国内外突发地质灾害研究某些进展与主要科技问题(吴树仁).ppt

1、国内外突发地质灾害研究某些进展 与主要科技问题中国地质科学院地质力学研究所：吴树仁 引言 突发地质灾害预测预报研究进展简介 3 突发地质灾害监测预警研究进展 4 滑坡风险评估与管理 5 与地质灾害相关的主要科技问题,1 引言 新世纪以来，国内外关于地质灾害和地质环境的问题越来越重视（从专业人士的重视到领导阶层和普通居民的重视），因此，这个领域的国内外研究进展和关键科技问题也是大家所关注的议题。这儿汇报的内容主要来自4个方面的信息：即32届国际地质大会、国际滑坡风险评估管理大会、国家中长期科技发展规划和国土资源部中长期科技发展规划前期战略研究报告、美国地调局新世纪滑坡战略计划、除此之外，还参考国

2、家地质灾害气象预警及三峡库区监测预警研究的一些成果等。,1.1 来自32届国际地质大会的信息 在2004年8月（2030）在意大利召开的32届国际地质大会上，提出的主题是“从地中海走向全球地质复兴地质学、自然灾害和文化遗产”， 重点是自然灾害与文化遗产保护，而与此相关的主要内容是地质灾害与文化遗产保护。其中最为经典的例子是关于意大利比萨斜塔的保护，比萨斜塔以长期倾斜而不断裂倒塌闻名如世， 几百年来，随着参观人数的不断增加，比萨斜塔的倾斜度开始缓慢增加，因此，比萨斜塔专家委员会建议采取工程措施进行“纠偏”，这是主动减灾防灾、精确控制的土木工程实例，因此， 32届大会在8月22日为此举行有关比萨斜

3、塔的2个主题的大会报告。 其一， “比萨斜塔的历史和倾斜威胁”，重点介绍了比萨斜塔的建筑过程、斜塔基本结构、斜塔附近的地基岩土性质、斜塔变形过程和原因分析； 其二， “比萨斜塔工程加固和结构加固技术”，重点介绍了比萨斜塔保护国际委员会，关于比萨斜塔变形趋势的详细研究，工程和结构加固措施论证，工程加固技术实施过程及其结果和效果。,比萨斜塔从1173年开始建造，直到1370年才最终建成， 3次施工（11731178，12721278，13601370）,比萨斜塔整体结构及倾斜度(镜头向东),S,根据测量推断，比萨斜塔在1370年建成时，大概倾斜1.6，而在1817年，Cresy和Taylor第一次

4、用铅直线测量时，斜塔的倾斜增加到4.9。在1834年围绕塔基开挖人行走道，导致斜塔的倾斜增加大约0.5。在上世纪90年代初，斜塔向南倾斜5.5，平均每年增加速率为68弧度，第七层柱檐比第一层向南错悬出4.1m。,斜塔保护委员会认为，采取的岩土工程加固措施，必须使斜塔的倾斜度降低0.5。因此，他们考虑4方面的技术和措施： （1）在斜塔北部加载； （2）从斜塔北部的Pancone粘土层真空抽水； （3）电渗； （4）在塔基北部下面挖掘，去掉部分土。 所有这些措施，经过物理、数字模拟和试验的对比研究，最后选择塔基北部下面挖掘。,地下挖掘利用倾斜钻孔进行，12个钻孔从塔基北部下面的A层挖掘，向下渗透挖

5、掘深度不到1m。为了防止斜塔在施工期间发生任何难以预料的运动，采取了一些相应的结构防护措施。到2000年，累计挖除土7m3，其中，86挖自于塔基北部，14 挖自于塔基，使塔的倾斜减少135。这一结果证实了选择挖掘措施的正确性，因此，2001年，41个钻孔开始施工，到最后阶段累计挖出土38m3，其中，31是挖的塔基北部，69是塔基下面，开挖涉及深度为地下2m，达到了纠正倾斜0.5的目标。 自2003年9月以来，比萨斜塔除了季节性的循环位移之外，实际上没有发生倾斜，这证实工程加固最终获得预期结果。,除此之外，32届地质大会还安排：一个地质灾害的特殊讨论会国际途径和展望；和一个地质灾害的专题讨论会地

6、质灾害评价和减灾。 特殊讨论会，只有一天的会议（1 session），有10个不同国家的地质学家作主题发言，围绕地震、火山及其相关的海啸、有害气体产生的灾害监测、评价和预测技术方法展开交流和讨论。,专题讨论会:分为15个分专题会议(15 sessions)，每个会议召开1天或者1个上午的讨论会和1天的论文展示（poster），这15个专题不仅包含有会议的主要内容，而且也体现了国际上目前地质灾害领域的研究现状和趋势，因此，这里将15个专题会议内容列表作简要介绍：,综合分析32届地质大会关于地质灾害领域的学术交流和讨论情况，在GIS系统的开发应用、地质灾害预测评价理论技术和模型、地质灾害风险评价和

7、管理、地质灾害诱发过程和机理、地质灾害动态监测与远程传输技术等方面有显著进展。,1.2 来自意大利国际滑坡风险评估管理大会的信息 2005年5月31日6月3日，在加拿大的温哥华召开的国际滑坡风险管理大会，主体是国家滑坡风险战略，重点讨论交流： 滑坡危险性和风险评估技术流程及管理规范 国家滑坡风险战略 滑坡风险评估和管理的有关名词术语统一规范定义 线性工程滑坡危险性和风险评估 重大单体滑坡危险性和风险评估,1.3 来自国家中长期科技发展规划和国土资源部中长期科技发展规划前期战略研究报告的信息 2003年4月中旬2004年12月，参加国土资源部地质灾害防治领域中长期科技发展规划前期研究和国家中长期

8、科技发展规划，公共安全领域地质灾害子题的前期研究，召开多次不同规模的讨论会，反复征求相关专家和领导的意见，最终形成12万字的地质灾害领域中长期科技发展规划前期战略研究报告，其重点内容是关键科技问题分析，后面将简要介绍。,“地质灾害防治领域重大科学问题研讨会” 日 程 安 排 2003年8月21日： 9：00-10：30有关领导讲话（科技司主持） 10：30-12：00特邀报告（陈庆宣主持） 王思敬：香港滑坡泥石流监测预警系统 卢耀如：工程建设中的地质灾害防治问题 殷跃平：全国地质灾害减灾战略研究 14：00-18：00大会主题报告（赵 越、田廷山主持） 吴树仁：滑坡灾害预测预报指标体系初步研究

9、 周平根：滑坡监测关键技术 殷坤龙：基于WebGIS平台和气象信息的区 域地质灾害实时预测预警系统 许 强： 滑坡空间预测预警与时间预报关键技术问 题研究 刘传正： 地质灾害时空预警理论与方法初步研究 雷明堂：岩溶塌陷监测预报方法 崔 鹏：泥石流监测预测技术方法 许 兵：人地调谐时空论防灾减灾的工程地质基础理论,1.4 来自美国地调局新世纪滑坡战略计划的信息 美国地调局新世纪滑坡战略计划，提出详细的国家级目标任务及其执行的途径和保证措施，其中，有 6项任务是我们这次开展地质灾害详细调查需要进行的，包括： （1）开展滑坡过程和易发机制研究 （2）灾害填图和评估：进行大比例尺滑坡灾害分布图和敏感性

10、图调查，危险性和风险评估，为国家工程规划和决策提供依据； （3）实时监测：监测有危害的活动滑坡； （4）损失评估：滑坡灾害经济损失和经济影响评估； （5）信息收集、解译、归档和传播，建立信息系统； （6）对突发（灾害）事件的准备、反应和救灾措施等等。,2 突发地质灾害预测预报研究进展简介 突发地质灾害（滑坡、泥石流）预测预报涉及众多不同的学科领域，是一项世界性难题。由于其形成条件，诱发因素的复杂性、多样性及其变化的随机性、非稳定性，从而导致灾害临界状态附近的动态信息极难捕捉，加之监测技术的不成熟，其预测预报一直被认为是一项十分困难的前沿课题。此外，滑坡泥石流灾害监测预警费用高、周期长，也是制约

11、灾害预测预报研究进展的因素之一。正因为如此，长期以来，国内外许多有志之士都将其作为攻克目标，潜心研究，积累了大量资料，取得了众多探索性成果。这里从预测预报理论、技术模型两方面作简要汇报，预测预报实践则归并到预警进展中介绍。,2.1 突发地质灾害预测预报理论基础 （1）以物理的力学（或岩土力学）为基础，围绕地质灾害成因机理和诱发机理及其动力学过程探索预测途径的理论：主要从地质灾害形成演化的静力学和动力学原理出发，探讨地质灾害形成演化过程和机理，从不断认识和揭示泥石流、滑坡形成机理方面研究线性和非线性动力学预测预报途径。 （2）以统计学和应用数学作为地质灾害预测预报的理论基础，主要根据统计学原理，

12、统计分析地质灾害发生的各种标志、现象和变量（统计量），厘合建立相关预测方程。显著特征是利用地质灾害的变形特征和标志作为预测依据，而不考虑形成机理。 （3）以信息科学和地理信息科学作为地质灾害预测预报的理论基础，主要依据地质灾害事件的相关数据库和信息量（或秩序）作为预测判断地质灾害事件的发展趋势，利用地理信息系统理论和技术，接入地质灾害专业分析、处理和预测预警模块。显著特征是可以实现海量资料和信息的收集、处理、传输、存储、编辑、更新、管理和发表，以及多种形式的输入和输出，使预测预报过程可视化，与现代计算机技术相结合，发展很快。,上述3种理论基础源于3门不同的学科，它们各自具有自己独特的性质，但也

13、不排除它们之间的联系或相互汇合。整体上分析，前者更注重于地质灾害成因和演化过程；后两者则更注意地质灾害事件的标志和结果。统计学和信息科学的主要差别在于：统计学重点揭示系统中共有的客观存在的统计量；而信息科学则重点揭示主观需要的那些特有的特性。地理信息系统科学（GIS）是在计算机科学、信息科学、地球科学、测绘学等基础上发展起来的一门日趋成熟的空间数据处理技术和方法。其特有的制图、数据管理和空间分析等功能对海量空间数据提供了高效地获取、存储、管理和综合分析能力，为解决地质灾害预测预报过程中的数据处理瓶颈提供了很好的技术平台和方法。因此，基于地理信息系统科学的预测理论，在近10年来发展迅速，并显示出

14、良好的发展前景。,2.2 地质灾害预测预报技术和模型 在地质灾害预测预报技术和方法研究方面，自80年代以来取得了长足进展，无论是地质灾害空间预测、时间预测，还是时空预测，均已进入半定量定量预测模型共存，确定性模型、统计模型、灰色模型和信息模型共同发展的阶段。特别是90年代以来，人工智能预测预报模型、非线性预测预报模型和基于GIS技术的信息模型的快速发展，给地质灾害预测预报研究带来了新的挑战和希望。初步归纳为6类： （1）确定性预测模型，或称“白箱”模型 （2）统计预测模型，又称“黑箱”模型 （3）灰色模型 （4）人工智能模型 （5）非线性预测模型 （6）基于GIS技术的预测模型,（1）确定性预

15、测模型，或称“白箱”模型 建立在牛顿范式基础之上的经典预测科学，通常把预测对象（地质灾害）看成是线性的，可解析表达的、平衡态的、规则的、确定的和可严格逻辑分析的简单系统。并在简化分析地质灾害边界条件和结构要素的基础上，把有关地质灾害环境和各类参数用测定的量（实验测定或仪器现场测定）或线性变化的量予以数值化，进而运用刚体极限平衡理论或改进的极限平衡理论，建立确定的数学表达式或经验表达式，预测地质灾害的分布规律和动态过程。这类预测模型的本质特征是：预测方程和变量都是线性确定的。如斜坡稳定性系统计算法（条分法、推动传递法）；地质灾害位移时间变化趋势判断法（斋腾法、黄金分割法等）等等。这类模型反应了地

16、质灾害过程的某些物理实质（力学、变形、位移等），长期来为广大工程设计人员所熟知，并大量采用，具有一定战术意义。多适用于单体地质灾害（斜坡）预测评价，而不适合于大面积的区域预测。自上世纪80年代以来，这类模型的发展受到抑制，表现为逐渐被破坏概率和其它统计模型所取代的趋势。,（2）统计预测模型，又称“黑箱”模型 建立在数理统计分析基础上的地质灾害预测理论，把地质灾害系统看作为不确定的随机事件，具有偶然的灾变性。因此，从概率统计分析角度揭示地质灾害的分布规律和动态过程，建立预测模型。其重点在于：对现有地质灾害现象、信息、标志及其类似不稳定现象所处地质环境条件和影响因素进行统计分析，并在计算概率的基础

17、上，依据统计学和概率论原理建立拟合模型，预测预报地质灾害的时、空分布规律。如多元回归模型（晏同珍，1988）、泊松旋回模型（晏同珍，1987）、梯度正弦模型（崔政权，1989）、聚类模型、系统模型等等。这类模型要求统计样本越多越好，并可在不断统计新资料的基础上，修改完善预测模型。因此，这类模型的本质特征是：预测模型和变量都是不确定的、随机的，通过统计概率确定。这类模型在一定程度上反应了地质灾害系统的某些共同特征和规律，因此，在区域地质灾害预测和中长期时间预测方面有所成效。但是，它忽视了地质灾害复杂多变的个性特征，特别是在抽样统计过程中，人为影响因素较大（认识程度的差异），因而往往在关键事例上只

18、能起到事后修改验证的作用。另一方面，它要求统计样本量大，耗时耗资量也较大。,（3）灰色模型 上世纪80年代以来，随着邓聚龙先生灰色控制系统研究的发展和推广，地质灾害的灰色预测预报模型不仅确定了它与前述“白箱”模型和“黑箱”模型相鼎立的地位。而且有逐渐取而代之的趋势。从预测原理和内容上分析，灰色模型是介于上述两类（即黑、白）之间的一种预测方法。从实质上分析，这类模型的预测原理既有确定性成份，也含有随机因素；其预测方程多为确定性的（或近于确定性的），而其预测参数和因子则可用概率统计方法来确定，而不完全是用确定性的测试或计算求得。因此，它与统计模型本质区别是：不因统计样本的不断增加或数据变化而修改预

19、测模型本身，统计因素或样本并非越多越好，而是可以依据主观意识选择相对重要的若干因素作为预测因子，即具有一定的主观性。但是，灰色模型也可依据统计资料来拟合建立（确定性）预测方程并修改变量和参数，这与统计模型相类似。其典型代表有：破坏概率模型、模糊数学模型、灰色V生长模型（晏同珍，1989）、信息模型（综合模型和逻辑信息模型）、灰色系统模型（陈明东，1988）等。这类模型预测方程通常较简单（如信息模型和灰色模型等），没有复杂的数理推导，易于推广普及；而且在样品统计过程中，更注重于统计样品的质量。这类模型既适合于单体地质灾害时间预报，也适合于地质灾害空间预测，故已成为目前地质灾害时、空预报预测研究中

20、的主导模型，发展较快。,（4）人工智能模型 计算机技术和人工智能技术的高速发展和推广应用，为地质灾害预测预报带来新的机遇。与此相关的地质灾害预测专家系统和神经网络模型的研究才刚刚起步，还有很多问题需要逐步探索，但已显示出强盛的发展潜力和机遇。预测科学本身就具有主观性的特征，因此，充分利用人工智能技术，将著名专家知识本身解决问题的功能和人脑神经网络认知、获取、提炼、分析处理资料信息的特殊方式和功能，特别是存储记忆和联想功能，用计算机软件程序化表达出来，建立以人工智能的基本概念符号系统和信息处理为基础的人脑机理的新模型，如地质灾害预测专家系统和神经网络方法等，这将是地质灾害预测研究的重要发展方向。

21、 这类模型强调人脑智能处理各种复杂问题的经验、演绎判断、联想功能，而不单单是用公式推理方法。特别是对那些还没有出现在出版物中的专门性知识，包括直观推断的经验、头脑中一晃而过的猜测及解决问题的途径，以及不完善或不完全的数据和资料等进行系统的开发整理，建立地质灾害预测领域的专家知识库和智能网络。然后根据不同尺度的地质灾害预测问题进行逐步专访推理获得答案，达到时、空预报预测的目的。尽管地质灾害的人工智能预测模型，面临着专家知识获取、储存、表达和演绎等方面的概念化和智能化问题，使其举步艰难。但随着计算机技术的发展，这类预测方法技术前景光明。,（5）地质灾害非线性预测模型 当代非线性科学在工程地质和地质

22、灾害领域的应用研究发展迅速，非线性科学的相关理论在解决地质灾害有关难题方面具有独到之处。非线性科学给复杂的地质灾害（灾变）系统的预测研究注入了新的活力，它从共性普遍性角度探讨地质灾害系统的非线性行为，提示地质灾害系统从简单（边坡蠕变）到复杂随机干扰因素，从无序到有序的动态演化过程中的确定性与随机性、必然性与偶然性之间的关系。首次把预测理论中的确定论和概率论两套对立的预测观有机联系在一起。深化了关于必然性与偶然性、局部与整体、有限与无限、简单与复杂等哲学范畴内的基本概念的认识。使地质灾害时、空预报预测过程中建立有随机事件影响的确定性预测方程或受偶然性支配的预测模型成为可能。比如，从必然性决定的确

23、定性方程入手，提炼其共性特征的控制变量（如应力、应变、位移、物性、滑动带状态、外界条件等），进行规一化处理，充分考虑不稳定涨落（如应力、位移的局部放大）和外部噪声（振动、暴雨、人类活动）等的随机干扰，建立由信息熵和有序度反映的的地质灾害系统动态演化模型，如协同预测模型（黄润秋等，1997）、尖点突变预测模型（秦四清，1993）等，或从地质灾害系统时、空结构的稳定性分析方面，建立结构失稳预测模型，例如，分形分维模型（易顺民等，1996）等，为地质灾害预测开辟新途径。,(6)基于GIS技术的地质灾害预测预警技术模型研究 GIS系统为地质灾害海量空间数据的获取、存储、管理和空间分析及预测预报提供了高

24、效的技术平台和方法，GIS系统与专业的预测预报技术和模型相结合，使地质灾害预测预报技术向可视化、规范化方面跨越了一大步。利用GIS技术，开发地质灾害信息系统（geological hazard information system，简称GHIS），并将地质灾害预测预警技术纳入地质灾害信息系统，接入综合信息模型和灰色模型等模型库，初步形成地质灾害预测预警模块，建立预测预报技术平台。,3 突发地质灾害监测预警研究进展 突发地质灾害发生在地球的最表层。对其进行监测预警不象地震那样难，在一定程度上是可以实现的。随着信息技术的快速发展和信息社会的来临，地质灾害监测预警研究已成为众多学科交叉发展的前沿热点

25、问题。 突发地质灾害监测预警是近年来发展很快的领域。预警是对预测预报的补充，是在预测预报精度难以达到满意的阶段，进行预警研究，目的是起到警示作用，提醒人们注意事件的严重性，而不表示这一事情必然发生。突发地质灾害预警大多数利用临界指标判据作出评价，并不需要建立复杂的预测模型。尽管预警也包括：空间、时间和强度3要素，但实际上预警结果是比较模糊的、或者是概率性的表示，人们并不追求其绝对精度，这与现代社会生活中的很多信息传播事情相似，因此，随着信息技术的发展，新世纪以来，突发地质灾害监测预警研究发展很快，成为预测预报研究的主流，故这儿单独介绍。,3.1 突发地质灾害监测研究进展 监测研究包括：监测技术

26、方法、网站布置、数据采集处理和自动化传输等等。 现代测量技术、信息技术、计算机技术，特别是3S技术集成及其它相关领域的高速发展，为突发地质灾害监测、各种信息的集成传输、灾害动态仿真模拟研究、预测预警模型研究、灾害预测预警系统研究和信息快速发布反馈系统研究提供了先进的技术支撑，为地质灾害监测预警系统研究带来了前所未有的机遇和挑战。目前以3S为主体的监测预警技术，包括：全站仪、GPS、钻孔倾斜仪、孔隙水压力仪、遥感和自动雨量计及GIS系统等等开始广泛利用，使得现代地质灾害监测预（泥石流、滑坡）警系统能够实现：（1）可观测灾害体的运动、变形量多，观测精度很高，能够实现全天候连续观测，观测过程完全自动

27、化；（2）观测信息的获取和传输完全自动化；（3）观测信息的处理和分析预警完全自动化；（4）监测预警信息发布完全自动化。,美国Mill Creek 滑坡使高速公路堵塞和使South Fork 形成滑坡坝， Mill Creek 滑坡监测系统包括：常规变形观测；地裂缝观测；地下深部位移监测；地下水压力观测；声发射观测。,中国地质环境监测体系（据刘传正),全国已形成了1个国家级监测院、31个省级监测总站、217个地区级监测站的地质环境监测网络。,地质灾害预警决策支持系统,预警工程,群测群防监测系统,监测系统,计算机网络系统,地质灾害基础数据库子系统,区域预警分析子系统,单体地质灾害预警子系统,专家辅

28、助决策子系统,计算机智能仿真子系统,信息发布及演示子系统,硬件系统,软件系统,专业队伍监测系统,三峡库区地灾监测总体构成（据刘传正),三峡库区GPS监测控制网布设方案图（据刘传正),监 测 预 警 技 术 指 导（据刘传正),监测预警信息,监测预警信息,监测预警信息,监 测 机 构,监 测 方 法,是监测整体变形的重要方法，用以了解深部，特别是滑带的变形特征。采用钻孔倾斜仪了解滑坡深部，特别是滑带的位移情况。系统总精度不超过5mm/15m。,崩滑体深部位移监测,3.2 国外突发地质灾害监测预警研究进展简介 20世纪70年代末期，前苏联在泥石流特征和机理研究的基础上，开展了在泥石流流通区设置地震

29、传感器，通过有线或无线通道将泥石流模拟信号传送到下游接收调度站，进行处理、判别，从而向泥石流危险区的居民发出报警信号，以采取紧急避难措施，减少损失。 日本在泥石流监测预警系统研制和开发方面处于国际领先地位。他们以发展具体一条或相邻沟的小规模地区的泥石流预报系统为主，通过上游泥石流形成区降雨资料的统计分析，确定临界雨量值和临界雨量报警线，通过上游雨量实时数据采集、演算和比较判别，自动发出报警信号。,1985年，美国地质调查局（USGS）和美国气象服务中心（NWS）联合在旧金山湾地区建立了滑坡泥石流预警系统，主要是依据降雨强度、岩土体渗透能力、含水量和气象变化作出判断，预警结果通过气象中心进行广播

30、。特别是在1986年2月1221日，旧金山湾地区累计降雨800mm，他们利用预警系统发布滑坡、泥石流预警，暴雨过后，调查人员检查10处发生滑坡、泥石流的时间和地点，有8处与预报时间完全吻合，是到目前为止世界上最为成功的一次突发地质灾害预警预报。自此之后，美国其他地方及世界各国的区域地质灾害监测预警系统建设得到快速发展。,3.3 国内突发地质灾害监测预警研究进展简介 （1）香港地区在边坡详细调查编录的基础上，采用雷达图像解译小范围地质构造和岩土结构，从而确定滑坡发生的潜在区域。香港地区是热带海洋气候，暴雨是突发地质灾害的主要诱发要素，因此，香港逐步建立自动降雨量监测网站，利用临界降雨量作为预警判

31、据。1999年由48个扩展为86个自动雨量计组成监测网络，将资料定时传给管理部门，若预测24小时内降雨量达到175mm或60分钟内市区内雨量超过70mm，即认为达到滑坡预报阈值，即由政府发出通报。香港平均每年约发出三次山洪滑坡暴发警报。 （2）大陆地区开展突发地质灾害预测预警研究相对较晚，成都山地灾害所在上世纪80年代晚期，开展四川典型泥石流沟的监测预警研究，至今形成区域泥石流预警系统，代表国内最高水平。,目前采用的预警预报方法（据崔鹏2005） 以历史资料为基础的统计分析模型 以地学编码模型为基础的地学因子分析模型 基于神经网络的泥石流预测预报 以灰色系统理论为指导的预报 今后方向：建立在泥

32、石流起动机理上的泥石流预测预报；,泥石流预警,区域性预警：,直接指标预警方法 间接指标预警方法,直接指标与间接指标相结合的模糊信息模型,单沟性预警：,地貌分析法 泥痕调查法 要素统计法,泥石流运动数值模拟法,1. 活动性预警 2. 危险范围预警,活动历史分析法 要素分析法,基于起动机理的 预警,蒋家沟泥石流监测、预警和预报系统,卫星云图,天气趋势,雷达监测,雨量遥测,单沟预报模型,区域预报模型,区域预测模型,地理信息系统,基础信息,泥石流声学特征,泥石流形成机制,泥石流生成,区域泥石流 危险分区,单沟泥石流 危险分区,人员撤离 抢险救灾,集成的减灾决策支持系统,泥石流声音,基础信息,基于泥石流

33、预测、预警的减灾决策支持系统,泥石流监测预警应用系统 目前预报水平下的泥石流预警应用： 区域：加强监测区域预测宏观决策 沟谷：加强监测谨慎预报注重预警 预报结果的表述：泥石流发生的概率 概率分级,（3）全国地质灾害气象预警初步实践(据刘传正，2005） 国土资源部和中国气象局两部门密切合作，从2003年开始基于降雨因素对突发地质灾害进行预警预报。目前基于灾害事件而非岩土体移动事件进行的不完全统计来表达预警准确率。 预警方法： 根据突发地质与降雨关系的研究，制作突发地质与不同时段临界降雨量关系散点图，发现散点集中成带分布，其上界可用线表示，下界可用线表示。,预报判据模式图 A区不发布预报区； B

34、区预报发布区； C区警报发布区线预报临界线（二、三级分界线）； 线警报临界线（四、五级分界线）,A,B,C,2003年把全国划分为7个一级区，28个二级（预警）区,2004年把全国划分为7个一级区，74个二级（预警）区,浙江,四川,湖南,广西,河南,3.4 预警判据讨论 突发地质灾害预测预警研究一直是一个世界级的难题，而预警指标判据的研究则是这个难题中的关键难点之一。 目前，所使用的降雨量判据、位移判据和宏观破裂判据均处于探索阶段，难以建立比较通用的判据体系。,3.3.1香港地区的滑坡预警判据,3.3.2大陆地区的预警判据（据刘传正，2005）,A,B,C,3.3.3 泥石流预警判据（据崔鹏2

35、005）,泥石流发生预警,3.3.4 滑坡预测预警判据 滑坡预测预警的指标体系含义比较广，只要是应用于滑坡预测预警的各类参数、变形现象和标志都可以广义的称为预测预报的指标或者是判据。 分类也有很多种，这里简要介绍3种分类。 从滑坡时空预测预警方面分为： （1）滑坡空间预测评价的指标，也可称为空间识别（鉴别）指标，包括：滑坡形态、边坡形态和结构等等（比较常用）； （2）滑坡（临界）状态预警指标：比较常用的有稳定性系数、地震强度判据、位移速率和位移量、变形现象等等； （3） 滑坡临滑预警预报指标：比较常用的有降雨量（小时降雨量、日降雨量和一次持续降雨量）、地震强度判据、临界位移速率、临界位移量、临

36、界破裂扩展等等（后3者目前比较含糊）。,从滑坡发生机理和诱发机理分为： （1）临界降雨量判据 （2）临界地震动参数判据 （3）与地下水相关的孔隙水压力方面的判据 （4）与岩土力学相关的边坡临界破裂极限判据等 （5）与非线性科学的灾变论相关的边坡临界破裂极限 判据等 从滑坡发生前兆变形特征和现象分为： （1）临界位移判据（位移速率和位移量） （2）临界破裂判据（破裂规模和分布数量） （3）临界变形综合判据（局部陷落、隆起、泉水涌 出等）,实例：三峡库区滑坡预测预警指标体系初步研究 近年来，通过在三峡库区地质灾害调查评价、预测预警系统的专项研究中，重点致力于滑坡预警预报判据研究，并初步归纳出3个层

37、次的滑坡预警预报判据体系：即滑坡空间预测识别判据、滑坡状态预警判据和滑坡时间预预报临界判据。 （1）滑坡空间预测识别判据 滑坡空间预测识别判据可分为先存滑坡识别判据和潜在危险斜坡识别判据，其中，先存滑坡识别判据：主要指已发生过滑坡，且有可能再次发生滑动的滑坡识别判据，是滑坡空间预测评价的基础判据之一。这里初步归纳6条比较通用的滑坡识别判据： 斜坡形态呈躺椅状、坡体后缘出现垂直坡向的洼地和张裂隙； 坡体上发育平台与阶地； 坡体上发育马刀树或醉汉林； 坡体前缘明显前凸或有剪出口； 滑坡边界清楚或坡体边界裂隙发育； 存在滑动面或顺坡向软弱变形面。,潜在危险斜坡体主要识别判据：主要指已有可能发生崩塌、

38、滑坡的潜在危险坡体的基本识别判据，也是滑坡空间预测的基础判据之一，这里初步归纳5条常用判据： 斜坡岩体存在顺坡向、倾角小于坡角的软弱结构面； 坡体存在多个临空面或被两组以上结构面所切割； 斜坡后缘出现拉裂隙或发育卸荷裂隙的高陡边坡； 坡体裂隙发育，表层岩体发生变形或蠕动的斜坡； 坡基存在缓倾软弱层，且前缘陡开挖临空或地表水径流冲蚀。,（2）滑坡状态预警判据 滑坡状态预警判据：主要指滑坡或潜在危岩体的稳定性处于临界状态的识别判据，是滑坡预警的主要判据之一。确定滑坡危险状态的判据和标志比较难，目前比较通用的只有滑坡稳定性系数；但是，逐一计算滑坡稳定性系数比较麻烦，因此，我们在三峡滑坡预警研究中结合

39、滑坡稳定性系数计算和模拟计算，提出滑坡边界轨迹分维值大于1.5作为滑坡稳定性判据的参考指标；同时根据三峡库区近几年滑坡变形现象和监测资料统计分析，滑坡变形破坏一般经历3个重要变形阶段，即蠕滑缓慢变形阶段（季节性降雨对其影响不大）、季节性变形阶段和急剧变形阶段；当滑坡保持自身的缓慢蠕变而不受季节性降雨的影响时，通常处于稳定状态；当滑坡变形、滑动明显受降雨影响而发生季节性变化时，则滑坡总体处于临界稳定状态，其变形现象和标志可考虑作为滑坡状态预警判据，例如，滑坡前缘有带状泉水涌出、或中后部张裂带状扩展，且破裂长度大于滑坡体宽度的1/2；或者是滑动速率明显增加，且季节性变化明显等等；而滑坡一旦处于急剧

40、变化阶段，其变形现象和诱发因素可作为临界时间预警判据。,基于这种认识，这里归纳了7条状态预警判据： 滑坡整体稳定性系数等于1，局部小于1； 滑坡体拉裂隙处于明显的扩展状态，或后缘拉裂带长度大于其 滑坡宽度的1/2； 持续降雨，滑动带（面）处于饱水、软化状态，且地表径流冲 蚀部位开始明显崩滑，或局部破裂变形扩展滑动、地面塌陷； 滑坡前缘有带状态分布的泉水涌出； 滑坡边界轨迹连续而有重叠，轨迹分维值在1.50 左右； 滑坡蠕滑速率持续增大明显，或滑动速率大于10cm/月，且季 节性变化明显； 地震动峰值加速度为0.15，或滑坡场地地震烈度达到,（3） 滑坡时间预报临界判据 滑坡时间预报临界判据主要

41、指滑坡急剧变形滑动或启动时的标志和状态及诱发因素，这里主要依据降雨量与滑坡发生关系的统计分析及滑坡剧烈变形阶段的变形标志（变形、位移和破裂），探索其时间预报判据。,表8 三峡库区典型滑坡发生与降雨量关系简表,初步归纳几种时间预警指标： 每小时降雨强度大于50mm； 日降雨量大于120mm； 一次持续降雨量大于180mm； 滑体后缘裂陷槽长度大致等于滑体宽度，或者滑体周围扩展破裂累计长度达到周围边界的4060； 滑体前缘（剪出口附近）快速鼓起、或泉水向上喷射； 滑坡局部出现地面下陷，伴随有响声或热风； 滑坡位移速率大于0.8m/天，滑坡位移比在0.41 之间； 地震动峰值加速度0.20，或滑坡场

42、地地震烈度,（4）滑坡位移比判据探讨 为了说明前面提出的问题，我们提出用滑坡位移比衡量滑坡的相对位移量作为探讨滑坡临界位移判据的一种尝试。,滑坡长度为l，累计位移为l，单位长度的位移e（位移比，物理意义类似于应变，一个是小变形，一个是大变形）等于： e = l/ l 由于这个数值很小，故通常用百分比衡量，即位移的百分比。,表2 典型滑坡位移监测与位移比,4 滑坡风险评估与管理 4.1 概述 区域滑坡风险评估和管理是主动减轻群发地质灾害危害和损失的重要途径，也是国际上普遍推广的途径之一，国内这方面的研究才刚刚起步，需要不断探索研究。 今年在加拿大召开的滑坡风险评估和管理国际会议，就是为宣传推广这

43、种主动减灾防灾的技术。 一些发达国家，早在20世纪80年代前后基本完成国家滑坡风险评估管理战略研究。 例如，意大利在20世纪80年代，完成全国滑坡风险区划，并在1989年制定滑坡风险管理与土地利用的法律，规定在不同滑坡风险区土地利用的规划，类似于国内的全国地震烈度区划。,4.2 滑坡风险评估简介 滑坡风险评估可以分为场地风险评估和区域风险评估。滑坡风险评估过程包括：首先分析滑坡风险大小、将风险分析结果与价值判断和风险容许标准进行比较，从而决定风险是否可以容许和承受。其中，价值判断涉及到生命财产损失、一年风险成本和金融成本评估等等；而风险大小估算通常采用年风险计算：是所有灾害发生概率与危害乘积之和。表示外每年多少元损失，或者是每年潜在的生命损失，即每年在滑坡事件中生命财产损失的概率，其计算公式为： R(DI)=P(H)P(S/H)P(T/S)V(L/T) （1）（Morgan et al,1992） 或者是： R(PD)=P(H)P(S/H)V(P/S)E (2) 这里R(DI)和R(PD)为滑坡风险性（每年可能损失的生命财产概率） P(H)是每年发生滑坡事件的概率； P(S/H)发生滑坡事件的空间影响概率； P(T/S