成果初步总结的基础上形成此文，以期实时监测技术得以快速成熟及推广应用，为我国地质灾害防治事业作出贡献。
2实时监测的含义和特点
实时监测（Real-Time Monitor,RTM）指通过各种监测、采集、传输、发布技术，让目标层人员在第一时间内了解、掌握有关灾害体的变形动态和发展趋势，进而作出决策的多种技术的集合。其最主要的特点为实时性，即远程的目标层人员可在第一时间获取灾害体的全部变形信息，而获取的过程是自动的，无需技术人员值守干预。显而易见，实时的特性可以最大限度地解放劳动力，降低监测人员风险和运营成本。
同传统监测技术相比，实时监测的数据采集方式是连续的、跟踪式的，数据的采集周期很短，通常在数小时之内，甚至更短。这对于跟踪灾害体变形过程，进行反演分析具有十分重要的意义。其庞大的数据量通常也会对配套的软硬件系统提出更高的要求。
不难理解，实时监测也是自动化监测。所使用的监测仪器均需自动化作业方可实现无人值守。监测仪器自动化分为两种，一种是监测仪器本身具备定时采样和存储功能，另一种是通过第三方的自动采集仪控制采样。不管使用何种方式或基于何种原理，其数据采集是能够自动或触发实现的。
监测数据远程传输是实时监测的另一主要特点。通常情况下，监测控制中心设立在远离灾体、经济相对发达的城镇区，需要借助公众通信网络或其他介质将各种类型的监测数据“搬运”过来，进行相应的转换计算，生成目标层人员所需要的成果。这个“搬运”过程即监测数据的远程传输。传输分为两种方式，一种是有线传输方式，如架设通信线缆或光缆，在电话线两端加载 Modem等；另一种是无线传输方式，如借助 GSM/GPRS或 CDMA网络、UHF数传电台或通信卫星等。
由于实时监测是数据自动采集、传输、发布等多个技术的集合，其中的任何一个环节失败均可导致系统无法正常工作，因此，实时监测是存在风险性的。其风险构成除电力（如断电停电）等保障体系统风险和监测仪器（如传感器、采集仪故障）、传输系统（如占线、网络资源不足、数据安全）、发布系统（如网路阻塞、病毒入侵、系统崩溃）等技术风险外，还包括人为抗力风险，如监测仪器设施的人为破坏、网络系统的恶意攻击等。对于风险的营救除最大程度地降低保障体系风险和技术风险外，需要通过立法、宣传等有效措施降低人为抗力风险，并设技术人员对监测系统进行即时维护，保障系统正常运行。
3实时监测系统构成
实时监测系统由监测仪器设施、数据采集系统、数据传输系统和网络发布系统四个子系统构成。各子系统均可独立运行，以单链的方式协同工作。其工作原理如图1所示。
图1实时监测系统工作原理示意图
3.1监测仪器设施
监测仪器及设施是获取灾害体变形参数最前端、最主要的组成部分，固定安装于灾害体表层或深部，并能够表征灾害体对应部位的变形、变化。监测仪器的类型取决于所采用的监测方法。在地质灾害监测中，常用的监测方法包括灾害体地表及深部位移、应力、地下水动态、地温、降水量等（表1）。监测仪器的精度、数量及布设位置是在地质灾害勘查及综合分析的基础上，从控制灾害体主体变形的需要设计确定的。监测仪器通常和相应的监测设施，如监测标（墩）、保护装置等相互配合，完成灾害体相关参数的获取。
3.2数据采集系统
顾名思义，数据采集系统用于收集、储存各类监测数据，是通过单片机或工业控制技术实现的。目前，多数监测仪器均有配套的数据采集及存储装置，可按设定的数据采集间隔定时自动化工作，并对原始数据进行转换计算。数据采集装置通常具有 RS-232或其他标准通信接口，可以方便地将数据下载至 PC中作进一步分析处理。对于不具备配套数据采集装置或仅具备便携式读数装置的监测仪器，则可以通过第三方的数据采集仪实现自动采集工作，通用型的数据采集仪可方便地将频率、电压等模拟信号转换为数字信号加以存储和处理，并具备标准通信接口和PC交换数据。由于数据采集仪多置于监测仪器附近，二者间通常使用线缆相连接。
表1常用监测技术方法简表
3.3数据传输系统
数据传输系统用于完成数据采集仪—控制中心—用户间的数据传递。实际上，控制中心—用户间通常是利用国际互联网、通过发布系统实现的，所以狭义上的数据传输指数据采集仪—控制中心之间（即灾害体现场至控制中心）的数据传递。
按照灾害体和控制中心空间距离的长短，可将数据传输分为近距离数据传输（一般低于2km）和远程数据传输两种类型。前者由于传输距离较短，一般采用线缆连接，后者则采用远程数据传输装置。
按传输介质，远程数据传输分为有线传输和无线传输两种方式。目前常用的有线传输方式有电话线连接（即在电话线两端加载 Modem对数据进行调制、解调）、光缆连接等，无线传输方式有数传电台（用于中远距离）、GSM/GPRS或 CDMA移动通信网络、通信卫星等（图2）。
图2常用的数据传输方法
3.4信息发布系统
信息发布系统通过国际互联网，以 Web主页的方式向目标层人员（即用户）提供各类监测信息。监测信息包括灾害体地质条件、发育特征、监测网布置方式、多元监测数据、监测数据随时间推移曲线变化情况、监测信息公告及图片、视频等。
信息发布系统由底层数据库和发布主页两部分构成。前者用于管理各类基础信息及监测数据，为后者提供数据源，后者为用户提供信息访问平台。二者之间通常采用B/S等架构交换数据。
信息发布系统一旦建立完成后，一些信息内容，如灾害体地质条件、发育特征、监测网布置方式等说明性的文字便相对固定下来，在短时间内不会做大的改动，这些信息通常称为静态信息。而随着时间推移，监测数据及其曲线等信息不断产生，且呈现动态变化并需在主页上自动更新、显示，这些信息称为动态信息。要实现监测数据的实时发布，需建立动态主页来显示动态数据。
由于监测数据是由底层数据库管理的，故只要即时将监测数据自动写入数据库中，为动态主页提供随时更新的数据源，便可实现自动显示，即实时发布。而这一点是易于做到的。
4巫山县地质灾害实时监测示范站简介
重庆市巫山县新城区是我国地质灾害危害最为严重的地区之一，全县约1/3的可用建设用地受到不同程度地质灾害的威胁。通过论证对比，在城区27个较大滑坡（崩塌）中，选择了近期变形相对较为明显、危害较为严重的向家沟滑坡和玉皇阁崩滑体建立实时监测预警系统进行应用示范。选用GPS监测地表位移、固定式钻孔倾斜仪和TDR技术监测深部位移、孔隙水压力监测仪监测滑体孔隙水压力及饱水时的水位、水温，同时通过安装仪器的附加功能或定期搜集的方法兼顾了地温、降水量及库水位等监测。截至目前，共建立GPS监测标22处（含基准标）、固定式钻孔倾斜仪和TDR监测点（孔）各3处、孔隙水压力监测3孔7测点。多种监测仪器在同一地理位置同组安装，这样不仅便于不同监测方法之间资料的相互印证对比，还可以仅使用一台采集仪及传输装置采集、传输多种监测数据，降低监测系统建设成本；另外，同组安装便于修建监测机房（现场站）保护监测仪器设施。以上监测方法除GPS因建设成本、人为抗力风险等原因采用定期观测外，其余监测方法均采用实时化监测。
4.1示范站数据采集系统
固定式钻孔倾斜仪、TDR、孔隙水压力监测仪三种监测仪器均具备配套的数据采集装置，其中TDR监测技术使用工业控制机作为数据采集装置，恰好可以作为另两种监测仪器的上位机，通过多串口扩展，将固定式钻孔倾斜仪和孔隙水压力监测仪连接至工控机，定时下载、存储数据，并在预定时间统一传输至控制中心，同时在工控机上存放数据备份，防止数据丢失。示范站数据采集系统结构图如图3所示。
图3示范站数据采集系统结构图
4.2GPRS远程无线传输系统
示范站控制中心设在巫山县国土资源局，距向家沟滑坡直线距离2.74km，距玉皇阁崩滑体约0.6km，其间采用GPRS网络进行数据的远程无线传输。
GPRS(General Packet Radio Service，通用分组无线业务）是中国移动通信在GSM网络上发展起来的2.5G数据承载业务，具有传输速度快、永远在线、按量计费等优点。GPRS使用TCP/IP协议，因此可方便地将数据写入指定（具固定IP地址）的服务器中。
GPRS数据传输硬件为商用型GPRS-MODEM，控制软件自主编写，用于控制数据传输时间、目标地址及传输过程的错误处理，由服务器端和客户端两部分构成。服务器端用于设置网络配置、数据库连接方式及数据文件、日志文件和配置文件的存放路径。客户端安装于现场站数据采集仪（工控机）上，控制网络连接、上传时间、数据编码、数据备份及传输错误处理。客户端软件和所有的数据采集软件设置为不间断工作状态，在按控制参数工作的同时，接受控制中心的配置指令即时对控制参数进行调整。
4.3示范站信息发布系统
示范站信息发布系统硬件由1台小型服务器和2台 PC终端的100M局域网构成。通过2M带宽的ADSL接入Internet。底层数据库和WEB主页同时安装于服务器上。服务器操作系统为Mi-croSoft Windows Server 2000，数据库系统采用 MicroSoft SQL Server 2000。WEB主页用 ASP.NET和Visual C﹟编写，和数据库之间采用B/S架构。在病毒防护和网络安全方面，采用商业软件瑞星RAV 2004和天网防火墙系统。
（1）数据库系统
数据库系统是信息发布系统的基础，按管理内容分为基础信息管理、数据管理、辅助信息管理三部分。基础信息管理的内容包括监测站（包括中心站和现场站）、监测钻孔、监测点、发布信息、发布图片等；数据管理内容包括固定式钻孔倾斜仪、GPS、TDR监测系统、BOTDR监测系统、孔隙水压力监测仪、环境温度、降水量、库水位等；辅助信息管理内容包括分级用户、下载信息、访问统计次数等，数据库系统构成如图4所示。
（2）数据伺服处理程序
数据伺服处理程序用于转换、计算现场站传来的数据，并即时将处理后的结果写入数据库中。处理程序采用Visual BASIC语言编写，通过计时器控制的定时功能触发写库过程，并在完成写库过程后删除原数据以防止重写。不难看出，数据伺服程序是传输系统和发布系统之间的连接，它使两个彼此独立的系统有机地结合起来。
（3）示范站信息发布主页
信息发布主页为远程用户提供所需的全部信息，包括示范站的概况、实时的监测曲线、最新的监测数据等。从发布信息内容、访问方式及管理维护的角度出发，主页设计成导航区、发布区、管理区和下载区，为远程用户、管理员提供交互。
图4示范站数据库系统构成框图
导航区为远程用户提供必要的导航信息，包括公告信息、图片及相关的专业网站链接，展示示范站建设工作的进展、取得的阶段性成果及有关的预警内容。
发布区用于提供示范站概况、实时监测曲线及数据查询。
示范站概况包括示范区自然地理条件、地质条件、示范站工作的整体部署，监测仪器设施（GPS、固定式钻孔倾斜仪、TDR、BOTDR、孔隙水压力监测仪等）的性能指标，监测现场站（含中心站）、监测钻孔、监测点的基础信息等内容。
实时监测用于显示各种监测曲线，是发布主页最核心的内容。从访问方便的角度出发，实时监测采取了“选择灾体—选择监测剖面—选择监测点—选择监测时段—显示监测曲线”逐级打开、层层剥落的展示方式，并全部做成图形方式链接，以增强访问的直观性。监测曲线的坐标设计成自适应型，图形的大小在系统的配置文件中设置，并标明数据的最新更新时间。曲线是以图片的形式显示的，用户可以方便地将其下载到自己的PC中保存。
从安全考虑，数据查询进行了加密，用户需用授权的用户名和密码登录后方可查看。查询采取了“选择监测方法—选择监测点—选择监测起始时间—显示数据表”组合式筛选的方式。输入界定参数并提交后系统从底层数据库中找到所有符合条件的记录，按日期排序后列表显示。用户可以全部或部分选取查询结果，粘贴至个人PC作为WORD文档保存。
管理区专为系统管理员设计，用于管理员远程管理文本、图片、数据等信息，进行信息的添加、修改、删除、上传下载等操作。分为信息管理、图片管理、数据管理、下载管理4个相互独立的模块，具有模糊查找等高级功能。
下载区为授权用户提供工作图片、视频、监测报告、软件等较大文件的下载功能，补充主页在文件交换方面的不足。
主页面布局如图5所示。欲了解发布系统的更多内容，请登录Http://www.wss.org.cn。
5示范站实时监测系统运行评价
由于本文着重论述实时监测技术的可行性和可靠性，因此不对监测成果和滑坡稳定性动态做更多分析。从以上论述明显可以看出，在地质灾害监测中，构建实时监测系统从技术上是可行性的。本节主要针对巫山县实时监测预警示范站运行过程中出现的各种问题，从故障统计、故障原因分析等方面，对示范站采集系统、传输系统、发布系统的可靠性进行简单评价，并提出意向性的改善建议。
图5示范站信息发布主页面
根据巫山县地质灾害监测预警示范站建设工作日志，监测系统故障主要发生在传输子系统，故障表现形式为数据不传输或不正确传输，主要原因为GPRS网络信号不稳定造成传输随机中断所致；其次，拨号连接失败后的重复尝试连接导致服务器80端口长期无效重复占用，当超过服务器最大连接数后导致网络无法正确访问；再次，监测地区不规律的停电常常使保障体系失效，从而丢失数据。此外，示范站服务器系统遭受过病毒破坏和恶意攻击，两次造成网络系统崩溃。可见，实时监测系统在基础通信条件和保障体系完备的条件下，是能够稳定可靠运行的。在建设过程中通过安装长时后备电源系统、功能完善的病毒防火墙和网络防火墙，可有效降低保障体系风险，进一步提高系统运行的稳定性。
6结语
巫山县地质灾害实时监测预警示范站自2003年陆续建设运行以来，在技术人员的维护下，系统运行正常，取得了数十万个监测数据，发布公告信息及图片近百条（幅），编写监测分析简报数期，实现了监测信息远程实时访问，取得了良好的示范效果。实践证明，将实时监测技术应用于地质灾害防治中是完全可行的，也是比较可靠的。可以预见，实时监测技术将是地质灾害监测的必然发展趋势。
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