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地质灾害:由群防到技防——访自然资源部地质灾害防治技术指导中心首席科学家殷跃平

精准调查必须依靠地质与测绘等多学科的融合技术。

每年6月到8月,我国全面进入主汛期。用长期从事地质灾害防灾减灾专家们的话来说,“是到了最吃劲,最吃紧的时候”。“地质灾害隐患点在哪里?”和“什么时间可能发生?”成为当前地质灾害防灾减灾的两大焦点问题。针对地质灾害隐蔽性强、成灾模式复杂等难题,我国是如何应对的?取得了哪些实效?采用了哪些新技术手段来提高防灾能力?测绘科学技术在其中应如何更好发挥作用?就这些话题,近日《中国测绘》杂志记者采访了我国著名地质灾害防灾减灾专家、自然资源部地质灾害防灾减灾技术指导中心首席科学家殷跃平。

记者:经过多年努力,特别是"5.12"汶川地震以来,我国防灾减灾体系日趋完善,防灾减灾成效显著。请您介绍一下我国地质灾害防灾减灾情况及取得的成效?

殷跃平:按照可能导致人员伤亡的风险,通常将地质灾害分为突发性和缓变性两类。突发性地质灾害主要有崩塌、滑坡、泥石流三种,经常造成人员伤亡;而地面沉降、地裂缝和地面塌陷等缓变地质灾害通常以经济损失为主,相对来说,压力就轻许多。

我国是世界上突发性地质灾害最为严重的国家之一,也是取得了举世公认的防灾减灾成效的国家。经过数十年的努力,建成了以调查勘查、监测预警、综合防治和应急处置四大内容为支撑的地质灾害防灾减灾体系。地质灾害就是我们的“敌人”,要消灭敌人,首先就必须知道敌人在哪里,因此,地质调查与勘查,成为明判灾害源、了解敌情的基本前提。自1998年以来,历经十年时间,全面开展了以县(市、区)为单元的1:10万比例尺地质灾害调查与区划,覆盖了我国2020个具有山地分布的县(市、区),调查面积达834万平方公里,涉及人口约9.7亿人,发现了地质灾害隐患点达20多万处。这一阶段的工作主要采用了群众报灾的方式进行,通过普及培训地质灾害防灾减灾知识,当地群众对房前屋后疑似的隐患点上报上来,专业人员到现场踏勘、调查以及核查,并进行初步的稳定性和危害性评价。在调查的同时,填写了险情和灾情“明白卡”,对险区群众进行应急演练,当险情发生时,及时发出预警警报以撤离险情群众。我国将这种工作模式统称为“群测群防”,为减轻地质灾害造成的人员伤亡发挥了巨大作用。但是,这一体系也耗费了大量人力、物力。由于很多地质灾害发生在夜间,仅凭人力来监测预警不仅难度极大,而且非常危险,出现了多起群测群防员英勇牺牲的事件。

本世纪以来,随着地质与测绘科学技术的进步,我国全面推进了1:5万比例尺的地质灾害详细调查,覆盖了1498个县(市、区),约478万平方公里。这一阶段的调查工作发挥了专业队伍的力量,从遥感解译、专业人员地面核查、重要灾害隐患点工程地质测绘和勘查等4个层面开展调查,了解了地质灾害形成机理和成灾模式,为防灾减灾提供了较为详实的数据基础。

经过二十多年的努力,基本把握了全国地质灾害的区域分布规律。其中,高易发区达121万平方公里,中易发区达273万平方公里,低易发区达318万平方公里;调查出各类地质灾害隐患点32.22万处,成为我国地质灾害防灾减灾把握的“敌情”基础。针对这些数据,从国家到地方全面开展了大型、特大型地质灾害隐患的工程治理、监测预警和避让搬迁等工作。目前,像重庆、贵阳、兰州、西宁等地质灾害易发的直辖市和大型省会城市,以及万州、宜宾等地级城市,舟曲等县级城市城区内的大型、中型规模的自然地质灾害已经得到控制,群死群伤特大地质灾害风险显著降低,全国每年因地质灾害死亡人数从上世纪90年代末的1500人降到了最近几年的300人以下,防灾减灾取得了举世公认的成效。值得指出的是,目前,我国城市城区内发生的大型、特大型地质灾害主要还是与人为不合理的工程活动相关,大多属于责任事故。

记者:近日,国务院办公厅下发了关于《开展第一次全国自然灾害综合风险普查的通知》,自然资源部也下发了《关于做好2020年地质灾害防灾减灾工作的通知》。可见,我国地质灾害形势依然严峻。您认为,我国地质灾害防灾减灾还需要在哪些方面加强,借助哪些新技术手段可以让地质灾害隐患排查和预测更精准?

殷跃平:总的来说,成效非常显著,但面临的问题更加隐蔽复杂。这里有两个数据是不容回避的:一是近年来全国每年新发生的地质灾害,80%发生在已圈定的隐患点范围之外;另一个是80%的地质灾害都发生在广大的农村地区。这两个80%反映了地质灾害“中心”正由城镇向农村转移,这种转移带来了地质灾害发生地点具有更高的隐蔽性、发生时间具有更大的随机性,以及造成灾害具有更强的累计破坏性,给准确预测和防范带来了极大难度。虽然广大乡村房前屋后“视线内”的地质灾害隐患比较容易发现,并形成了一套较为行之有效的防控体系,但是,对“视线外”的高位远程滑坡—碎屑流—泥石流确难以用传统技术方法加以把握,由此也造成了多起群死群伤特大地质灾害。举个例子,去年贵州水城“7·23”山体滑坡,造成了52人死亡的特大灾害。在灾害发生之前,已经做了大量地质调查和监测预警工作。当地村组的群测群防工作比较到位,专业队伍采用高分遥感和InSAR(合成孔径雷达干涉)等高新技术对该区进行了动态调查,给出圈定的隐患点是位于村前三叠系飞仙关组构成的陡坡地区。这套地层构成的易滑地质结构与2017年贵州纳雍“8·28”特大滑坡(造成38人死亡)非常相似,但实际上发生特大灾害的地方起源于村后1公里之外的二叠系峨眉山玄武岩构成的缓坡上,远程滑动了1.2公里,就是说灾害发生地点“出圈了”。另外,这种易滑地层形成的高位远程滑坡在该区也较为罕见。由此看来,我们对孕灾地质环境的调查远远不够,对易滑结构、成灾模式、预警模型的探索研究尚不能满足防灾的需求。

惨痛的地质灾害教训告诉我们必须更加依靠科技,在1:10万区域性调查和1:5万详细调查的基础上,建立更加精细化的调查勘查评价方法。通过近年来在农村发生的多起特大地质灾害的分析总结,我们提出了“星—空—地”多源数据融合的新一轮地质灾害风险调查思路,加强了空间观测、地面测绘、地质勘查和风险管控多学科的结合:首先,运用综合遥感技术开展易发区1:5万基础性动态调查,查明地质灾害易发区、危险地带、隐患点分布和灾变趋势;其次,运用无人机、地面测绘与物探、钻探地质勘查手段,对重点调查区内的乡镇、村组等人口聚集区为重点的1:1万地质灾害精细化调查;第三,通过开展省、县、村三级宏观、中观和细观地质灾害风险区划,实现了数据的实时更新,为防灾减灾规划提供了精细化的基础数据。这样,我们对地质灾害“敌情”的把握将更加精准,防灾减灾工作将可跳出以隐患点为中心,“排查——排查——再排查”的“就点管点”被动状态。

记者:测绘与地质就是“一家人"。您办公室的墙上挂着地质灾害分布图,办公桌上放着专题地图,想必您在工作当中也离不开地图。请您谈谈测绘在地质调查与监测中的支撑作用?

殷跃平:是的,地质工作不可能离开测绘科学技术。我们进入大学初学地质学,专业基础课之一就包括了地形测。我常对学生们讲,要成为地质专家,首先要从认地名、认地形开始,建立立体的空间和时间概念,然后才能进入到地层、构造等地质学领域。我们现在从事防灾减灾,非常急需测绘领域大量先进的专业技术支撑。

地质灾害防灾减灾的基础工作,可以简单概括为3D加1T(空间+时间),也就是需要随时把握灾害体的三维空间展布状态以及时间变化过程。测绘科学技术的发展为地质灾害防灾减灾提供了强大的科学技术支撑,甚至推动了新的发展方向。十年前,大家都觉得无人机是一件距我们很遥远的奢侈品,但是现在的地质灾害调查评价已离不开无人机。以前地质灾害发生后,我们主要通过人工目测等简单方法进行体积估算,误差非常大,现在通过无人机很快能精确计算出灾害体的几何要素,工作效率起码提高了数十倍。迅速发展的InSAR技术,也为高陡山区隐蔽性强的地质灾害早期识别提供了非常强大的工具。

在测绘技术迅猛发展的同时,我们也希望测绘领域能面向防灾减灾的需求,研发并推广一些适用于地质灾害特点、性价比高的先进技术。近年来,我们与测绘专家在这方面进行了一些尝试,可以说正推动地质灾害测绘学科的形成。

第一,在地质灾害调查测绘方面,卫星遥感技术的分辨率愈来愈高,但是高山峡谷区的正射投影影像地质灾害的调查评价失真较大,无人机的倾斜摄影技术在这方面提供了很好的解决手段。然而,对于高陡山区的灾害体调查,倾斜摄影技术仍损失了不少关键信息,妨碍了灾害体的三维地质建模和快速分析评价。几年前,我们在三峡库区巫峡调查危岩稳定性时,不得不攀爬到近于直立的数百米陡崖上进行人工调查,非常危险,效率低下,效果也不理想。武汉大学张祖勋院士获悉后,专门为我们提供无人机贴近摄影技术,解决了高陡危岩的三维空间信息获取与快速建模评价难题。随后,我们与张祖勋院士团队一起申请了国家重点研发项目,进一步研发高陡灾害体三维动态监测无人机贴近摄影技术,使产学研用很好地结合在了一起。

地质灾害:由群防到技防——访自然资源部地质灾害防治技术指导中心首席科学家殷跃平2019年6月12日,在三峡库区巫峡段现场,殷跃平教授(左2)与张祖勋院士(左4)、谭述森院士(左5)等地质测绘专家讨论危岩体无人机贴近摄影和北斗卫星监测技术

第二,在监测预警方面,现在的GNSS定位精度最高已达毫米级。但是,也正如我刚才提到的,由于地质灾害“中心”正由城市转移到广大农村,而农村防灾减灾的特点是保命为上,经济损失可以通过政府救济、保险等方式解决,因此对监测预警设备的精度要求可降到厘米级,甚至分米级,就完全可以适用于临灾前大变形滑坡的实时监测和红色预警。此外,由于山区孕灾环境的恶劣,设备的可靠性必须提升,特别需要对原有的测绘装备进行改进,包括低功耗、耐高低温度、防雷电,甚至对卫星的结构和解算方式都提出了专门的要求。2018年以来,按照自然资源部的部署,中国地质调查局地质环境监测院(自然资源部地质灾害技术指导中心)联合19家相关局属单位、高校、科研院所和企事业单位,组成“学科交叉、部门联动”的技术攻关团队,研发了滑坡普适型监测预警仪和智能预警系统。这种设备就是在原有测绘设备技术上进行了改进。今年汛期,在全国农村地质灾害“技防”中,显现了良好的效果和前景。

地质灾害:由群防到技防——访自然资源部地质灾害防治技术指导中心首席科学家殷跃平利用InSAR技术监测金沙江特大滑坡滑动堵江后,后缘再次滑动的趋势

“共性”和“性价比”是普适型监测预警设备特别强调的两个要素。长期以来,形成了“每个滑坡都不一样”的粗浅意识,因此,设立了滑坡预警预报是世界难题、不易逾越的屏障。实际上,滑坡具有“共性”,都属于斜坡运动的范畴,这就是普适性。通过孕灾条件、监测数据、成灾机理研究,找到滑坡的共性,掌握其运动规律和理论原理,建立预警模型,进而提高预警的科学性和准确性。在“高性价比”方面,虽然全国已有众多“高精尖”的地灾监测预警设备,有的已经达到世界级水平,但往往价格不菲,安装一套设备动辄需要上百万元,对于地质灾害点多面广的国情而言,大规模铺设并不现实,或者即使安装了这些设备,但由于不适应恶劣的野外环境,运维费非常昂贵,这种“高性能”“高价格”的监测设备的“不普适”也阻碍了推广应用。实际上,对于广大乡村防灾减灾而言,只要发现隐患点出现显著地形变化,群众及时撤离即可达到避险目的。所以,监测设备的可靠性和实用性才是更为重要的。

最后,殷跃平还谈到了他的几点体会。2019年7月,我国自然灾害频发,习总书记要求要以对人民极端负责的精神做好防灾减灾工作。殷跃平认为,“对人民极端负责”不仅要在精准治理,精准预警,精准应急,精准重建等方面下足功夫,当前还特别应该在精准调查方面下大力气。而精准调查必须依靠地质与测绘等多学科的融合技术。只有这样,才能体现对人民的极端负责,也只有这样,才能完成地质与测绘共同肩负的防灾减灾重任。

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