1-新技术使我国地质灾害防治更加智慧v1.2(定稿)

新技术使我国地质灾害防治更加智慧 采访 董慧 邱观永 撰稿 董慧 周平根，1966 年生，博士，教授，中国地质环境监测院副总工程师。主要从事地质 灾害调查、监测预警和防治方面研究。 古语有云：相地如相人。如果真把大地比作一个人，那么我们对这个“人”的脾气秉 性还没有完全摸清。地震、降雨、工程活动等引发的滑坡、泥石流等地质灾害频繁发生。 据国土资源部的统计数据显示，仅在 2013 年上半年，全国共发生地质灾害就达 4049 起， 造成 250 人死亡或失踪，直接经济损失 10.2 亿元；全国共成功预报地质灾害 148 起，避免 人员伤亡 7514 人，避免直接经济损失 2.4 亿元。与去年同期相比，今年上半年地质灾害发 生数量、造成死亡失踪人数和直接经济损失均有所增加。 从数据上看，成功预报地质灾害次数和实际发生次数差距巨大，难道我们真的只能眼 睁睁看着“大地”发脾气而无能为力吗？现代科技发展日新月异，信息化水平稳步提高， 这些能为地质灾害监测预警做些什么？GIS 等地理信息技术在其中又充当什么角色？我国 地质灾害监测预防现在又有哪些实际问题？带着这些疑问，我们走访了中国地质环境监测 院副总工程师周平根教授。 两大诱发因素，四大防灾体系 中国是地质灾害频发国，依据国土资源部的划分，我国地质灾害被分为 6 个灾种，包 括主要分布在山区的崩塌、滑坡、泥石流，分布在平原区和沿海地区的地面沉降、地裂缝， 以及分布在矿区的地面塌陷。自然气候与地震、人类工程活动等都可以成为地质灾害的诱 发因素，周教授介绍到：“一方面，气候变化特别是暴雨或连续降雨是诱发地质灾害的主 要因素。据近几年相关统计数据分析表明，全国降雨诱发的突发性地质灾害占地质灾害总 数的 63%。这些突发性地质灾害的发生与降雨量的年内变化和年际变化呈正相关关系。而 且，气候变化引发的冰雪融化也可以引发高原地区的地质灾害发生。同时，我国又是世界 上大陆地震活动最为频繁和强烈的国家，地震活动总体呈现频度高、强度大、分布范围和 影响面广、区域差异明显的特点。地震活动使岩层破碎、山体失稳、松散固体物质增多， 从而触发山体发生滑坡、崩塌和泥石流。” “另一方面，人类工程活动也使地质灾害发生频度和密度加剧。这些活动包括采矿、 道路与建筑工程中的削坡、切坡行为，水利设施与坡地灌溉等对斜坡土石体的加载等。随 着我国经济社会发展，各类建设如火如荼，道路交通设施建设和露天采矿等成为引发滑坡、 崩塌和泥石流的一个重要因素；地下采矿可引发地面塌陷、地面沉降和地裂缝等灾害；地 下水开采的加剧和用水量的不断增加，进一步加剧了地面沉降和地裂缝等灾害的发生。像 三峡库区这样的大型水利设施，每天都要监测控制放水量和水位降落幅度，就是为了防止 大的水位降落引发两岸滑坡等地质灾害。在未来很长的一段时间内，我国东部地区各大城 市的新区规划和改造建设，以及西部地区西部大开发战略的实施，一大批城市进入到新建、 扩建的行列，资源开发与基础设施的建设，都将有可能对生态环境产生重要影响，从而引 发地质灾害的发生”。 结合地质灾害诱发的自然与人为因素，国家制定了防灾减灾四大科学体系，依次是调 查体系，在全国地质灾害易发区全面开展地质灾害调查评价；监测预警体系，包括多部门 的联合监测预警、信息共享，预报会商与预警联动；防治工程体系，包括为预防泥石流发 生修建挡墙、堤坝、排导槽等，为预防滑坡修建抗滑桩、排水沟等，也包括避浪搬迁工程； 应急体系，在灾害发生后第一时间采取各种措施，将人员伤亡和经济损失降低到最低点。 “这四大体系的提出是比较完整又具有科学性的，有利于防灾减灾各项工作的开展”，周 教授说道。 中国地质灾害防治的特点与不足 与国外相比，中国的地质灾害防治有其自身特点与不足之处。周教授举例说，“一是 工程建设中涉及标准化的问题，无论是硬件的规格型号，还是软件的数据格式，以及一些 传输通讯要求、接口要求等等，都需要标准化、精细化的规范。在调查监测中，如果硬件 或软件原因导致传出来的数据模拟量变形，会直接影响进一步的决策分析，造成预警不及 时。如一个滑坡上可能安装了很多传感器，只有每一个传感器直接上传到分析中心的数据 具有统一标准，数据的传送和实时管理才能顺利开展。目前，我国地质灾害监测中的硬件 如传感器等的标准化还没有完全形成，导致各个厂商生产的传感器大小不一，如同苹果的 手机接口和诺基亚的不同，给使用带来不便；而在软件上，目前我们的调查采集系统数据 格式基本达到了全国统一，在监测系统中还没有完全实现统一，正在推进。” “还有一个问题是监测网络的密度不够高。比如气象监测降雨系统，我们通常是在山 下建立监测点，但山区降雨量变化很大，有时坡上有大雨，坡下没有雨，这样就监测不到， 当泥石流启动时我们还没有发现，灾害预警就不能实现了。同时，无论是通信技术还是 GIS 技术，都需要一定的使用技能，从国家、省、市一级我们基本配备了技术人员，但到 了县一级，人员配置就不够了，阻碍了县级联动预警。所以从地质灾害监测网络上来看， 监测点要增加，县级技术人员配置要增加，加密监测组网。” “同时，从防灾减灾方式来说，搬迁避让是最可靠安全的，在国外像美国这样的国家， 通常是通过前期调查评价，找出灾害易发区，将居民搬开避让。但在中国开展这项工作却 有很多实际困难。中国虽有广袤的领土，但是由于人口众多，在地质灾害易发的山区还有 很多居民。我们在地质灾害易发区，目前也在组织搬迁工作，几户人家的将其相对集中的 搬到一个安全区域，但我国受地质灾害威胁人口多达千万以上，都搬迁避让也不实际。” “除了搬迁避让，工程治理也是一种方式，这方面在日本和香港实施的最多。它们都 属于地少人多的区域，政府投资大量的资金进行工程治理。滑坡采用锚杆等方法、泥石流 做多级挡坝，完全把这些灾害治理住，施力于无形。这种治理方法有效但却需要大量的资 金，虽然我们也在投入治理，但广阔的地质灾害易发区，这种投入是不现实的。” “刚才提到了地质灾害的一大诱发因素是自然因素，我们都知道自然现象是很复杂的， 从这个方面本身在目前的科技水平下还不可能完全实现自然现象在时间、空间、规模上的 准确的预报。一处滑坡，原来在空间判断上可能是很稳定的，但经历一场降雨或是地震就 可能变成不稳定的区域，原来只有一些轻微滑动的区域，随着时间的变化，也可能变成稳 定的，所以无论是空间还是时间预测，和地震、气象等自然现象相关的，都还不能完全的 掌握其规律，仍然需要长期的研究和探索。” 贯穿地质灾害防治体系的 GIS 技术 地质灾害带来的人员伤亡和经济损失在持续，国家加强地质灾害防治力度的工作一直 在进行，现代信息技术也已经越来越多地运用于地质灾害防治中。这其中 GIS 等地理信息 技术的作用正在凸显。周教授表示，针对诱发地质灾害的一系列因素，在四大防灾体系中， GIS 都不可或缺。“从整个地质灾害防治的角度，建立一个大平台，对数据进行实时的管 理、更新，支撑地质灾害调查、监测、防治和应急的各个环节。无论是滑坡、崩塌，还是 泥石流，这些地质灾害都是分布在地球表面的，具有位置信息，从省、市、县、镇到村组 的地质灾害管理都需要对其分布的空间信息进行管理，都需要 GIS 技术。” “具体以监测预警环节为例，感传知用可以很好地的概括这个过程。“感即 最开始的进行监测数据的采集；传是通过手持终端、北斗卫星等通讯手段实时传回监 测数据信息；知相当于对监测数据处理、建立模型，通过模型判断灾害体的状态和趋 势；用即通过系统的辅助决策，提出地质灾害搬迁、转移等应急响应措施等。整个预 测预警的过程都需要应用遥感、遥测、导航定位和 GIS 等技术，而通过 GIS 软件分析处理 出的结果，也是一个空间结果，可以直接使用。如现在电视中播报的气象预警信息，都是 在 GIS 平台上运算出来的，气象台的降雨监测数据和我们的地质灾害降雨监测数据结合起 来，用 GIS 做分析处理，得出结果。” “在监测预警中，一方面是这种利用仪器设备、通讯技术的监测手段，还有一方面是 群众参与的群测群防系统，将判断灾害发生的一些方法教授给灾害易发区的居民，在灾害 到来前及时撤离避灾。而在这个系统中，老百姓也可以通过手机等手持终端采集数据，将 信息随时传送到监测预警中心，相关部门可以根据大家反馈的信息及时对地质灾害情况做 出判断。” “对于地震，虽然我们没有办法预报，不可能搞预警发布，但可以模拟地震发生后的 状态，多大的烈度，会导致多大的影响范围，会引发哪些地区的地质灾害发生，再考虑降 雨同时发生时会有哪些进一步的影响等等，以便在地震发生后快速反应决策。例如这次的 芦山地震，地震发生后成都理工大学的研究团队很快的根据以前建立相应的模型，判断出 了崩塌、滑坡的危险区，引导了救灾工作的方向。” “可以这样说，不用 GIS 等技术，用一些原始的方法，灾害监测也能做，群测群防也 能开展下去，但是效果一定会大打折扣。而像气象预警、动态预警这些内容，没有 GIS 就 不能及时做出来。目前整个地质灾害防灾系统的运转，都是在 GIS 的支撑下进行的。包括 综合决策系统，将各方面信息、要素统一调度，提高决策准确度和效率等。所以说信息化 手段有什么作用？地理信息技术有什么作用？是把原来不能实现的东西实现了，原来不能 动态实时发布的东西也实时发布了，是可以给地质灾害防治带来质变的一个很重要的工具。 ” 通讯、定位两手抓的北斗应用 北斗系统于 2012 年底开始向亚太地区提供导航等服务，而早在 2007 年只有三颗卫星 的时候，其在地质灾害监测中的作用就开始显现。周教授向我们做了详细介绍，“当时在 山区的监测系统，由于手机信号常常不通，数据传输受限，开始考虑使用北斗系统的通讯 功能。因为当时的北斗系统比较昂贵，开始时我们只选择了一个滑坡，只利用 2 台北斗设 备进行数据的传输，并开发了利用太阳能给北斗设备供电的系统，保证了数据的实时传送 不间断，解决了通讯不畅的问题。后来在国家发改委的高新技术产业化应用项目的支持下， 基于北斗的传输系统，推广为规模化应用，并且选择了三峡库区、四川雅安、云南哀牢山 和浙江、江西等地作为试点。如今，这些地区的自动监测系统仍然在运行。尽管随着通讯 技术的发展，手机信号逐步增强，传输量也在变大，且费用相对便宜，但北斗也有其本身 的优势，在北斗二代中，频道带宽将会进一步加大，能够传输更大的数据量，包括视频数 据，我们会继续使用这种数据传输方式为监测预警服务。” “在应急救援中，北斗的通讯作用也很重要。2008 年汶川地震，当时整个通讯系统都 瘫痪了，救援人员徒步进入震中区，就是通过北斗手持机将灾情以短信方式发出，外面人 员才掌握具体情况进行调配，开展接下来的救援工作。” “在提供通讯服务的同时，北斗的导航定位功能也在地质灾害监测、应急工作中体现 出来。比如在地面沉降监测系统中，利用几颗卫星在一段时间内的位置精度数据，通过一 定算法，进行精确定位，精度可以达到 35mm 级；而在滑坡变形监测中，实时监测的毫 米级变化，能提升监测预警工作的效率和精度。有的地质灾害发生的时间很快，对测量的 精度有更大的要求，北斗系统现在的组网卫星有 16 颗，已经可以实现高精度定位，未来在 地质灾害监测预警和应急中将会发挥更大的作用。同时定位功能还能获得野外工作人员的 具体方位，为其野外工作提供安全保障。 ” “从调查、监测到应急，无论是通讯功能，还是定位功能，如同今天的 GPS 车载导航 定位一样，北斗系统在地质灾害防灾体系中的应用范围和应用前景都将不可限量。” 更“聪明”的地质灾害防治系统 集物联网和云计算的未来信息化应用，在很多行业被称为“智慧城市”，“智慧交通” 等等，国土资源部也提出“智慧国土”的建设。谈到未来地质灾害防治系统建设，周教授 充满信心的说道，“未来我们的目标是建设一套完整的实时监控系统。系统有固定端，即 设置众多的监测点，有移动端，是群测群防中的广大群众，所有动态的信息都汇集到监控 系统中心进行分析处理；同时提高空间识别与模型预测的能力，提高调查的