中国地质灾害监测预警区划研究

1国土资源部行政事业专项项目设计书项目名称：中国地质灾害空间预警区划研究主管部门：国土资源部承担单位：中国地质环境监测院负责人：起止年限：2001—2003联系电话：(010)二OOO年九月一日2目录一、立项背景和意义二、国内外现状、水平及发展趋势三、目标、任务四、主要研究方向五、研究方法和技术路线六、专题设置与主要研究内容七、起止时间及年度工作安排八、预期成果及效益评价九、实现本项目已有基础和条件十、经费预算十一、项目组织与主要参加人员3一、立项背景和意义地质灾害和地质环境系统的区域性规律深入全面的认识，来源于中国地质灾害空间预警区划研究，地质灾害区划是进行地质环境监测、管理和可持续开发利用的前提，是编制地质灾害监测规划和“十五”计划的根本性科学依据，同时也是指导各省（市、自治区）组织编制各级地方性地质灾害监测规划或计划所必需的。全面建立地质环境监测系统是国家地质环境保护和减灾防灾的重大举措。自五十年代开始，我国比较系统地开展了以地下水水位、水质、水温和水量等为主要内容的地质环境监测工作。近20年来，随着社会经济和工程建设的飞速发展，人类工程活动对地质环境产生了愈来愈严重的影响，崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝、地面沉降和海水入侵等地质灾害的监测预警已成为急需全面开展的重大任务，原来零散的、孤立的、完全处于被动状态的，而远未形成监测控制体系的地质灾害监测已不能适应合理地和可持续地开发利用地质环境的需要。中国地域广大，不同地区存在着巨大的差异性，同一地区内也存在着地质环境演变的不同阶段性。不同地质环境类型区监测站的建设布局、监测特点和任务（监测内容、监测指标、监测方法）是不同的。因此，深入全面认识地质灾害区域性规律和成生环境，并进行科学的区划后，才能有效地开展地质灾害监测站点建设，分级、分阶段布设或优化监测工作，分阶段分层次进行地质灾害预警乃至预报。地质灾害调查、评价区划是地质灾害监测、防治规划管理和地质环境可持续利用的前提和基础。在对地质灾害有较为客观的评价基础上，地质灾害监测才能抓住重点，围绕重点地区、重点地质灾害进行监测。因此，地质灾害监测预警区划是开展地质灾害监测的依据，是部署监测预警工作的客观需要。实例：陕西省紫阳县（2000.7.13）区域地质灾害发生特点和成因也说明了地质灾害区划研究的重要性。紫阳县区域地质灾害发生特点具有：4（1）区域性——在520.41km2范围内全面暴发，占全县总面积的25%，有很强的区域性；（2）同时性——巨大灾难主要出现在7月13日，区域相连的11个乡镇在数小时内，几乎同时出现重大人员伤亡和财产损毁；（3）暴发性——滑坡、特别是泥石流的发生具有突然暴发性，当地人称为“涡旋炮”。据称，同一地点伤亡人员最多的联合乡鱼泉村7组（瞬间造成37人遇难）是五个“涡旋炮”同时击中的结果。滑坡泥石流灾害出现区域性暴发是山高、坡陡、土薄、雨强和防灾意识薄弱等因素综合作用的结果。由此提出了地质灾害的可区划性、可预警性问题，答案当然是肯定的。所以，应基于地质灾害监测预警的需要，尽快开展专门的全国性地质灾害监测预警区划研究工作。二、国内外现状、水平及发展趋势目前，关于区域地质灾害风险评价的研究成果还不多见，效益也不明显，主要的风险评价灾种局限于滑坡，泥石流等斜坡不稳定性引起的区域地质灾害。如MarioMejia-Navarro&EllenE.Wohl（1994）在分析Colombia的Medellin地区地质灾害敏感性和土地及生命易损性的基础上，利用GIS技术将二者合成产生了风险评价分区图。R.Anbalagan&BhawaniSingh（1996）在R.Anbalagan（1992）前期关于山区滑坡灾害评估和区划制图研究的基础上，提出了风险评价制图的新方法：风险评价矩阵（RAM）。1933年，美国成立了田纳西河流域管理局（TVA），该局在负责田纳西河流域综合开发治理中，进行的一项重要的前期工作就是风险分析。事实证明，风险分析不仅为田纳西河流域综合开发与整治规划的指定、一系列水利工程方案的设计与优化等提供了决策依据，而且为难度极大的风险区居民迁移的宣传和说服工作发挥了重要作用，同时探讨了洪水灾害风险分析和评价的理论和方法，开创了自然灾害风险评价的先例。其后，西欧、日本、印度等国纷纷效仿，开展了洪水灾害风险分析和评价，推动了自然灾害风险评价研究工作的深入。自然灾害风险评价研究工作在我国起步较晚，始于50年代，其中以地震、洪涝、干旱等为主5要灾种。改革开放以来，尤其是我国参与“国际减灾十年”活动以来，对自然灾害风险评价的研究得到了相应的重视，并开展了许多有益的探索工作。特别值得一提的是北京师范大学环境演变与自然灾害开放研究实验室的研究者对这方面的贡献：如史培军对灾害系统的理论和实践的探讨，他归纳总结国内外学者的研究成果，提出四种基本的灾害理论：致灾因子论，孕灾环境论，承载体论以及区域灾害系统论，并对区域灾害系统论进行了系统的阐述，奠定了自然灾害风险评价研究的理论基础；黄崇福对自然灾害风险分析的基本原理进行了探索，指出自然灾害风险分析的基本原理是：由各灾种的专家提供给区域内自然致灾因子发生的时、空、强的可能性数值，由防灾减灾工程师依据致灾因子强度，提供人类社会系统各种破坏的可能性数值，由经济学家和社会学家依据破坏程度，推测各种损失的可能性数值，最后，由自然灾害风险分析人员将三个环节的可能性数值组合起来，给出损失风险。与自然灾害风险评价研究相比，专门的区域地质灾害风险评价和分析的研究工作是随着“国际减灾十年”活动的开展在90年代才逐渐在世界各国兴起的，目前还处于起步探索的阶段，也没有形成完整的理论体系。长期以来，国内外关于区域地质灾害的研究多数停留在其危险性评价分区阶段，研究成果极为丰富，参见文献。分析其原因认为主要是由于承灾体（危险元素）种类繁多，包括人类生命，财产，土地资源，环境资源，公共设施等，他们的社会属性极为复杂，难以用统一的定量化指标衡量，致使风险评价系统中的易损性评价难以取得满意的成果，甚至难以进行。这样务必导致政府部门在不得已的情况下，主要依据地质灾害的危险性评价分区结果制定防灾减灾政策，部署相应工程，由此往往造成决策失误，使防灾减灾的效益大大降低。直至今天，易损性评价仍然是困扰地质灾害风险评价研究者的一大难题。在国内，随着人们对地质灾害社会属性和其破坏效应、防治效益的认识的逐步加强，这方面的研究工作也取得了一些进展。如刘希林，苏经宇等对区域泥石流风险评价进行了研究，给出了区域泥石流危险度评价的8个指标和人与财产的易损性计算公式；张梁应用环境经济理论，探讨了地质灾害风险分析和损失计算方法；张业成等以灾度为指标，评价了中国地质灾害危险分布特征；张业成还对云南省东川市泥石流灾害进行了风险分析；胡瑞林等初步提出了地质灾害危险性6分析和经济评估的计算机系统。尽管如此，随着人们地质环境保护的意识增强，政府对减灾效果的日渐重视和对地质灾害风险评价研究工作的大力支持，这方面的研究成果会愈来愈丰富，效益也会明显增强。早在1985年，胡海涛先生等在“2000年的中国地质”系列《中国2000年环境地质研究》一文中，论述了我国六大区域的主要环境地质特征。1991年，张宗祜先生论述了“地质环境和环境地质”，为环境地质区划研究打下基础。1992年，地矿部环境地质研究所编制出版了“中国环境地质分区图”，首次对我国的地质环境进行了分区。将我国分成了六个区二十五个亚区。1994年，中国地质矿产信息研究院完成了“二十一世纪初期中国地质环境态势与发展”研究成果，将我国分成了六个区二十九个亚区。采用的是先分“区”后分“亚区”的“从大到小”的划分方法。这类方法最高级别的区划界线往往与自然地理界线一致或相似，很难顾及人类活动的影响。1995年，地矿部环境地质研究所完成了“全国地质灾害趋势预测及预测图编制”。它先将全国评价区域方形网格化，每个单元为60km×60km。在单元综合叠加评价的基础上，运用数值化结果在计算机上自动生成等值线，反映区域性地质灾害分布规律。此区划方法与上述相反，是“从小到大”的划分方法。但“方形网格”存在着空间跨度过大，样本内属性并非真正单一的缺点。区划中存在着“从大到小”和“从小到大”两种区划方法。由于地质环境系统的复杂性，区域界线往往存在着不确定性，“从大到小”划区，需要有较强的宏观控制能力和综合能力，高级区划单元界线如果发生偏差，下级的区划界线便无法保证精度。“从小到大”划区，是在基本单元的基础上对区域进行相似单元合并，逐级得出更高级别的区划单元。采用这一方法，下级区划单元界线的可靠性较大，同时也保证了更高一级区划界线的精确性。目前，自然区划的主流是采用“从小到大”的方法为主，同时兼顾从大到小的方法进行区划。一些有用的参考信息是：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综合判断，预警结果通过气象服务中心进行广播。预警网由50部射电遥测雨量器组成报警网。根据山坡岩土体的含水量必须达到某一界限值才可能在一次降雨过程中发生泥石流，一7旦达到估测的界限含水量，就跟踪监听气象预报，经综合分析，确定降雨强度使泥石流发生的概率较大时，即由气象服务中心（NWS）播报，提醒相关地区的公众注意。降雨强度临界值随地区不同而异，据研究，旧金山湾地区的6小时降雨量达到4英吋时，就可能引发大面积泥石流。香港地区采用雷达图像解译小范围地质构造，从而确定滑坡发生的潜在区域。1984年开始，1999年改进，由48个自动雨量计组成网络，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。北京北山地区基于地质调查数据库进行区域评价与区划，研究得出该地区泥石流爆发周期10—30年，个别2年或40—50年。针对灾害复发周期，制定空间预警规划。如降雨条件下，暴雨型泥石流的暴发在不同地区或同一地区的不同沟谷就表现出极不相同的临界雨量，如四川南部地区为50—100mm/24h；甘肃南部地区泥石流暴发的平均雨强为10—50mm/1h；北京北山地区泥石流爆发的前期雨量为50—240mm，暴雨强度为50—10mm/1h。不同于泥石流在降雨过程中发生，滑坡一般在一次降雨过程末期，且多在其后数天发生，因为斜坡体内地下水位的上升幅度到达最高值的时间均滞后于最大降雨强度发生时间。据研究，四川盆地暴雨滑坡的临界降雨强度为200mm/d；长江云阳、奉节地区诱发滑坡复活的临界降雨量为280—300mm，且降雨强度为140—150mm/d；陕西某县斜坡失稳的年降雨阈值为1600mm；鄂西山区近十年来的滑坡多在降雨当天或雨后1—6天内发生。不同地区具体一条沟谷的泥石流始发雨量区间为10—300mm，差异之大也反映了地质条件、气候条件等的差异。有条件时，应分别研究预警地区的24小时降雨强度（H24）、1小时降雨强度（H1）与10分钟降雨强度（H1/6）与岩土体饱和状态及滑坡或泥石流复活的关系。理论上，地质灾害预警可分为时间预警和空间预警两种类型。空间预警是指在一定条件下（如根据长期气象预报），比较明确地划定一定时间内地质灾害将要发生的地域或地点；时间预警是在空间预警的基础上，针对某一具体地域或地点（单体），给出地质灾害在某一时段内或某一时刻将要发生的可能性大小。空间预警是减轻区域性、全局性地质灾害的更有效的手段。8三、目标、任务基本要求是原创性、战略性、持续发展与指导性，为地质灾害监测防治规划和地质环境的可持续开发利用服务，为减轻和防治地质灾害，制定正确的国家或地区社会经济发展战略服务。具体目标是促进对地质灾害和地质环境系统的区域性规律深入、全面的认识，为政府部门加强地质灾害的监控和地质环境管理提供依据，为“十五”计划、和2010年地质环境监测战略性规划和发展提供依据。具体目标是实现地质灾害监测的空间预警。空间预警是基于地质灾