关于滑坡预测预报方法的思考

杨志法等: 关于滑坡预 测预报方法的思考
如果从方法论角度看, 滑坡预测预报的方法和 其他现象的预测预报方法一样, 基本上都可以分为 3 大类: 以内因分析为主的方法、以外因分析为主的 方法和以监测为主的方法。对于前两种方法, 当然 需要遵守内因是依据, 外因是通过内因起作用这一 辨证唯物论基本原则的。按照这一预测预报方法分 类, 并通过对以往相关研究论文的分析, 可以指出以 下3 点:
图 1 滑坡预测预报方法 Fig . 1 Methods of prediction or forecast of landslides
( 3) 以外因( 主要是降雨) 分析为主的方法很有 发展前景, 但还需加强理论和方法的研究。一般而 言, 发生滑坡的外因在理论上应包括降雨、地震和人 工开挖等因素( 图 1) 。但地震与滑坡相比, 其发生 概率很小; 而且其预报也远比滑坡预报困难, 所以基 于以地震为主的外因分析的滑坡预测预报方法虽然
在理论上说得通, 但其实用价值并不大。至于以开 挖为主的外因分析, 虽然开挖是人为的, 其发生时间 可定得很准, 但考虑到人工开挖引起的滑坡除了与 开挖方式和技术有关外, 还往往容易在降雨情况下 发生。因此在图 1 所列的以外因分析为主的滑坡预 测预报方法中, 主要将集中讨论降雨问题。简言之, 本文所讨论的外因主要集中于降雨上。事实上, 降 雨与滑坡的关系一直受到人们的关注, 并已取得若 干重要成果。引人注目的成功者可举香港的滑坡预 测预报。他们抓住香港的暴雨和滑坡都集中在暴雨
从这一著名的例子看, 预测预报鸡蛋何时变成 小鸡, 至少有两条都符合唯物辨证法的途径: 第一, 通过对在适当温度条件下鸡蛋而不是石头产生的一 系列生化反应变化 来预报小鸡何 时出世。毫 无疑 问, 这里在充分考虑鸡蛋内因变化的同时, 也很好地 考虑了适当温度这一外因条件; 第二, 仅通过对温度 的适当控制来预报小鸡何时问世。显然, 这里所采 用的适当温度这一外因条件是通过鸡蛋所发生的一 系列生化反应这一内因起作用的。当然, 这两个途 径都可以借助于灯光监测鸡蛋当前所处的状态及其 变化过程。
THOUGHTS ON THE PREDICTION OR FORECAST OF LANDSLIDES
YANG Zhifa CHEN Jian
( I nstitute of Geology and Geophysics , Chinese Academy of Sciences , Beijing 100029)
力学分析( 包括极限平衡分析和数值分析) ; 有条件 时还建立了相关监测系统进行监测等。虽然, 在以 内因研究为主的预测预报中不乏成功者, 但总的看 来, 预测预报的成功率并不高。一般而言, 以内因研 究为主的预测预报的工作量通常都很大。
( 2) 以监测为主的方法的预测效果较好, 但不易 实现。如图 1 所示, 以边坡位移监测数据为主的滑 坡预测预报的具体方法较多。工程实践表明, 它的 预测预报的效果通常较好[ 2- 4] 。但作为这一预测预 报方法的基础至少要满足以下 3 个条件, 实属不易: 第一、具有监测技术条件和足够的经费支持, 以建立 起一个具有快速反馈功能的高效监测系统; 第二、具 有快速分析能力; 第三、具有保护监测仪器设备的能 力。
/ 按照唯物辨证法的观点, 自然界的变化, 主要 是由于自然界内部矛盾的发展0。那么, 唯物辨证法 是否排除外部的原因呢? 并不排除。唯物辩证法认 为外因是变化的条件, 内因是变化的根据, 外因通过 内因而起作用。鸡蛋因得适当 的温度而变化 为鸡 仔, 但温度不能使石头变为鸡仔, 因为二者的根据是 不同的[ 10] 。0
期这两个特点, 建立起行之有效的预报系统, 使滑坡 预报取得成功[ 5~ 7] 。另一个是最近我国国土资源部 中国地调局与中国气象局国家气象中心联合开展地 质灾害( 包括滑坡) 气象预报预警工作。气象预报预 警工作将地质灾害预报等级分 为 5 级: 1 级为可能 性很小、2 级为可能性较小、3 级为可能性较大、4 级 为可能性大、5 级为可能 性很大。其中 3 级在预报 中为注意级; 4 级在预报中为预警级; 5 级在预报中 为警报级。北京市地质灾害预报预警工作也已正式 启动[ 8] ; 同时, 我国的贵州省在利用气象预报分析降 雨对地质灾害的影响这方面的工作已经取得了一些 成果[ 9] 。综上所述, 在以外因( 降雨) 分析为主的滑 坡预测预报方法研究方面已取得若干令人鼓舞的成 果, 这说明它是一种很有发展前景的方法, 但毕竟研 究时间较短, 应用的范围和实例也很少, 所以还需要 加强相关理论和方法的研究。本文的主要目的就是
Abstract As one of the top ten natural disasters, landslides have great impacts on the environment and on societ ies, and often cause vast economic losses and casualties. Many methods have been developed for the prediction or forecast of landslides; however, results are not very satisfactory. Two kinds of triggering factors are currently considered in prediction or forecast of landslides: natural and man- made. Under given geological and geomorphic condit ions, rainfall becomes a key natural factor. Based on philosophical thoughts on the prediction or forecast of landslides, the authors suggest that the method of 0weather- slope0 forecast, in which probability of occurrence of landslides was calculated based on the forecast of rainfall, be enhanced, . As expected, by integrat ing the 0weather slope0 forecast with the monitoring of landslides, the resulting method could improve the accuracy of prediction or forecast of landslides. Key words Landslides, Rainfall, Prediction or forecast , Philosophic thoughts
同理, 在 滑坡预测预报方 面, 也有 两条途径 可 走: 第一, 在充分考虑降雨、开挖条件的同时, 通过野 外调查和评价、数值计算与模拟、物理模型试验等方 法研究边坡的地质条件、物理化学条件和力学性质, 即通过精心研究边坡内在发生的物理、化学和力学
等变化来预报何时发生滑坡( 包括不发生滑坡的可 能性) 的问题。由于这一预测预报途径复杂而困难, 所以往往要求加强监测, 以增加预测预报的准确度。 第二, 在充分考虑边坡的地质条件、物理化学和力学 性质等内在因 素以及人工开挖这一外 在因素的同 时, 精心研究降雨变化规律、雨水入渗时间及其可能 发生的各种变化等以预报何时发生滑坡( 也包括不 发生滑坡的可能性) 的问题。应该可以说, 上述这两 条滑坡预测预报途径都是符合唯物辩证法的。为论 述方便, 并考虑到预测预报方法的特点, 作者将第二 条途径简称之为/ 由天预报地0方法。由于降雨本身 预报不仅在准确度比滑坡预报的准确度高得多, 而 且预报方 法也简 单得 多( 主要 借助于 天气预 报成 果) , 所以总体上, 第二条滑坡预报途径比上述第一 条途径相对简单, 也较易实现。但是/ 由天预报地0 方法的实现并非简单到将滑坡预报全部交给气象学 家就能完成这一程度。如上所述, 要完成第二条预 测预报途径, 即采用由外因( 降雨) 预报滑坡方法的 预报, 不仅需要了解何时降雨、降多大的雨等气象问 题, 而且还必须考虑降雨后雨水如何渗入、何时完全 入渗、入渗后将产生什么变化以及边坡何时产生各 种变形破坏结果( 包括滑坡) 等问题。所以, 以工程 地质专家与气象专家相结合, 将推进滑坡预测预报 工作的发展。总之, 以前关注较少的/ 由天预报地0 的滑坡预测预报方法, 不仅可以在哲学上找到依据, 而且在实践中也是完全可行的。
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Jour nal of Engineering Geology 工程地质学报 2004 12( 2)
从有关内因与外因关系的哲学思考、概率表达入手, 提出以暴雨预报结果来推测滑坡发生的概率方法, 即/ 由天预报地0的方法。
2 由外因( 降雨) 预测预报滑坡的哲 学依据
由外因( 降雨) 预测预报法, 即/ 由天预报地0 方 法, 主要立足于外因变化这一点。为了论证它有无 应用前景, 需要寻找哲学上的支持。
通过这两种途径的对比, 可以发现如果仅以小 鸡问世时间的预报为目的, 则前一途径复杂得多, 困 难得多, 而后一途径则简单得多, 容易得多。
作者从毛泽东的另一段话得到了更直 接的教 益: / 炸弹在未爆炸的时候, 是矛盾物因一定条件共 居于一个统一体中的时候。待至新的条件( 发火) 出 现, 才发生了爆炸。自然界中一切到了最后要采取 外部冲突形式去解决旧矛盾产生新事物的现象, 都 有与此相仿佛的情形。0[ 10] 作者体会到, 要 预测预 报爆炸的时刻, 毋需从炸弹内部的化学变化开始研 究, 只要从发火( 即外因变化) 这一时刻就可以预报 了。这一结论显然可以得到哲学上的支持。
1004-9665/ 2004/ 12( 02)- 0118- 06 Journal of Engineering Geology 工程地质学报
关于滑坡预测预报方法的思考X
杨志法 陈 剑
( 中国科学院地质与地球物理研究所 北京 100029)
摘 要 滑坡是世界上十大自然灾害之一, 容易造成极 大的经济损失和人员伤 亡, 对社 会危害很 大。目前有关 它的预测预 报 的效果还不甚理想。滑坡灾害的诱发因素包括自然因素和人为因素, 而人为因素主 要与人类工 程活动有 关; 在 一定的地质 地 形条件下, 自然诱发因素则主要是降雨, 特别是暴雨。通过对滑坡预测预报方法 的哲学思考 , 作者 认为今后 应该加强/ 由天 预 报地0 , 即以降雨预报 结果来推测区域滑坡发生的概率 方法的 研究。将该 方法与 单点滑 坡的监 测预报 法结合 起来, 可望进 一 步提高滑坡预测预报的水平。 关键词 滑坡 降雨 预测预报 哲学思考 中图分类号: P642. 22 文献标识码: A
X 收稿日期: 2003- 09- 29; 收到修改稿日期: 2003- 11- 23. 基金项目: 国家重点基础研究( 973) 项目( 编号: 2002CB412701) 和中国科学院知识创新工程重要方向项目( 编号: K JCX2- SW- 134) 资助. 第一作者简介: 杨志法( 1944- ) , 男, 研究员, 主要从事岩石力学、地质工程. Email: egml @ mail. igcas. ac. cn
( 1) 以内因分析为主的论文为多, 但预测预报效 果不很理想。有关滑坡预测预报中的大多数成果都 是以内因研究为主的。其共同特点都是将研究重心 放在内因的研究上: 通常先进行详细的现场工程地 质调查, 建立地质模型; 再取样在实验室或在现场进 行力学试验, 进一步建立力学模型; 然后, 进行各种
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1 引言
滑坡是世界上十大自 然灾害之一。据有关 统 计, 仅在我国, 包括崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害造 成的直接经济损失每年可达 20~ 30 亿元[ 1] 。随着 人类活动, 尤其是人类工程活动范围和规模的不断 扩大, 滑坡发生的次数和可能性有增加的趋势, 给社
会带来的危害性也在增大。然而, 关于滑坡预测预 报的应用研究目前在国际上仍然是一个难题。近年 来, 滑坡的预测预报问题一直是国内外工程地质和 岩石力学等各 个学科领域的专家和学 者关注的热 点。如何对滑坡进行预测预报是滑坡防灾减灾的关 键环节, 只有以足够的精度, 成功地预测预报出滑坡 的发生时间、规模和发展趋势等, 才能真正达到防灾 减灾的目的。