突发性地质灾害的监测预警方法.doc

突发性地质灾害的监测预警问题刘传正（中国地质环境监测院, 北京，100081）摘要：本文主要针对突发性地质灾害的监测预警提出一套工作思路，核心是通过建立区域地质气象耦合分析预警示范区的途径探索区域突发性群发型地质灾害的预警准则，为群测群防提供技术支撑，以促进政府、科技界和公众社会的联合行动，指导当前和今后一个时期的区域突发性地质灾害的概率预警和综合减灾工作。关键词：地质灾害；突发性；地质气象耦合分析；预警准则中图分类号: 文献标识码:A 文章编号:1000-3665(2001)02-00-00001 社会需求 地质灾害具有自然和社会的双重属性。在自然属性方面，无论是单体或群体，它们符合自然界的对立统一规律性，受地球演化的内、外动力作用和天体间的万有引力所控制，表现为自身固有的孕育、发展、发生、衰亡和重新固结稳定的规律性，如表现为地域性、阶段性和周期性等，因此在科学意义上具有可区划性与可预警性。 地质灾害的社会属性最突出地体现在人类作为一种前所未有的作用力自觉或不自觉地参与地质灾害体的发展过程，由于人类作用方式、强度的不同，作用对象的反应各异，从而使问题变的复杂起来，使地质灾害的可区划性与可预警性降低。地质灾害社会属性研究的根本问题是探索地质环境的自然演化与人类社会活动的和谐关系，从而规范人类改造自然的行为，满足地球人类生存的需要，满足可持续发展的需要，满足保护人类的需要。自然，地质灾害是可区划的，也是可预警的。当前应基于地质灾害监测预警的需要，在开展专门的全国性地质灾害空间预警区划研究的同时，选择典型地区实施地质灾害预警研究示范区，总结出一套预警准则，不仅是需要的，而且是急迫的。2 突发性地质灾害突发性地质灾害主要是指崩塌、滑坡、泥石流和地面塌陷等，一般呈两种形式出现，一是单体独自发生，如某一地点只出现滑坡或地面塌陷，长江西陵峡新滩滑坡（1985.6.12）是一典型例证；另一种是崩塌、滑坡、泥石流或地面塌陷灾害等两到三个灾种在特定区域上成群地同时出现，成灾面广，社会影响巨大。前者的监测预警在科学技术上已基本解决，可以组织群测群防；后者尚未引起重视，或认为防不胜防，不可预测，事实上是缺乏科学研究积累。 2.1单发型地质灾害 单发型地质灾害是指某一地点的某一灾种呈单体出现的现象。单体地质灾害已引起广泛的关注，已有许多成功勘察、监测减灾的实例。单体地质灾害的时间预警可分为宏观前兆预警和精密监测预警。例如，乌江鸡冠岭山崩是由采煤引起的，在山崩发生前，采煤巷道出现顶板开裂、垮塌和岩爆现象，说明洞内地压活动剧烈，据此宏观前兆发出预警，矿工紧急撤离，从而避免了二百余人的伤亡。单体地质灾害防治工程的施工安全预警主要基于精密仪器监测，以保证施工扰动在地质体稳定和施工安全限度的范围之内。例如，1996年长江三峡链子崖危岩体煤层采空区防治工程施工时，因开挖量过大，造成洞内地压急剧增加，整个危岩体变形明显，监测系统准确真实地采集了实时的动态数据，技术人员及时作出了预警，为及时正确调整工程部署、施工程序和施工强度等提供了关键依据。2.2群发型地质灾害群发型地质灾害是指在某一区域多灾种呈群体出现的现象。如1991年6月10日在北京北山地区怀柔、密云和平谷等县的邻接地区几乎同时发生多处滑坡泥石流灾害；其他类似现象在三峡地区、浙江临安毛竹分布区和贵州某地也曾发现。最近的一个典型例子是2000年7月13日陕西省安康地区紫阳县11个乡镇约500km2范围内同时发生崩塌滑坡泥石流等群发型地质灾害事件，伴随山洪暴发，损失巨大。现结合此例初步总结群发型地质灾害的特点和成因。基本特点是：（1）区域性在520.41km2范围内全面暴发，占全县总面积的25%，有很强的区域性；（2）同时性巨大灾难主要出现在7月13日，区域相连的11个乡镇在数小时内，几乎同时出现重大人员伤亡和财产损毁；（3）突然性宏观上完好的坡体突然滑塌或“奔流”；（4）暴发性滑坡、特别是泥石流的发生具有突然暴发性，当地人称为“涡旋炮”。据称，同一地点伤亡人员最多的联合乡鱼泉村7组（瞬间造成37人遇难）是五个“涡旋炮”同时击中的结果；（5）成灾大11个乡镇出现灾害，且每个乡镇都有重大人员伤亡和财产损失。可能的成因是：（1）区域性持续性的强大降雨；（2）地形陡峻成灾地区几乎全部是高山、陡坡和深沟，在强烈暴雨持续作用下，残坡积层达到过饱和状态后发生类似瀑布样的突然“奔流”；（3）植被覆盖率较高，利于滞水实现持续渗流作用；（4）地质结构特殊，覆盖土层薄（一般0.21.5m），下为坚硬基岩，容易在二者的接触处形成强大渗流带。虽然此类地质灾害具有突然暴发性，但其发生特点仍显示存在某种内在的规律性，多数地点仍有数小时至数分钟的躲避时间，成灾严重主要是由于防灾意识薄弱，减灾知识缺乏，科学研究强度支撑不够等引起的，如有的村民在抢运财物过程中丧生即可说明之。3 监测预警基本思路31总体思路 地质灾害预警必须实行双轨运行机制，即科学技术专业预警研究与依靠各级地方政府部门组织的群测群防预警工作相结合，共同建立地质灾害预警工程的技术工作体系和组织工作体系。在国土资源部门组织下，吸收气象、水利和地震等部门研究机构参加，紧密依靠各级政府和有关主管部门，由国家建立专业监测研究与群众监测相结合的地质灾害预警工程示范区，各级地方国土资源部门组织群测群防监测预警工作。群发型地质灾害危害极大，但专业研究尚少，推行群测群防体制尚缺乏科学基础，应首先开展监测预警示范区研究，地质灾害预警工程示范区建成后，针对不同类型的地质、生态和气候环境，尽快组织总结出一套易于山地居民（村民）监测员掌握的地质灾害发生条件判别规则，研究编制一套以地质气象耦合分析为核心内容的地质灾害监测预警系统，然后推广。32预警对象 突发性地质灾害监测预警对象主要是：（1） 严重破坏交通线路地段；（2） 威胁乡镇所在地及公共基础设施如通讯、电力等； （3）威胁重要工程如桥梁、水坝和铁路等设施安全的地段； （4）威胁水上航运和水库运营者；（5）威胁重要自然保护区或古文化区；（6）可能造成严重后果的工矿区； （7）可能造成严重经济损失的农业区；（8）威胁大区域的山地居民点，且不宜撤离的地区； （9）区域生态地质环境脆弱，且又必须开发的地区。33 实施方案选定有一定代表性地区（如陕南安康地区）作为预警研究示范区，在示范区研究开发预警准则，尤其对降雨信息和斜坡岩土体渗流过程进行重点观测研究。具体方案包括五个方面：（1）区域调查以建立典型地区成灾的地质环境判别准则； （2）以获取现场信息为目的的地质灾害形变监测系统；（3）形成县、乡区域地质气象综合控制监测网； （4）建立示范区县级地质灾害监测指导站；（5）建立示范区县、乡群测群防工作体制。4 群测群防预警方法地质灾害突发区一般山高坡陡，峡谷深切，居民点分散，群测群防系统是经济可行的途径，能对大范围内大量的地质灾害隐患点实施监测和预警，能迅速发现险情并及时上报，对业已查明的单体地质灾害事件的短临预报而言能及时预警自救，减少人员伤亡和灾害损失，但对潜在的群发型地质灾害事件预警的有效性还是有限的。群测群防预警体系要使用尽可能简单的、易于理解、易于接受的语言或方式发布预警，包括书面报告或通知、无线电通讯、广播系统、信号旗、扬声器、警报器、钟和通讯员等。要编制科普教材、挂图、音像制品，办防灾减灾知识培训班、辅导站和开展广播电视宣传教育等。应及时向工矿、交通、城建和农村等部门提供咨询；定期向公众发布地质环境状况数据，危急时与气象、水利和地震部门联合发布预警信息；对政府和私营的工程经济活动予以监督与咨询。要避免“预警过度”，如超过了公众承受能力的长期的持续预警或多次重复的无效预警，同时应注意研究地质灾害预警的及时解除问题。群测群防体系分为村（组）级监测网、乡（镇）级监测网和县（区）级监测网等三级。41村（组）级监测网 （1）负责该村（组）地域内的地质灾害隐患点的监测预警； （2）定人、定点、定时进行巡查和简易监测，做好记录，及时上报； （3）村（组）级监测网由村长（村主任）、组长负责。42乡（镇）级监测网 （1）负责该乡（镇）地域内较大的地质灾害隐患点的监测预警； （2）定人、定点、定时进行巡查和简易监测，做好记录、及时上报； （3）乡（镇）级监测网由分管该项工作的乡（镇）长负责。43县（区）级监测网 （1）负责该县（区）域境内的重大地质灾害隐患点的监测预警。 （2）建立县级群测群防监测站，进行多种手段的常规监测；进行灾害应急调查、应急监测、抢险救灾；负责该县的监测系统、信息系统和预警系统；负责本县的群测群防的技术指导和管理，是群测群防与专业研究的联络部。5 专业研究预警方法 区域突发性群发型地质灾害的监测预警需要专业科学技术研究的支撑，作者初步考虑如下几方面具有普遍意义，又必须尽快开展，且可以尽快开展的研究工作。5.1 区域突发性地质灾害事件调研 中国地域广大，不同地区存在着巨大的差异性，同一地区内也存在着地质环境演变的不同阶段性。不同地质环境类型区监测站的建设布局、监测特点和任务（监测内容、监测指标、监测方法）是不同的。因此，深入全面认识地质灾害区域性规律和成生环境，并进行科学的区划后，才能有效地开展区域地质灾害监测站点建设，分级、分阶段布设或优化监测工作，分区、分阶段、分层次进行地质灾害预警乃至预报。自然地质地理条件是一级分区的主要依据，以大区性分水岭脊线和雪线作为区划的主要界线，初步考虑全国七大区作为一级区，即： 东北山地平原区、 华北平原区、 东南丘陵区、 西南中高山区、 黄土高原区、 北方干旱沙漠区和 青藏高原区等。在此基础上，逐级制定标准划分出二级、三级、四级区。或反向进行，从采用低级到高级逐级研究，通过合并同类项的方法得出区划成果。在区划研究基础上选出典型地区进行预警示范区研究。典型地区地质灾害特点突出，危害巨大，急需对多灾种并发，又是经济高速发展区进行细致深入的研究，由此总结归纳规律性准则，逐步向类似地区推广。第一步是调研各省区的区域突发性地质灾害事件，开展综合分析，总结一般规律；第二步重点考查三峡地区、陕南安康地区、关中地区（含秦岭北坡和黄土高原塬边）、太行山地区和龙门山地区区域突发性地质灾害事件的特点、宏观规律、社会经济损失和经验教训等。5.2 预警考虑的因素 预警考虑的因素主要是地形条件、工程地质岩组、地质结构、大气降雨、社会经济状况和人类工程经济活动等因素。 （1）地形因素关系着地质灾害发生的空间几何条件，由现场调查或测量获得； （2）工程地质岩组决定着岩土体的物理力学性质，特别是水理性质，由现场调查和室内试验获得相关资料； （3）地质结构控制着岩土体变形破坏机制和模式，由现场调查、测量和室内模拟试验获得相关资料； （4）区域气候变化及其自然地理； （5）大气降雨特点是诱发地质灾害的重要自然因素，通过气象站、水文站和雨量站等获得资料； （6）社会经济状况涉及损失或危害度大小与抗灾能力； （7）人类工程经济活动通过改变地形条件、地质结构和含水状态等加剧或减缓地质灾害的发展趋势；（8）地质体渗流作用监测研究工作；（9）植被类型及其在风雨作用下对岩土体稳定的正负效应。5.3建立区域地质气象耦合分析预警示范区在全国不同地域的多次现场考查发现，突发性群发型滑坡泥石流的发生不同于一般概念下的单体灾害，而呈现出“瀑布”群特点，即“泥石瀑”，南方地区民间形象地称之为“出蛟”。应专门研究此类灾害发生地的微地貌因素、生态因素、地质因素和降雨特点，总结不同地域的规律。针对群发型地质灾害，对中国广大的区域而言，群测群防预警是易于推行的方法，但其能力和深度在当前一定时期内还是有限的，特别是对于潜在或新生的地质灾害，需要专门的科学研究先行探索，建立区域地质气象耦合分析预警示范区是必由之路。5.3.1预警示范区研究内容和步骤（1）开展基于地质因素气象因素耦合作用的地质灾害预警示范区研究，总结一套预警规则，建立一套预警工作体系。地质灾害预警指标包括地质因素（微地貌、地质结构、地质体渗透性和斜坡体变形演化阶段等）、气象因素（降雨量、降雨强度和持续时间等）、生态环境类型和其他外动力因素（地震、狂风、人类活动力等）及其作用方式； （2）根据坡体破坏的临界外力（降雨、水位变化或工程作用累积效应），研究其区域性暴发的阈限值，据此进行地质灾害危险性分区，进行小区域预警预报，并构建地质灾害监测和评价的指标体系。 （3）根据山坡岩土体的含水量必须达到某一界限值才可能在一次降雨过程中发生泥石流，一旦达到估测的界限含水量，就配合气象预报，经综合分析，确定降雨强度使滑坡泥石流发生的概率，进行地质灾害概率预警。 （4）以县、乡国土和气象部门为依托，建立地质灾害诱发因素监测站网；（5）地质