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国土资源系统地质灾害防治科技创新成果巡礼
2016-09-08 | 作者: 王琼杰 | 来源: 中国矿业报 | 【 】【打印】【关闭

  地质灾害减灾防灾是世界难题。我国是世界上地质灾害最严重的国家之一。近年来,极端天气、地震等因素诱发大量地质灾害,给人民群众的生命财产造成了严重损失。

  据统计,在每年的自然灾害伤亡中,由地质灾害造成的伤亡人数占总数的1/3,而由于极端天气、地震,加上人类工程活动增强而引发的重大滑坡灾害造成的群死群伤是重中之重。

  “十二五”期间,在生态地质环境与地质灾害防治领域,国土资源部组织实施了“973”、“863”、公益性行业专项等国家科技专项23项、自然科学基金项目114项,投入科研经费2.1亿元,在国土资源大调查和地质矿产调查评价相关工作中,积极推进科技创新与技术进步,建立了地质灾害调查评价、监测预警、防治、应急技术支撑体系,提升了地质灾害防治能力和技术水平。

  重大滑坡减灾防灾关键技术获突破

  在国土资源部、科技部连续十年的支持下,中国地调局及其相关单位、中国地质环境监测院、上海交通大学等,瞄准国际减灾战略目标,从灾害防治发展到风险管理,持续开展了滑坡灾害减灾防灾关键支撑技术研究与推广。特别是在早期识别、早期预警、应急处置和风险管理方面取得多项关键创新,有力支撑了国家防灾减灾体系的建设。

  一是开展滑坡灾害早期识别方法研究,建立和集成创新黄土滑坡、岩质滑坡、土石混合型滑坡等多种成因模式,首次提出基于地质成因机理的早期识别指标体系,创新高速远程滑坡空气动力学方法研究。

  二是研发滑坡灾害早期预警技术,开发滑坡灾害监测预警13种系列配套仪器,发明了具备低耗电远程无线传输特点,适于复杂山区恶劣地质条件下的滑坡形变失稳低成本自动监测预警技术。

  三是研发滑坡灾害应急抢险技术,解决大吨位预应力锚索孔施工快速钻进难题,发明新型钻具,研发预应力锚索快速安装和锚固技术,为迅速控制大变形状态下的滑坡灾害提供了系列抢险设备。通过大型物理模拟试验,首次揭示了微型桩变形破坏机理,提出了滑坡防治微型桩工程应用优化设计方法,在汶川地震重建区大型滑坡防治工程中推广应用,系统提升了我国滑坡灾害应急快速抢险技术水平。

  四是开展滑坡灾害风险管理研究,建立基于滑坡变形破坏机理的风险评价方法,提出灾害风险评估指标体系;提出突发性滑坡灾害活动强度评价基本框架和利用灾害最大面密度作为衡量区域地质灾害活动强度指数的测量方法;提出地质灾害活动强度指数划分标准,建立群发性灾害活动强度指数划分及不同地区地质灾害活动强度对比分析方法,为地震灾区和区域型暴雨灾区提供了科学的评价标准。

  五是建立滑坡减灾防治支撑技术示范,研究台风区域暴雨型、高山局地暴雨型滑坡形成机理,建立区域性滑坡灾害预警示范区,开展光纤传感器等新型技术研究,建成自动监测、远程传输、实时发布的现代化监测网络,为开展多尺度地质灾害预警预报提供了支撑技术。在全国推广应用15万套监测仪器,使2万多处地质灾害隐患点实现了有专业技术支撑的早期监测预警,显著提升了我国地质灾害的防范能力。

  六是制定滑坡防治行业技术规范,支撑了我国滑坡灾害调查、勘查、设计与施工行业规范的制定,主编了滑坡灾害调查技术规范、滑坡防治工程勘查规范、滑坡防治工程设计与施工技术规范等,并制定了滑坡灾害风险评估技术指南。

  据了解,这些成果进一步发展了滑坡防灾理论和技术方法,被广泛应用到全国山区丘陵地质灾害调查与区划、地质灾害监测预警工程、重大地质灾害应急处置、三峡库区地质灾害防治与监测预警、汶川地震地质灾害应急调查与重建中,并被国际滑坡协会作为示范进行推广。该项目于2011年荣获国家科技进步二等奖。

  地灾监测预警技术方法创新亮点多

  作为地质灾害防治四大体系之一的地质灾害监测预警,既是地质灾害防灾减灾的重要手段,也是地质灾害调查评价、防治工程和应急处置体系建设的有力支撑。通过“十二五”期间地质灾害监测预警项目的实施,初步建立了地质灾害专业监测技术方法体系,研发了系列相关仪器,开发了适用于不同尺度的预警系统,建立了地质灾害监测预警平台,并在地质灾害预警中广泛应用。同时,通过在滑坡泥石流监测预警中的应用,对自主研发的传感器网络芯片和新型传感器组建进行功能验证和可靠性测试,为传感器和宽带无线通信产业化推广及大规模应用奠定了基础。(下转2版)(上接一版)

  一是研发了地质灾害监测预警传感器网络的关键技术与组网技术。利用最新的通信技术和传感器技术,开展了面向地质灾害监测预警的传感器网络研发和示范应用,完成了多媒体传感组网技术研究、多媒体网络通信设备研制、新型地质灾害传感器研制工作,成功研发出用于远距离传输的Zigbee模块、数据汇集网关、移动式应急TD-LTE基站,雨量计、泥位计、GPS监测仪、渗压计、测斜仪等多种移动通信和地质灾害专用传感器,开发了基于传感器网络的地质灾害管理系统,实现了地质灾害监测预警的实时性和智能化。

  二是针对地质灾害监测的实际需求,创新研发了多种地质灾害监测仪器及系统。以光纤传感技术为基础,研发完成适用于地质灾害野外监测应用的系列光栅监测解调仪,可实现便携、远程、无线、自动无人值守监测;创新光栅传感器研发工艺,系列地质灾害监测专业传感器测量精度高,抗干扰能力强;优化升级分布式光纤应变监测系统,实现仪器小型化、实时化;优化地质灾害光纤实时监测方法,采用光栅与分布式光纤联合监测技术,研发光栅传感器与监测体耦合装置及埋设工艺,将传感器、光栅传感器以神经网络的形式植入监测对象体内,实现地质灾害体点、线、面的大范围、长距离、高精度实时、在线监测。

  三是建立集调查监测、机理分析、预警预报于一体的区域地质灾害监测预警技术方法。通过我国典型地质灾害高发易发区地质灾害专业监测,研究“降雨-入渗-变形-破坏”的成灾模式,提出了区域预警雨量阀值,开展了地质灾害风险评价,开发完成地质灾害监测预警系统平台并示范应用,有力支撑了各示范区地质灾害防灾减灾工作。

  四是建立了全国地质灾害气象预警系统,优化了区域地质灾害预警理论体系,逐步完善地质灾害预警模型方法,陆续启动重点区精细化预警方法研究。

  五是开发了基于互联网和三维GIS地理信息的地质灾害监测预警系统平台并在典型区域成功应用,实现了“一张图”管理的综合信息云平台,实现了地质灾害调查、群测群防、专业监测、专业监测预警、气象预警、人文经济、应急指挥的信息方便查询及浏览、调查预警产品的可视化和预警信息的及时发布。

  据悉,基于传感器网络和远程监测技术的地质灾害监测预警系统在汶川、芦山地质灾区的相关地区进行了安装和示范应用。建立了包括30个省(自治区、直辖市)323个市(州、地、盟)1880个县(市、区)的地质灾害气象预警体系,在基层地质灾害防治中发挥了“消息树”和“发令枪”作用。

  地质灾害防治技术方法研究与应用效果明显

  开展地质灾害防治技术研究,降低地质灾害对人民群众生命财产的威胁,日益得到各级政府和人民群众的高度重视和认可,也是科研部门主攻的方向之一。“十二五”期间,中国地质调查局成都探矿工艺所紧密围绕国家重大地质灾害防治工程及突发地质灾害防治工作的需求,通过开展地质灾害防治技术的研发、示范和推广,为地质灾害防治提供技术可靠、经济合理的新方法,为重大突发地质灾害提供快速有效的应急处置手段。

  一是开展滑坡快速防治技术研究,建立了快速施工设备、快速钻进技术、快速锚固/支挡技术、快速排水技术等滑坡快速防治成套技术体系。自主研发的GDZ-300L型履带式全液压多功能钻机,可实现滑坡应急治理快速施工;空气浅孔锤跟管钻进快速成孔施工技术,解决了滑坡滑带快速取芯问题,是松散破碎地层取芯钻进技术的重大创新;形成了微型组合抗滑桩快速加固技术、土工合成挡墙快速加固技术、滑带注浆加固技术等多项滑坡快速支挡技术;通过川东地区缓倾顺层基岩滑坡快速排水技术研究,开展了空心桩复合排水技术和裂隙虹吸排水技术研究。研究的快速锚固成套技术体系,实现了从锚索制作、锚墩设置、格构张拉及锁定,大幅度缩短了锚固工程施工时间,为地质灾害应急抢险工程节省了宝贵时间。

  二是开展泥石流防治工程结构及设计方法优化,建立基于适宜性的重大泥石流灾害防治技术体系,有效解决了现有防治工程针对性较弱、防灾效益较差的问题,为西南山区重大泥石流灾害防灾减灾提供了技术支撑。

  三是建立了重大地质灾害防治工程综合监测技术体系,实现了地质灾害防治工程勘查、施工及运行期全过程监测。研发的滑坡深部大位移柔性监测系统、滑坡体多参数自动化监测系统、含水量及推力动态预警系统等对多个产品,形成了地质灾害防治工程系列化、专业化的监测体系,分别应用于四川、云南、甘肃及三峡库区等地的地质灾害防治工程,实现了地质灾害防治工程勘查、施工及运行期全过程监测。

  据中国地质调查局成都探矿工艺研究所所长胡时友介绍,滑坡快速防治成套技术体系成功应用与重庆市武隆特大滑坡应急救援、西藏昌都县俄洛镇加林村滑坡勘查工程等项目;滑坡应急治理微型组合抗滑桩技术在中石油西南油气分公司的多个滑坡防治工程中得到应用;地质灾害防治工程综合监测技术体系在多个大型滑坡中得到应用并已运行多年,并成功对三峡库区黄莲树滑坡和曾家棚滑坡进行了预报。快速锚固技术、泥石流灾害防治优化设计技术等也在多项滑坡治理和防治工程勘查设计中得到应用。

  “地质灾害防治技术的研发与应用,对地方地质灾害的减灾防灾工作起到了重要作用,促进和完善了我国的地质灾害防治技术,为国家地质灾害防治工作提供了重要的技术支撑。”胡时友说,研发的一系列地质灾害防治技术方法在多个地质灾害防治工程得到成功应用,解决了威胁人民群众生命财产的实际问题,尤其在突发地质灾害应急抢险过程中发挥了重要作用,为工程抢险赢得了宝贵时间,获得了地方政府和工程单位的一致好评,取得了良好的社会效益和经济效益。

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