基于物联网和弱反射光栅阵列的地质灾害监测系统设计与应用

我国是世界上地质灾害类型最多、地质灾害最严重的国家之一,而雨量监测和形变监测在地质灾害监测中发挥着越来越重要的作用,因此确保地质灾害监测系统的长期运行以及在降雨期间的稳定运行尤为重要。文中基于STM32微控制器、LORA模块、4G模块设计了一款物联网数据采集控制板,并结合压电式雨量传感器、拉绳位移传感器研制了雨量智能监测仪、裂缝位移智能监测仪;结合物联网数据采集控制板和弱反射光栅阵列传感技术构建了基于物联网的弱反射光栅地质灾害监测系统,实现了对地质灾害体的定时监测和降雨期间的自动监测;最后将雨量智能监测仪、裂缝位移智能监测仪和弱反射光栅地质灾害监测系统应用于桐梓县大河镇新场火车站新场滑坡、崩塌的监测实验中。监测数据表明,弱反射光栅监测系统测得传感光缆41#弱反射光栅传感段的位移变化达5 mm,在其附近的位移监测仪也测到有位移变化,可有效实现对地质灾害的定时监测和降雨期间的自动监测。

喜马拉雅山区中国西藏与尼泊尔的地质灾害灾情差异研究

喜马拉雅山区是全球地质灾害最为多发的地区之一。其北侧的中国西藏地区与南侧的尼泊尔在地质灾害的灾情及其成因上存在显著差异。该研究选取这两个地区作为案例,对比分析了2012—2021年间的地质灾害情况。尼泊尔记录了2256次地质灾害,远高于我国西藏地区的799次;同时,尼泊尔的人员伤亡也更为严重,两地年均每百万人的伤亡率分别为8.1人和2人;尼泊尔的年均因灾经济损失远低于西藏,两地地质灾害损失占GDP比例分别为0.006%、0.07%。尼泊尔近年来地质灾害次数的增加与道路建设密切相关,年均道路里程增加1036km,且37%的伤亡案例发生在道路沿线。研究结果表明,尼泊尔和中国在地质灾害防治措施上均有所加强,并已取得显著的减灾效果。

2023年积石山Ms6.2级地震同震地质灾害初步分析

2023年12月18日,甘肃省临夏回族自治州积石山县发生Ms6.2级地震,触发了大量同震地质灾害,亟需查明同震地质灾害的基本特征、发育分布规律和成因机制,为震后恢复重建与地质灾害防治提供支撑。本文基于多源高分辨率遥感解译和已有研究成果对比分析,初步揭示了此次地震地质灾害的基本特征和发育分布规律,并探讨了草滩村液化滑坡—泥流的成因机制。结果表明:此次地震Ⅶ度及以上烈度区内共发育1 535处同震地质灾害,主要为中小规模黄土滑坡和浅表层岩质崩塌,集中分布于黄土梁和黄土塬内冲沟两侧、单薄黄土梁两侧以及大型历史滑坡后壁等局部地形较陡峭的部位。地震因素控制了同震地质灾害的区域分布规律,而地形因素控制了同震地质灾害的局部分布规律。同震地质灾害在0.1~0.3 g震峰值加速度区域、发震断层下盘区域、南东坡向、30~60 m坡高范围、斜坡中部以上20~40 m范围分布数量最多。受广泛关注的草滩村“砂涌”灾害本质是饱水黄土在地震作用下发生的液化滑坡。2016年完成的填沟造地工程改变了滑源区地表和地下水流通条件,地下水通道被堵塞,导致地下水位抬升和下部土体饱和可能是该处发生液化滑坡的重要原因。

金属矿山地质灾害风险智能监测预警技术现状与展望

金属矿山地质灾害风险智能监测预警技术是保障矿山安全生产的关键技术之一,是岩石力学应用于矿山安全领域研究的热点问题。从地质灾害风险定义、类型、监测方式、预警技术等方面出发,简述了金属矿山地质灾害风险监测预警技术的发展现状,指出在灾害风险定义方面,金属矿山地质灾害风险易发性、易损性和危险性量化分析理论体系尚不完善;在灾害风险监测与数据融合方面,多感知设备协同监测与数据融合理论仍不完善,尚未实现基于风险条件的感知设备布设方案智能调整,难以保障采动岩体力学响应的时空完整性与连续性;在灾害风险预警方法方面,监测与模拟相结合已成为矿山灾害预警发展趋势,应进一步与云计算、人工智能等技术相融合,建立完善的理论体系,实现实时动态、精准高效、智能的灾害风险预警。在此基础上,围绕“现场监测和数值模拟相结合灾害预测预警”的学术思想,提出了“地质灾害案例匹配、多源数据挖掘、力学机理分析、专家系统诊断”四位一体的灾害风险智能预测预警方法,进一步以弓长岭露天矿浅层隐伏空区垮塌与地表塌陷风险监测预警工作为背景,实现了上述方法的应用与推广。最后指出了金属矿山灾害风险智能监测预警技术存在着多源力学响应数据难以高精度连续协同感知、灾害预测预警模型参数难以精准选取、灾害监测预警系统尚不完善等问题,多灾种高性能、专用特种智能感知技术与装备,标准化数据通信协议与架构,监测—模拟相结合的灾害智能预警模型,地质灾害监测预警平台与数字孪生技术是解决上述问题的关键技术,是未来的主要发展趋势。

新生代晚期挤压作用下活动背斜区的构造变形特征及其地震地质灾害效应

活动背斜是第四纪晚期以来在活动挤压构造区域内吸收地壳缩短变形的主要地质构造之一,其是在挤压背景下形成的一个复杂的构造系统,由多种活动构造变形组成。发生在挤压构造区的大地震可以使褶皱相关断层、褶皱陡坎、翼部地形倾斜和地质体缩短等发生同震破裂或地面倾斜,进而引发严重的地震地质灾害,从理论研究和工程抗震两方面均需重视。因此,文章立足现有的逆断层相关褶皱、褶皱侧向扩展等理论,通过典型的主逆冲断层、反冲断层、弯矩断层、弯滑断层、共轭剪切断层和褶皱陡坎等实例,探讨了与褶皱相关的同震活动构造变形对建筑物的影响和破坏作用。研究认为,在强震导致的活动背斜地壳缩短、垂向隆升和侧向扩展过程中,背斜两翼和倾伏端的地面掀斜对重大工程建筑的安全运行构成威胁;同时,区域地壳缩短引发的弯曲变形给跨越活动背斜的重大线状工程造成的潜在地震危险和诱发的地质灾害值得关注。

云南省地质灾害气象风险预警技术改进及应用检验

利用2014—2022年云南省地质灾害数据和气象降水资料,开展有效降水量致灾概率研究,并结合地质灾害易发因子,分区建立了新一代精细化地质灾害气象风险预警模型,并对模型性能开展了应用检验。结果表明:新建的地质灾害气象风险预警模型提高了预警产品的时空分辨率和准确率,应用效果良好。模型能提前较好地反映出区域性强降水过程背景下的气象风险预警等级;对较难预报的局地强降水,也可以通过实时更新的监测预警产品给出风险加强的趋势,提前发出地质灾害气象风险预警信息;能直接客观反映出极端强降水背景下的气象风险高级别预警,起到较好的预警提示作用。

小尺度山区地质灾害隐患的无人机精细化识别方法与实践

本文针对小空间尺度范围内以滑坡、崩塌为主的山区地质灾害,提出了一套基于小型无人机摄影测量的精细化隐患识别方法。首先,针对工作区开展至少两期无人机摄影测量作业,经处理后得到实景三维模型、数字正射影像(DOM)、数字表面模型(DSM)等精细化成果;其次,以两期DOM与DSM变化检测为主实现灾害体识别;然后,基于灾害体共性特征建立典型识别标志,并依此采用三维实景目视解译为主方法实现孕灾体识别;最后,通过地面核查确认或排除隐患。将该套方法应用到三峡库首秭归泄滩河左岸顺向斜坡区域,共识别出10处不同类型隐患,证明了方法的可行性。

高位远程地质灾害研究:回顾与展望

在全球范围内,高位远程地质灾害造成了多起群死群伤事件和特大经济损失,是特大型地质灾害防灾减灾科技攻关的难点。文章系统回顾了高位远程地质灾害的研究历程,认为常规的“高速远程滑坡”研究难以适应高山、极高山区复合型地质灾害防灾减灾的要求,提出了从高位失稳、远程成灾和风险防控全链条的高位远程地质灾害研究思路,探讨了高位崩滑启动源区的易灾地质结构特征和早期识别技术、高速碎屑流远程链动机理和边界层效应以及风险评估和防灾减灾问题。通过对青藏高原高山、极高山区的高位远程地质灾害研究,揭示了高位滑坡碎屑流势流体链动传递机理,以及紊流体和犁切体的边界层效应,提出可以通过改造高势能碎屑流体的边界层底坡、增大湍流边界层内湍动能的生成与组合障桩前死区范围的消能降险方法。最后,针对铁路、公路、水电工程、边疆城镇和国防建设的发展,讨论了复合型高位远程滑坡灾害的防灾减灾将面临的新挑战,提出了易灾地质结构孕灾机理、高位远程链灾动力过程和风险防控理论与技术等3方面亟待加强的研究方向。

铁路地质灾害勘察识别与监测预警

地质灾害对铁路建设、安全运营构成了极大威胁,“天空地”一体化综合勘察技术有效解决了地质灾害勘察识别难题。“天”基多源立体卫星遥感技术实现艰险复杂山区地质灾害的大范围精准判识,长时序InSAR与高精度GPS实现高陡岸坡的稳定性监测分析;“空”基真实感大场景、机载倾斜摄影和机载LiDAR扫描技术实现高植被覆盖区隐蔽性地质灾害判识;“地”基三维立体勘探技术获取岩土体结构、属性、参数;共同构建沟谷山地灾害链风险评价方案,为建设工程合理选址和工程设置提供依据。介绍地质灾害监测预警的方法、内容、技术和预警模型,对监测预警技术发展方向进行展望。

四川凉山州地质灾害灾情特征与主要致灾类型

凉山州受活动构造、地形地貌、河流切割等作用,是四川省地质灾害高风险地区。为系统查明凉山州地质灾害发育特征、灾情特征及主要致灾类型,采用资料收集、数理统计、现场调查等方法,统计分析地质灾害数据、灾情数据和重大突发地质灾害实例。结果表明:凉山州地质灾害以滑坡、泥石流为主,滑坡主要为中小规模土质滑坡,泥石流主要为中小规模沟道型泥石流;有记录以来共计发生24起死亡10人以上的地质灾害;2006—2020年,共发生46起地质灾害灾情,以泥石流为主。总结提炼了7种地质灾害主要致灾类型,红层滑坡是凉山州滑坡主要类型之一,遇水易软化解体,自稳能力差;复活型古滑坡,在凉山州多有分布,由于人类工程活动、河流冲刷等因素,古滑坡易变形和复活;库岸型滑坡,主要发育在木里县、布拖县、宁南县的水电站库区内,受库水位消落带影响斜坡塌岸隐患较多,坡体稳定性降低形成滑坡;含煤层型滑坡,主要发育在凉山州南部的煤系地层区域,斜坡前缘不合理开挖易诱发前缘滑塌并造成整体滑动;矿渣型泥石流是凉山州泥石流主要类型之一,矿渣、废石、尾砂等不合理堆放,为泥石流提供了丰富物源;凉山州常发生森林火灾,火烧迹地遭遇暴雨后易诱发火后泥石流;在构造活动强烈、山势陡峭的沟谷上游发生崩滑灾害后,易沿沟运动冲出,堵塞河道形成链式灾害。研究成果可为凉山州针对性开展防灾减灾工作提供数据支撑和科学参考。

基于PS-InSAR技术的晋城矿区地表形变监测及地质灾害风险预警

地表形变是一种严重的地质灾害现象,不仅严重影响灾害区居民的日常生活,而且会造成巨大的社会经济危害,尤其在采煤区。针对传统地表沉陷监测方法费时费力、无法获取地表沉降面状信息、难以进行地表沉陷灾害评估的不足,基于高分辨率SAR卫星影像,利用永久散射体合成孔径雷达干涉测量(PS-InSAR)技术对山西省晋城市晋城矿区2018年1月至2018年12月期间地表沉陷进行监测,分析获取了该地区地表连续形变情况,并利用该技术获取的海量PS点建立支持向量机(SVM)地质灾害风险评估预警模型,对晋城矿区周边居民点地质灾害风险进行了识别和预测。结果表明:晋城矿区10个煤矿及其周边区域存在较大的地表形变;晋城矿区平均LOS向年平均地表形变速率范围为-37~30.3 mm/a;PS-InSAR技术在晋城矿区地表形变监测中具有可行性,且可以实现矿区地质灾害风险综合识别和预警。

中外地质灾害风险评价研究文献综述

中外学者对地质灾害风险评价研究成果颇丰,有必要进行阶段性整理。搜集1992—2020年CNKI数据库的2308篇和WOS数据库的884篇文章,运用文献计量和传统文献研究方法,全面梳理了包括热点、主题、主要研究团队与机构、历程、对象演变、内涵发展以及评价方法等方面当前已有的研究成果。明确了研究的阶段性划分并发现研究具有主题明确化、维度综合化和方法科学化等趋势,给出几点思考供同侪研究者参考。

地质灾害易发性评价方法综述

我国地形地质条件复杂,地质灾害多发,人类各类工程地质活动加剧了地质灾害的发生与发展.地质灾害预防与管理工作是保障人民生命与财产安全的前提与基础.地质灾害易发性评价是地质灾害危险性评价和风险评价的前提,也是地质灾害区划和防治工作的基础.本文基于国内外地质灾害易发性的相关研究,对地质灾害易发性概念、评价指标体系、权重计算方法和易发性评价模型进行分析总结,并指出了地质灾害易发性评价中亟待解决的主要问题.

甘肃临夏积石山县6.2级地震地质灾害发育特征及危险性评价

2023年12月18日23时59分,甘肃省临夏州积石山县发生Ms6.2级地震,诱发了大量崩滑地质灾害,严重威胁人民生命财产安全。基于震区现场实地调查成果,开展地震诱发加剧地质灾害的发育特征、危险性评价研究,提出防灾减灾措施建议。根据实地调查统计,此次地震后新增地质灾害隐患点64处,加剧的地质灾害隐患点有63处。新增和变形加剧的隐患点以崩塌为主,滑坡次之;规模等级以小型为主,中型次之。崩滑地质灾害主要集中在黄土丘陵区,以黄土陡坎地带切坡建房、切坡修路为主。利用GIS技术的加权信息量法评价积石山县域地质灾害易发性。结果显示,高易发区、中易发区、低易发区、非易发区占比分别为5.45%、9.83%、32.70%和52.02%,其中高易发区主要分布在积石山东部黄土丘陵区的山梁地带。基于区域地质灾害易发性评价,开展地震活动断裂、地震动分布以及不同降雨工况条件(10年、20年、50年、100年一遇)下积石山县域地质灾害危险性评价。结果显示:100年一遇极高危险区较10年一遇极高危险区的增幅最大为18.26%,说明未来区内遭遇极端降雨会显著提高区内地质灾害危险程度。研究认为,积石山地震地质灾害后效应将增强,未来崩塌、滑坡发生频次升高,地质灾害易在降水、冻融条件下形成,需针对性地采取防控措施,有效降低其威胁程度。

郑州市西部山地丘陵区地质灾害发育特征及危险性评价

郑州市西部山地丘陵区地质环境条件复杂,崩塌、滑坡及泥石流等地质灾害频发,尤其是2021年“7·20”特大暴雨引发了大量地质灾害。地质灾害危险性评价主要采用单一方法进行,存在评价准确性略低等问题。通过对研究区地质环境背景、地质灾害分布特征的分析研究,选取坡度、地貌、工程地质岩组、高程、距断裂距离、距河流距离、24小时最大降雨量和人类工程活动强度8个评价因子,采用加权信息量法,对研究区进行地质灾害危险性评价。结果表明:低、中、高危险区面积分别为1387.14 km^(2)、1803.18 km^(2)、1066.47 km^(2),分别占总面积的32.59%、42.36%、25.05%,地质灾害点的空间分布与地质灾害危险性评价结果基本一致,利用受试者工作特征(ROC)曲线检验评价结果合理,研究结论可为郑州市西部山地丘陵区地质灾害防治提供准确的依据。

区域地质灾害易发性评价的证据权法原理与实践

在阐述证据权法概念与原理的基础上,以西北黄土高原滑坡、崩塌地质灾害高易发的兰州市区为评价区,详解基于证据权法的区域地质灾害易发性评价的技术流程,利用GIS工具,开展评价指标选取与相关性分析、证据因子权重与后验概率分析、评价模型检验、易发程度评价。分析结果显示,坡度、坡向、地层岩性、断层、绿化灌溉、土地利用类型等地质灾害影响因素之间呈无相关或弱相关性,符合相互独立的要求,组成的模型ROC曲线(接受者操作特征曲线)AUC值(曲线下面积)为0.85,具有较高的预测精度。理论与实践表明,与其他统计学方法相比,证据权法同时考虑了评价指标中存在地质灾害与不存在地质灾害2种情况,避免了当地质灾害不存在时权重偏大导致结果失真的问题。证据权法结果为地质灾害发生的绝对概率,可以作为不同区域、地区的地质灾害易发程度对比的依据。

基于信息量模型的云南禄丰地质灾害风险性评价

禄丰市位于云南省中部,区内地质环境复杂,地质灾害多发频发,严重威胁当地居民生命财产安全。以禄丰市为研究区,结合1∶5万地质灾害风险调查数据,基于GIS平台,采用信息量模型,构建以栅格为单位的风险评价方法。针对不同灾害类型,选取不同评价因子进行地质灾害易发性评价;基于评价结果,以近10年汛期月(5—10月)累计平均降水量为诱发因素,开展危险性评价;选取建筑物、人口和交通设施分布等因子构建承灾体的易损性评价模型;根据危险性和易损性评价结果,利用矩阵分析方法完成区内风险评价。结合区内地质灾害易发程度、承灾体情况、险情等级及地质灾害防治能力,实现研究区地质灾害风险性区划。结果显示,区内地质灾害高风险区主要分布于恐龙山镇-妥安乡龙川江沿岸,面积为290.47 km^(2),占比8.16%;中风险区主要分布于高峰乡、彩云镇,面积为2044.21 km^(2),占比57.48%;低风险区主要分布于妥安乡至高峰乡、金山镇、中村乡等地势平缓地带,面积为1222.05 km^(2),占比34.36%。评价结果可为禄丰市地质灾害防治减灾提供依据,并为其他地区开展评价提供思路和参考。

基于不同数学模型的四川省马边县地质灾害易发性评价研究

为合理准确地反映四川省马边县地质灾害易发性评价结果,以马边县301处地质灾害点为例,选取海拔、坡度、坡向、坡型、地形起伏、工程岩组、断层、水系、降雨等9个评价指标,基于ArcGIS平台利用信息量模型(I)、确定性系数模型(CF)和考虑权重的加权信息量模型(AHP-I)和加权确定性系数模型(AHP-CF)等4种模型,分别对研究区进行地质灾害易发性评价。结果表明:坡度、工程岩组、断层和降雨对研究区地质灾害易发的贡献度较高。4种评价模型均将研究区划分为极低易发区、低易发区、中易发区、高易发区,其中中-高易发区主要分布在县域的中北部以及软弱岩组、河流和断层两侧沿线区域,与历史灾害点分布高度一致。通过ROC曲线计算AUC值均大于0.75,表明评价结果准确性较高,4种模型的准确性排序为AHP-CF>CF>AHP-I>I。该研究可为马边县地质灾害易发性评价提供理论方法,为地质灾害防治区划提供参考依据。

基于概率模型的四川省降水诱发地质灾害风险预警方法研究

开展降水诱发地质灾害风险预警是降低地质灾害风险的重要手段之一。基于2008-2019年四川省地质灾害历史灾情数据,在地理分区基础上,以地形、岩土、植被、气候因子为区划评价因子,采用信息量模型,将四川省划分为7个地质灾害分区。以正态化处理后的地质灾害有效降水量为建模因子,采用高斯拟合方法,建立各分区降水诱发地质灾害概率模型,并进行地质灾害预警检验。结果表明:(1)四川省可划分为盆地及盆周山区低易发区、中等易发区、高易发区,西南山地次易发区、易发区,川西高原次易发区、易发区等7个地质灾害分区。(2)ROC(Receiver Operating Characteristic)曲线分析表明,盆地及盆周山区的地质灾害分区精度略低于西南山地区和川西高原区的分区精度。(3)各分区正态化处理后的有效降水量与地质灾害频率具有很好的高斯分布关系。(4)建立的降水诱发地质灾害概率模型的地质灾害预警成功率为72%,当日降水量≥10 mm时,地质灾害预警成功率为83%。

泸定地震人员死亡、失联数量的变化特征及地质灾害对其的影响

搜集了泸定6.8级地震人员死亡和失联资料,通过与近10年典型破坏性地震震例进行案例对比,定量分析了泸定地震人员死亡、失联数量随时间变化的特征。结合应急救援工作实际,梳理、归纳主要原因,同时系统分析了地质灾害对人员死亡率及失联率的影响。探讨山区地震灾害及救灾特点,提出山区复杂环境下地震灾害信息核查报送及人员搜救能力提升建议。