国外地质灾害调查、监测、预警预报

国外地质灾害调查、监测、预警预报（美国、加拿大、法国、日本、意大利情况介绍）美国地质调查局美国地质调查局提出了2006～2010年滑坡灾害计划（LHP）该计划可以帮助美国地质调查局（USGS）利用可靠的科学信息来降低自然灾害造成的生命和财产损失的任务。LHP的任务是提供可以降低滑坡损失的信息，促进人们对滑坡灾害的了解，制定科学的减灾战略，提高公众的安全意识。2006～2010年的LHP计划是一新的预测模型最近几年来，LHP开发了一些评价斜坡稳定性或滑坡敏感性的模型。根据这些模型可以推测将来滑坡发生的时间、位置和规模。其中一个模型是SCOOPS，可以分析从沿海峭壁到火山爆发的三维深部旋转破坏。LHP计划对这一模型进行了改进，使其可以分析相似尺度下的三维滑动破坏。由于这个模型可以提供破坏体积的信息，LHP也计划将这一模型与火山灾害计划的模型结合起来，预测滑坡和泥石流沿坡而下的泛滥区。USGS开发的另一个模型是TEIGRS，可以分析与时间相关的降雨入渗量和其造成的浅层崩积物的不稳定性。LHP计划改进了这一模型，并用它分析暴雨开始时非饱和土壤的入渗以及在持续降雨过程中形成的侧向流动。同时也需要在实时降雨和（或）地震地面运动的条件下，为满足滑坡敏感性的静态图以及编制第二代动态图的需要，研究各种敏感性模型的概率结果。对滑坡历史和重现情况要继续进行研究，以便更好地认识美国大部分地区发生滑坡的可能性，包括研究美国东部山区由于强降雨造成的滑坡事件，确定这一地区的降雨阈值。另外，可以应用改进的模型评价美国其它地区的滑坡灾害。计划还将这些模型引入到一个决策支持系统中，以迅速评价火灾后发生的泥石流灾害。LHP已经建立了火灾后泥石流响应和发生过程的数据库，包括根据地球资源探测卫星图像获取的全国范围内火灾程度的实用信息。计划对现有的经验模型以及研究火灾区径流和侵蚀过程的物理模型进行改进。预计这些模型可以提高火灾后泥石流评价的精度和准确性。二新的滑坡监测技术LHP计划改进和开发动态滑坡环境的监测技术。这些技术可以更好地预测将来的滑坡活动。该计划预计可以提高实时监测能力，采用成本较低的GPS接收器等仪器来监测从缓慢蠕变到迅速灾难性破坏的滑坡活动。如果条件允许，还计划应用地球资源探测卫星数据和高分辨率的遥感数据，如LIDAR和SAR，对滑坡活动进行探测、绘图或做出迅速评价。三对知之甚少的滑坡过程的研究LHP计划将研究重点放在以下特别棘手且缺乏对其认识的滑坡灾害上。这一成果有助于开发新的评价工具：1、进行野外分析研究，以更好地认识泥石流的发展过程。许多破坏性的泥石流的规模最初都很小，通过侵蚀流经的通道和向下运移过程中携带沉积物的“体积膨胀”作用而逐渐扩大。认识泥石流的发展机制和前期状态有助于对泥石流灾害进行评价。2、需要对能够引起滑坡沉积物再次活动的必要条件进行研究。这一工作有助于预测引起老滑坡再次活动的条件。3、要不断寻求其它机构的协助，以便研究和应用不同方法来评价岩崩灾害对公共土地的影响。LHP的长期目标：一滑坡灾害评价在美国进行滑坡野外调查、研究、监测和分析以减小滑坡灾害和风险时，特别要强调的是采用GIS和遥感技术开发新方法和开展试点研究。根据以后发生的滑坡，对滑坡灾害评价进行有效性检验。二活动滑坡监测和模拟对活动滑坡和不稳定边坡进行远程和近距离的实时监测，有助于提高公共安全，进一步认识滑坡的起动机制和滑坡速度。与NOAA/NWS、USGS地震和火山灾害计划、NPS以及其它联邦、州和地方机构合作，对可能诱发滑坡的外部因素进行监测。进行包括模拟和分析在内的研究，以进一步认识滑坡的诱发机制和发生前的征兆，这样有助于预测滑坡的起动、扩大或再活动。需要不断开发预测滑坡位置、起动和影响的物理模型。为了使与DOGAMI合作的滑坡研究顺利进行，LHP计划在俄勒冈州西部地区增加一些监测点。三滑坡灾害发生后的迅速评价开发随机性和确定性模型及方法，包括降雨阈值，来预测与气候相关的滑坡起动机制。与NWS合作，为迅速处理数据、进行预测以及通知合作伙伴和其他用户，建立分析系统、运算法则、协议和程序。这些系统和运算法则，如简单的降雨累积和降雨持续时间的阈值模型，可以通过现有的实时雨量站网获取的数据进行评估和改进。同时需要与FEMA、联邦土地管理机构、州/县应急管理机构和USGS的其它项目合作，对火灾后的烧毁程度和发生泥石流的可能性做出迅速评价。针对加利福尼亚南部最近发生过火灾的盆地，建立可能造成泥石流活动的降雨累积量和持续时间的阈值。与NWS合作，将阈值引入加利福尼亚南部最近发生过火灾地区的泥石流预警原型系统中。将USGS和NWS的泥石流预警系统应用到美国其它地区，首先从阿巴拉契亚山区开始，LHP科学家不断对该地区的降雨阈值进行改进。同时也与DOGAMI和俄勒冈州林业部合作，确定俄勒冈州西部地区的降雨累积量和持续时间的阈值。四交流和减灾不断向联邦、州和当地政府，私人企业，土地规划人员，那些监测土地开发的环境影响和制定土地利用政策的人以及部分市民提供滑坡信息。研究滑坡信息在提高减灾能力中的作用，根据这些研究结果，可以对信息传递进行改进，以达到减灾的目标。需要在全国范围内不断汇编与滑坡相关的损失数据，收集可用的滑坡图件和详细目录。另外，USGS也直接或间接对火山灾害计划、国家合作地质填图计划、地震灾害计划、沿海和海洋地质计划、水资源和地理学提供专业的滑坡灾害支持。这些计划直接研究和评价由暴雨、地震、野火、火山、水下滑坡、河流和海岸侵蚀造成的滑坡、泥石流和火山泥流。滑坡美国地质调查局（USGS）的战略提出：USGS应该制定一个旨在了解滑坡过程和诱发机制的研究计划，主要的战略目标是：1确定研究日程表和执行计划，更好地了解滑坡过程、临界值和诱发因素，从而预测滑坡灾害；2建立可以用于预测滑坡灾害的地面变形和斜坡失稳科学模型；3建立不同诱发因素（如强降雨、地震等）的滑坡灾害时空预测系统。很好地了解滑坡过程的机制是建立可靠滑坡预警系统和进行有效减灾工作的基础。1对任何潜在的滑坡地点的调查要搞清楚如下的问题：（1）滑坡是怎样诱发的？（2）滑坡发生的预兆是什么？（3）滑坡会有多大规模？（4）滑坡体运动多远？（5）滑坡运动多快？上述问题的答案因滑坡类型和滑坡体物质状况的不同而异。滑落到高速公路上的一块岩石也许会造成可怕的灾祸，在人口密集区，一个高速滑动的小型滑坡也许比一个大的缓慢滑坡对公众造成更大的威胁。在香港，体积为2200m3的小滑坡也曾造成人员死亡事故（WorksBureau,1998）。2基岩滑坡：在美国，相当多的地区都分布有软弱岩石，曾经发生古滑坡或者现代滑坡。因此应该搞清楚下列问题：（1）控制基岩滑坡分布的因素？（2）气候变化如何影响基岩滑坡？（3）控制滑坡速度的因素？（4）在稳定滑坡上进行开发的安全性如何？3水下滑坡：美国滑坡减灾战略应该延伸至近海区域，重新认识水下滑坡伴随产生的特殊问题，尤其是在表面和地下采样以及进行原位土工测试难度很大。应该搞清楚下列问题：（1）如何进行有效填图？（2）斜坡失稳中水化气的作用？（3）如何评价水下滑坡的工程地质特征？（4）如何将工程地质特征进行风险评价？为了回答这些问题，应该制定一个全面研究计划，包括的内容如下：（1）野外实地特征；（2）试验室特征；（3）工程地质和水文地质模型计算结果；（4）动力学模拟计算结果；（5）野外实地研究有助于确定场地特征和模型的有效性。只有建立在许多进行长期野外工作基础上的科学研究规划才可以解释与滑坡过程有关的许多重要问题。这些问题涉及范围很广，从物质特征确定，到孔隙压力研究，到地质力学分析，到大的变形评价，主要是取决于滑坡类型的特定性质和地质环境。应该由USGS和其他联邦及州机构合作选择野外工作位置和制定典型点的工作计划。应该由易于进行技术转让的私人或公共机构在典型点进行专项研究。尽管应该优先考虑对泥石流、软弱基岩滑坡和可能的水下滑坡进行野外实地研究，但是如果条件合适也要考虑其它滑坡类型。以前，USGS进行的滑坡工作主要集中在根据野外工作进行灾害填图和评估。随着人们对滑坡机理的进一步认识以及现代数理力学理论和计算机技术的迅速发展,各种预测预报方法不断涌现,且取得较好的预测结果。滑坡预测预报主要包括空间和时间两个方面,缺一不可。滑坡的空间预测为时间预报提供对象；滑坡时间预报的选点必须首先以滑坡空间预测成果为依据,从而避免盲目设点造成错漏的弊端。滑坡空间预测预报.空间预测是指对滑坡发生的地点、规模等的预测,目前使用较多的方法有以下几种:——传统的稳定系数预测法稳定系数预测法是最早的滑坡空间预测的方法。该法通过计算滑坡体的安全系数Fs来预测某一具体边坡的稳定性。Fs=F抗滑力/F下滑力当Fs1.0时，边坡处于不稳定状态,当Fs=0.0时，边坡处于临界状态，当Fs1.0时，边坡处于稳定状态。计算稳定性系数的方法有多种，如基于极限平衡理论的条分法、瑞典法、数值分析法等。在计算中，参数的选取直接影响到分析结果的正确性。这种方法多适用于单体滑坡的预测，在工程中应用非常广泛，且为设计人员熟悉。——信息模型法。信息模型法把各种滑坡因素在滑坡作用过程中所起作用的大小程度用信息量表达。——灾变模型预测法。计算边坡的稳定系数需要涉及到岩土的计算参数，由于岩土性质的不确定性和离散性，使得同一边坡采用不同的计算参数得出差别较大结果，甚至得出相反的结论。采用灾变理论避开了这些不确定性的参数的影响，它假定系统在任何时刻的状态都可完全由给定的几个状态内部量(x1,x2,xn)的值来确定，同时系统还受到m个独立的控制量(u1,u2um)的控制，通过数学方法，研究系统状态的稳定与否与各量值的关系。该方法综合考虑了各种边坡要素对边坡稳定性的不同程度的影响，能较真实地描绘边坡系统的状态。3——模糊综合评判法。边坡的稳定性受诸多因素的影响，很难用一个确定的结论来表述其稳定还是不稳定，往往用模糊概念来表述，如把边坡的稳定等级分为“危险区”、“不稳定区”、“较不稳定”、“稳定区”等。模糊综合评判方法就是对边坡稳定性等级进行分类，并通过专家评分或构造隶属函数确定对同一等级各因素以及某一因素在不同等级中对边坡稳定性的影响程度(隶属度)，建立模糊评判矩阵，确定边坡的稳定性对各等级的隶属程度，最后按择优原则预测边坡的稳定性。该方法的最终结果是否可靠，受单因素的选择和隶属度的确定影响较大。滑坡时间预测预报。时间预报是指对滑坡发生的具体时间的预报，即对已获取的监测数据，通过数学模型来预测未来某一时刻坡体的状态。目前常用的方法有:——斋滕法。该方法以土体的蠕变理论为基础。土体的蠕变分为三个阶段，第Ⅰ阶段是减速蠕变阶段，第Ⅱ阶段是稳定蠕变阶段，第Ⅲ阶段是加速蠕变阶段。1965年，斋滕迪孝根据室内实验和仪器监测的结果，提出以第Ⅱ蠕变阶段和第Ⅲ蠕变阶段的应变速率为基本参数的预测预报经验公式，认为在稳定蠕变阶段，各时刻的应变速率与该时刻距破坏时刻的时间的对数成反比，相应计算公式为:lgtr=2.33-0.916×lgε±0.59在加速蠕变阶段，取期间变形量相等的t1、t2、t3三个时间来计算最后破坏时间，相应计算公式为:公式中，tr为边坡最终破坏时间。——灰色理论模型预测。色模型是根据德国数学及生物学家Verhulst用灰色系统理论建立的用于生物繁殖量的预测模型演变过来的滑坡时间预测预报模型。灰色理论的预测是趋势性预测，在实际使用中，为了保证预测的现实逼近性，通常需要用最新的实测数据进行建模。预测模型为:其中a，b为与滑坡位移原始监测数据有关的参数。——非线性动力学模型预测。非线性动力学模型是按照非线性动力学的观点并运用耗散结构理论和协同学的宏观研究方法从时间序列数据中建立的边坡系统动力学模型。——多参数预报法。选取多种参数,预测滑坡发生时间。美国学者B.Voight于1989年提出多参数预报经验公式:式中:Ω——任意参数，位移，剪应力，地面倾角等。Ωx——初始值，Ωf——预报值，α，A——经验常数。——神经网络预报法。国外滑坡监测的研究在传感器、数据传输与共享以及预