Investigación sobre monitoreo y alerta temprana de desastres geológicos en la sección Wanzhou-Wushan del área del embalse de las Tres Gargantas
Ouyang Zuxi, Zhang Zongrun, Chen Ming, Jin Shijieshan, Chen Zheng y Han Wenxin
(Instituto de Estrés Crutal, Administración de Terremotos de China, Beijing, 100085)
Resumen Para una mejor calidad Para resolver eficazmente el problema de la alta incertidumbre en el monitoreo de deslizamientos de tierra, es necesario utilizar múltiples tipos de sistemas de monitoreo. Este artículo presenta sistemáticamente el trabajo de investigación de alerta temprana y monitoreo de desastres geológicos llevado a cabo en Wanzhou, Fengjie, Wushan y otros lugares en el área del embalse de las Tres Gargantas, incluida la red de monitoreo de deslizamientos de tierra en secciones típicas del área de estudio establecida con base en tecnología 3S y terreno. red de monitoreo de deformaciones y el desarrollo de una nueva plataforma de telemetría inalámbrica de deslizamientos de tierra, así como equipos especiales como inclinómetros móviles y telémetros láser. A través de algunos resultados de seguimiento típicos obtenidos en los últimos años, se analiza la eficacia de la aplicación de diferentes tecnologías y métodos en el seguimiento y alerta temprana de desastres geológicos.
Palabras clave Área del embalse de las Tres Gargantas Sistema de alerta temprana y monitoreo de deslizamientos de tierra Tecnología 3S
1 Introducción
Desde 1998, el Instituto de Investigación de Estrés de la Corteza de la Administración de Terremotos de China (en adelante (conocido como Instituto de Estrés Crustal) El Equipo del Proyecto de Riesgos Geológicos del Área del Embalse de las Tres Gargantas se basa en la "Investigación de Demostración de Monitoreo de Deslizamientos de Tierras GPS del Área del Embalse de Wanzhou del Proyecto de las Tres Gargantas" realizada por la Oficina de Inmigración del Comité de Construcción de las Tres Gargantas del Consejo de Estado y el Ministerio de Proyecto de investigación del "Décimo Plan Quinquenal" de Ciencia y Tecnología "Sistema tecnológico de red de telemetría de riesgos geológicos nuevo y eficiente en el área de demostración" Investigación", el "Monitoreo de la estabilidad de pendientes altas y muros de contención altos en Fengjie y Wushan" emitido por el Gobierno municipal de Chongqing y la Oficina de Inmigración, y la "Aplicación de la tecnología de teledetección PSInSAR para monitorear el embalse de las Tres Gargantas" por el Instituto de Ciencias de la Tierra, el Centro Alemán de Geociencias y el University College London, Reino Unido. Con el apoyo del programa "Deslizamientos de tierra en el área del embalse" y Deformación del Banco del Embalse", y con la cooperación de las oficinas de inmigración y las oficinas de tierras y recursos de Wanzhou, Wushan y Fengjie, hemos llevado a cabo una investigación extensa y profunda sobre el sistema de alerta temprana y monitoreo de desastres geológicos en el área del embalse. . Los objetos de monitoreo se han ampliado desde deslizamientos de tierra, rocas peligrosas y deformaciones de bancos de embalses hasta la estabilidad de altos muros de contención, pendientes elevadas y cimientos de edificios de reasentamiento. La tecnología de monitoreo refleja la integración de múltiples disciplinas.
En los últimos años, basándose en estudios geológicos, el equipo del proyecto ha utilizado tecnología 3S para establecer un sistema de información geográfica (SIG) de desastres geológicos para llevar a cabo monitoreo de deformaciones de deslizamientos de tierra y posicionamiento global por satélite (GPS); -Método de monitoreo de instrumentos también integra la tecnología de medición y sensores avanzada y madura de hoy, la tecnología de procesamiento de información por computadora y la tecnología de comunicación. La red de telemetría inalámbrica utiliza GSM/GPRS como plataforma de comunicación y puede optar por conectar diferentes sensores para monitorear la deformación de la superficie y. deformación profunda de deslizamientos de tierra y deslizamientos de tierra, dinámica del agua subterránea, emisión acústica, cambios de grietas, lluvia, así como la tensión interna y el empuje de estructuras de ingeniería como bancos de embalses y pilotes antideslizamiento en la aplicación de teledetección (RS) Tecnología, el reflector de esquina propuesto recientemente a nivel internacional. La tecnología se utiliza para ayudar al procesamiento de señales InSAR y se ha establecido una red de bancos de pruebas. Hasta ahora, el equipo del proyecto ha logrado una serie de resultados graduales en el monitoreo de la deformación de deslizamientos de tierra y sistemas de alerta temprana de desastres en el área del embalse. Los resultados del monitoreo en algunas áreas típicas proporcionan una base importante para la toma de decisiones del gobierno en materia de reducción de desastres.
2 Ideas orientadoras para el diseño de una red de monitoreo de peligros geológicos en el área del embalse
El objetivo principal del monitoreo de colapsos y deslizamientos de tierra en el área del embalse es comprender y dominar integralmente el proceso de evolución de colapsos y deslizamientos de tierra, y capturarlos de manera oportuna. La información característica de los desastres de colapsos y deslizamientos de tierra puede proporcionar datos confiables y una base científica para la evaluación, el análisis, la predicción y la ingeniería de control correctos de los desastres de colapsos y deslizamientos de tierra. Al mismo tiempo, los resultados del monitoreo también son un criterio para probar el análisis y evaluación de derrumbes y deslizamientos de tierra y la efectividad del control de ingeniería de deslizamientos.
Para lograr el propósito anterior, la idea de diseño general del sistema de monitoreo de desastres geológicos en el área del embalse es:
(1) Según la estructura geológica y la deformación. características de etapa de diferentes cuerpos de colapso y deslizamiento de tierra, se deben adoptar diferentes métodos y medios para el monitoreo;
(2) En vista de la alta incertidumbre del proceso de deformación y falla de los cuerpos de colapso y deslizamiento de tierra, múltiples. Se deben utilizar métodos para monitorear el mismo cuerpo colapsado para formar puntos, líneas, superficies. Una red de monitoreo tridimensional que combina la superficie y el subsuelo para complementarse y verificarse entre sí;
(3) Basado en el trabajo de medición y defensa grupal, desarrollar observación de instrumentos artificiales convencionales y tecnología de telemetría automática inalámbrica, establecer una red de monitoreo y alerta temprana que combine monitoreo estático y dinámico para servir a la predicción a largo plazo, mediano plazo y alerta temprana a corto plazo de geología. desastres.
3 Métodos y tecnologías de monitoreo de desastres geológicos
Basados en las cantidades físicas del colapso y el monitoreo de la deformación por deslizamientos de tierra, teniendo en cuenta los requisitos de precisión de la medición de la deformación y la eficiencia del trabajo de monitoreo, combinados con la tecnología de monitoreo y el nivel de desarrollo de métodos actuales nacionales y extranjeros, en aplicaciones prácticas, se utilizan tecnologías de monitoreo de fracturas, GPS, InSAR, alcance láser, inclinación de flujo y algunas áreas también usan métodos tradicionales como estaciones totales y nivelación; monitoreo del inclinómetro del pozo; los medidores de presión de agua de poros monitorean los cambios dinámicos en el agua subterránea; los medidores de tensión de barras de acero y los medidores de tensión de cables (varillas) de anclaje se utilizan para monitorear los cambios de tensión de las barras de acero, los cables de anclaje y las varillas de anclaje dentro del antideslizante. pilotes respectivamente; al mismo tiempo, se utiliza una red de telemetría. La tecnología recopila diversos datos de monitoreo dinámico, incluida la deformación de la superficie, el desplazamiento profundo, el agua subterránea, el medidor de barras de acero, la emisión acústica de rocas peligrosas, etc. Las características y campos aplicables de estos métodos se revisan brevemente a continuación.
3.1 Red Geodésica GPS (Sistema de Posicionamiento Global)
El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) es un sistema de navegación, posicionamiento y cronometraje desarrollado por el Departamento de Defensa de Estados Unidos. Está formado por 24. Satélites distribuidos a intervalos iguales. Está formado por 6 satélites en el plano orbital y a una altitud de unos 20.000 km. En cualquier lugar de la Tierra, en cualquier momento, con un ángulo de altitud de 15. Se pueden observar al menos 4 satélites simultáneamente en el cielo. Los usuarios utilizan un receptor en tierra para recibir las señales transmitidas por estos satélites, miden la distancia desde la antena del receptor al satélite y luego calculan las coordenadas tridimensionales del punto de recepción. En los últimos años, el desarrollo y la aplicación de la tecnología de posicionamiento GPS en nuestro país se han desarrollado rápidamente. Por ejemplo, se ha establecido una red de monitoreo GPS en el área de la presa del Proyecto de las Tres Gargantas en el río Yangtze. la precisión de posicionamiento horizontal del GPS de alto rendimiento puede alcanzar el nivel milimétrico y puede usarse para la prevención de colapsos y el monitoreo de desplazamiento de deslizamientos de tierra.
En comparación con los métodos tradicionales de levantamiento geodésico, la tecnología de medición GPS tiene las siguientes ventajas cuando se aplica al monitoreo de deslizamientos de tierra: ① No es necesario ver a través de los puntos de observación y la selección de puntos es conveniente ② No está restringida; por las condiciones climáticas y puede realizar monitoreo en todo clima; ③ Las coordenadas tridimensionales del punto de observación se pueden medir simultáneamente; ④ El receptor GPS de nueva generación tiene las características de fácil operación, tamaño pequeño y bajo consumo de energía. Por lo tanto, este método ha sido ampliamente utilizado en el monitoreo de la deformación de deslizamientos de tierra, el monitoreo de la seguridad de la construcción y el monitoreo de los efectos del control de ingeniería de deslizamientos de tierra. Sin embargo, debido al largo ciclo de construcción de estaciones de monitoreo y adquisición de datos, este método rara vez se utiliza en la alerta temprana de desastres a corto plazo.
3.2 Red de Monitoreo de Instrumentos Especiales
Entre este tipo de métodos de medición, existen muchos instrumentos de medición tradicionales que aún se utilizan ampliamente, como el teodolito, la estación total, los inclinómetros de nivel y de pozo, etc., que se utilizan principalmente en el monitoreo de la seguridad de la construcción de varios proyectos de gestión de ingeniería. Además de los instrumentos antes mencionados, también hemos desarrollado inclinómetros portátiles, telémetros láser móviles y otros equipos basados en las condiciones ambientales específicas del área del embalse de las Tres Gargantas y las necesidades de otros aspectos de monitoreo de desastres geológicos para compensar las observaciones GPS que son bloqueado por casas y laderas, sin embargo, hay una escasez de mediciones inconvenientes para monitorear integralmente la deformación de la superficie del deslizamiento, la deformación de las casas y los cimientos de los nuevos pueblos de inmigrantes en el área del embalse ubicado en el terreno de la ladera del valle. En algunos deslizamientos de tierra y deformaciones clave que han sido tratados por ingeniería, combinados con el monitoreo de los efectos del tratamiento, se utiliza una gran cantidad de calibradores de barras de acero y calibradores de varillas de anclaje (cable) para monitorear la tensión interna de los pilotes antideslizantes y el empuje. de deslizamientos de tierra.
La realización de diversas observaciones con instrumentos móviles en la superficie tiene las características de múltiples parámetros de monitoreo, alta sensibilidad, amplio rango de medición, alta eficiencia, bajo costo y operación simple. Por lo tanto, este tipo de método de medición es adecuado. para el control de deslizamientos de tierra, la seguridad en la construcción. El monitoreo y el monitoreo de efectos son los mismos que el método de observación móvil GPS anterior, y también se usan ampliamente en el monitoreo y pronóstico a mediano y largo plazo de diversos peligros geológicos.
3.3 Red de telemetría inalámbrica para desastres geológicos
En la actualidad, la tecnología de alerta temprana y monitoreo de colapsos y deslizamientos de tierra externos se ha desarrollado a un alto nivel. En primer lugar, se utilizan con mayor frecuencia redes de telemetría de seguimiento multiparamétrico totalmente automáticas; en segundo lugar, en términos de pronóstico de modelos de peligros geológicos y sistemas de alerta temprana, se ha utilizado la tecnología 3S (GPS, GIS y RS) para el análisis espacial de peligros geológicos y el pronóstico de modelos; y alerta temprana.
Aunque todavía existe una gran brecha en los aspectos anteriores en China, en los últimos años, institutos de investigación individuales como el Ministerio de Ferrocarriles y el Ministerio de Transporte y algunas áreas mineras han intentado utilizar pequeñas redes de telemetría para monitorear y pronosticar desastres por deslizamientos de tierra. en 2002, la Administración de Terremotos de China El área del embalse de las Tres Gargantas tomó la iniciativa en el establecimiento de una red de telemetría inalámbrica multiparamétrica para el seguimiento y la alerta temprana de desastres geológicos.
La "RDA Geological Disaster Wireless Telemetry Network" es una nueva red de telemetría inalámbrica basada en tecnología GSM/GPRS desarrollada por Earth Crust. El sistema consta principalmente de tres partes: grupo de subestaciones de monitoreo, centro de datos de monitoreo y alerta temprana y red pública de comunicación de datos GPRS (consulte la Figura 1 para ver la composición del sistema). GPRS es un servicio portador de datos de conmutación de paquetes inalámbrico desarrollado sobre la base de GSM. En comparación con el método de transmisión de datos por conmutación de circuitos de GSM/SMS, GSM/GPRS adopta el método de transmisión de datos por conmutación de paquetes, que mejora la velocidad de transmisión, utiliza eficazmente los recursos del canal de la red inalámbrica, realiza plenamente la función de Internet móvil y tiene las ventajas. de estar siempre online para cada usuario. Ventaja muy evidente.
Figura 1: Composición del sistema de telemetría inalámbrica de deslizamientos de tierra GPRS
De acuerdo con las necesidades del monitoreo de deslizamientos de tierra individuales, se puede determinar el número de subestaciones de telemetría requeridas y cada subestación de telemetría puede optar por conectarse a diferentes sensores se utilizan para monitorear el desplazamiento de la superficie de deslizamientos de tierra, el desplazamiento profundo o la inclinación de la superficie, los cambios de grietas, las precipitaciones, así como para monitorear la tensión interna y el empuje de estructuras de ingeniería como protecciones de bancos y pilotes antideslizantes. Las funciones del software del sistema del centro de datos de monitoreo y alerta temprana incluyen la recepción de datos de subestaciones de telemetría de varios puntos de desastre geológico, almacenamiento de datos, visualización de curvas de tendencia de deformación y alarmas automáticas por exceso de límites. Al mismo tiempo, la estación del centro de datos puede emitir instrucciones a cada subestación de telemetría para cambiar sus parámetros de trabajo, como los intervalos de muestreo de datos (5 minutos, 1 hora, 24 horas, etc.). El sistema se puede conectar a la LAN informática del centro regional de vigilancia y alerta temprana para respaldar el funcionamiento de un sistema de apoyo a las decisiones sobre reducción de desastres basado en SIG. La pantalla de la computadora del centro de comando y monitoreo de desastres geológicos a nivel municipal y de condado puede monitorear de cerca la tendencia de deformación acelerada de los deslizamientos de tierra en tiempo casi real, respaldar pronósticos de deslizamientos de tierra inminentes y a corto plazo de eventos de daños a los bancos de embalses y deslizamientos de tierra, y también puede Realizar el seguimiento in situ de los eventos de desastres geológicos que se produzcan y el comando de rescate. Desde que construimos la primera red de telemetría para el deslizamiento de tierra de WJW en Wanzhou en 2002, hemos utilizado la "red de telemetría inalámbrica de peligro geológico tipo RDA" para monitorear casi 20 deslizamientos de tierra y deslizamientos de tierra en Wanzhou y Wushan, y hemos acumulado datos valiosos. Este sistema de telemetría inalámbrica para desastres geológicos tiene principalmente las siguientes características:
(1) Múltiples parámetros de monitoreo y alta precisión
El sistema integra: deformación de la superficie de deslizamientos de tierra (desplazamiento, asentamiento), deformación de inclinación 8 tipos de deslizamientos de tierra, incluido un instrumento de medición, un instrumento de medición de grietas, un registrador de señales de emisión acústica de microfracturas del cuerpo de una avalancha, un inclinómetro de deformación por deslizamiento de formación en perforación, un instrumento de medición de la presión del agua intersticial, un dinamómetro de barra de acero y un medidor de tensión del cable de anclaje (varilla). Instrumentos de seguimiento. Todos estos instrumentos de medición tienen una alta precisión de medición y un amplio rango dinámico.
(2) Telemetría automática, desatendida
Los instrumentos de telemetría tienen microprocesadores integrados y módulos de transmisión de datos inalámbricos, con amplio rango dinámico, monitoreo completamente automático, transmisión inalámbrica y alimentación de CA disponible O alimentado por células solares.
(3) Diseño sin barreras
Los instrumentos desarrollados cumplen con los requisitos de diseño sin barreras en términos de medición y transmisión de datos, por lo que tienen las ventajas de una fácil instalación y una buena adaptabilidad ambiental.
(4) Confiando en tecnología de comunicación avanzada
Esta red de telemetría utiliza de manera integral el último desarrollo de tecnología de comunicación GSM/GPRS, que es adecuada para las condiciones del terreno del área del embalse de las Tres Gargantas. y es fácil de instalar e instalar, y tiene las características de alta capacidad, amplia cobertura y bajo costo.
3.4 Sistema de monitoreo de emergencia de colapsos y deslizamientos de tierra
En el pasado, cuando se encontraban signos de colapso y deslizamientos de tierra en el área del embalse de las Tres Gargantas u otros lugares de mi país, se acumulaba información detallada A menudo no fue posible debido a la falta de medios de monitoreo de emergencia. Independientemente de los datos y las oportunidades de investigación perdidas, a veces se pierden vidas debido a medidas ineficaces. Partiendo de la red de telemetría tipo RDA, cambiamos la comunicación a GSM/SMS, es decir, el método de mensajes cortos. El objetivo es hacer más adaptable el sistema a la red de comunicación pública y hacer más fácil y confiable la instalación. Esto es particularmente importante en entornos de monitoreo remoto y situaciones de monitoreo de emergencia.
El sistema de monitoreo de emergencia adopta métodos como inclinación de la superficie, alcance láser e instrumentos de medición de grietas. Una vez que haya informes de las masas o signos de deformación acelerada de un deslizamiento de tierra en un lugar determinado a través del monitoreo de instrumentos, podemos acudir rápidamente al lugar, instalar la red a tiempo e implementar un monitoreo continuo las 24 horas. No sólo puede evitar eficazmente eventos inesperados, sino también acumular datos valiosos para estudiar las etapas de deformación y daño de los deslizamientos de tierra. En 2003, se llevó a cabo un seguimiento de emergencia de carreteras y puentes a petición del gobierno local de Wanzhou y se obtuvieron buenos resultados.
3.5 Tecnología de medición InSAR del radar de interferometría de apertura sintética
La tecnología de medición de interferometría del radar de apertura sintética (InSAR
Abreviatura InSAR-Interferometry Synthetic Aperture Radar) es el uso de Tecnología de medición que utiliza la diferencia de fase entre dos imágenes SAR de la misma zona observadas en rutas adyacentes para obtener datos terrestres. Su principal característica es el uso de información de fase en datos de radar.
El radar de interferencia tiene muchas ventajas: tiene capacidad de funcionamiento en cualquier condición meteorológica, las microondas que emite tienen cierta capacidad de penetración en objetos terrestres, puede proporcionar información que la teledetección óptica no puede proporcionar y funciona en un modo activo. Para el satélite de radar europeo ERS-1/2 y el satélite de radar canadiense RADRSAT-1, se utiliza tecnología de interferencia para generar DEM para monitorear los cambios de desplazamiento del suelo, y la precisión puede alcanzar el nivel milimétrico. Por lo tanto, este método técnico es particularmente adecuado para monitorear y pronosticar deslizamientos de tierra, colapsos, flujos de escombros, fisuras del suelo, hundimientos del suelo y otros desastres geológicos en grandes áreas. Es una tecnología de detección espacial de alta tecnología rápida y económica.
El área de las Tres Gargantas tiene una vegetación exuberante, lluvias abundantes y grandes diferencias en la forma del relieve, lo que no favorece el procesamiento de señales de radar de interferencia. Se han realizado algunos intentos en esta área sin éxito. Con este fin, el Crustal Stress Institute cooperó con el Centro Alemán de Investigación de Geociencias (GFZ) y adoptó la tecnología de reflector de esquina recientemente lanzada internacionalmente para ayudar en el procesamiento de señales InSAR. Un reflector de esquina es un dispositivo formado por tres placas metálicas angulares que pueden reflejar las ondas de radar irradiadas en su dirección original. La señal reflejada aumenta significativamente en relación con el entorno. Al distribuir uniformemente los reflectores de esquina artificiales dentro del área de trabajo y determinar algunos puntos estables como puntos de reflexión naturales, se facilita el registro de imágenes y el cálculo preciso del desplazamiento de los reflectores de esquina. Para un área tan grande como el área del embalse de las Tres Gargantas, existen limitaciones al utilizar solo puntos limitados para medir la deformación de los deslizamientos de tierra utilizando GPS u otros instrumentos. Por lo tanto, es de gran importancia explorar el uso de la tecnología InSAR para monitorear los deslizamientos de tierra en las Tres Gargantas. Zona del embalse de las Gargantas. En 2003, instalamos 14 reflectores de esquina en Wanzhou y Wushan para realizar pruebas de monitoreo e investigación. También realizamos conjuntamente un monitoreo de deformación por GPS para comparar.
4 Sistema SIG para monitoreo y alerta temprana de desastres geológicos
El sistema de información geográfica de monitoreo de desastres geológicos es un sistema de información que puede gestionar eficazmente varios espacios de cuatro dimensiones (incluidas las coordenadas geográficas y el tiempo). cambios) sistema de datos. Se basa en monitorear objetos como avalanchas y deslizamientos de tierra, y almacena datos espaciales como terreno, planificación urbana y distribución de puntos de monitoreo en la computadora de acuerdo con sus posiciones espaciales a través del módulo de base de datos, el módulo de visualización de curvas y el módulo de análisis de datos. los datos de monitoreo se almacenan y funciones como actualización, consulta, análisis de tendencias, visualización de dibujos, salida de gráficos y tablas, etc.
El sistema consta principalmente de cuatro partes: subsistema de información geográfica, subsistema de gestión de documentos de datos geológicos básicos, subsistema de base de datos de monitoreo de desastres geológicos y subsistema de análisis de datos de monitoreo.
Desde que el Instituto de la Corteza Terrestre comenzó a monitorear e investigar los peligros geológicos en el distrito de Wanzhou, Chongqing en 1998, primero se dedicó a establecer una plataforma de gestión de información y datos sobre peligros geológicos basada en SIG y desarrolló con éxito el " Base de datos de Wanzhou" en 2000. Sistema de información geográfica del trabajo de inmigración del distrito". Después de eso, se mejoró gradualmente el sistema de gestión de bases de datos correspondiente, se enriqueció el módulo de análisis de datos, se agregó la función de alarma automática y se implementó un sistema SIG de monitoreo y alerta temprana de deslizamientos de tierra que integra la gestión y el análisis de datos, que se promovió sucesivamente a Wushan y Condados de Fengjie.
El sistema utiliza el lenguaje de programación orientado a objetos Visual C 6.0 como herramienta de desarrollo y MapInfo como plataforma de desarrollo básica; la base de datos de monitoreo de desastres geológicos se crea usando Microsoft SQL Server 2000, y la base de datos está conectada y Se accede a través de la tecnología ADO. El sistema SIG de alerta temprana y monitoreo de desastres geológicos utiliza mapas electrónicos a gran escala como mapas de trabajo, que pueden ampliarse y recorrerse a voluntad, pueden encontrar automáticamente objetivos en el mapa y están asociados con bases de datos. El sistema proporciona una plataforma eficaz para gestionar diversos datos geológicos e hidrogeológicos de ingeniería, para gestionar los tipos mencionados anteriormente de redes de seguimiento de desastres geológicos y datos de seguimiento, para el análisis de datos y la visualización de resultados, incluso para la gestión de trabajos de medición y prevención en grupo. sentando así una buena base para el estudio de la estabilidad de los deslizamientos de tierra (la estructura general del sistema se muestra en la Figura 2).
Figura 2: Diagrama de bloques estructural general del sistema SIG de alerta temprana y monitoreo de desastres geológicos
De acuerdo con los requisitos funcionales antes mencionados, el sistema puede generar una variedad de gráficos, tablas y tres -Imágenes dimensionales que expresan resultados de procesamiento de datos y análisis espacial. Formas visuales como diagramas de simulación. La Figura 3 muestra una interfaz del sistema GIS del condado de Wushan, que muestra la distribución de deslizamientos de tierra, carreteras y cuatro tipos de estaciones de monitoreo, a modo de ejemplo.
Figura 3 Distribución de estaciones de monitoreo de inclinación y GPS mostradas por el sistema GIS de Wushan
1. Estación de monitoreo estática de GPS; 2. Estación de monitoreo de inclinación móvil 4; .Puntos de control de coordenadas GPS
El proceso de análisis de datos tiene básicamente los siguientes tres aspectos:
(1) Los datos obtenidos por todo el sistema de monitoreo, incluida la transmisión automática y la observación de flujo, son procesado a través de Después de la verificación y confirmación, se puede almacenar en la base de datos básica de la estación de monitoreo del entorno geológico local.
(2) Investigación sobre análisis de tendencias de peligros geológicos y tecnología de alerta temprana basada en sistemas de información geográfica, incluido el análisis estadístico de los resultados del monitoreo, análisis de series de tiempo, análisis de diagramas vectoriales de desplazamiento de superficie, análisis de curvas de desplazamiento de profundidad de deslizamientos de tierra, Análisis de desplazamiento-lluvia, etc., para luego determinar el umbral de alerta de deslizamientos de tierra en diferentes entornos geológicos.
(3) La curva de cambio de tiempo de deformación de deslizamientos de tierra obtenida y los resultados de la imagen de distribución plana bidimensional se pueden utilizar para análisis e investigaciones adicionales sobre la estabilidad de deslizamientos de tierra.
5 Aplicaciones y resultados de monitoreo típicos de varias tecnologías de monitoreo
5.1 Tecnología GPS utilizada para monitorear la deformación de deslizamientos de tierra
Desde finales de 1999, el área del embalse de Wanzhou ha construyó más de 120 Una red de monitoreo de deformación de deslizamientos de tierra con GPS con tres estaciones móviles. A finales de 2002, se habían completado ocho fases de mediciones. Los resultados muestran que la tasa de deformación reciente de la mayoría de los deslizamientos de tierra es baja, inferior a 5 mm/a; sin embargo, las tasas de deformación anual de algunos deslizamientos de tierra como Banbianshiba y la Escuela Primaria Experimental son tan altas como 84 mm y 49 mm respectivamente; Qingcaobei también tiene una deformación significativa. La Figura 4 muestra las características de zonificación actuales de la deformación por deslizamientos de tierra en el área urbana de Wanzhou: las áreas con gran deformación son en su mayoría pendientes pronunciadas, y algunas son áreas de distribución de deslizamientos de tierra antiguos, la deformación reciente está relacionada principalmente con factores como actividades de ingeniería humana y fuertes lluvias;
Figura 4 Diagrama esquemático de la distribución de la deformación por deslizamientos de tierra en el área urbana de Wanzhou
1. Puntos de monitoreo de deslizamientos de tierra por GPS 2. Deslizamiento de tierra 3. Vector de deslizamiento 4. Áreas estables con pequeña deformación; /p >
Los resultados anteriores tienen una importancia orientadora para la planificación de la construcción de ciudades y pueblos en el área del embalse. Se entiende que se seleccionaron algunos proyectos de infraestructura en el área de deformación antes mencionada. Desde que comenzó la construcción a principios de 2002, la nivelación del sitio ha sido bloqueada repetidamente para llevar a cabo la construcción básica y se pagó un alto precio. Hemos reforzado el seguimiento, seguimiento e investigación de estos deslizamientos de tierra con escasa estabilidad. Por ejemplo, el deslizamiento de tierra de Wanzhou SMB continuó deformándose y colapsando en 2003, y su zona norte ha experimentado una severa deformación desde mayo. La Figura 5 muestra los cambios en tres líneas de base representativas. La ordenada representa la precipitación diaria y el cambio en la longitud de la línea de base del GPS, en mm. Se puede ver en la figura que la tasa de deformación en esta área no fue alta en el primer trimestre de 2003. Después de una fuerte lluvia de 84 mm el 18 de abril (el día 108 en la figura), la deformación del deslizamiento de tierra se aceleró significativamente. G123-134 es la línea base de medición cerca de la dirección de deslizamiento principal, y la deformación acumulada alcanzó unos 400 m en junio. Además de los factores de deformación por deslizamientos de tierra provocados por las actividades de ingeniería humana en esta zona, no se puede subestimar el impacto de las fuertes lluvias.
Otro ejemplo es la nueva sede del condado de Fengjie, donde hay más de 50 derrumbes y deslizamientos de tierra grandes y pequeños. Entre ellos, los grandes deslizamientos de tierra como los de la montaña Sanma, Baotaping, Baiyi'an y Nanzhuyuan. mayor impacto en la sede del condado recién construida. Debido a que el nuevo condado está ubicado en una estructura geológica compleja, las formaciones rocosas están relativamente quebradas, se desarrollan barrancos, las terrazas altas son estrechas y la continuidad es pobre. La mayoría de las áreas de reasentamiento recientemente construidas están ubicadas en zanjas empinadas y laderas de valles excavadas artificialmente. Se pueden ver pendientes altas y empinadas en todas partes, y se caracterizan por grandes alturas y una distribución larga y continua. La altura de las pendientes puede alcanzar los 30-40 m. La longitud es de cientos de metros de arroz. La estabilidad de las pendientes altas es uno de los mayores problemas potenciales de peligros geológicos en el condado de Fengjie.
En 2002, establecimos una red de monitoreo de deformación de inclinación de superficie y GPS con 290 pilotes de monitoreo en Fengjie. A mediados de 2003, la distribución de la deformación de casi 8 km2 en todo el condado se muestra en la Figura 6. El área con la mayor deformación es la pendiente alta a lo largo de la ladera del valle de Zhuyi en el oeste. La mayoría de estas áreas son terrazas altas y pendientes pronunciadas. Los principales problemas de desastres geológicos son la inestabilidad de pendientes naturalmente altas y pronunciadas y deslizamientos de tierra antiguos causados por las cargas de la construcción, se cortan las pendientes y se rellenan los pies de las pendientes y los valles para nivelar la construcción; sitios, lo que resulta en inestabilidad de pendientes altas y pendientes rellenas, etc.
Figura 5 Resultados de la medición GPS de la deformación de la superficie de deslizamientos de tierra de SMB
Figura 6 Mapa de curvas de nivel de deformación del nuevo condado de Fengjie en 2003
5.2 Durante la etapa de construcción segura del control de ingeniería de deslizamientos de tierra Tecnología de monitoreo utilizada
El trabajo de monitoreo en esta etapa se utiliza principalmente para evaluar la estabilidad del deslizamiento de tierra durante el proceso de construcción de control de deslizamientos de tierra (rocas peligrosas), retroalimentación oportuna, seguimiento y control del proceso de construcción, y revisión. La mejora de la organización del diseño y la construcción originales proporciona la base más directa y envía rápidamente señales de alarma sobre posibles peligros, de modo que las técnicas y pasos de construcción relevantes se puedan ajustar para evitar la ocurrencia de accidentes graves. Implementar la construcción basada en información para lograr los mejores beneficios económicos. En la actualidad, se utiliza una gran cantidad de instrumentos especiales en el monitoreo de seguridad para diseñar redes de monitoreo, que son familiares para la mayoría del personal técnico y de ingeniería. Aquí hay solo un ejemplo para ilustrar los resultados de la aplicación del "RDA inalámbrico para desastres geológicos". red de telemetría". Desde mayo de 2002, se ha establecido una red de telemetría inalámbrica en el desprendimiento de tierra del WJW en Wanzhou. El deslizamiento de tierra es parte de la segunda fase del proyecto del plan de ingeniería de gestión de riesgos geológicos en el área del embalse de las Tres Gargantas. La construcción comenzó en noviembre de 2002 y se completó en febrero de 2003. La Figura 7 muestra los resultados obtenidos por el telémetro láser a lo largo de la dirección principal de deslizamiento del deslizamiento de tierra. Aunque la construcción incluyó la excavación y vertido de 59 pilotes antideslizantes, debido a un diseño y construcción razonables, el desplazamiento del deslizamiento de tierra durante todo el período de construcción fue de solo unos pocos milímetros, como se puede observar a través del monitoreo continuo de la red de telemetría. , la dinámica de deformación del deslizamiento de tierra se puede captar con precisión de manera oportuna para garantizar la seguridad de la construcción.
5.3 Monitoreo de los efectos del tratamiento de ingeniería
Todavía tomando como ejemplo el deslizamiento de tierra de WJW en Wanzhou. Este proyecto de control de deslizamientos de tierra adopta un plan de manejo integral basado en pilotes antideslizamiento tensados con anclajes pretensados, complementado con drenaje superficial e ingeniería biológica. La red de monitoreo del efecto del tratamiento utiliza métodos de monitoreo de instrumentos como GPS, desplazamiento profundo, medición de la presión del agua de los poros y medidores de tensión del acero, y también se establece una red de telemetría en ubicaciones clave para el monitoreo continuo.
Figura 7 Curva de desplazamiento de monitoreo de seguridad de construcción de control de deslizamientos de tierra de Wanzhou WJW
La Figura 8 muestra los resultados de observación diaria de la subestación de telemetría 3002 en el pilote antideslizante A2 de agosto a diciembre de 2003. curva de cambio. Se puede ver en la figura que los cambios en la fuerza interna de los pilotes antideslizantes anclados (observados mediante calibradores de barras de acero y calibradores de anclaje) y el desplazamiento profundo del deslizamiento de tierra están obviamente correlacionados con los cambios en la presión de poro del agua subterránea (observados). mediante piezómetros); según los datos meteorológicos, los cambios de presión del agua intersticial también están directamente relacionados con las precipitaciones. Sin embargo, a juzgar por la tendencia general, la fuerza interna y el desplazamiento profundo de los pilotes antideslizantes no han cambiado mucho, lo que indica que el deslizamiento de tierra de WJW se encuentra básicamente en un estado estable después del tratamiento, lo que es básicamente consistente con los resultados de las inspecciones de instrumentos en otros puntos de seguimiento.
Figura 8: Visualización de la curva de resultados de observación de la subestación de telemetría 3002
La Figura 9 es el diagrama vectorial de deformación de inclinación de pendiente WZB analizado y mostrado en el sistema GIS de Wushan, que se llevó a cabo utilizando el instrumento. Red de seguimiento. Ejemplos de seguimiento de la eficacia de la gobernanza. Como se muestra en el diagrama vectorial, las inclinaciones de los cuatro puntos de medición son generalmente consistentes con la dirección de la pendiente, y la variable del ángulo acumulativo en 2003 fue ≤0,02°, lo que indica que la estabilidad de la pendiente después del tratamiento es buena.
5.4 Monitoreo de emergencia de la deformación por deslizamientos de tierra
El deslizamiento de tierra de la Federación de Personas Discapacitadas del condado de Wushan está ubicado en el centro del nuevo condado de Wushan. La elevación del área del deslizamiento de tierra está entre 278 y 492 m. Es un terreno de pendiente de valle fluvial con un ángulo de pendiente de entre 10° y 30°. El cuerpo del deslizamiento es un depósito de pendiente cuaternario, que contiene grava y arcilla limosa, con un espesor de 0-12 m y un volumen total de unos 150.000 m3. Dado que esta zona es una zona en pendiente, la construcción de carreteras y casas requiere diversos grados de excavación y corte de la pendiente original. En 2001, se descubrió la deformación. Los datos del estudio geológico muestran que el deslizamiento de tierra para discapacitados tiene un perímetro obvio y la superficie de deslizamiento se forma gradualmente, lo que lo convierte en un deslizamiento de tierra de tipo empuje. Aunque fue renovada dos veces en 2002, su área occidental todavía estaba significativamente deformada en 2003, poniendo en peligro la seguridad de la carretera y de los edificios de inmigrantes debajo de ella.
Figura 9: Mapa del vector de deformación de la inclinación de la pendiente WZB en el condado de Wushan
Figura 10: Curva de alcance del láser de deslizamientos de tierra de la Federación de Personas con Discapacidad de Wushan (septiembre de 2003 a febrero de 2004)
A petición de la Oficina de Recursos y Tierras del condado de Wushan, en septiembre de 2003 se instaló una red de telemetría. La red de telemetría de deslizamientos de tierra del CDPF se instala en el lugar que mejor refleja las características de deformación del deslizamiento de tierra. Cuatro subestaciones de telemetría forman una línea de medición a lo largo de la dirección principal del deslizamiento.
Los cambios en los datos de monitoreo del alcance del láser a lo largo del tiempo se muestran en la Figura 10. La curva superior es el resultado de la medición de la distancia. La longitud de la línea de medición es de 51,3 m. El deslizamiento hacia abajo del deslizamiento de tierra corresponde al acortamiento de la línea de medición, la unidad es mm la curva inferior es la curva de temperatura ambiente, la unidad; es ℃, la abscisa es el tiempo de medición, en - año - mes - Fecha y hora: se muestra en formato de minutos.
Del 12 de septiembre de 2003 al 3 de febrero de 2004, se puede dividir aproximadamente en dos etapas:
La primera etapa: del 12 de septiembre al 27 de septiembre Este es el ajuste de tensión interna de la pendiente provocada por la excavación antes de la finalización de los pilotes antideslizamiento en la parte media del cuerpo del deslizamiento. Afectado por la carga en la parte superior del deslizamiento de tierra, el suelo se presiona hacia adelante. La deformación por fluencia de las partes media e inferior del cuerpo del deslizamiento hacia la superficie libre es obvia, la velocidad de deslizamiento es aproximadamente uniforme, alrededor de 2 mm/día, y el cambio total en 16 días alcanza los 30 mm.
Segunda etapa: después de completar algunos pilotes antideslizantes en el medio del cuerpo del tobogán, la tasa de desplazamiento se redujo a 0,5 ~ 1 mm/d a principios de febrero de 2004, el cambio fue de sólo 0,1 mm; /d . Esto muestra que el proyecto de gestión antideslizante ha contribuido a frenar la deformación del cuerpo deslizante y ha logrado el propósito de gestión de emergencias.
6 Conclusión
(1) Basado en la tecnología 3S y la red de monitoreo de la deformación del terreno, se ha establecido básicamente un sistema de monitoreo de deslizamientos de tierra en secciones típicas del área de estudio. El uso de tecnologías espaciales como el GPS para obtener la distribución de las áreas de deformación de los deslizamientos de tierra no solo es útil para identificar deslizamientos de tierra que requieren un monitoreo clave, sino que también tiene importancia orientadora para la planificación de la reconstrucción urbana en el área del embalse. La red de telemetría puede medir rápidamente la tasa de deformación y es una herramienta eficaz para comprender la tendencia dinámica de deformación de los deslizamientos de tierra y realizar un seguimiento de emergencia.
(2) Para resolver mejor el problema de la alta incertidumbre en el monitoreo de deslizamientos de tierra, es necesario utilizar múltiples tipos de instrumentos. La nueva red de telemetría inalámbrica deslizante, el inclinómetro móvil y el telémetro láser desarrollados por el autor y otros tienen alta precisión, rendimiento estable y un gran valor de promoción.
(3) Debido a las diferencias en el entorno geológico y los factores que influyen en los deslizamientos de tierra y las pendientes altas, sus mecanismos de falla y grados de peligro también son diferentes. Comprender y distinguir correctamente el entorno geológico de los deslizamientos de tierra y pendientes altas, y organizar racionalmente los puntos de monitoreo de la estabilidad son de gran importancia para el monitoreo, análisis y evaluación de la estabilidad.
Me gustaría expresar mi gratitud a Yang Xudong, Chen Cheng, Fan Guosheng, Li Tao y otros camaradas que han participado en este trabajo.
Referencias
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