物联网技术在突发地质灾害应急响应中的应用研究

目前中国地质灾害监测防治主要依靠群测群防,难以保证地质灾害准确、及时的预测预警。应用物联网技术能够实现地质灾害实时监测预警。首先阐述了应用物联网技术在地质灾害监测预警中的研究技术路线、关键技术、研究方向、平台架构,然后分层次介绍了前端监测系统、网络传输、数据库建设、物联网支撑平台及应用系统。最后介绍了研究成果,应用实例及效果,展示了原型系统相关界面并展望后续工作。

地质灾害应急支撑体系建设基本问题分析

以重大地质灾害应急实践为基础,采用文献研究、描述性研究和统计分析法,本文探讨了地质灾害应急支撑体系建设基本问题。认为:地质灾害应急具有"应对面广、预警困难、挽救率低、成因判定难"等特点;单个事件应急响应行动,一般通过三大步七个环节完成四项处置内容。单项处置行动通常有5个技术流程;地质灾害支撑体系具有"弱基础、松耦合、强内聚"结构,能力建设是重点。地质灾害过程机理、应急防治技术、应急预案动态优化和支撑系统是支撑体系建设中的四个关键科学技术问题。

突发地质灾害中应急数值模拟技术应用浅析

以滑坡为例,通过综合分析大量前人研究成果,阐述数值模拟在常规状态地质灾害稳定性分析、滑坡机制分析和滑动过程推演中的应用状况,总结数值模拟技术应用于地质灾害应急的基础,比较常规状态和应急情境下数值模拟技术条件的区别,明确应急数值模拟过程特点,提出应急数值模拟技术关键问题。最后,以峨眉山九里镇王山—抓口寺滑坡灾情为例,结合非连续变形分析方法(DDA)大变形和真实时间模拟的优势,进一步研究了数值模拟在灾情应急过程中启动原因和滑动过程反演的实际应用。结果表明,滑体滑动过程中最大水平位移约87m,峰值速度7m·s-1,滑距约38m,前缘堆积厚度53m,滑坡滑动过程持续时间70s左右,与应急调查结果相符。模拟结果有助于理解滑坡发生机制,有助于确立滑坡应急防治重点,辅助应急决策效果明显。

地质灾害应急避险案例浅析

采用数据分析和案例分析方法,分析地质灾害应急避险重要意义和关键点。本文分析2006-2014年来地质灾害应急避险次数、人数和避险直接经济损失,得出应急避险效益呈上升趋势;分析东谷乡泥石流应急避险和王家村滑坡应急避险过程及关键点,认为应急监测预警、群测群防体系、应急培训与演练与灾害发生典型性是应急避险成功的关键点,并提出了应急工作中的不足。

突发地质灾害应急技术:过程模式

时间是影响突发地质灾害应急防治成效的关键因素。面向应急情景、任务和能力,以时间为主线的应急技术设计是应急预案的主要内容。由于我国应急体系建设起步较晚,应急防治理论基础薄弱,缺乏系统案例,导致应急响应与防治过程尚不清晰,存在"求快忽准"、混淆管理程序和技术流程等现象。采用情景分析方法,基于协调集成设计的思想,首次提出"三阶段三层次五步骤九环节"的应急过程模式,具体如下:分为监测、响应和恢复等三个应急管理阶段;分就近响应、先期处置和应急救援等三个递进响应层次;通用程序有预期启动、工况分析、处置实施、会商检验和响应结束等五个步骤;分预警响应、情景分析、应急调查、应急监测、灾情评估、风险防控、应急治理、成因判定和总结恢复等九个应急防治环节。该模式尚属粗浅,有待过程模型库的建设支撑。仅供地质灾害应急防治的科技工作者参考。

突发地质灾害应急数值模拟浅析

突发地质灾害事件应急响应具有社会聚焦性和时间紧迫性,处置决策离不开科学高效的技术支撑,数值模拟技术具有成本低、效率高、且能够方便考虑多种不同工况等优势。而目前对突发地质灾害应急数值模拟技术的研究尚未开展,同时常规数值模拟囿于技术条件等原因,对应急地质灾害技术的支撑实践效果十分有限。为此以滑坡灾害为例,在临滑稳定性研判、变形失稳机理分析和滑动过程推演等数值模拟应用现状分析的基础上,通过与常规数值模拟的技术条件比较,初步提出应急数值模拟技术发展的关键问题。以期有助于应急决策辅助应用。

突发地质灾害应急响应:避险模式研究

在地质灾害防治实践中,中国探索形成具有特色的群测群防道路。其中,临灾避险是重要的减灾措施之一。由于尚存在着预警与响应之间衔接不够紧密、临灾避险的学理基础薄弱和应急避险准备不足等问题,避险成效受到一定的影响。在突发地质灾害应急避险现状分析的基础上,基于"情景-应对"理论、有限传播时间原理、应急管理阶段的划分和对典型案例的调查分析,通过情景故障推演,首次构建了应急响应的避险模式。并依据现代应急准备理念,结合山地社区避险目标能力建设需求,提出由规划、预案、演练、预警、援助和恢复等构成的避险准备系统。以期有助于避险理论研究和应急避险实践。

基于情景应对模式的突发地质灾害应急防治探讨

突发地质灾害应急防治宜采用"情景-应对"模式,应急预案制定及应急决策离不开情景分析与推演。情景静态特性表现为地质灾害风险认知,可描述为灾害地质体特征、承灾体特征和地质环境条件等要素;情景动态特性可通过演变后果体现,即关键节点的应对需求变化。通过情景要素的应急响应特性分析,选择响应启动时间、灾害空间范围为一级标准,灾害地质特征和引发因素为二级标准,应对能力满足程度为辅助标准,初步提出了情景分类的框架。并针对单点滑坡、单体危岩(崩塌)、单沟泥石流、跨区地质灾害、区域强降雨、地震次生地质灾害和跨区地质灾害等常见情景,分别给出了应急调查处置方案要点。

突发地质灾害应急预案建构模式研究

我国现有的突发地质灾害应急预案存在结构性缺陷和实效性不足等问题。以预案执行实践为基础,研究提出预案建构的情景-结构-功能模式,建立了政策与技术2个层次的预案概念体系,提出包括情景建构、目标设定、机制优化、方案设计和推演优化等在内的预案编制五步法,初步建立了预案综合评估模型;并对《国家突发地质灾害应急预案》进行了评估,提出了修编建议。认为预案优化的实质是回答目标与情景是否吻合、能力与目标是否匹配、预案功效是否最优。

突发地质灾害应急治理工程模式研究

为规范突发地质灾害应急治理,减少工程技术风险,以典型案例为基础,通过工程技术条件对比分析,开展了应急治理工程通用模式研究。研究指出:应急治理工程,是以地质灾害险情事件处置为导向的特殊抢险救灾工程,具有时效性、动态性和聚焦性等特点,工程目标可分为主动控制、软着陆和被动保护等3类。研究提出:与应急情景相适应,工程设计采用螺旋式方法,分目标设计和方案设计2个阶段进行,会商设定工程标准。工程实施采用信息法,并与后续常规防治相延续。

地质灾害应急物联平台建设方案

我国当前地质灾害应急支撑体系仍然存在着应急信息准确性、及时性、应急处置效率有待提高等问题。因此,急需探索统一的地质灾害应急物联平台的构建方案和技术。本文从技术层面分析了地质灾害应急物联平台建设的若干技术问题及解决手段,为地质灾害应急物联平台建设提供技术参考。

地质灾害应急避险古丈案例启示

采用数据分析和案例分析方法,分析地质灾害应急避险重要意义和关键节点。分析2006~2016年来地质灾害应急避险次数、人数和避险直接经济损失,得出应急避险效益呈上升趋势;分析湖南古丈泥石流应急避险案例,认为应急监测预警、群测群防体系是应急避险成功的关键点,并提出了基层地质灾害应急避险工作方向的讨论。

远程会商系统在地质灾害应急指挥中的应用研究

地质灾害远程会商与应急指挥系统是基于计算机网络、视频会商、现代卫星通信、无线图像传输等技术在地质灾害应急处置中集成与应用,系统是以地质灾害应急指挥工作需求为目的,在基于卫星传输网络体系下,实现视音频、专业数据的传输,本文介绍会商系统构成、组织模式以及推广应用情况,并对系统在地质灾害应急中的应用前景进行展望。

地震次生地质灾害应急调查评估与重建选址

5．12汶川地震发生以来，我国西部的南北地震带和Y字型地震带强震频发。每次5级及以上地震发生后，中国地震局都会对外发布地震烈度分布图，但由于地震烈度等级是根据地震本身特性和震后影响程度划分的，

汶川地震区地质灾害成生规律研究

本项研究建立了2008年"5.12"汶川地震区62县域(面积约15×104km^2,地理精度1∶250 000,包括四川省48个县、甘肃省10个县和陕西省4个县)和中心区11县域(面积约3.1×104km^2,地理精度1∶50 000,包括四川省10个县、甘肃省1个县)的地质灾害信息系统。62县域地震前编录地质灾害4 913处,占总数的23.5%;地震直接引发10 173处,占总数的48.8%;地震后新发生5 779处,占总数的27.7%。11县域地震前编录地质灾害251处,占总数的3.5%;地震直接引发4 789处,占总数的66.7%;地震后新发生2 137处,占总数的29.8%。根据地质灾害区域发育度、潜势度、危险度、风险度和危害度等"五度"评价理论,分别研究了2008年"5.12"地震前历史积累、地震引发、地震后("5.12"地震后到2013年底)和前三者合计的现状等4个时段的地质灾害区域成生规律。根据地质灾害发育度指数计算结果,62县域地震前地质灾害高、中发育区面积占比11.5%,现状情况下相应的发育区面积占比增加到27.5%。11县域地震前地质灾害高、中发育区面积占比0.71%,现状情况下相应的发育区面积占比增加到11.82%,地震引发作用及其滞后效应是显著的。考虑地质灾害发育度指数、地形坡度、坡向、高程、地层岩组、水文地质、断层分布、地貌类型、地震烈度、年均降雨量、植被盖度、水系、交通线分布、地震作用、汛期降雨和日降雨等要素指标,分别计算出不同时段的地质灾害潜势度指数和不同引发条件下地质灾害危险度指数和风险度指数分布,并按极高、高、中、低4个等级分别评价和编制了相应的区划图。62县域地震前地质灾害高、中潜势区面积占比63.1%,现状情况下相应的面积占比增加到70.5%,地震作用造成地质环境条件显著恶化。11县域地震前地质灾害高、中潜势区面积占比1.21%,现状情况下相应的面积占比增加到18.94%,地质灾害易发区或敏感区面积大幅增加。62县域地震引发地质灾害高、中危险区面积占比为68.1%,汛期降雨引发者面积占比52.4%,单日降雨引发者面积占比26.9%,说明地震、汛期降雨和日降雨引发地质灾害强度是依次降低的。11县域地震引发地质灾害高、中危险区面积占比63.2%,汛期降雨引发者面积占比22%,单日降雨引发者面积占比14.3%,说明高烈度区地震引发地质灾害的作用远高于汛期降雨或单日降雨效应。62县域地震引发地质灾害从极高风险区面积占比11.57%到低风险区的40.57%,呈线性变化,反映了地震破坏相对均匀的衰减作用;汛期降雨和日降雨引发地质灾害高、中风险区面积占比分别为65%和67%。11县域地震引发地质灾害高、中风险区面积占比达62.5%,汛期降雨引发者面积占比为27.4%,日降雨引发者面积占比16.3%,且远离降雨中心急剧衰减,反映了降雨作用的不均匀性和灾害分布的相对丛集性。考虑伤亡人数、直接经济损失和受灾人数3个指标,计算出"5.12"地震引发的地质灾害在11县域造成的危害度指数分布是,汶川、北川、绵竹和青川四县的地质灾害危害度指数均大于10,茂县、都江堰的危害度指数在9~10之间,安县、什邡、彭州和平武的危害度指数在8~9之间,文县的危害度指数为6.68。研究结果可以为汶川地震区地质灾害防治规划编制、区域预警预报、应急指挥部署和土地合理利用等的公共管理决策提供科学依据。

中国地质灾害气象预警模型研究

地质灾害气象预警是指对气象因素（主要为降雨）引发的地质灾害发生可能性大小的预测预报。中国大陆的地质灾害气象预警工作始于2003年,逐步形成了国家级、省级、市县级的分级运行业务模式,预警模型及可靠性问题是这项工作的核心科学技术问题和研究难点。考虑到各级地质灾害气象预警的时空尺度与预警时效,形成了两代预警模型并行运算、相互校验与补充的运行模式。第一代隐式统计预警模型,也称为临界降雨判据法,基于不同地质环境区域引发地质灾害的临界雨量不同,分区建立临界降雨判据,该模型2003年起在预警业务中使用,因其只涉及一个或一类参数,使用广泛,近年来又在模型参数、判据修正等方面不断完善。但单一的临界雨量指标很难准确反映地质环境的变化以及地质灾害的成生规律,且预警区划、判据更新与准确性提高等也限制了其进一步发展。第二代显式统计预警模型,耦合了地质环境变化与降雨参数等多因素建立预警判据,地质环境指标在模型中显式表达,在模型原理、空间精度、升级能力等方面表现了其优越性,显著提高了预警精细度和准确度,2008年开始在国家级预警业务使用,并逐步向省级推广。两代预警模型均是基于统计方法建立,一定程度上均受到统计样本的选择、地质环境条件的精细程度、实况降雨数据的精确匹配等因素控制和影响。多年来,两代预警模型在中国地质灾害气象预警业务中成功运行并不断升级完善,为中国大陆的地质灾害防灾减灾工作做出了重要贡献。

中国地质灾害气象预警实践:2003-2012

中国地质灾害气象预警始于2003年,每年汛期（5-9月）向公众社会发布预警信息,警示群众注意防范降雨引发的崩塌滑坡泥石流等地质灾害。本文概略介绍了2003-2012年中国地质灾害气象预警的工作机制、技术方法和预警效果等方面的成就。工作机制方面,采用国家级、省级和市县级的分级运行管理方式,并不断健全和完善了预警合作机制和信息共享机制。技术方法方面,创建了隐式统计预警（临界降雨量判据法）和显式统计预警（地质环境与降雨多参数耦合判据）两代预警模型,并研发了相应的业务运行系统,有效指导了区域地质灾害气象预警、地质灾害群测群防和典型地区专业监测预警研究。预警成效方面,通过电视、网络、手机短信、微信微博等多种媒体发布地质灾害预警信息,使社会公众特别是基层社区居民的防灾意识显著增强,减灾知识逐渐增长,合理利用地质环境,主动防治地质灾害已在中国取得广泛的共识。

论地质灾害防治与地质环境利用

分析了中国地质灾害防治现状,概述了地质灾害防治体系,以甘肃舟曲'8.8'特大山洪泥石流灾害为例反思了地质灾害防治理念的不足。从地质环境可持续开发利用视角,构建了区域地质环境可持续利用评价框架和地质安全评价体系。基本结论是:应跳出单纯工程地质评价和地质灾害防治的惯性思维,将保护地质环境和防治地质灾害有机结合,树立持续利用地质环境的科学观,更有效地达到减轻地质灾害的目的。

基于确定性系数模型的地质灾害多因子权重计算方法

地质灾害影响因子权重的确定是区域地质灾害评价和预警模型研究的关键。本文采用确定性系数模型（CF）实现复杂多因子数据的同区间量化,基于CF值直接代表着各因子对地质灾害的贡献这一物理基础,提出了一种基于CF的多因子叠加确定权重法。该方法通过三步完成权重计算：（1）基于CF的地质灾害各影响因子量化,使得各影响因子取值均介于0-1;（2）所有影响因子逐级叠加计算,计算所有因子的相对贡献值;除某计算因子外,其他所有影响因子的逐级叠加计算,得到除某计算因子外的其他所有因子的相对贡献值;（3）通过相减的方法,得到某计算因子的相对贡献值。同样方法分别得到所有因子的相对贡献值,最后归一化处理分别得到所有因子的权重。最后,以区域显式统计预警模型中潜势度计算为例,分区计算确定了地质灾害各影响因子的权重,并以潜势度计算结果进行效果检验,验证了基于CF的多因子叠加确定权重法的有效性和实用性。

台风暴雨型地质灾害时空特征及预警效果分析

在我国东南沿海山地丘陵区,台风暴雨常诱发大量山体滑坡、崩塌和泥石流地质灾害,造成财产严重损失和人员伤亡。以2015年登陆的“苏罗迪”台风为例,在系统分析“苏罗迪”台风诱发地质灾害时空分布和预警效果的基础上,得出了如下结论：（1）“苏罗迪”台风诱发的600余处崩滑流灾害,主要集中分布在浙江、福建等东南沿海地区,灾害规模以小型为主,滑坡、崩塌、泥石流数量比例约为6∶2∶1,具有空间集中群发性;台风降雨诱发地质灾害具有“即雨即滑”的特点,当日降雨当日崩滑,具有强降雨当日即发性;小时降雨空间分布不均匀,地质灾害发生时间往往比平均小时大雨强滞后,滞后时间约1～2h,具有大雨强小时滞后性。因此,台风降雨诱发地质灾害具有空间集中群发性、强降雨当日即发性、大雨强小时滞后性三大特征。（2）提出了基于“命中率、漏报率和空报率”三指标的地质灾害预警校验方法,建立完善了各指标的测算方法和计算公式。“苏罗迪”台风地质灾害预警校验结果显示,本次过程中地质灾害气象预警效果总体较好,保证了较高的命中率,较低的漏报率,但预警区空报率偏高。除地质灾害气象预警本身的技术难度外,降雨预报准确率偏低特别是极端降雨预报不足的现状也是造成地质灾害空报率偏高的原因之一。