基于多元参数监测的深部岩溶塌陷防控方法与系统

本发明涉及岩溶塌陷监测，具体而言，涉及一种基于多元参数监测的深部岩溶塌陷防控方法与系统。

背景技术：

1、岩溶塌陷是碳酸盐岩、钙质碎屑岩和盐岩等可溶岩分布区常见的一种溶洞、溶隙管道或上覆盖层在自然或人为因素作用下引起其顶板失稳破坏并形成坍塌陷落的动力地质现象。具有很明显的突发性、空间隐蔽性、反复性和偶然性等特点。其发生应具备三个因素，即溶蚀空间、一定厚度的覆盖层和诱发因素。

2、岩溶塌陷一旦发生，往往会造成较大的危害，如破坏地表的建筑、道路和农田等，造成人员和财产损失；也会威胁已有或正在开发的的地下空间。

3、我国可溶岩分布广，是世界上岩溶最发育的国家之一。随着我国经济和科学技术的发展，深埋长隧道、地下超级工程的施工越来越频繁。以上地下工程的建设多数需要贯穿含水层，造成水动力条件整体大幅变化，由此引发的岩溶塌陷问题越来越趋于深层化，且呈现与地下工程施工影响区耦合、多组群式发育等特点，形成的地质灾害影响范围更广、危害更大，时空分布、灾损程度、影响深度和广度也出现了新变化。

4、受地下工程施工影响产生的岩溶塌陷主要成因机理是地下工程建设改变局部地下水环境，在重建过程中产生的多效应致塌作用诱发易塌地质结构塌陷。其发育演化包括孕育、形成、稳定3个时期。孕育期，地下工程建设初步揭露富水岩溶缝洞系统，表层缝洞带内形成土体运移、坍塌的空间，覆盖层局部发生变形、脱落。形成期，地下工程建设与运营通常采取引水排放措施，在引发的多效应致塌作用下岩溶塌陷最终形成。稳定期，在隧道工程运营到一定阶段之后，地下水排泄量随水势头减小而减小，地下水位只受季节性丰水期-枯水期波动影响，地下水降落漏斗不再扩大，地下水环境逐渐趋于新的动态平衡，塌陷群不再向外扩展，既有岩溶塌陷坑逐渐稳定不再扩大。

5、目前我国主要以被动应急防控的方式应对深部岩溶塌陷，防控效率低，效果差。以往少数岩溶塌陷的监测也多以单一的监测手段开展，监测效果差。目前由于地下工程施工越来越频繁，对深部岩溶塌陷的防控有朝着隐患识别快速化、监控精细化、风险防控时效化、塌陷预警的智能化和网络化的方向发展的需求。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提出了一种基于多元参数监测的深部岩溶塌陷防控方法与系统，以解决上述现有技术存在的问题。

2、一方面为实现上述目的，本发明提出了一种基于多元参数监测的深部岩溶塌陷防控方法，包括：

3、获取溶岩发育区的多源数据，基于所述多源数据对所述溶岩发育区进行风险区划分；

4、对溶岩发育区发生岩溶塌陷的诱发因素进行筛选，并采用多维度监测手段构建实时智能监测网；

5、基于人工现场测试对所述实时智能监测网进行优化；

6、基于gprs无线网络对所述实时智能监测网的自动监测数据进行采集与传输；

7、基于所述自动监测数据进行岩溶塌陷预警。

8、可选地，所述多源数据包括溶岩发育区的高精度遥感数据、物探数据、现场勘察数据、大比例尺地质资料以及地下工程施工规划；

9、基于所述多源数据对所述溶岩发育区进行风险区划分的过程中，将溶岩发育区初步划分为低风险区、中风险区、高风险区，并分别对低风险区、中风险区、高风险区选取点位布设监测系统。

10、可选地，所述诱发因素包括自然条件、形变情况、溶蚀空间内水气条件、溶蚀空间结构及形态、振动波参数、施工过程排水；

11、所述自然条件包括降雨、风速、土壤含水率；所述形变情况包括地面沉降及土体变形；所述溶蚀空间内水气条件包括气压、水位、水压、水质以及流速、流向；所述溶蚀空间结构及形态包括溶蚀空间的大小、形状、裂隙发育；所述振动波参数包括振动波的强度、频率以及振动规律；所述施工过程排水包括排水量、水质。

12、可选地，所述智能监测网的构建过程包括：

13、基于小型气象站获取所述自然条件；采用合成孔径雷达干涉技术、普适性gnss获取地面沉降数据；基于分布式应变传感器监测土地变形；采用多参数气压水压自动记录仪采集气压、水位、水压、水质以及流速、流向数据；采用可视化监控、三维地质成像方法获取溶蚀空间的大小、形状、裂隙发育；基于微震传感器采集所述振动波数据，基于所述振动波数据获取振动波的强度、频率以及振动规律；采用多普勒流量自动监测仪获取排水量，采用水质分析仪监测水质。

14、可选地，基于人工现场测试对所述实时智能监测网进行优化的过程包括：

15、基于所述实时智能监测网获取自动监测数据，并对溶岩发育区进行现场测试，获取现场测试数据，将所述自动监测数据与所述现场测试数据对比，对所述自动监测数据进行修正。

16、可选地，基于所述自动监测数据进行岩溶塌陷预警的过程包括：

17、对所述自动监测数据与深部岩溶塌陷进行相关性分析，分别对所述自动监测数据中的每组监测数据构建预警阈值，当实时获取的自动监测数据中存在超出所述预警阈值的监测数据时，根据超出所述预警阈值的监测数据进行二级预警；采用层次分析法对每组监测数据进行综合评判，并构建综合阈值，当所述综合评判结果超出所述综合阈值时，则进行一级预警。

18、另一方面为实现上述目的，本发明提出了一种基于多元参数监测的深部岩溶塌陷防控系统，包括依次连接的风险区划分子系统、智能监测子系统、数据优化子系统、数据传输子系统、预警子系统；

19、所述风险区划分子系统用于获取溶岩发育区的多源数据，根据所述多源数据将溶岩发育区初步划分为低风险区、中风险区、高风险区，并分别对低风险区、中风险区、高风险区选取点位布设监测系统；

20、所述智能监测子系统用于对溶岩发育区发生岩溶塌陷的诱发因素进行筛选，并采用多维度监测手段进行溶岩发育区的自动数据监测；

21、所述数据优化子系统用于人工现场测试对所述实时智能监测网的自动监测数据进行优化；

22、所述数据传输子系统用于采用gprs无线网络对所述实时智能监测网的自动监测数据进行采集与传输；

23、所述预警子系统用于根据所述自动监测数据对岩溶塌陷进行分级预警。

24、可选地，所述智能监测子系统包括自然条件监测模块、形变情况监测模块、溶蚀空间内水气条件监测模块、溶蚀空间结构及形态监测模块、振动波监测模块、工程排水监测模块；

25、所述自然条件监测模块用于通过小型气象站获取降雨、风速、土壤含水率数据；所述形变情况监测模块用于采用合成孔径雷达干涉技术、普适性gnss获取地面沉降数据，并采用分布式应变传感器获取土地变形数据；所述溶蚀空间内水气条件监测模块用于采用多参数气压水压自动记录仪采集气压、水位、水压、水质以及流速、流向数据；所述溶蚀空间结构及形态监测模块用于采用可视化监控、三维地质成像方法获取溶蚀空间的大小、形状、裂隙发育数据；所述振动波监测模块用于采用微震传感器采集振动波数据，并获取振动波的强度、频率以及振动规律；所述工程排水监测模块用于采用多普勒流量自动监测仪获取排水量数据，并采用水质分析仪监测水质。

26、可选地，所述数据优化子系统通过获取溶岩发育区的现场测试数据，并将所述智能监测子系统的自动监测数据与所述现场测试数据对比，获取数据误差，基于所述数据误差对所述自动监测数据进行修正。

27、可选地，所述预警子系统对所述自动监测数据与深部岩溶塌陷进行相关性分析，分别对所述自动监测数据中的每组监测数据构建预警阈值，当实时获取的自动监测数据中存在超出所述预警阈值的监测数据时，根据超出所述预警阈值的监测数据进行二级预警；采用层次分析法对每组监测数据进行综合评判，并构建综合阈值，当所述综合评判结果超出所述综合阈值时，则进行一级预警。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明基于对已有数据的全面分析，深挖可能影响深部岩溶塌陷发生的因素，在此基础上，建立具有时效性的多维度、精细化的监测体系，实时监测各监测参数，并分析各参数之间的关联性，提高数据监测的稳定性以及精确性，实现精准预警。尤其适用于受地下工程活动影响的复杂岩溶发育区可能产生的深部岩溶塌陷的监测防控。