李 勇
（陕西省地质环境监测总站，陕西西安 710054）
摘 要：地质环境监测中的地质灾害监测经过长时间的发展，已经具备了可以预警的实施监测能力，但预警则止步于核心科研的滞后，使得阈值成为目前地质灾害预警最大的瓶颈，本文旨在理清行业内部地质环境监测中地质灾害监测与非地质灾害监测的不通特性，通过简述主要的自动化常规专业监测手段，阐明整个地质灾害防治方向取得的成绩和面临的问题，以期给政府及行业决策者提供一个较为客观的参考。
关键词：地质环境；地质灾害；监测技术；秦巴山区
0 引 言
地质环境一般是指地球表层岩石、土壤以及地下水等组成的综合地质体，它是国土资源和人类工程经济活动的承载体。对地质环境的监测则是对以上各类综合地质体的可变量参数进行宏观或者微观的持续性测量。地质环境监测在新中国成立之初就已经展开，包括地下水监测及地面沉降监测；随着近年人类工程引发的地质灾害频繁增多，国家层面相继又部署了地质灾害监测预警、矿山地质环境监测以及水土地质环境监测工作。随着监测网络的进一步完善和监测工作的深入开展及发展，至今已经形成了一套较完善的地质环境监测系统，包括各类现代技术衍生、改进的监测手段和方法。
1 地质环境专业监测手段分类及发展
常规地质环境监测按照监测对象基本分为地上监测、地面监测和地下监测3部分。地上监测为对地质环境所受影响因素的监测，主要包括植被监测、建筑物裂缝监测、降雨量监测及气温监测等；地面监测包括通常所说的地面裂缝监测，地面沉降监测及地表形态监测；地下监测主要包括传统的地下水监测、深部位移监测及近年新兴的土压力监测、水压力监测、土体含水率监测等。
现地质环境常规专业监测大部分集中在降雨量监测、地裂缝监测、地下水监测、地面沉降监测、深部位移监测、地热监测等几个方面。随着社会科技的发展与进步，依托中国现代化进步，各种监测手段的监测方法也进行了完善和改进，经历了长时间的改变后基本达到了能够进行现代化监测的全自动实时监测水平。
2 地质灾害防治监测的特殊性及要求
2.1 地质环境监测与地质灾害灾害防治监测
地质灾害体是一种特殊的地质环境形态表述，即对人类造成不利影响的地质环境体变化。诸如滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、地裂缝等可能造成人民生命财产损失的地质环境变化。
作者简介：李 勇（1980—），男，新疆奎屯人，工程师，从事地质灾害防治工作
非地质灾害类的地质环境监测（下文简称环境监测）主要指宏观的环境变化参数监测，其主要是通过对相关地质环境参数的规律性监测，查明区域性地质环境监测时的现状特征，并通过宏观监测做出地质环境各类参数的变化规律（诸如地下水质和潜水位等值线图等），为政府和行业部门进行规划和专业发展部署提供有效支撑。
地质灾害专业监测则是对可能造成人员伤亡或者经济损失的地质环境变化现状进行准确的监视。为防止此类现象造成严重后果提供精确的判定参数，此类特殊性使得对于传统的地质环境监测来说，地质灾害监测方面则有了更新更高的要求。
2.2 地质灾害防治监测的要求
防止地质灾害发生时对人类及人类工程（包括地质灾害的治理工程本身）造成损失是地质灾害防治监测的基本要求。此类要求决定了地质灾害防治监测需要达到预警支撑的能力。
地质灾害，尤其是突发性地质灾害往往发生在一瞬间。造成人员伤亡和财产损失都在短时间内迅速完成，要想有效地避免此类灾害发生，需要在监测体系提前进行预警，给予避灾反应时间。这就意味着地质环境监测中广泛使用的人工监测和间隔性监测无法达到要求。于是现代社会对地质灾害防治监测提出了更高的要求：实时性全自动化监测，只有在此前提下，才能满足实施预警的需要。
3 地质灾害自动化监测技术
地质灾害专业监测手段有很多，限于篇幅，以下只对目前常规监测中应用最广泛的5类监测手段进行简述。
3.1 降雨量监测
多数地质环境变化都和降雨有关，尤其是局部地质灾害的发生，都取决于降雨量的大小和降雨在局部时间空间上的缓急程度，降雨是诱发各类地质环境突变或者缓变的重要因素。对降雨量的监测对地质环境研究及灾害类防治预警方面都有着非常重要的意义。降雨量监测经过多年发展，现在已经形成一套成熟的系统，并在地质灾害监测方面广泛的应用。
现代地质环境降雨量自动化监测站与气象部门所使用相同，其监测原理是通过内部惯性漏斗实现的自动化实时监测，在滑坡、崩塌等地质灾害自动化监测方向经常使用。
3.2 地面裂缝监测
无论是缓变性构造地裂缝监测还是滑坡及矿采沉降区域地面裂缝监测在避灾及环境方面都有着非常重要的意义，是灾害评价、预防、预警的重要手段。
地面裂缝监测是针对地表裂缝现象进行的一种持续性测量手段（包括对构造性地裂缝和矿区沉降及滑坡、崩塌类局部型地质灾害形成的地面裂缝等），现代地裂缝自动化监测手段主要为裂缝伸缩仪监测。以滑坡体为例，在位于跨地裂缝两个桩间布置预应力钢丝，稳定一端设置拉伸测量装置，同时通过通讯部实施传输信号，完成整个地裂缝变化的无人实时测量模式（图1），如进行的构造地裂缝监测，则可分布多根钢丝和垂向变形测量仪进行三维活动量监测。由于地裂缝自动化监测现在尚处在普及阶段，不少缓变性地裂缝和非重大突发威胁的地面裂缝依旧采取水准点和水准剖面标尺测量的人工测量方式。
3.3 地下水监测
地下水监测无论在地质环境研究还是在局部突发性地质灾害的预防中都有着重要的意义。与早期人工测钟与电测绳不同，现代地下水监测也实现了全自动无人值守全天候自动化监测。这在灾害防治与预警中是十分关键的。
图1 地面裂缝监测仪器示意图
地下水自动化监测探头原理是水压监测，将其伸入监测井孔常年最低水位以下，并输入探头高程，探头会根据水压计算出水面距离探头间水柱深度，再换算成水位（图2），依托现在先进的计算机无线通讯技术，将信号实时回传甚至自动形成实时曲线，同时在探头加装水温监测设备则可持续性进行水温监测，而水质对地质灾害的影响现在尚在讨论当中，且水质监测需要室内实验支撑，较为复杂，目前地质灾害防治监测中少有对水质监测的内容。除了井孔水位监测外，根据此类原理，人们又发明了渗压监测方式，根据埋入土中特定深度的压力感应探头进行孔隙水的渗流压力监测，这对地质灾害的防治具有重要意义，目前也实现了全自动化监测。
图2 地下水自动监测仪器示意图
3.4 地面沉降监测
地质灾害的地面沉降监测与地质环境沉降监测所使用的GPS等远程测量不同，灾害监测需要进行实时并且局部高精度监测操作，现行灾害防治领域的远距探测类监测依旧在初步运用阶段，由于费用高昂，技术要求苛刻，目前仅在三峡等大型国家工程防灾中应用，尚无法普及，不适合全国遍布的大数量且呈离散性分布地质灾害的防灾监测。
现代地质灾害高精度全自动化地面沉降监测依旧使用液体平衡原理，与缓变性构造地裂缝垂向监测原理相同（图3），将两部分容器使用导管连接，两容器所在相对地面不均匀沉降差异造成的液面变化由高精度计量器读出，并实现了实时处理、回传和预警的全自动监测。
3.5 深部位移监测
根据土质滑坡（诸如是秦巴山区堆积层滑坡）的土体内部受力和运动规律（图4），可由滑坡体前后边缘及地面变形较大处布置竖向钻孔，于孔内加装柔性管，在滑坡变形后（图5），以铅锤芯探头（测斜仪）测量软管倾斜角度，并计算出滑坡向前总位移量（图6）。
现代深部位移监测已经与计算机及网络整合成一套完整的测斜仪系统，其可根据测量出的倾斜角度θ值自行进行计算，形成最终位移量结果并实时发送至接收终端，最终甚至可以描绘出实时变化曲线，供室内人员调用参阅。
深部位移位移的特殊性是自动化监测无法像手动监测那样缩短和调整单位深度，所以有限的测斜探头必须有的放矢地布设在诸如滑面这样的关键深度处，从而导致了要实现深部位移的自动化监测就必须首先使用钻孔确定滑面位移的庞大工作量，而现代滑坡（尤其秦巴山区是堆积层滑坡）在累进性蠕变过程中滑面是有可能改变的。这使得深部位移监测的全自动化有可能失准且造价高昂。另外深部位移监测有一定的适用条件，在弧形滑面或者层内滑坡等具有转动惯量的滑体并不适合。
图3 西安地裂缝YSL监测仪器示意图
图4 土体内部质点受力及沿深度水平累积位移特征
图5 滑坡体移动监测示意图
4 地质灾害自动化监测预警面临的瓶颈
4.1 现代化地质灾害自动化监测预警的瓶颈现状
综上所述，现代地质灾害专业监测已经发展至一体化、实时化的地步。依托信电、通讯、计算机及网络等各类行业现代化的迅猛速度，地质灾害防治监测已经完全达到了预警所需的要求。但地质行业本身已远远落后于社会科技的进步，地质灾害类的科研严重滞后，造成了目前有测无警、有实时无阈值的倒挂现象。地质灾害防治类的相关研究呈现各自为战，盲目自验的现状，使得地质行业理论科研止步不前，地质灾害防治方面的专业监测预警核心——“阈值判定”无法突破。成为了目前地质灾害自动化监测预警区建设的瓶颈。
4.2 建议
加大地质灾害防治科研领域投入，将地质灾害防治监测预警阈值研究提上日程，以期突破地质灾害防治监测预警“最后一公里”的瓶颈，健全地质灾害防治相关技术规范体系，同时应着手进行社会专业资料整合，实施成果管理的科学化、现代化改造，确保学术界“无障碍交流”，形成合力，为将来地质灾害防治类相关技术性规范的起草提供可能。从而能使地质灾害防治监测预警走上正规化的道路。
图6 测斜仪探头测量原理示意图
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