瑞士地质灾害监测

W用20.Februar2020年8月16日1/37GEOPRAEVENT项目参考文件2016年8月16日，苏黎世W用20.Februar2020年8月16日2/371.利用干涉雷达对提契诺州Preonzo镇的测量在瑞士南部阿尔卑斯山Roscera峰（RosceraAlp）附近的区域数十年来都被地质学家们认为地质情况不稳定。提契诺州已在阿尔卑斯山的可见裂缝上放置了超声波探测仪，并在山谷下安装了激光距离测量器。2011年，GEOPRAEVENT公司也曾三次记录干涉雷达测量的变形数据，我们在距离山坡两公里处放置设备，从而达到4X8米的高精度检测扫描。2012年4月探测到的大范围岩壁位移，显示该区域岩石变形速率远高于平均水平。提契诺州及时地联系了我们。我们的干涉雷达设备开始安装，并在2012年5月1日起运行——设备以少于15分钟的延误时间把实时数据传输到互联网上。当地政府因此可以不断地把新数据整合到他们的政策制定中。在2012年5月6日和7日，岩石位移速度由于降雨提高了两倍，达到3毫米/每小时。即便天气好转，情况依然保持不变——滑坡灾害的发生是迫在眉睫了吗？图1.2：2012年5月7日测量的岩石变形速率大幅度提升图1.1：设立的雷达瞄准阿尔卑斯山Roscera峰下方的危险区域W用20.Februar2020年8月16日3/37岩石滑动面的移动是大范围的——大概是200X100米。大型滑坡灾害的发生似乎已经注定了，但问题是什么时候？可能在数周乃至数日内发生吗？这种大范围的移动持续到了下一周，并以4毫米/小时的速度不断蔓延，直至5月13日，岩石滑动速度达到了惊人的地步。当地政府疏散了危险区域并关闭了州级公路。基于1/v=0的线性外推法和对流速的分析，我们推断最后的下滑会在5月14日晚或5月15日发生。这些分析数据也会自动更新，并以实时数据的形式提供给当地政府。图1.3：2012年5月上旬的雷达探测结果W用20.Februar2020年8月16日4/37图1.4：逆速度（Inversevelocities）（显示在Y轴上）预计轨迹及预估坍塌发生时间5月15日凌晨，情况终于发生变化。据估计，共有30万立方米的碎石冲下山谷（幸好不是一次性的），直到凌晨5点才停止。这次滑坡灾害并没有造成任何人员伤亡。然而，潜在的不稳定性土体仍停留在山顶处，正如下图显示的那样触目惊心：图1.5：在主下滑事件发生后滑坡面的鸟瞰图下一次灾害有可能会发生吗？在第一次滑坡发生后岩层的移动涉及多大范围？由于大多数原先安装的监控设备都因此次滑坡灾害而损毁，我们的干W用20.Februar2020年8月16日5/37涉雷达就需要负责提供以上问题的答案。我们在主滑坡事故发生后的数小时宣布警报解除。破裂带中的一些土层还在移动，但很快就会停下来了。图1.6：灾害发生后立刻进行的位移测量最后的“红色区域”在这之后又持续移动了两周，但随后岩层变形降到了非危险程度。二次岩崩预计不会发生，我们的任务完成了。我们在此感谢提契诺州，特别是GiorgioValenti先生出色的协助和信任。媒体对相关话题的报道（德文）：W用20.Februar2020年8月16日6/37《每日导报》（Tages-Anzeiger）：瑞士德语广播电视（SchweizerFernsehen）《10vor10》栏目：=bca3a20e-1d16-4f28-91ee-f1d564c9a3ea瑞士德语广播电视（SchweizerFernsehen）《SchweizAktuell》栏目：=86fb02e8-8a29-4c57-a3cc-842d1c30d1a12.发生在瑞士圣哥达（Gurtnellen）铁路线上的岩崩事故瑞士联邦铁路圣哥达（Gotthard）线上的发生的岩崩事故让很多人措手不及，因为即便是三个月前附近发生的一些较小规模的滑坡灾害都有记录在案。6月5日早上，那松动塌陷的3000立方米岩石对铁路线造成了严重的损坏，并导致瑞士最重要的南北大动脉关闭了整整一个月。图2.1：一次安全爆破后被掩埋在碎石底下的圣哥达（Gotthard）铁路线W用20.Februar2020年8月16日7/37我们与瑞士联邦铁路和杰欧特公司（GEOTESTAG）的地质学家一起，在6月5日中午左右到达岩崩事故现场。仍在Preonzo镇监测滑坡的地质干涉雷达（interferometricgeoradar）被迅速地转移到圣哥达现场。由于其简单的安装工序和独立供电设置，我们得以在当日晚上8点左右进行第一次测量——并提供关于二次岩崩隐患的第一手评估信息。在午夜进行的第一次评估的结果显示该地没有迫在眉睫的危险。在接下来三天的修复维护工作中，我们一直在现场分析第一手的雷达监测数据，以便在岩壁发出变化信号时能马上停止在危险区域内的施工。受第三天的强降水天气影响，我们通过岩屑扇探测到一定的位移，也记录到部分小型石块的坠落现象。尽管雷达在松散的岩屑上无法精确地预测岩石的位移（因为这些岩石通常没有事先移动就开始下坠），我们仍然在容易发生位移的区域作出粗略标识，以协助当地检查员的工作。图2.2：把圣哥达（Gurtnellen）岩崩现场三小时累计的变形投射到其数字高程模型（GEM）上。该地质雷达能以极高的空间分辨率探测到最微小的变形。随意分布的红色区域通常是由覆盖的植被或松散的岩屑造成的。这种情况下，没有看见大规模的变形——这些可在线访问的、能使用这些每五分钟更新一次的实时图像对于当地的决策者而言是颇为令人欣慰的一则消息。一旦紧张的恢复工作结束，安装防护措施的程序就可以启动。所有潜在的不稳定的石块都已被炸毁，剩下的岩面和塌砾都必须得加固。在这段施工期间，我们安装了几个独立的监控系统：W用20.Februar2020年8月16日8/37在深达40米的钻孔中安放六个三折延伸仪；超过十台检测仪器Telejointmeters监控单体石块和裂缝的位移情况；感应电缆线编织成临时防护网，警报（警笛和闪光灯）会自动触发，信号会被直接发送到附近的铁路控制台，进而停止附近一切交通；每隔15分钟测量超过50个测地参考点（镜像），基站由Flotron公司运转，它们的数据也同样公布在我们的数据平台上，以确保一个对所有决策者开放的中央数据库的建立；我们的地质干涉雷达（interferometricgeoradar）在头六个月常态运行，其后每月进行一次定期测量；一旦超出预设值，装置会自动触发施工现场的警报以疏散工人。同时，杰欧特公司的地质学家会收到短信通知，我们数据平台的实时数据会协助决策者开展下一步行动。7月2日，圣哥达铁路线恢复通车，但监控系统接下来仍会在这里运行一段时间。图2.3：上图为一临时防护网，可立即触发警报，疏散施工现场人员并关闭铁路线3.斜坡防护网检测瑞士东南部一岩块坠落并破坏了部分铁路线，此后这一不稳定区域在冬天到来之前都只能部分加固。因此，我们在受影响区域叠加了多张斜坡防护网，网中的钢电缆可以记录防护网的变化情况。此装置直接连接到铁路控制W用20.Februar2020年8月16日9/37中心，倘若网内变化超过预设值，铁路线会马上关闭，而相关铁路负责人和地质学家都将以短信方式被告知。图3.1：图为防护网及下方的铁路线图3.2：工人正在安装由钢电缆交织成的防护网W用20.Februar2020年8月16日10/37图3.3：覆盖着传感器的数据记录仪W用20.Februar2020年8月16日11/37表3.4：我们的数据平台可以持续监测钢电缆的偏转值。钢曲线非常清晰地展示了每天伸展和收缩的循环，不过积雪对防护网的变形也有所影响4.Spreitgraben地区泥石流监控2009年伯尔尼高原Ritzlihorn峰（海拔3263米）以北发生的岩块坠落事故已证实是由冻土融化引发的。直至2011年，每个夏天紧接着这些事故后都发生的大型泥石流灾害已造成阿勒河（AareRiver）上数个十万立方米大小的碎石堆堆积，并产生严重的河道淤积。泥石流已经腐蚀出一道极深的沟槽，多次威胁到格里姆瑟尔山口（GrimselPass）的道路，并迫使连接北欧和意大利的燃气管道改道。为了使公路自动关闭，并且当地政府可以接收到警报，我们在此安装了一套大型的监测系统。此外，我们也会记录数据，以便更好地了解泥石流背后的物理过程。这套监控系统配备了以下要素：数条贯穿整条沟槽的感应线两级检测仪对泥石流高度和幅度进行测量两台检波器测试仪对震动频率进行记录两台激光轮廓扫描仪对沟槽轮廓进行永久性测量两台雷达对泥石流破碎带的运动情况进行监测四台网络摄像头W用20.Februar2020年8月16日12/37图4.1：位于图像下方的Spreitgraben地区古坦嫩村（Guttannen）鸟瞰图图4.2：图为泥石流腐蚀情况，沟槽深达30米宽达50米W用20.Februar2020年8月16日13/37图4.3：所有数据都被整合到中央数据记录器中，必要的公路关闭的决定就是从这里发出的W用20.Februar2020年8月16日14/37图4.4：泥石流发生时，数盏红灯可以自动发出信号，关闭格里姆瑟尔（Grimsel）的道路W用20.Februar2020年8月16日15/37图4.5:两台激光轮廓扫描仪和一网络摄像头直接安装在沟槽的上方图4.6：扫描仪对沟槽轮廓变形情况进行永久测量W用20.Februar2020年8月16日16/37图4.7：雷达监测仪用以探测破碎带泥石流的运动情况三台网络摄像头提供的图像信息，可以更好地评估现场情况。W用20.Februar2020年8月16日17/37图4.8:Spreitgraben与阿勒河合流处显著的淤积W用20.Februar2020年8月16日18/37图4.9:Ritzlihorn峰落石碎屑堆积与Spreitgraben破碎带图像W用20.Februar2020年8月16日19/37图4.10:图为被直接安装在泥石流沟槽上方的网络摄像头拍摄的图像5.对Bondasca山谷的泥石流监测Bregaglia山谷以其宏伟的花岗岩地貌而闻名，如Badile峰、Sciora峰和Cengalo峰。但在2011年初，这种和平而宁静的氛围被打破。从Cengalo峰东北面坠落的一巨大岩块在山脚处堆积了150万立方米的碎石，破坏了两座高山小屋Sciroa和SascFurä之间的道路。外界都不知道原来这里的景观发生了翻天覆地的变化。正如接下来的事件所显示的，潜在的风险也在变化。2012年夏天一场雷暴雨强袭山谷，四股大型泥石流把远在山脚下的碎石带到了居住区。调查显示Bondo村未来也可能遭受类似灾害。专家估计未来的泥石流体量甚至是2012年的三倍。自动警报装置的安装也因此给了人们一些慰藉。现在，山区所有桥梁和易受灾地点都安装了交通信号灯，在泥石流接近时可以自动关闭危险区域。这套系统的核心在更上游的地段。感应线承担主要的警报功能，因而直接连接到村里的交通灯上。此外，网络摄像头可全天候传输影像信息以实现视像监控；水平雷达探测器可以不间断监测Bondasca河的径流高度。如果警报出现，所有的系统都可以通过短信方式向当地政府提供信息。让我们也感到非常新奇的是，我们可以从监控站通过光纤电缆传输所有的数据和警报。电力公司提供的这套设备让我们不用建造一套内部使用的高昂的通讯系统（如无线电传输）。W用20.Februar2020年8月16日20/37图5.1:图为Cengalo峰脚下的岩屑堆（图像由SACHoherRohn提供）图5.2：感应线和监测雷达确保提供可靠的警报信息W用20.Februar2020年8