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    当地时间2017年5月23日,美国地质调查局网站发布了2018财年预算信息,预算总额为9.22亿美元,较上一财年缩减了1.378亿美元。2018财年预算重点放在对美国地质调查局核心科学使命的支持与效率提升上,以确保美国地质调查局继续致力于前沿研究,并向利益相关方和决策者提供准确的科学数据,促进对公共土地和水域的管理,保护国家的健康、安全和繁荣。

    在对美国一次能源保障方面,美国地质调查局的预算重点放在评价能源和关键矿产资源的发现、质量、供应和使用上。2018财年为“能源和矿产资源核心使命”提供了7440万美元。美国地质调查局将继续对能源资源进行评价,并提供公开的科学数据和工具为能源政策的商议提供指导,同时为开展可靠的资源管理(包括石油、天然气、煤炭、地热、铀和天然气水合物等能源资源)提供科学决策支持。预算使美国地质调查局能够重点了解国家重要矿产资源的成因和分布,特别是在阿拉斯加、美国中部地区和东南部地区。

    在对美国公共土地管理支持方面,美国地质调查局通过为地质灾害预警和快速响应提供科技支撑、生产高分辨率的地理空间数据、应对新兴入侵物种和疾病、解决水资源问题、为地球资源卫星(Landsat 9)地面系统的开发提供支持等工作,为美国内政部对公共土地的管理提供支撑。美国地质调查局还将开展资源开采对环境影响的研究,认识矿产资源与环境的相互作用以及对人类和生态系统健康的影响,同时将继续开发和应用新的方法来预测、检测和认识赤潮所产生的毒素对人类健康的影响。此外,还将继续研究与饮用水有关的污染物和病原体。

    在“自然灾害核心使命”方面,2018财年预算为1.111亿美元。美国地质调查局将继续保持对自然灾害研究、监测、响应和减灾的能力。通过国家地震系统(Advanced National Seismic System)监测全国的地震情况,美国地质调查局将快速发布地震损失和态势感知信息来支持应急响应。美国地质调查局还将继续开展对火山的野外调查,并报告火山监测对策和火山灾害评价结果,同时继续向公众传递地震和火山信息。2018财年预算还支持开发、测试先进的科学设备和方法来促进滑坡监测、评估和预报,同时对大型天然火灾的灾后泥石流灾害开展评价。

    在“核心科学系统使命”方面,2018财年投入的预算为9300万美元。美国地质调查局将继续开展“三维高程项目”(3D Elevation Program)获取全国高分辨率雷达高程数据,为制作地形图提供支持,为保护基础设施和自然资源以及提高公共安全提供帮助。通过尖端技术提高测绘精度,可以为能源开发、交通和管道基础设施项目、城市规划、洪水预报、应急响应和防灾减灾提供精确规划。作为“阿拉斯加填图计划”的一部分,美国地质调查局还将继续采集高分辨率干涉合成孔径雷达高程数据,同时还将开发更有效的方法来更新水文数据和制作地形图。

    在“生态系统核心使命”方面,2018财年预算为1.321亿美元,用于支持生态系统调查、健康、发展和监测。美国地质调查局将为鱼类和野生生物管理、水的过滤和污染控制、土壤健康、植物授粉、减少野火等其他自然灾害的影响等提供科学支持,还将为“合作研究单位”(Cooperative Research Units)组织提供资助,支持资源管理科学团队间的交流。美国地质调查局将继续通过为鼠尾草草原、草原火灾与干旱的相互作用以及野生动物与入侵物种相互作用等问题提供科学支持,实现长期保护和管理战略,还将针对具有较高治理经济成本和生态成本的入侵物种研究、改进检测和控制方法,包括亚洲鲤鱼、外来蚌类、海鳗、棕树蛇和缅甸蟒蛇等,并进一步开发野生动物疾病风险评估、监测和管理工具。

    在“水资源核心使命”方面,2018财年预算为1.73亿美元。该预算将用于建立一个由8000多个水位标尺组成的网络。这项持续性的研究工作对保护国家水资源至关重要。2018财年,美国地质调查局将继续与其他联邦机构、州、地方和部落合作,测量和分析用水量信息,为水资源管理者提供水资源分布和用途信息,还将关注干旱研究,包括确定雪融水在水循环中的重要性,该研究可以在干旱期间提供区域和全国范围内水资源的可用性和利用动态情况。

    在“土地资源核心使命”(以前称为“气候和土地利用核心使命”)方面,2018财年预算为1.128亿美元。对这个核心使命重新命名反映了其工作重点是满足土地管理者的实际需要。2018财年,美国地质调查局将继续执行“地球资源卫星计划”(Landsat program),包括与NASA密切合作,开发Landsat 9卫星地面系统。美国地质调查局将完善地面系统的设计并采购必要的设备,同时实现初步的运行能力以便用户能够获取全部Landsat卫星存档数据。

    此外,美国地质调查局还将编制大陆尺度的干旱自然规律图,对从古至今的干旱范围和级别进行量化,并研究干旱对陆地和水生物种及其他自然资源的影响。这些模型将使水资源管理者能够对不同的土地利用和水资源管理策略的潜在影响进行评估,同时根据气候变化对鱼类和野生动植物资源的影响,为部落地区的规划和调整提供进一步的支持。

    美国地质调查局2018财年预算网址为:

    https://www.usgs.gov/about/organization/science-support/budget-planning-and-integration?qt-science_support_l3_landing_pages=0#qt-science_support_l3_landing_pages。

     

    美国地质调查局2018财年预算为9.22亿美元

    近日,美国地质调查局发布消息,总结了近年来与美国国防部北方司令部在应对重大自然灾害方面取得的成果。美国地质调查局与美国国防部北方司令部于2003年建立了联络处,其主要职责是协调对科学信息和专业知识的需求以及一般性公众服务和人道主义救援活动。这些工作帮助美国国防部北方司令部在关键时刻保护国家安全,完成公众支援任务,也使其对各类自然灾害的危害有深入的认识。对美国地质调查局来说,既提高了其科研能力,同时也拓展了其服务能力。

    经过2001911美国本土的恐怖袭击事件后,美国国防部北方司令部的任务重点就放在了预防、阻止并打击针对美国领土和利益的威胁和侵犯,这主要是依靠美国军事系统的能力来实现,包括国民警卫队和海岸警备队。美国国防部北方司令部的职责覆盖的地理范围有美国本土、阿拉斯加、加拿大、墨西哥、墨西哥湾、佛罗里达海峡以及巴哈马群岛、波多黎各和美属维京群岛在内的部分加勒比海地区。

    美国国防部北方司令部的任务还包括进行国内救灾行动,包括火灾、飓风、洪水和地震,因为这时发生的紧急情况往往超出了地方、州以及联邦政府机构的能力范围。在大多数情况下,支援工作是有限的、小范围的且有针对性的。当受灾范围减小,民事机构能够在无需军方援助的情况下能够恢复控制和管理能力时,美国国防部北方司令部便会撤退。

           

              图1为2008831日,在路易斯安那州湖滨机场一名美国第514航空医学疏散中队队员和两名新奥尔良的医护人员正用担架抬着一名患者登上一架加拿大C-17运输机。514中队队员正赶在飓风古斯塔夫登陆前,疏散新奥尔良的平民。

         

    在应对大规模灾难事件时,美国国防部北方司令部急需获取科学知识、工具和技术来评估破坏程度,同时评价次生影响,确定未来灾害可能会对生命和财产安全造成影响的地区。美国地质调查局是唯一一家能够提供此类科学知识来监控、评估和研究各种自然灾害以及提供防灾备灾、灾害响应和灾后重建所需信息的机构。

    近年来美国地质调查局为美国国防部北方司令部提供的支撑服务如下:

    1、灾害态势感知和防灾演练支撑

    美国地质调查局向美国国防部北方司令部提供各种信息类产品,为灾害态势感知提供支持,同时也为防灾演练和规划提供支持。例如,“美国地质调查局全球地震响应快速评估系统”(Prompt Assessment of Global Earthquakes for ResponsePAGER)能够在全球范围内发生重大地震灾害后提供人员伤亡和经济损失的影响估算。这些警报信息被发送给多个政府部门,包括美国白宫、美国国务院、美国国际开发署和美国国防部北方司令部。

    “全球地震响应快速评估系统”是在美国地质调查局的“地震速报图”(ShakeMap)的基础上创建的,该地图能够在重大地震灾害发生后提供近实时的震动烈度可视化分布图。“地震速报图”系列产品的用户包括联邦、州和地方机构团体和私营组织,可以帮助他们进行震后响应和灾后重建,提供公共和科学信息,同时用于防灾演练和灾害规划。

    2016年夏天,美国地质调查局和美国国防部北方司令部的负责人和科学家们参加了联邦应急管理局组织的卡斯卡迪亚地震灾难演练(Cascadia Rising exercise)。演练模拟了太平洋西北地区应急管理和公共安全官员们可能面临的最严重的灾害场景,该场景假设沿卡斯卡迪亚消减带发生了一次9级地震并导致海啸,各级政府对应急响应工作和减灾行动进行了模拟。

    美国地质调查局向美国国防部北方司令部及其他参与机构提供了现场支持,包括提供了“全球地震响应快速评估系统”产品和“地震速报图”产品以及科学支持简报。

         

           图2为联邦应急管理局第十区演练专家正针对2016年卡斯卡迪亚地震灾难演练汇报研究结果

    2、国家地理空间计划

    美国地质调查局通过开发基于“全国地图”的标准化地理空间产品为国家提供支持。“国家地理空间计划”对“全国地图”的图层进行维护,公众和合作伙伴可以通过地图浏览器和下载平台获取图层。美国地质调查局的“美国地形图”(US Topo)是另一款重要的国家地图产品,它被用来为北方司令部和美国国防部的其他合作伙伴提供自然灾害期间所需的支持。通过合作,美国国防后勤局可以获取“美国地形图”的纸质版。这样的合作能够确保立即将美国地质调查局的资源交付给受灾地区使用。

         

    3上图为用高分辨率激光雷达制作的数字地理模型去除了地表植被,能够反映下伏的火山地质情况,包括火山泥石流沉积物、岩屑崩落沉积物、高温时沉积的火山熔灰流。下图为航空影像,显示了同一区域没有去除植被和树木冠层的情况。   

    通过开展“三维高程项目”(3D Elevation Program3DEP),“国家地理空间计划”促进了增强型高程数据的集成和采集。“三维高程项目”的主要目的是以高质量激光雷达数据的形式,系统地采集美国本土、夏威夷和其他领土的高程数据,并在阿拉斯加地区实现干涉合成孔径雷达(IfSAR)数据覆盖。

    基于激光雷达的科学研究提供的信息和建模数据,可用于众多与灾害有关的产品,包括美国北方司令部关注的重点领域,如洪水、地震、海啸、火山喷发及滑坡。激光雷达具有穿透树木冠层的能力,让科学家们能够对裸地进行观察。该项技术及其产生的数据,能为灾害规划、减灾和灾害响应提供重要资源。

    此外,“国家地理空间计划”还为所有重大灾害提供了“灾害协同准备与应对网络地图应用程序”。该应用程序集成了标准测绘产品和合作机构数据,可在自然灾害发生之前和发生之时提供态势感知和资源管理。为应对2016928日发生的马修飓风提供支持,是其发挥作用的例子。该网络地图应用程序可以内部使用,也可以与合作机构共享,以利于对灾害事件的协调、管理及应对。

         

      4为201610月发生马修飓风之后美国南部洪水航空斜视照片。这些图像和相关数据可见于美国地质调查局网站

    3、其他支撑工作

    《空间与重大灾害国际宪章》是一个为全球范围内为救灾工作提供卫星信息的机制。美国地质调查局是其积极参与者,通过提供政府和商务数据源来支持该宪章的需求。

    事实证明,美国地质调查局大量的历史和最新卫星数据对于灾害管理机构、国际减灾组织和科技团体来说非常有用。美国地质调查局能够迅速为减灾启动宪章合作机制,也能通过“灾害数据分发系统”(HDDS)提供存档数据,这样美国北方司令部及其他合作伙伴就能获取这些数据。“灾害数据分发系统”是一个基于灾害事件的用户接口,通过这个入口,人们在应对自然灾害期间能够访问遥感影像、其他地理空间数据集和科学产品。

    最后,美国地质调查局还为美国北方司令部的“人道救援项目”提供了支持,为合作国家提供进修和培训、提高他们的备灾和应对能力,最终促进了美国的安全。美国地质调查局在“人道救援项目”中与美国北方司令部开展过的合作包括:参加在科罗拉多州戈尔登的国家地震信息中心召开的民防会议、为墨西哥-美国边界洪水灾害早期预警项目提供科学支持、巴哈马政府举办的地理信息系统研讨会、地震监测知识交流会、美国地质调查局滑坡知识交流会。

    美国地质调查局对能够为国防部在国内外提供高层次科学支持而自豪。作为内政部下属的唯一科研机构,美国地质调查局将继续为“变化中的世界”提供科学支持,根据科技发展,配备人才和提高认识,增强对自然灾害的预防、响应和恢复能力。

     
     
    美国地质调查局为美国国防部北方司令部提供支持

    2018年11月21至22日,自然资源部中国地质调查局地质环境监测院会同广东省地质环境监测总站在广州市组织召开了矿山地质环境监测机制研讨会。

    会上,广东省地质环境监测总站介绍了广东省矿山地质环境保护工作总体成效。河南省地质环境监测院和湖北省地质局冶金地质勘探大队交流了河南焦作煤矿、湖北大冶铜铁矿地质环境监测示范成果和经验。四川、重庆、陕西、山西、广东等省(市)地质环境监测总站(院)应邀介绍了金属、页岩气、煤层气、煤炭、稀土等矿山地质环境监测试点工作进展和成果。环境监测院总结了全国矿山地质环境监测试点示范工作总体情况,讲解了矿山地质环境监测方案编制注意事项,阐述了下一步矿山地质环境监测工作思路。

    会议还邀请相关专业技术人员介绍了微变形地基合成孔径雷达和GNSS变形监测系统的工作原理、仪器性能和应用案例,演示了全国矿山地质环境监测系统。

    与会人员一致认为,本次研讨会进一步明确了今后的工作思路和方向,提高了业务水平,完善了矿山地质环境监测工作机制,推进了全国矿山地质环境监测体系建设,提升了支撑服务能力。

    来自全国15个省(区、市)20家单位共50余名同志参加。

     
     

     

     
     
    环境监测院召开矿山地质环境监测机制研讨会

    南京大学杜培军教授于1月13日到地调局沈阳地调中心开展“高光谱遥感地质应用进展及若干思考”讲座,沈阳地调中心相关技术领导、勘查技术室全体成员、相关技术人员参加了此次教学讲座。

    杜培军教授从“高光谱国内外遥感应用现状”、“高光谱图像处理技术进展”、“综合先进方法”三个方面进行了深入讲解。随后,杜培军教授弟子郑鸿瑞博士讲解了“戈壁覆盖区全级化合成孔径雷达(SAR)数据地质应用初步探讨”,详细展示了利用SAR数据在覆盖区的应用技术和应用成果。此次授课让大家对最前沿的高光谱遥感技术进展及SAR数据在覆盖区的应用有了全面的了解。

    沈阳地调中心相关技术人员与杜培军教授、郑鸿瑞博士进行了深入交流和探讨。此次讲座不仅为沈阳地调中心遥感技术人员提供了有益的指导和借鉴,更好的推进了高光谱遥感技术在东北区域的应用工作,并促进了行业领域的交流与合作。

    杜培军教授为南京大学地理信息科学系教授、博士生导师,卫星测绘技术与应用国家测绘地理信息局重点实验室副主任,入选教育部新世纪优秀人才支持计划, IEEE高级会员,IEEE GRSL副主编,已发表SCI收录论文70余篇,出版著作教材8部。先后担任JURSE、WHISPERS、EORSA、IEOAs、IAPR-PRRS等国际学术(程序、组织)委员会副主席或共同主席。

     

    沈阳地调中心邀请南京大学杜培军教授讲学

    贵州工作组在锦屏县飞山社区现场核查滑坡隐患点。 资料图片

    西藏工作组在林芝市调查冬如村暴雨泥石流可动物源量。 资料图片

    今年入汛以来,河南、湖北等地遭遇极端强降雨,造成重大损失。党中央、国务院统筹部署防汛救灾工作,强调始终把保障人民群众生命财产安全放在第一位,抓细抓实各项防汛救灾措施。自然资源部党组多次研究部署地质灾害防治工作,中国地质调查局积极行动,派出专业技术人员组建一线工作组,按照“指导到基层,工作到一线”原则分赴地灾易发高发区,同时组建后方技术保障团队,前后协同、部省联合,全力做好汛期地灾风险防御工作。

    增派技术力量

    为防灾组建“国家队”

    为深入贯彻习近平总书记关于防灾减灾救灾重要指示精神,落实李克强总理7月26日在抗洪抢险救灾和防汛工作视频会上的有关要求,自然资源部紧急部署调度,决定进一步加强地灾防治一线技术力量,由中国地质调查局在已有66名驻守专家基础上,增派205名专业技术人员组建一线工作组,分赴31个省(自治区、直辖市)协同开展汛期地灾风险防御技术指导。同时,在后方组建了业务指导组、遥感支持组、信息保障组,每天向一线工作组推送72小时气象预警风险区及区内已有地灾调查数据、普适型监测情况等信息。现场技术人员还可利用“地质云”实时浏览、查询,并每天在线汇报工作进展。

    自7月31日开始,由271名技术人员组成的31个专家组已对全国2496处地灾隐患点、风险区开展了现场排查,对57处受滑坡泥石流威胁严重的县城和集镇进行了现场核查,并抽查检视了2301处地灾监测预警实验点在线运行状况。对排查出的存在较大风险的隐患,专家组及时向地方政府提出针对性防御措施,助力开展风险处置、避险转移等工作。作为专业技术支撑力量,一线工作组紧盯可能造成群死群伤的隐患点和风险区,把握地灾成灾规律,提前研判风险趋势,向地方政府提出针对性防范措施。

    广西一线工作组在贺州市平桂区道石学校地面塌陷风险区域进行排查时,深入塌陷现场察看施工地质条件,对地下可溶岩层结构进行专业分析,提出补充实施地下水水位应急勘查及气压监测等技术措施,帮助地方解决了隐蔽溶洞盖层破坏无法准确预测预警的难题,增强了应对处置过程的安全性和科学性,提高了风险防御能力。

    延长预警时间

    为响应打好“提前量”

    为应对今年汛期复杂的天气状况,增强风险区防御时效性,全国地灾气象风险预警在坚持24小时周期发布基础上,加密全国未来72小时地灾气象风险研判分析,将降雨落区、滞后影响区、强震影响区、人为影响强烈地区与地灾易发区以及隐患点在线监测总体趋势进行套图分析,发布预警研判结果并及时推送给一线工作组,支持科学选定重点防御工作区,精准指导定向巡查排查、提前转移避让、危险区域管控等预警响应措施的实施。

    据介绍,全国地灾气象预警预报工作始于2003年,18年来在预警模型研究、业务系统构建、防灾减灾服务等方面取得了较好成效,起到了“消息树”“发令枪”作用,已成为当前地灾风险预警的首要途径。

    今年入汛以来,自然资源部地质灾害技术指导中心着力研究,提升预测预警预报技术水平,部署开展针对性的预警预报、趋势研判工作,组织参加国家防办、应急管理部组织的防汛会商会40次,共发布未来24小时地灾气象预警136期,联合国家气象中心制作并上报未来72小时地灾气象预警产品136期,有效支撑了自然资源部及地方各级自然资源部门开展灾前防御部署和灾后应急响应。

    用好先进技术

    为防治提高“精准度”

    本次驻守指导工作加强了光学遥感、合成孔径雷达干涉等技术在地灾防御工作中的应用,充分将空天地一体化技术手段和地质易滑规律研判相结合,合力开展工作,科学高效防御地灾风险。据了解,综合光学遥感解译、合成孔径雷达干涉处理和遥感地质判识等技术手段曾在甘肃、四川等省份地灾防治工作中发挥了积极作用。工作组利用合成孔径雷达干涉监测获取的形变数据,结合光学遥感影像、数字高程模型与地质背景资料,通过综合分析判识,确定广域疑似隐患的位置、范围、类型及其风险等级,并据此提出开展群测群防、增设普适型监测点、整理斜坡排蓄水设施、部署工程治理和避险移民搬迁等针对性建议。

    今年以来,自然资源部共完成四川、重庆、甘肃、云南等地灾高中易发区11省市321个县的综合遥感地灾隐患识别工作。目前在321个县识别出以滑坡为主的灾害隐患点共计9675处。另在川东川南红层地区55个县共识别出滑坡隐患点1741处,对其中1320处开展了实地验证,确认隐患点为1115处,其中高风险以上的有222处。汛期分省支撑地灾防御工作先后向重庆、湖北、湖南、陕西、云南、四川、甘肃7省(市)核实分发了5447处疑似地灾隐患信息,派驻专家组对这些疑似隐患点进行了野外核查,为后期强化群专结合监测预警、实施精准防治奠定了基础。

    自2019年地灾监测预警实验开展以来,中国地质调查局牵头研发了第一代滑坡仪预警系统,已在全国17省份2.5万余处隐患点完成安装并运行。一线工作组每日对在线监测情况进行室内外检查,加强异常数据重点分析,适时启动多级云会商,定期开展数据质量评价等工作。据汛期分省驻守工作总协调人介绍,今年的汛期分省支撑地灾防御工作对于地灾监测预警实验成果是一次检验,一线工作组可以将宏观判断和案例分析相结合,作出现阶段监测预警实验的经验总结、问题梳理,不断完善实验点与灾害体结构、形变过程及环境适配性分析,为今后监测预警实验选点、布设做好准备。

    注重培训指导

    为人员增强“技能树”

    此次驻省协同工作是自然资源部针对今年严峻的地灾防灾形势,首次部署中央地方专业技术人员协同合作,深入风险区一线开展地灾防御工作。为保证工作取得高效,中国地质调查局聚焦今年汛期地灾防御特点,邀请中国气象局相关专家,就“七下八上”全国气象趋势、地灾风险趋势、驻守一线技术工作总体要求和要点、综合遥感识别现场核查、信息服务与报送,以及组织和业务保障要求等,对参加汛期地灾风险防御工作的20个局属单位进行了培训。同时组织召开每日在线会商、每十天总结分析调度和重大专题会商等会议,总协调人、首席科学家等在线回答相关问题并对一线防御工作提供全程技术指导。

    一线工作组在开展地灾现场核查排查过程中,发挥对地灾风险防御的全盘把握和对风险甄别识别的专业技术优势,采取联合分组方式,实地为基层地灾防治提供专业技术支持,向地方政府和相关从业者进行防灾减灾救灾技术培训,同时面向群众加强科普宣传。这不仅是技术、知识的传播,更是提醒地方政府要牢固树立地灾防御的风险意识,尤其是地灾发生概率不高但人口密集、人为工程实施较多的地区。

    紧盯核心问题

    助地方拧紧“安全阀”

    近年来,自然资源部围绕地灾“隐患在哪里”“结构如何”“什么时候发生”三个核心问题,探索推进“隐患点﹢风险区”双管控地灾防御机制,织牢织密防线。据自然资源部地灾技术指导中心专家介绍,继去年浙江率先探索开展地灾“隐患点﹢风险区”双管控试点并取得初步成效以来,今年重庆、四川、贵州、云南、甘肃等省也开展了此项试点工作,在严管已有隐患点的基础上,更加严格落实风险区群测群防和网格化管控措施,建立地灾预警分级防御响应机制与方案,在紧急情况下可提前组织风险区人员转移。

    当前,受前期降雨引发地灾风险滞后性及局地降雨趋势影响,各一线工作组将继续紧盯重大隐患点和重要风险区,尤其是跟踪关注西藏墨脱、四川凉山、重庆武隆、贵州六盘水等高风险区域,以及降雨趋势可能增强的西北地区。

    针对接下来的地灾风险防御趋势,一线工作组专家建议,各地在紧盯隐患点和风险区的同时,要进一步扩大地灾防治的重点领域。一要加强地灾防治队伍建设。既要有能够把握重大地灾规律、解决“疑难杂症”的专家智囊,又要有能下沉一线、实地提供基层一线技术支撑的地质调查技术力量。二要大力提升技术防御水平。要加强地灾防治技术手段的研发与应用,健全监测网络与网格化风险管控,不断提升巡查排查中的隐患识别效率,制定风险区管控技术指引,制定完备的预警响应方案。三要提升地灾防御工程标准。地方政府要根据地灾特点、易发程度、风险区域等因素,因地制宜提升承灾体工程防御标准,提升韧性减灾基础。四要加强地灾防灾减灾科普宣传。科普宣传对提升公众灾害风险防范意识、增强识灾防灾避灾技能至关重要,各地政府要大力提升全社会的群测群防技术水平。

    据介绍,汛期分省驻守工作目前已取得阶段性成效,后续还将进一步梳理前期巡查排查调查情况,核实验证预测预警预报工作成果,总结一线工作中出现的具体技术问题和有效解决措施,并加强对区域灾害地质规律、致灾承灾特点、有效减灾技术方法、因地制宜的风险管控措施等方面的认识与总结,不断提升技术防灾减灾成效。

    强化专业支撑 提升防灾效能

    核心提示

    搞清楚“隐患在哪里”是我国地质灾害防治工作的核心问题之一。2019年,自然资源部部署开展了基于综合遥感技术的地质灾害隐患识别示范工作,力争3~5年内掌握全国地灾隐患“底数”。

    去年,首轮“国家级”大规模地灾隐患综合遥感识别将全国地灾高中易发区8450处疑似隐患“揪”了出来,其成果得到充分认可。但专家也指出,地灾隐患综合遥感识别技术不能“包治百病”,需要科学认识,因地制宜。要通过多层次多技术手段的综合运用,人防﹢技防,方能最大限度保障人民群众生命财产安全。

    “天”——在卫星层次,用InSAR和高分辨率光学遥感技术开展广域普查
    “空”——在航空平台层面,用无人机机载LiDAR和三维摄影测量技术开展局部详查
    “地”——地面专业人员有重点的进行调查复核,以及地面勘查和监测
    名词解释

    ◆InSAR:合成孔径雷达干涉测量,是指利用雷达卫星获取的相位信息,通过干涉测量的方式实现地表形态与形变测量的雷达遥感应用技术。特点是观测范围大,精度高,快速高效,可发现正在“活动”的隐患,特别是一些微小缓慢,人不易觉察的地表变形。

    ◆高精度DEM:即数字高程模型,指分辨率和精度在米级的三维地形数据。特点是精细刻画地表三维形态变化,与光学遥感、InSAR等联合使用,有助于识别灾害体的位置、范围、朝向、坡向等形态信息。

    ◆高分辨率光学遥感:即一般意义上的“遥感”,主要通过可见光谱段对地观测成像,是目前遥感应用最广泛的影像数据。高分辨率遥感影像可直观地反映地表覆盖、地物类型等要素,揭示与隐患相关的地表特征,如裂缝、鼓丘、滑塌等现象。

    ◆LiDAR:一般指三维激光扫描,通过激光雷达对地观测,获取精细三维地形数据。特点是可穿透植被,清晰看到斜坡结构、断层裂缝等地表信息。

    浩瀚宇宙,卫星凝视着地球,以“上帝视角”记录着地表的动态变化;山峦之上,无人机悄然掠过,精准“透视”出高山峡谷的旧伤新痕;边坡危岩,专业人员“按图索骥”,结合孕灾规律和地质条件靶向核查。

    上述天空地作业,均指向同一个目标——识别地质灾害隐患。

    小试牛刀

    全国地灾高中易发区迎来“体检”

    京城五月,繁花似锦,绿意盎然。

    位于北四环边上的奥运大厦6层,此刻却充斥着紧张的气氛:中国地质调查局自然资源航空物探遥感中心的技术团队争分夺秒解译着卫星遥感数据,赶在汛前,将全国121万平方千米地质灾害高中易发集中连片区疑似隐患“揪”出来,为各地防灾减灾提供参考。这是他们第二年开展“国家级”大规模地质灾害隐患识别。

    我国地质灾害点多面广,滑坡、崩塌、泥石流等致灾因素众多。一个无法回避的现实是,全国每年新发生的地灾70%都在已查明的隐患点范围之外。其中,滑坡最为常见,占全国灾害发生次数和影响程度的92%以上。

    消除“盲区”,解决“隐患在哪里”始终是“防”的难题。

    “2017年6月24日四川茂县新磨村高位远程滑坡和2018年金沙江白格滑坡的发生让业内清晰地认识到,仅靠传统的调查排查和群测群防手段很难对高位、高隐蔽性的滑坡隐患进行早期识别,必须借助现代对地观测技术,尽可能全面的从广域尺度上探测和发现隐患点。”中国地质调查局自然资源航空物探遥感中心遥感技术研究所负责人葛大庆说。

    为攻克防灾“卡脖子”环节,2019年,自然资源部部署开展了基于综合遥感技术的地质灾害隐患识别示范工作,目标两个:一是论证规模化开展隐患识别的技术可行性与应用效果;二是推动构建国家级和省级隐患识别中心,形成“1﹢N”的分级组织模式,由国家级隐患识别中心统筹全国尺度上的普查识别和技术引领,省级中心负责本省详细调查与现场核查,力求在3~5年内掌握全国地灾隐患的“底数”。其中,国家级隐患识别中心主要依托航遥中心推进隐患识别业务。

    经过充分论证与应用实践,确立了综合应用空天地多源遥感观测技术,以“形态、形变、形势”为识别内容的重大隐蔽性地灾隐患早期识别技术思路,形成了包括专题信息提取、隐患特征识别、野外核查验证的业务流程,丰富了地灾调查评价业务工作方式。

    葛大庆介绍,地灾隐患综合遥感识别技术就是通过高分辨率光学遥感影像与高精度DEM进行潜在灾害体“形态”调查,揭示地质背景、几何形态、地表覆被变化等成灾要素;以不同分辨率lnSAR监测获取斜坡体地表“形变”信息,表征活动状态,判别变形部位、滑移规模和活动阶段;以长时序InSAR形变数据、地质资料、威胁对象等综合分析变形活动的发展趋势以及致灾“形势”,判别疑似隐患,并最终经现场核查验证完成识别确认。

    “综合遥感识别从技术上体现了多源遥感手段的互补,降低了单一技术有效识别不足的概率。同时充分利用孕灾背景、基础地质条件以及已有隐患状况,从信息解译、判断、现场核查与最终确认上体现综合性,避免信息不足带来的认识偏颇。”葛大庆强调。

    2020年该项工作有了实质性进展。

    在自然资源部部署下,航遥中心组织相关力量对全国地灾高中易发区10省市开展地灾隐患综合遥感识别,覆盖黄河上游、四川强震区、藏东南地区、滇西北地区、三峡库区五类典型地灾分布区,面积118万平方千米。

    “此次识别聚焦大型活动性灾害隐患,以滑坡、不稳定斜坡为主,兼顾泥石流、崩塌等其他类型。同时,以人为本,突出对村庄、集镇等人口聚集地区和重大基础设施威胁严重的隐患。”葛大庆告诉记者。

    在识别层次上,一是发挥摸底的作用,对于“人迹罕至、人不能至”的地区,以及其他工作薄弱区或者空白区,综合遥感识别作为先行手段,为地面调查指明“靶区”;二是体现动态监测作用,通过技术手段揭示与灾害发育相关的“变化”特征,对于地面工作程度较高的地区,与大比例尺调查并行,互为补充。

    在工作模式上,实行分级协同。即由航遥中心牵头组织相关技术单位进行隐患识别,为省市提供疑似隐患识别成果。各地核查时首先将疑似隐患与已有隐患库对比,现场核查主要针对新发现的隐患,并根据危险性和危害程度开展相应的防灾工作。

    经过4个多月作业,全国地灾高中易发区221个县区8450处疑似隐患被“揪”了出来。经地方核查,识别正确率在30%以上。其中,青海、四川、湖北分别达到了76.5%、69.9%和62.86%,特别是四川省,核查确认的隐患近半为新增隐患,很好地体现了综合遥感技术发现未知隐患的作用。

    统计显示,2020年在罕见极端天气等多种因素影响下,全国地灾发生数比2019年增加26.8%,地灾造成的死亡(失踪)人数减少37.9%。这份守护人民群众生命和财产安全的答卷上,留下了综合遥感识别技术的印记。

    “地灾隐患综合遥感识别是一项非常有意义的探索性工作。”成都理工大学副校长、地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室常务副主任许强如是评价:

    其一,通过示范区域研究,基本构建了一套基于综合遥感技术的地灾隐患识别技术方法体系和流程。其二,从单一技术手段到多种手段的综合运用,形成了统一认识并对各类技术的优点和局限性有了比较清楚的认知。其三,地勘队伍在技术推广应用中,思想观念和工作方法有了明显改变。其四,识别了一批新的地灾隐患,尤其是滑坡,这是实实在在的成果。

    甘肃省地矿局第一地质矿产勘查院灾防院院长王岩对此深有体会。去年“8·13”陇东南特大群发地灾后,航遥中心下发了一批隐患分布图,灾防院对张家川县113个疑似隐患点进行了野外调查验证,确定地灾隐患80处,全部为滑坡,其中新增地灾隐患70处。

    “综合遥感识别技术能准确判断出斜坡是否变形,为技术人员判定滑坡灾害提供了可靠依据,同时加强了工作区地灾隐患点调查程度,补充完善了隐患点数据库。希望这类遥感核查项目能辐射更多的县区,相关技术能普及到地勘单位,提高技术人员对灾害的辨识率。”王岩说。

    广泛实践

    地方“自选动作”有声有色

    目前,地灾隐患综合遥感识别技术已被广泛接受,四川、贵州、陕西、重庆、甘肃等省市陆续开展识别任务,落实《地质灾害防治三年行动实施纲要》规定任务。技术力量雄厚的省份积极尝试“自选动作”,探索形成了具有地方特色的防灾减灾方式。

    “多灾多难”的四川,便是其中之一。

    四川省国土空间生态修复与地质灾害防治研究院副院长马志刚介绍,去年四川在全国开展示范工作的基础上,部署实施了省级地灾隐患综合遥感识别与监测项目,分片区对川北、川西南、川西、川东川南开展了InSAR监测和光学遥感筛查,发现和圈定了一批高位地灾隐患点;查明了重要城镇及交通沿线、地灾高易发区等重点地段的地灾情况。同时,选取了重大地灾隐患点或处于持续变形的重大工程治理点开展遥感追踪监测评价。

    记者了解到,和国家示范工作相比,四川省级地灾隐患综合遥感识别有4方面特点:

    一是分层级部署。在国家部署“面”的基础上,增设了“重点地段”和“重大地灾隐患点”两个层次,实现了综合遥感识别工作的粗细结合。二是多手段应用。为克服高密度植被覆盖区InSAR识别效果较差的技术短板,增加了“机载LiDAR”和无人机航空摄影,发挥其可穿透植被或高精度的优势。三是全灾种解译。将泥石流纳入隐患识别范围,实现了突发地灾滑坡、崩塌、泥石流等全灾种的解译分析。四是双路径分析。将找出存在形变且未登记在册的隐患点和查找正在变形的登记在册的隐患点作为识别的两个路径,一体化考虑,为地灾风险评价、汛前隐患排查提供了重要靶区。

    “目前四川已将地灾隐患识别纳入常态化防灾工作,并将解译成果作为地灾风险调查、汛前排查、重要强降雨天气后隐患排查的工作依据,实现了从被动应急救灾到主动防灾的转变。”马志刚说。

    “天无三日晴”的贵州,2016年在全国率先引进了综合遥感识别技术中的InSAR 开展地灾隐患的早期识别。5年来,全省共监测发现疑似滑坡形变区2000余处,经核查确认新发现地灾隐患600余处。

    “InSAR也抓住了一些地表变形不明显的在册地灾隐患点,帮助我们加强管理,采取综合防治措施,该治理的治理,该搬迁的搬迁。把‘隐患在哪里’问题又向前推了一小步。”贵州省地质灾害应急技术指导中心研究员刘秀伟告诉记者。

    近年来,贵州积极将技术逻辑与行政逻辑结合。去年9月,水城县发耳镇发生大滑坡,方量达80余万立方,InSAR和地面监测同时捕捉到地表动态,适时发布了预警信息,政府及时将受地灾隐患威胁的群众及重要财产转移到安全区域,把损失降到了最低。

    “事实上,2017年我们就监测到了发耳滑坡隐患。专家调查分析认为滑坡形变在可承受范围内,暂时不用大规模搬迁,通过持续监测和防控既能保证群众安全,又可保障当地生产经营活动有序开展,最大限度降低隐患对社会的负面影响。”刘秀伟介绍,3年来当地经济社会发展有序,老百姓生产生活如常,技术保障为行政决策提供了强有力地支撑。

    记者了解到,目前贵州地灾防治管理模式从以隐患点为主要管理对象,逐渐转变为以隐患点和风险斜坡为对象的“点面双控”风险管理。今年年底,全省以县为单元的精度优于1∶5万的地灾风险斜坡详细调查将全面完成。

    “斜坡与隐患点不同,‘病’不算重,常规设备监测投入大,管控效果不理想,但风险又不得不防。”刘秀伟说。对此,贵州正积极探索将InSAR运用到风险斜坡管控中,力争使该技术从地灾隐患识别迈向监测预警,提高风险斜坡的综合管控能力,为“灾害什么时候发生”探路。

    科学认识

    地灾隐患综合遥感识别技术不能“包治百病”

    多地实践证明,地灾隐患综合遥感识别成果可“指导排查,辅助调查,引导勘察”,提高了调查的针对性,减少了地面工作量,部分解决了“隐患在哪里”的难题。

    但专家同时强调,地灾隐患识别是多种技术手段、多学科知识的综合运用。综合遥感识别技术有其局限性,不可能“包治百病”,现有的技术手段仍难以识别前期没有明显变形或变化很快的突发性灾害隐患,这一点务必要科学理性地认识。

    “每种技术都有优势和短板,实操中须要因地制宜。”葛大庆说,比如,光学遥感容易受云雾天气和分辨率影响,大规模应用中往往难以获取亚米级的遥感数据,解译对专家经验和知识依赖度较高。

    “有的观点认为,综合遥感识别就是应用InSAR技术,这也是不对的。”葛大庆进一步阐释,InSAR能敏锐捕捉地表的动态变化,与光学遥感影像综合运用,可在植被覆盖度较低、高陡地区大范围普查,识别高位、隐蔽性的灾害隐患。比如在地层内部有损伤,地表持续活动的四川强震区,效果就很好。

    但是,InSAR会受到观测角度、植被状况、地形结构、水汽以及数据处理技术的影响和制约,普适性存在一定局限。同时,对于事前没有明显变形迹象,或者变形过程极短的突发性地灾,因其超出了雷达卫星有效观测的能力范围,InSAR很难发挥作用。比如2019年7月23日贵州水城县突发的特大山体滑坡,事前未出现明显变形迹象,InSAR未探测到变形信息。此外,在广东、浙江、福建等植被覆盖率较高的地区,光学遥感、InSAR等技术适用性受限,漏识率也较高。

    “天空地一体化防灾,以广域普查﹢局部详查﹢重点核查的方式分层次开展,是识别和防范地灾隐患最科学有效的方式。”许强认为。

    “天”指在卫星层次,用InSAR和高分辨率光学遥感技术开展广域普查;“空”指在航空平台层面,用无人机机载LiDAR和三维摄影测量技术开展局部详查;“地”即地面专业人员有重点的进行调查复核,以及地面勘查和监测。

    “通常,我们会用两种或多种技术手段背靠背地做,然后相互校验和补充。如果两种方法的结果能对上和相互检验,地灾隐患就可以确认了。”许强说。

    2015年,许强团队通过InSAR发现川西某村寨的山后有一处正在变形的大型滑坡区,由于最高海拔达到了4600米,人工没法上去调查复核,一直没能确认。3年后,在四川省支持下,团队运用LiDAR和三维摄影测量对该区域进行了航飞,经多种技术手段比对分析最终确认了蠢蠢欲动的滑坡隐患。

    多名业内人士指出,专业知识决定了技术应用的深度。在地灾防治领域,地质专家好比“医生”,InSAR、LiDAR等技术手段应用,如同为疑似隐患点做“CT”“B超”。是否患“病”,“病”征如何,最终还得依靠“医生”根据各种测试结果综合判定。如果不掌握足够的地质知识,对灾害形成条件、发育特征、成因机理等不了解,很难用好先进技术。

    扬长补短

    人防技防一起上,天上地下一起看

    甘肃立节北山老滑坡“苏醒”、四川洪雅突发高位远程崩滑、湖南安化切坡建房引发山体滑坡……今年以来,全国已发生200余起地灾,随着汛期的到来,地灾防治工作迎来大考。

    如何牢固树立以人民为中心的思想,进一步提升防灾减灾能力?——“多层次多技术手段综合运用,人防﹢技防”是专家们的一致观点。

    许强指出,近年来我国地灾防治工作取得显著进步,一是构建了一套具有中国特色的地灾群测群防体系,解决了我国地灾点多面广的问题;二是现代技术的有效运用,包括综合遥感技术、监测预警、计算机信息技术等,成效显著;三是引入了风险防控的理念,从以群测群防为代表的自发性防灾,发展到理论化防灾、技术化防灾、体系化防灾逐渐成熟。但是,地灾防治工作也面临瓶颈,最突出的就是对第三类隐患——具有突发性失稳破坏的潜在不稳定斜坡,目前还很难依靠技术手段提前发现。

    “地灾隐患可分为三类,第一类是正在变形的区域。第二类是历史上曾出现过变形破坏、有损伤的区域。第三类就是潜在不稳定斜坡,即历史上从未出现变形破坏,目前也无明显变形迹象,但其稳定性相对较差,暂时处于基本稳定或欠稳定状态,一旦外部条件发生变化,比如一场强降雨或人工开挖坡角就有可能突发地灾。”许强阐释。

    记者了解到,对于第一类隐患,InSAR和高分辨率光学影像能很好地进行识别。第二类隐患,运用LiDAR 最为有效,并可以三维摄影测量辅助。而第三类隐患,靠遥感技术已无能为力,必须动用物探、钻探等手段,把斜坡地下结构和含水状况查清楚才能判断其稳定性,但潜在不稳定斜坡点多面广,防不胜防。

    “现阶段,第三类隐患还主要依靠群测群防来防范,当然我们也正在研发航空物探技术,希望能快速查明地下结构,评价其稳定性。”许强说。

    今后一段时期,地灾防治可以从哪些方面发展突破?

    许强建议,一是要构建航空遥感联盟,搭建信息共享平台,整合全国航空遥感力量,尽快实现航空遥感数据的全国全覆盖。二是要发展航空物探,尽可能多地将潜在不稳定斜坡的地下结构和含水状态搞清楚,把第三类隐患找出来。

    葛大庆认为,提高综合遥感识别能力,找到更多地灾隐患,一方面要着力发展专业目标的遥感卫星,强化源头的有效观测与数据保障,进一步提升卫星监测的频率、精度和针对性。“地灾隐患识别目前主要用欧空局哨兵-1号卫星C波段数据,以及日本ALOS-2卫星L波段数据,但受卫星观测周期和范围限制,一些地方还不能有效覆盖,分辨率也不够,限制了可识别的范围、规模和精度。”葛大庆说。

    另一方面,大规模业务化识别工作要进一步提高遥感识别信息处理的自动化和智能化水平,尽可能将专家知识转为模型或者方法,提升智能识别“去伪识真”的本领,降低人员劳动强度。此外,还要加快培养具有地灾专业知识,又掌握遥感、InSAR以及地理信息技术的人才。

    马志刚指出,现阶段地灾源头管控理念还有待提升,“‘源头管控’虽然是旧词新用,但在地灾防治上是一个全新的认识,是推动地灾‘早期防’到‘源头控’观念转变的重要变革。”

    近年来,四川按照以防为主、防治结合的方式开展了地灾易发县县域地灾风险评价、隐患识别分析等工作,初步摸清了隐患和风险的家底,获得了较为丰富的基础性成果资料。但是,扎实推进基础工作并不代表地灾“防”的工作就做好了,如何依托现有成果和技术把地灾隐患“管起来”,最大限度地降低灾害风险是当前的难题。

    对此,马志刚提出两点建议,一是加快构建地灾隐患点、风险区双控新格局。充分运用地灾易发县县域地灾风险评价、遥感识别监测等成果,选择重点区域开展风险管控试点,形成“识别、监测、管控”结合的风险管控体系,不断提高地灾隐患识别和风险管控能力。

    二是努力做好科技防灾。在加大群专结合监测预警体系建设的同时,重点建立一个综合监测预警平台,构建一套地灾监测预警管理体系,培养一支技术团队,形成“风险提前管控,空天地隐患识别,气象风险动态预报、专业设备持续监测、信息平台实时预警,现场人员动态核查”的监测预警新局面。

    (绘图 陈舒)

    地灾隐患识别:寻找大地上的“潜伏者”

    各地安装地质灾害普适型监测预警设备。 张鸣之 陈彦 供图

    阅读提示:自然资源部地质灾害监测预警新技术新装备——地灾普适型监测预警设备,目前已在全国9个省(区、市)推广试用。该设备围绕突发性地灾“防”的核心需求,走“规模化”的道路,通过发展集成化、模块化、芯片化的途径提高性价比,降低研发成本,力争突破监测预警设备推广的瓶颈。未来,先进的理论加上普适的设备,将明显提升我国地灾隐患点识别和管控的能力。

    入汛以来,全国多地迎来持续强降雨,地质灾害防治箭在弦上。在全国9个省(区、市)推广的自然资源部地质灾害监测预警新技术新装备——地灾普适型监测预警设备,也迎来紧张的试用考验。

    4月20日下午,部署在湖北省秭归县卡门子湾滑坡的地灾普适型监测预警设备,及时捕捉到滑坡变形错动信息。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)及时与湖北省自然资源厅、省地质环境总站、宜昌市自然资源局和秭归县自然资源局等单位召开“国家—省—市—县”四级联合会商视频会,综合研判滑坡的变形现状和发展趋势,确定预警等级为黄色。当地迅速采取防范措施,有效保障了滑坡影响区人民群众生命财产和三峡库区航道安全。

    五一节期间,湖南省凤凰县降雨持续,百余名群测群防人员早早启动了一日三次的巡查模式。今年,群测群防员龙菊平心里踏实多了:早些时候,当地自然资源部门在沱江镇虹桥村滑坡隐患点安装了地灾普适型监测预警设备,有了这群并肩战斗的“小伙伴”,龙菊平说:“智能监测与我们筑起双防线,共同守护父老乡亲的平安!”

    事实上,这一由中国地质调查局地质环境监测院牵头,联合19家相关单位研发试用的新设备刚满“周岁”。时间虽不长,已然交出了一份喜人的成绩单。“我们研发的普适型设备是适用于复杂地形地质条件、可靠耐用、性价比高、方便携带的监测预警技术装备组合。”自然资源部地质灾害技术指导中心首席科学家、地灾普适型监测预警设备研发团队负责人殷跃平介绍,“截至目前,我们共接收各类有效监测数据2500余万条,设备故障率在6%以下,总体运行稳定可靠!”

    1 攻坚

    预警地灾的新突破

    “地灾隐患在哪里?”“什么时间可能发生?”一直是地灾防治工作两大核心问题。解决“何时发生”的地灾预测,更被喻为“世界级”难题。“经过20世纪90年代以来以县为单位的1∶10万地灾调查和最近十多年来实施的1∶5万地灾详查,我国已摸清28.6万处地灾隐患点,构建了36万人组成的群测群防队伍,初步形成了地灾监测预警理论技术体系和科技支持保障体系,全国每年因地灾伤亡人数从90年代末的1500人降至最近几年的200多人。可以说,地灾防治工作取得了举世公认的成效。”殷跃平告诉记者。然而,成绩之下一个数据却不容回避:全国每年新发生的地灾,80%都发生在已圈定的隐患点范围之外。

    为何还会出现“80%”的盲区?殷跃平指出,我国地灾防治形势依然严峻复杂,近年来,随着极端强降雨等灾害性天气的频繁出现,以及人类工程活动的增加,地灾防治工作面临许多新的问题:一方面,突发性地灾“中心”由城镇向乡村转移,呈现随机性更大,隐蔽性更高和累计破坏性更强的特点;另一方面,“视线外”的高位远程滑坡—碎屑流—泥石流等“链状”地灾造成的群死群伤特大灾害日益凸显,准确进行预测和防范的难度明显增大。

    “从目前来看,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。”殷跃平介绍,比如,去年贵州水城“7·23”山体滑坡灾害(造成52人死亡),事实上,当地村组的地灾群测群防工作比较到位,专业队伍还采用了高分遥感和InSAR等高新技术对该区进行了动态调查,所圈定出的隐患点是位于村前的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是位于村后1公里之外的二叠系峨眉山玄武岩构成的缓坡上,这种易滑地层形成的高位远程滑坡在该区较为罕见。“因此,我们提出了以空间信息技术、地面测绘、地质勘查和风险管控相结合的新一轮地灾风险调查思路:运用综合遥感技术开展1∶5万基础性调查;运用无人机、地面测绘与地质勘查手段开展以乡镇、村组等人口聚集区为重点的1∶1万精细化调查;通过开展省、县、村三级宏观、中观和细观地灾风险区划,为防灾减灾规划提供基础,跳出以隐患点为中心,‘排查—再排查—再再排查’的就点管点的被动状态。”

    在科技支撑方面,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,对于地灾点多面广的国情而言,大规模布设并不现实。有些设备还不能适应恶劣的野外环境,运维费也很昂贵。

    为解决地灾防治的突出问题,进一步提高专业技术水平,2018年11月,自然资源部召开地灾监测预警科技创新研讨会,明确围绕突发性地灾“防”的核心需求,聚焦“地灾隐患在哪里”“什么时间可能发生”等关键问题,力争突破监测预警技术的瓶颈。

    按照自然资源部、中国地质调查局的部署,由中国地质调查局地质环境监测院牵头,联合19家相关单位组建了“学科交叉、部门联动”的技术攻关团队,拉开了全力开展地灾监测预警普适型设备研发与适用工作的大幕。

    殷跃平认为,“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,一些地方形成了“每个滑坡都不一样”的粗浅意识,因此,人为设置了滑坡预警预报是世界难题的不易逾越的屏障。实际上,滑坡也具有“共性”,都属于斜坡运动的范畴,这就是普适性。他举例说明:“我们每个人都各不相同,但作为‘人’这一群体它是有共性的。滑坡也一样,不同的滑坡总有相同的DNA,普适型设备就是要通过孕灾条件、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,殷跃平指出,以往对地灾隐患点的监测过度追求精度,有的设备监测甚至精准到毫米、亚毫米级,这对于城市和重大工程来说是必要的。但实际上,对于广大乡村防灾减灾而言,厘米级,甚至分米级的精度就能避免重大伤亡,而财产损失是次要的。只要发现隐患点出现显著变化,群众及时撤离即可达到避险目的,监测设备的可靠性和实用性则更为重要。

    2 实用

    聚焦需求护一方平安

    记者了解到,目前通过自主研发和集成研发,普适型监测预警设备研发和试用取得三方面进展。

    一是聚焦降水和地表变形,研发出裂缝计、GNSS卫星定位系统、倾角计、加速度计,以及雨量计和土壤含水率计6种普适型监测预警设备。这些设备以“提高可靠性、提高集成度、降低功耗、降低成本”为目标,集成度高、功能优化,并借助物联网传输技术,综合成本降低50%以上,操作简单、维护方便。

    比如,同样是测量雨量,传统的翻斗式、虹吸式雨量计精度高,但体积较大,施工难度大,需要定期维护。最新的普适型雨量计采用光电或压电技术进行一体化设计,体积小,维护简单,便于安装。又如,传统的裂缝计量程短,采取分体式设计,故障率高。最新研发的设备加大了量程,采用窄带物联网和远程控制,设备待机功耗降低过半,提高了规模化推广的水平。

    二是建立了监测数据传输通讯协议,统一了数据格式和传输方式,开发了地灾监测预警平台。研究人员针对目前市场上普遍存在的监测设备数据格式和传输协议不统一问题,在普适型设备研发中,编制完成《地灾监测数据通讯技术要求》,实现了地灾监测数据格式、接口方式和传输协议的统一,保障了多类型设备快速接入、分析预警及“国家—省—市—县”四级数据联通,初步实现监测数据“实时传输、实时查看、实时分析和实时预警”的监测预警功能。

    三是根据典型性与迫切性相结合的原理,在重庆、四川、贵州、云南、甘肃、湖南、湖北等9个省(区、市)的高山峡谷、丘陵山区、黄土地区、地震影响区等4类孕灾地区,选定29处典型的崩塌、滑坡灾害隐患开展样机试用。构建了由中国地质调查局地质环境监测院牵头,省自然资源厅、地灾防治技术支撑单位、地方自然资源部门以及设备研发单位等共同实施、多级联动的工作机制,达到了样机试用、监测实践的双重目的。

    运行效果如何?一线人员已经有不少反馈。

    “方便、实用,满足了使用需求。”甘肃省地质环境监测院副院长李瑞冬说。2019年7月,该院通过野外调查、综合比选,最终选择了永靖县具有一定典型性和代表性的黄土地灾隐患点布置了普适型监测预警设备,并开展了信息系统部署、监测数据整理分析与综合研究等工作。“之前做滑坡灾害深部位移监测,需要先打好钻孔、装上监测管,再往管里陆续安装倾斜仪等专业设备,程序繁多、设备体积大。现在使用普适型倾角仪,所有监测设备集成一体,只需从地表往下戳进60厘米左右的桩就能进行监测,施工便捷度有质的提升。”李瑞冬告诉记者,此外,10万元以内的单点建设费用与之前一套差不多80万元的监测设备相比,能减轻不少财政压力。

    贵州省在盘州市羊场乡下午村进行了示范点建设,安装了3套GNSS,3套裂缝计,1套雨量计和5套崩塌加速度计和4套倾角计。为真实体现出与传统自动化监测设备的差异,GNSS选择了共用基站的方式,设备均安装在原有同类设备的附近区域。“通过对比表明,普适型设备可有效反应地灾隐患点的动态变化,设备数据反应灵敏。”贵州省自然资源厅地勘处负责人高玉平说。

    湖南省完成了19处专业地灾监测点和25处群测群防监测示范建设,共布设普适型设备300多套,2019年省自然资源厅发布了《湖南省重要地质灾害隐患普适化监测技术要求(试行)》,湖南省自然资源事务中心地灾部雷耀波认为,湖南地质环境复杂,地灾隐患点数量多,规模主要以中小型为主,普适型设备将有较大的发展空间。

    3 推广

    分区分类覆盖全国

    “科学技术一定要解决国家的急需。”殷跃平指出,许多获得过大奖的监测预警项目原理都是非常先进的,但遗憾的是大多停留在实验室研发阶段,而普适型监测预警设备的研发必须要走一条“规模化”的道路。“我们在研发之初就让企业参与其中,通过发展集成化、模块化、芯片化的途径提高性价比,降低研发成本,把研发和推广结合起来。先进的理论加上普适的设备,将明显提升80%‘视线外’的地灾隐患点识别和管控的能力。”

    根据最新设备成熟度、工业化生产能力调研分析:2020年汛期每种普适型设备可产生1万套左右,结合全国地灾险情,可分区分类进行推广。

    对此,殷跃平建议,首先要聚焦青藏高原及周缘地区、云贵高原、秦巴山区、西北黄土高原、湘鄂桂山区、东南沿海山地丘陵等地灾高中易发区,这些地区有不少刚刚脱贫摘帽的贫困县、贫困村,不仅要避免因灾返贫,更要避免群死群伤重特大灾害的发生。二是要针对险情较大的地灾隐患及早部署,特别是单体地灾威胁30人以上、暂时无法实施工程治理或搬迁避让的地灾隐患,要确保实时掌握地灾发生发展过程。根据测算,今年可对3000处险情较大地灾隐患采用普适型设备进行监测。

    此外,为保障监测预警数据采集、传输、处理、分析各环节标准统一,还应注意将现有监测预警信息示范平台与普适型设备同步推广应用。深化机制建设与组织保障,充分发挥地方政府地灾防治主体责任,构建地方政府、省(区、市)自然资源厅(局)、地灾防治技术支撑单位、市县级自然资源管理部门和设备研发生产单位等共同实施、多级联动的工作机制等。

    殷跃平同时坦言,作为新型技术设备,普适型监测预警技术研发面临重重挑战。如:试用时间短,未经受长期、复杂气象条件的考验,有些问题可能还没有暴露出来;引导企业加快产品标准化、批量化和工程化生产仍需要一个过程;智能化预警模型还需要进一步探索;核心技术自主化仍需要加强等等。下一步重点工作,将抓住核心预警预测功能集中攻关,为更大范围推广应用做好准备。

    五一节前夕,好消息频频传来:一则,由中国地质调查局地质环境监测院起草的《地质灾害专群监测预警技术指南(试行)》与《地质灾害监测通讯技术要求》,作为自然资源部地灾防治三年行动方案下发各省参照执行。这两部技术要求可指导和规范崩塌、滑坡和泥石流等地灾隐患的专群结合监测预警工作,有利于提高地方防灾避险能力。二则,“滑坡崩塌灾害普适型智能化实时监测预警仪器研发”国家重大专项获批,该项目的实施将推动我国防灾减灾体系的标准化和技术进步,推动地灾监测预警技术装备产业化发展,为我国地灾三年行动实施提供支撑。

    据了解,为应对地灾风险,2020年全国汛期地灾防治工作视频会议强调,要加快普适型监测预警仪器设备集成研发和试用,进一步强化预警科学性、及时性、准确性。四川、湖南、甘肃、贵州陆续发文,明确今年逐步开展普适型监测设备试点建设工作。重庆市确定将以分类分级方式,对已查明的所有隐患点推进普适型设备的安装与自动监测。业内人士指出,随着新一轮1∶5万调查和风险评价、1∶1万精细化调查开展,不仅会找到更多地灾隐患点,而且“找”的过程还可能会引入普适型新技术手段。

    可以预见,未来普适型监测预警设备将与合成孔径雷达测量、高分辨率卫星遥感、无人机遥感、机载激光雷达测量等多种新技术手段,形成天空地一体化作战方式,在地灾防治工作中发挥更好的作用,守护群众的生命财产安全。

    链接

    地灾普适型监测预警设备

    ■特点

    运行可靠、功能简约、精度适当、性价比高、安装快捷、维护方便、智能预警

    ■六种设备

    普适型雨量计:采用新型光电式、压电式传感器,体积小,维护简单。

    土壤含水率计:无须标定,探测范围大,采用多参数一体化设计,尺寸小,可在15分钟内完成安装。

    裂缝计:加大量程、窄带物联网和远程控制,设备待机功耗降低50%,对于加速变形阶段的采集能力明显提升。

    普适型GNSS:将监测精度由毫米级调整为亚厘米级,增加一体化预埋箱方式,运行功耗与综合成本显著降低。

    倾角计和振动加速度计:内置电池可不间断供电2~3年,已形成微芯桩、变形桩等多参数一体化监测预警设备,易安装易维护。

    新科技如何支撑“普适型”防灾

    金沙江白格滑坡——堰塞湖全景

    编者按 自然资源部部长陆昊曾在自然资源部地灾监测预警科技创新研讨会上指出,经过多年技术攻关和群防群测工作积累,我们在地质灾害风险调查和隐患排查方面取得了明显成效,下一步要综合运用合成孔径雷达测量、高分辨率卫星遥感、无人机遥感、机载激光雷达测量等多种新技术手段,进一步提高全国地质灾害调查评价精度……最大限度保障人民群众生命财产安全。可见,科技创新在地灾监测预警中的作用至关重要,本期结合我国部分地区地灾防治工作经验,对当前我国地灾防治领域新技术新方法进行报道。

    科技创新,提升地灾防治能力的永恒话题

    范宏喜

    不久前,2018年全国地质灾害防治技术工作总结及经验交流会在北京举行。依靠“科技创新”这个强有力的抓手,利用3年时间,坚决打赢“显著提升地质灾害防治能力与水平”这场硬仗,通过经验交流与新技术新方法研讨,来自全国各省(区、市)地质灾害防治技术支撑单位的百余名代表,不约而同的得出了这一结论。

    寻找短板与不足

    “灾害点有哪些?灾害点在哪里?什么时候滑动?能否提前2小时甚至3小时做出预报?”只有解决了这些难题,才能促进地灾防治能力的提升。对此,自然资源部地质勘查行业管理司司长于海峰讲到2019年地质灾害防治任务时强调:一是要进一步摸清地质灾害隐患的底数,并适时进行更新。要进一步强化对隐患点动态变化的认识,做好“一库二图三规划”工作。二是要重点解决综合治理与移民搬迁中的关键技术问题,做好移民选址中的地质灾害勘查、评估和防治等排危除险工作。三是要加强信息化建设,建成建好地质灾害监测网,使监测预警产品向一体化快速部署,向空投化、便携化方向发展,大力提高地质灾害预警预报的专业性和时效性。

    中国地质调查局副局长王昆表示,地灾防治在地质调查工作中占据着重要的位置,我们要为提高地灾防治能力做好技术等方面的支持与保障。一是中国地质环境监测院(自然资源部地质灾害防治技术指导中心)要服从调遣,深入现场,按照有关要求做好地质灾害防治技术指导。除此之外,中国地调局还有分布于全国各地的直属队伍,承担着为地灾防治提供技术支持和支撑的任务。二是要依靠科技创新提升地质灾害防治能力。继续提高群测群防体系的科技含量,发挥移动互联网、人工智能等手段,下大力气解决视线外、无人区,人员无法第一时间到达灾害现场的监测预警和预报难题。三是加强各级地质灾害防治技术支撑单位、地质勘查单位和技术研发企业的合作与交流,相互学习借鉴并共同得到提升。

    自然资源部地质灾害防治技术指导中心常务副主任、首席科学家殷跃平认为,当前地灾防治工作面临“五新”。一是机构新,在地灾防治工作中要服从应急管理部的调度和部署,按照自然资源部的重要职责和任务要求做好工作。二是问题新,突发地灾由之前的地震灾区滑坡、泥石流,远程高位滑坡、泥石流,到今年连续发生的大江大河流域性灾害链滑坡,带来了一系列新问题和新思考。三是思路新,要以解决实际问题为导向、从技术逻辑转向行政逻辑等思想,作为今后开展各项工作的根本遵循,努力满足地质灾害防治工作中的行政指挥需求。四是技术方法新,要在地灾可能发生的时间、地点、成灾范围和影响程度预警预报方面下更大功夫,高度重视专业监测设备的研发应用,学习、借鉴和引进国外先进的防治理论和技术方法。五是事业圈新,要高度重视与设备研发企业、特别是企业监测技术人员的合作、探索与交流,实现地灾防治能力与水平的显著提升。

    探索防灾减灾好路径

    四川是全国地灾最发育的省份,2018年汛期,四川遭受了自1981年以来最严重的暴雨洪涝灾害,有11个市(州)超历史极值,导致雨区、震区、灾区“三区”叠加,其中7月份的一周之内曾两次发布地灾红色预警。

    四川省自然资源厅地质环境处处长胡涛介绍,2018年四川省灾情险情呈现“一高三低”,全省发生地灾灾(险)情3894起,是常年平均值的1.8倍,处于历史高位水平 ,因灾死亡失踪人数仅为多年平均值的6.2%,同比年均因灾死亡率降幅达98.5%,汛期没有发生1起因地灾造成的群死群伤事件,有18个市(州)实现“零死亡”。7月19日,凉山州盐源县桃子乡玻璃村特大型滑坡,成功转移437人、避免281人伤亡,受到自然资源部的通报表扬。

    胡涛表示,从这起特大型滑坡的成功避险中得到了3点启示:一是各级政府高度重视,逐级传递防灾压力,并做到了防范监测到位、主动避让到位、后期管控落实到位。二是各级各地不断完善地灾预警信息发布机制,打通预警信息传递的“最后一公里”,将地灾预警信息及时传达到点到人。三是市(县)均落实了一对一的汛期驻守技术支撑单位,加大对基层的技术指导和帮扶,健全防灾体系。下一步要完善地灾调查评价机制,强化专群结合的常态化排查机制,探索构建空天地一体化的隐患动态发现机制,探索建立地质灾害风险评估与管控制度。完善地质灾害监测预警机制,深化专群结合、人技结合的地质灾害群测群防制度,推广点面结合的专业监测预警体系建设,推进地灾大数据中心建设。把推进防治项目实施、维护公平公正市场环境作为重要举措,把防灾和治灾结合起来,提升综合防治能力。

    贵州省建设地质灾害防治1155工程,构建了空—天—地一体化的监测体系。贵州省自然资源厅副厅长肖才忠说,1155工程是指数据“聚通用”一台多网,即云上贵州专网区、云上贵州公网区、自然资源部信息系统,再连接到国土专网、地灾专网、政务外网和互联网。群测群防体系“一体五位”包括乡镇分管领导、国土所长、村干部、专业技术人员和专职监测员。综合防治体系的“五台融合”,是调查评价平台、监测预警平台、项目管理平台、能力建设平台、指挥调度平台。防治管控体系的“五级管理”分别为省级、市级、县级、乡级、村级。

    空—天—地一体化的监测体系,空:利用无人机航拍、LiDAR等先进技术和手段对地质灾害高易发区和重大地质灾害隐患点进行扫描,建立三维数字模型,分析判断其发展趋势。天:自2016年以来,贵州省每年投入资金1500余万元,探索利用合成孔径差分干涉雷达(InSAR)技术进行地质灾害隐患早期识别试验,2018年实现全覆盖,目前已发现变形点648处,经专家现场核实,确认地灾隐患点125处。地:引进瑞士先进技术联合开展重大地灾隐患监测示范 。

    贵州将地灾自动化监测列为2018年省政府的“十件民生实事” 之一,省财政十大绩效目标考核内容。已累计建成137处自动化监测站点,安装各类专业监测设备1270余台(套)。对重大隐患点和险情采用地基雷达、GNSS等进行自动化应急监测。

    2018年,贵州省投入资金1.2亿元,组织27个资质单位,全面完成88个县(市、区)高位隐蔽性地灾专业排查,共排查原有及疑似隐患点11.12万处,排查出新增隐患点1899处。

    地灾监测预警新技术呼之欲出

    针对地灾防治及监测预警新技术、新方法等关键问题,会议就国土卫星遥感监测、边坡雷达技术现状、北斗云物联网监测实践、InSAR技术智能化、“类壤土基质”技术应用、“专群结合”监测预警体系信息传递等内容开展交流研讨。

    基于SAR、InSAR技术的智能化异常形变监测,是地灾早期识别和隐患排查的新技术之一。其中的合成孔径雷达干涉测量技术,运用单次观测,通过分析地面目标的反射信号,准确地测量卫星和地面目标之间的距离,雷达重复观测期间目标发生移动,卫星通过同一片区域,重复进行观测,两次观测期间的移动变形量来测量地面形变。具有鲜明的技术优势:一是观测不受限,可全天时、全天候观测,能进行广域监测,可发现新的地质灾害区域。二是响应速度快,最快平均每4天一次,紧急情况下可每4小时拍一次,并能提供目标形变的历史变化序列。三是观测精度高,缓慢形变精度可达毫米级,快速形变精度可达分米级以上,能提供灾害点治理前后的变化数据。四是海量观测点,观测密度最高可达上万个/平方公里,通过持续动态监测,能提供目标变化的趋势性信息。五是普查范围广,卫星单景拍摄成像面积广。

    边坡雷达是一种先进的边坡监测手段,相比其它监测方法具有全天候、大范围、高精度、无接触等优点,适用于已知的、重大的滑坡体监测。而提高滑坡预报准确率是边坡雷达技术的发展目标。

    针对目前市场上体积大,安装复杂的专业监测产品,北斗云产品向集成化、快速安装、便携化方向发展,同时开发直升机、无人机投放产品。研发生产的高精度北斗、阵列式深部位移计、智能裂缝计等全系列地质灾害监测设备、智能水质分析设备、监测预警云平台、INSAR分析技术等,形成了空天地一体化的监测预警新技术新方法体系。

    在“专群结合”监测预警体系信息传递方面,已构建的感、传、知、用的物联网系统,可全面用于河长制、城市内涝、地质灾害、水库监测预警等信息化应用。通过运用物联网、云平台、大数据等相关技术,服务地质灾害监测预警。

    以自然的方式恢复自然的“类壤土基质技术”,运用类壤土基质技术,在岩(土)表面形成理想的土壤结构,选取最合适的植物种类,确保后期植物群落的乔灌木比例,用木本植物的根系——“绿色锚杆”的作用实现恢复自然,使用先进的施工工艺,将“修复”升华为 “恢复”,使地质灾害隐患点成为一道亮丽的“风景”。

    智慧地矿为地灾防治提供技术支撑

     田伟平 王泽 罗会江

    四川,是地灾多发地区,作为地灾防治工作主力军的四川省地矿局一直奋战在灾害的最前沿,探索了一些成功的防治和治理经验。

    专业支撑,群防配合

    “科技地矿、智慧地矿为地质灾害防治提供了支撑和保障”,这是该局909队副总工程师黄晓明最深的感受。2018年入汛以来,川西地区遭遇持续强降雨袭击,北川、安州、江油等区县不断传来险情、发生灾情,909队工程技术人员充分利用现代化科技手段开展防灾救灾。在北川陈家坝,因地质队员精准监测预测、专群结合信息传递等,强降雨诱发的泥石流灾害未造成人员伤亡和大的财产损失,灾后恢复建设中,无人机、三维激光等先进技术手段的应用也发挥了重要作用。

    每到汛期,川西地区在强降雨等极端天气下,滚石、山洪、塌方、滑坡、泥石流等次生地质灾害频发。四川地矿局一批专业队伍始终冲在第一线,承担了全省2/3以上的排查和治理任务。

    “群防是基础,预警是手段,治理是保障”,909队副总工程师叶晓华说,“地方各级政府都十分重视地灾防治工作,建立起以地方政府为主导、当地百姓为主体、地质队员为专业技术指导的群防体系,当地百姓熟悉环境、专业地质队员熟知地灾特性等优势,从而实现了在灾害发生前组织百姓避险避让。同时,近年来,在高危地段加配安装红外线、雷达等高科技预警警报系统,使群防更为科学高效”。

    先进技术提高防灾治灾水平

    在地灾治理方面,该局地灾治理团队因地制宜,不断探索新技术新方法,取得了不少成果经验。广元凤凰山公园滑坡应急抢险治理微型桩技术应用、重庆巫山铜鼓滑坡应急抢险钢轨桩技术应用、巴中某中学后缘边坡治理钢管桩技术应用等都是快速处置滑坡灾害险情的成功事例。该队技术人员在实践中发现,对锚孔、深基坑等钻探、掘进工艺的改进,能明显提高灾害防治的效率和时效;改进钻具、精准施策可以解决复杂地质条件下的施工难题……在909队目前正开展的樟木口岸地质灾害防治工程施工中,在孤石、漂石发育的堆积体层,该队工程技术人员应用新技术一次性成孔65米深孔全孔根管施工,数十天完成深孔钻探51个,工程效率大大提高,实现了快速处置灾情的效果。

    “5·12”特大地震后,在棉竹文家沟的山顶留下了8000多万立方米松散物源,在2010年的特大暴雨中引发了特大泥石流,给山下的清平乡造成毁灭性破坏。四川地矿局的地质专家在设计治理方案时反复思考,抓住泥石流成因的关键因素,设计了水石分治的方案,使雨水和物源在工程的作用下实现分离,水经滤网栅后从引水隧道流走,从而化解了灾害的发生,至今当地没再发生过泥石流。

    不断创新,地灾监测呈多样化

    如今,无人机、三维激光扫描仪、卫星遥感等高科技智能化装备在高山峡谷的地灾防治中派上大用处,可以清晰掌握高陡险峻区域的地形地貌情况。同时,专业地质队伍广泛引进了一批便捷、轻巧、高性能的先进机械设备,既满足了狭窄场地、条件艰难区段的作业需求,工作效率也明显提高了。

    四川地质工程勘察院(简称四川省地勘院)在近年来的地灾预防过程中,运用无人机倾斜摄影技术、三维全景实现混杂现实技术、InSAR遥感监测技术等以及自主研发的三维实景管理平台、管道地质灾害监测预警平台等,地灾监测方法日益呈现多样化、三维立体化。通过采用多种有效方法结合对比校核,以及从空中、地面到灾害体深部的立体化监测网络,进一步加强了地质灾害预防的综合判别能力,促进了地灾评价、预测能力的提升。

    在剑阁县地灾监测项目中,由于受到无人机架次、现场实际环境及硬件等诸多原因的限制,无人机倾斜摄影获得的初始模型出现了漏洞,同时,现场的监测设备在场景中也无法真实体现。四川省地勘院通过创新采用同源多角度纹理匹配技术对场景进行重建及修饰。同时,将建模成果、监测点位的矢量、多媒体等数据导入自主研发的三维实景管理平台中,实现了对现场情况及监测点数据的实时获取,为监测现场的管控决策提供了及时的数据支撑。

    在管道地灾监测方面,该院自主研发的管道地灾监测预警平台,以管道为中心,应用现代传感、通信和分析技术,结合监测、预警、应急处置等各功能子模块为一体的专业技术。通过接收现场监测数据,利用开发的功能模块,实现与图形库的集成,实现对监测数据的实时动态分析与预警,并可以针对预警结果提出相应的响应机制,形成地质灾害综合信息一体化应用。该系统于2018年5月正式投入试运行,运行至今共发布预警信息341次。

    金沙江白格堰塞湖位于川藏交界处西藏昌都市江达县波罗乡宁巴村,地质技术人员从2015年2月22日遥感影像对比中发现,滑坡体上部分区域变形下滑呈加剧趋势,但整体未发生剧烈的位移变化。在此基础上,四川省地勘院技术人员结合工作区地形地貌、地层岩性、D-InSAR变形解译特征等信息综合判定,沿堰塞湖上下游圈定出20余处山体潜在变形靶区,为前方地灾应急排查小分队提供数据支持。

    目前,该局越来越多的单位正积极谋划用边坡雷达技术、InSAR技术智能化、北斗云物联网监测实践等最前沿科学技术武装队伍,购置一批先进地灾治理设备,加快科技地矿、智慧地矿队伍建设力度和进程,在地质灾害防治中发挥更大的作用。

    聚力赋能 做强地灾防治 ——聚焦地灾防治新技术新方...

     

    加拿大岩石圈探测计划

     

    地球内部剖面示意图

    前不久,我国启动了地震科技创新工程,拟通过“透明地壳”“解剖地震”等4个地球深部探测计划的实施,在未来10年,大幅提升地震科学研究水平以及防震减灾能力,达到国际先进水平。那么,和世界发达国家相比,在地球深部探测方面我们可以借鉴哪些经验成果?大数据时代地质学家探测地球内部所面临的焦点和难点有哪些?从上个世纪60年代起,随着人类对海洋认识的加深,发展出了划时代的板块构造理论,几乎完美地解释了与海洋有关的地质学问题。所以,人们开始把板块构造理论运用于陆地,也就是板块构造理论的“登陆”。

    在研究海洋地质的过程中,科学家广泛采用地球物理学的方法,结合钻井,取得丰硕成果。自然而然地,研究大陆地质学也可以按照这个思路进行。所以,从上个世纪70年代开始,各国相继展开了各式大陆探测计划,极大地完善了大陆地质学理论并取得了良好的经济效益。

    美国:大陆反射地震探测计划和地球透镜计划堪称深部探测典范

    在上个世纪70年代末,美国率先开始实施了大陆反射地震探测计划。这项计划的研究手段来源于石油勘探技术,通过布设一系列测线,收集人工地震产生的地震波,处理之后就可以得到很多地下地质结构的信息。这个计划取得了很多优良的成果,比如:揭示了美国东海岸阿帕拉契亚山的构造,西部山地的地下结构,尤其在落基山断层之下发现一系列油田。一连串的科学与社会效益,使该计划堪称深部探测的典范。此外,这次探测计划的成果,还引发了其他国家相关计划的出炉。

    2001年,美国国家科学基金会、美国地质调查局和美国国家航空航天局,联合发起了一项新的开创性地球探测计划——地球透镜计划。该计划是一项全新的具有风险性的地学探索工作,主要分为四项内容:

    第一项是建立一个由2000个地震观测点构成规则的流动测网,轮流进行地震观测,实时采集数据,用来研究地幔乃至深达近3000公里的地核和地幔边界的情况。另外,还可以用来监测火山和地震活动,进行灾害预测。

    第二项是建立圣安德列斯断裂深部观测站。圣安德列斯断裂是地球上最活跃的断层之一,穿过美国经济发达、人口密集的西海岸,研究程度很高,危险性也很大。项目将在断层带上取出了40米的岩芯供科学研究,并在深部建立了一个观测站,进行长期的观测研究。

    第三项是板块边界观测站,利用GPS和应变测量仪,对太平洋板块和北美板块的相互运动进行连续观测,以研究地震和火山造成的地壳缓慢变形,增强预报的准确性。

    第四项是合成孔径干涉雷达,可以用于火山和地震灾害的研究,还可以提供因地下水和石油的开采造成的地面沉降信息等。美国的地球透镜计划在2003年由国会批准实施,为期15年(2003年~2018年),预计投资超过200亿美元。

    英国:反射地震计划揭示地球霸主恐龙灭绝猜想

    英国反射地震计划开始于1981年,探测范围覆盖英伦三岛及附近大陆架,揭示了这一地区地壳和地幔的结构特征,并得益于反射地震计划帮助,成功发现了储量约47亿吨的北海油田。

    而让人意想不到的是,该计划发展的地球探测新技术,在寻求恐龙灭绝成因方面发挥了很大的作用。我们知道在6500万年前的白垩纪末期,地球霸主恐龙突然灭绝,一种猜想是有一颗直径至少10公里的陨石与地球相撞,导致全球气候大变,恐龙灭绝。

    但这么大一颗陨石与地球相撞,必定要留下一个巨大的陨石坑,那么它在哪儿呢?早期的科学家通过对墨西哥湾地区岩石学的研究发现,这里可能存在一个巨大的陨石坑,但它到底是什么形状,有多大,一直是个谜。因为这里大部分地区都是在海下的,难于观察。所以,在1996年的1月~5月间,该计划的科学家联合美国、墨西哥的地质学家对墨西哥湾地区进行了详细地探测,最终确定了这里存在一个巨大的陨石坑,直径大约100公里,为恐龙灭绝这一科学问题的研究补上了重要的一环。

    加拿大:岩石圈探测计划为矿业勘探和开采提供详细信息

    加拿大岩石圈探测计划(1984年~2003年)是加拿大国家级多学科合作的地球科学研究项目,目的是综合了解北美大陆北半部的大陆演化。加拿大地区本身地质演化历史久远,超过40亿年,这让加拿大成为研究地球大陆早期历史及后续演化最理想的国家。

    在漫长的历史中,大陆经历了怎样的变化,都有哪些地质过程,大陆的组成是怎样的,这些问题不仅对加拿大,更是对全球的地质学研究都有着重要的意义。另外,加拿大矿产资源丰富,矿业是本国的支柱产业之一,探明地下的矿产分布及储量,更是对本国的经济发展具有重要意义。所以,加拿大岩石圈探测计划从一开始就具有科学和社会的双重目标。

    从1984年开始,参与该研究的750多名作者发表了近2000篇著作,详细阐述了加拿大本土大陆的演化特点,绘制详细的岩石圈剖面,尤其注重对矿业开发区的探测,为矿业勘探和开采提供更详细的信息。

    所有这些,不仅显著提高了加拿大大陆地质学的研究水平,而且极大地促进了本国矿业发展,丰富的成矿信息增强了矿业公司投资的信心。

    澳大利亚:“玻璃地球”计划的目标是人眼能看到地下构造、岩层、矿产甚至灾害

    矿产资源大国澳大利亚被誉为“坐在矿车上的国家”,为了解决未来的资源问题,1999年该国提出了“玻璃地球”计划。所谓的“玻璃地球”,顾名思义,就是让地球像玻璃一样透明,让人一眼就能看到地下的构造、岩层、矿产甚至灾害。有学者称之为“透明地球”或“水晶地球”,在一个国家范围内则被称为“玻璃国土”,指通过多种地质手段获取海量数据,建立全球性、多尺度、数字化的地质模型,可供我们查询和分析,然后据此作出正确合理的决策。澳大利亚“玻璃地球”的思想理念一经提出,就吸引了世界各国纷纷效仿,开始投入大量资金进行实施。

    “玻璃地球”计划的目标是:使澳大利亚大陆地表以下1000米深度以内的地质状况变得透明。要实现这一目标,需要大量的地质勘探、地球物理勘探和地球化学勘探工作,如:新的钻探技术、航空重力梯度测量、航空电磁法、地球化学填图、同位素跟踪、地下水化学研究等。该计划提出之后被正式列入澳大利亚的国家预算,并开始实施。遗憾的是,2003年因多种原因而被迫终止。

    欧洲:深部探测计划促进了科学研究的跨国界合作

    从1981年起,受美国深部探测计划的影响,欧洲各国随后也展开了自己宏大的计划。

    欧洲深部探测计划(1981年~2001年)旨在实施新一代的重大项目,更好地了解欧洲大陆地壳和地幔的构造演化,以及一直以来控制整个演化的动力学过程。欧洲探测计划挑选9个目标区域进行重点研究,每个区域都由高度自治的研究团队负责,所有的团队都致力于运用地质学、地球化学、地球物理学相结合的方法,了解地球表层和深层的关系,解释形成欧洲大陆岩石圈主要特征的过程。

    在本计划实施的20年间,有30多个国家,上千名地质学家参与,从俄罗斯的乌拉尔山到葡萄牙里斯本,从土耳其到瑞典,地质学家对欧洲的主要地质结构进行了系统的研究,硕果累累,加深了人们对欧洲大陆深部构造和地质学过程的认识,同时也极大促进了科学研究的跨国界合作。

    ◆相关链接

    瑞士地壳探测计划:主要是通过地球物理和地质联合的方法探测瑞士阿尔卑斯山脉的深部结构,深部探测的数据主要采集于1986~1993年之间,研究成果合理解释了瑞士阿尔卑斯山的构造演化:一个温度相对较冷的“山根”快速插入到20公里以下的下地幔,结果导致了大陆的碰撞;高密度球状“山根”导致阿尔卑斯山中部快速隆起及波河盆地下沉的大陆动力学模型。加上欧洲各国联合开展的欧洲探测计划,共同揭示了欧洲大陆与非洲大陆碰撞带的精细结构,为发展碰撞造山理论、薄皮构造理论奠定了基础。

    德国大陆反射地震计划:通过接收、处理和解释地球物理数据,取得了对欧洲深部地质结构的新认识。深地震反射揭示了岩石圈不同尺度的各向异性和下地壳的“鳄鱼嘴”构造,一些反射联合剖面揭示了陆内盆地的演化,显示了下地壳减薄和岩浆初始阶段的证据。

    意大利深地壳反射计划:由意大利国家研究委员会资助,主要目标是通过深地震反射技术研究意大利主要造山带的地壳结构及动力学演化过程。项目起始于20世纪80年代,形成了覆盖意大利半岛及周边海域的地震剖面网。

    俄罗斯深部探测计划:以折射地震技术和大地电磁技术为主,这在国际上是唯一的也是非常超前的。俄罗斯是世界上最早开展深部探测的国家之一,其中科拉半岛科学钻深度超过1.2万米,成为世界上最深的钻孔。科拉超深钻改变了地球物理探测解释的许多深部现象,研究成果形成了适时的成矿地质体定位的深部地质—地球物理和地球动力学标尺和俄罗斯境内各种矿产资源多参数成矿预测分析的数据库。

    ◆延伸阅读

    “透视”地球正变为现实

    在上述国家的研究计划中,所采用的主要方法是地震反射技术,它是一种精度很高的地球物理勘探方法,主要利用人工爆炸、冲击或其他振动源产生地震波,然后在地表或井中用检波器将其接收并对其进行处理和解释,便可以分析判断地层界面、岩土性质和地质构造等。

    目前,美国、俄罗斯、英国、意大利等国都在积极推动“穿透地壳”深反射地震剖面的工作。根据三维可视化地质信息与服务系统,只要按要求在电脑上输入相应的指令,研究区域的主要地层、地下构造、地热、地下水等三维仿真模型即可直观地展现在眼前。如果想知道哪里有断裂,哪里有地热和温泉,哪里赋存着丰富的地下水资源,都可以在系统上清楚地查询。

    未来世界各国的“玻璃地球”计划将会从局部的三维地质模型向全国范围发展,我国的发展方向将会更多地向实用化转变,在规划、国土、环保、水务、市政、建设、农业等多个领域更多地发挥管理和决策的作用。

    目前,虽然实现全球范围的“透明化”尚需要很长的时间,但随着人类探索地球奥秘的步伐不停,大数据时代呈现“看不见”的地球内部将一直是未来地球科学研究的方向。

    大数据呈现“看不见”的地球内部

    地调局航空物探遥感中心InSAR地面沉降监测技术近日获得7项国家发明专利,内容涵盖了高精度InSAR数据处理方法,高分辨率InSAR地表形变监测技术以及广域地面沉降监测、滑坡活动调查、高铁沉降监测以及城市地物信息反演等多个应用领域,是近10年地表形变InSAR技术研究与开展地质灾害、地质环境监测应用的创新性体现。  

    技术团队先后依托科技部863项目、国际科技合作重点项目、国土资源部公益性行业基金以及中国地质调查局业务运行项目,实现了InSAR形变监测技术的工程化、规模化应用。这些技术在支撑“全国地面沉降InSAR摸底调查与动态监测”中发挥了积极作用,研究成果广泛服务于京津冀地区地质环境监测、首都副中心地面沉降综合评价、京沪(京津)高铁全线沉降监测、三峡地区重大滑坡综合监测以及工矿区地表形变等领域,形成了InSAR监测由“面—线—点”的多尺度应用,为服务国家重大战略提供了技术支撑。

    技术方法已列入中国地质调查局地质调查技术标准《地面沉降干涉雷达数据处理技术规程(DD2014-11)》、中国地质灾害防治工程行业协会团体标准《地质灾害InSAR监测技术规程(2016)T/CAGHP 107-XXXX》,为地质灾害“空-地”一体化监测网络奠定了坚实的技术基础。

    此次授权的专利分别为:一种宽带合成孔径雷达子带干涉数据处理方法;InSAR差分干涉图序列的时空同质滤波方法;基于高精度DEM提高InSAR技术监测地表形变精度的方法;集成多轨道、长条带CTInSAR的区域性地面沉降监测方法;升降轨PSInSAR地面沉降监测结果的互检验与时序融合方法;高分辨率InSAR时序分析反演地物高程与地面沉降量的方法;高速铁路沿线地表形变高分辨率 InSAR 监测方法。

     

    航空物探遥感中心地面沉降监测技术获得7项国家发明专...

    2017年4月17日12时许,陕西省安康市白河县发生一起崩塌灾害。根据国土资源部地质灾害应急管理办公室指示,灾害应急指导中心派出专家组赴现场为当地政府的灾害应急工作提供技术支撑与服务。

    18日,专家组抵达灾区,立即与省厅应急工作组简要会商,了解先期搜救与处置进展,会同省应急专家现场查看灾害现场及危岩清除准备情况,并赴临近对吴沟,核查本轮降雨过程引发山体崩塌、滑坡和泥石流现象。当晚,现场完成了后缘危岩体爆破清除作业。专家组赴现场查看崩塌部位临近坡体隐患及排查情况,协助制定三维激光扫描观测方案,并与当地政府交流汛期隐患巡查排查注意事项,结束现场工作后返回西安。20日,专家组与陕西省地质环境监测总站进行了此次应急处置技术总结评估,共同认为无人机低空遥测、三维激光扫描仪、合成孔径雷达等多种先进设备应用,大幅提高了处置效率和评估精度。

    该事件表明,在极端气候变化的背景下,降雨导致地质灾害隐患不断变化。时值汛期伊始,建议地质灾害易发区域进一步重视隐患动态巡查排查,加强监测防范与应急准备。

    灾害应急指导中心将根据国土资源部应急管理办公室指示,继续做好后续支撑服务。

    后缘岩体结构
    危害区域全貌
    灾害应急指导中心为陕西白河“4.17”崩塌灾害应急工...