美国地质灾害防治现状综述_刘东燕

图 5 美国地调局用于培训民众的漫画图 Fig． 5 The cartoon used by USGS for the public training
为了对地质灾害行为以及其诱发因素有着更为 深入的了解，研究中 心 的 科 学 家 们 在 科 罗 拉 多 州、华 盛顿州、俄勒冈州、加 利 福 尼 亚 州 等 地 方 设 置 了 一 些 监测站，用于实时监 测 地 灾 发 展 状 况，部 分 监 测 数 据
收 稿 日 期 ：2011 -01 -17 ；修 订 日 期 ：2011 -04 -20 作者简介：刘东燕（1959-） ，男，教授，博 士 生 导 师，主 要 从 事 地
图 2 强度 － 持时阀值 Fig． 2 Intensity-duration threshold
（ 雨量、持时 等 ） 、监 测 地 段 地 表 变 化 情 况、地 表 下 岩 土体压力 （ 土 压 力、孔 隙 水 压 力 ） 情 况 数 据。 如 图 3 所示（ 取自 USGS 官方网站） 。部件 2 为地表状况监 测 器 ，该 监 测 器 能 探 测 泥 石 流 逐 渐 发 展 并 通 过 监 测 区 域时的地表变动情况；部件 3 为埋入土中的压力监测 仪，其中的 压 力 板 可 监 测 地 表 岩 土 体 的 压 力 变 化 状 况，所能 达 到 的 监 测 范 围 为 5 ～ 4500kg，与 其 相 邻 的 仪器用于监测孔隙水压力的变化；所有监测部件均以 2 秒（雨季）或 2 分钟（非雨季） 一次的频率将所采集 到 的 数 据 发 送 给 数 据 采 集 终 端 ，数 据 采 集 终 端 再 每 隔 5 分钟发送一次数据到附近的中继站。研究人员会 对采集到 的 基 础 数 据 进 行 研 究，以 了 解 泥 石 流 的 形 成、规模大小和运动 特 点，以 及 诱 发 泥 石 流 的 水 文 地 质 和 工 程 地 质 因 素 ，进 而 对 不 同 地 区 设 置 不 同 的 预 警 条件。
作 人 员 还 履 行 其 他 方 面 的 职 责 ，如 当 地 交 通 部 门 进 行 联动，指导地灾发生 地 区 的 车 辆 通 行；定 期 制 作 宣 讲 材 料 ，对 地 灾 多 发 地 区 的 民 众 进 行 地 灾 发 生 特 点 认 知 与逃生技能的培训等（ 图 5） 。另外，作为掌握 了先进 技 术 的 机 构 ，滑 坡 灾 害 研 究 中 心 还 与 很 多 工 程 建 设 部 门进行合作，如对横贯美国东西部的 I70 州际公路进 行 养 护 的 部 门 ，就 由 该 中 心 提 供 技 术 支 持 。
1 美国的地灾职能部门
很 多 国 家 和 地 区 都 有 专 门 设 立 的 职 能 机 构 ，用 来 处理地质灾害相关事宜。如我国的中国地质调查局， 香港特别行政区的土木工程署以及位于美国科罗拉 多州大丹佛地区的美国地质调查局（ USGS） 滑坡灾害 研究中心。因所获得的支持以及所面临的情况有所 不 同 ，故 各 个 地 区 的 地 灾 防 治 机 构 有 其 自 身 的 工 作 特 色。 1. 1 USGS 滑坡灾害研究中心介绍
图 3 泥石流监测仪 Fig． 3 Apparatus for debris-flow monitoring
第2期
刘 东 燕 ，等 ：美 国 地 质 灾 害 防 治 现 状 综 述
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尽 管 研 究 目 的 有 所 不 同 ，但 各 个 监 测 站 都 采 用 同 一样式的工作程序：监 测 地 点 处 埋 设 测 量 传 感 器，不 同 传 感 器 的 接 线 都 将 汇 集 到 一 起 ，然 后 与 数 据 采 集 终 端相接；因野外难以 获 得 电 力，故 所 使 用 的 数 据 采 集 终端由大容量电池（部分地区采用太阳能供电） 来提 供能量，通常情况下，6 个月更换 一 次 电 池；终 端 定 时 通 过 无 限 信 号 的 形 式 ，将 获 得 的 监 测 数 据 发 送 给 设 立 在附近的中继站；中继站继续通过无限信号的形式， 将数据 发 送 给 USGS 的 数 据 接 收 处 理 中 心； 继 而，该 中心通过有线网络将数据传送到相关人员的个人电 脑上，大致流程如图 4 所示［6］。这样的工作流程科技 含量高，方便而快捷，为 地 灾 的 预 警 工 作 提 供 了 及 时 有 力 的 保 障 。 虽 然 前 期 的 设 备 资 金 投 入 较 大 ，但 可 使 用期限久，自动化的 办 公 形 式 大 大 降 低 了 人 工 成 本， 维护费用也偏低，并 可 通 过 该 传 输 系 统，与 相 关 部 门 进行联动和数据共享。
（1. 重庆大学 土木工程学院，重庆 400045；2. 山地城镇建设与新技术教育部重点实验室（ 重庆大学） ，重庆 400045； 3. 美国科罗拉多矿业大学，美国 Golden 80401；4. 中石化石油勘探开发研究院，北京 100083）
摘要：地质灾害的防治研究受到世界各国的 广 泛 重 视，本 文 从 地 灾 防 治 基 础 理 论、职 能 部 门 工 作 方 式 入 手，对 美 国 科
质灾害、地下空间开发与利用等方 面 的 研 究 和 教 学 工作。 E-mail： liudy@ cqu． edu． cn
中国地质灾害与防治学报
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ZHONGGUO DIZHIZAIHAI YU FANGZHI XUEBAO
2011 年
会 实 时 公 布 在 该 中 心 的 官 方 网 站 上 ，并 对 不 同 的 监 测 站设置不同的研究目标。如与华盛顿州西雅图市政 府 等 相 关 部 门 合 作 ，共 同 绘 制 完 成 了 该 市 的 地 质 灾 害 风 险 图 ，并 选 定 靠 近 海 岸 的 几 处 陡 坡 进 行 监 测 。 该 地 区 地 形 陡 峭 ，且 冬 季 潮 湿 多 雨 ，恶 劣 的 气 候 、地 质 条 件 往 往 会 诱 发 很 多 浅 层 滑 坡 。 对 于 此 监 测 点 ，科 研 人 员 把研究重点放在降雨对边坡浅层土体所造成的影响 上，主要搜集当地的 地 质 条 件、水 文 条 件 以 及 降 雨 情 况（ 累积降 雨 量、降 雨 强 度、持 时 等 ） ，所 得 信 息 会 以 图表的 形 式 实 时 发 布 在 USGS 官 方 网 站 上。 在 对 1933 ～ 1997 年时间段内的降雨情况以及诱发的滑坡 产 生 的 情 况 进 行 综 合 分 析 后 ，提 出 了 适 用 于 该 地 区 滑 坡预 警 的 两 种 参 考 标 准［5］：1. 以 两 个 相 邻 但 天 数 不 同的时段内的累计降雨量为预警参考（ 图 1 ） ，也即分 别以连续的 15d 以及与其紧接着的 3d 为两个相连的 时 间 段 ，若 这 两 个 时 间 段 内 的 累 计 降 雨 量 之 间 的 关 系 超过一定的阀值，则 认 为 有 发 生 滑 坡 的 可 能，经 过 数 次修正，该预警标准的准 确 性 已 经 提 高 到 10% 左 右； 2. 以降雨强 度 和 降 雨 持 时 为 预 警 参 考 （ 图 2 ） ，即 设 立 降 雨 强 度 与 持 时 之 间 的 关 系 阀 值 ，若 某 次 降 雨 的 强 度和相应的持时之间的关系形式超越了该地区的预 警 阀 值 ，则 认 为 有 滑 坡 的 可 能 性 ，经 过 数 次 修 正 ，该 预 警标准的准确 性 也 提 高 到 了 30% 到 70% 。 当 然，预 警的可信度，还与对 边 坡 土 体 的 含 水 量、基 质 吸 力 等 参 数 的 了 解 程 度 息 息 相 关 ，这 些 参 数 也 同 时 由 监 测 仪 器得到。
究人员提供一定的参考。
关键词：地质灾害； 美国地调局； 非饱和土； 踏勘
文 章 编 号 ：1003 -8035 （ 2011 ） 02 -0119 -06
中 图 分 类 号 ：X43
文献标识码：A
0 引言
以 滑 坡 、泥 石 流 为 主 的 地 质 灾 害 是 困 扰 世 界 上 大 多数国家的一个持久性问题。我国也是地质灾害频 发的国家，灾 害 类 型 多、分 布 范 围 广［1 － 2］。 据 不 完 全 统计，近年来，除地震 外 的 各 类 地 质 灾 害 平 均 每 年 造 成 1000 多 人 死 亡、经 济 财 产 损 失 上 百 亿 元［3］。 因 此，很多国家和地区 都 投 入 了 大 量 的 人 力 与 资 金，对 地 质 灾 害 的 防 治 进 行 研 究 。 本 文 作 者 将 就 在 中 、美 两 国从事地质灾害研 究、学 术 交 流、留 学 期 间 所 获 得 的 各 类 信 息 进 行 总 结 ，对 美 国 的 地 质 灾 害 防 治 现 状 做 一 初 步 的 综 述 ，以 期 为 相 关 领 域 研 究 人 员 提 供 一 定 的 参 考。
研界的非饱和土理论最新研究进展、美国Leabharlann Baidu质调查局（ USGS） 地质灾害防治中心的日常工作形式进行了较为全面的阐
述。除此之外，还结合作者自身参与的滑坡灾害调研活动，对美国 科 研 人 员 的 野 外 基 本 工 作 方 法 、野 外 工 作 的 最 主 要
目的进行了描述。在此基础上，还对中美两 国 地 灾 防 治 现 状 进 行 了 简 要 对 比 ，本 文 所 阐 述 的 内 容 可 为 相 关 领 域 的 研
美国地质调查局（ USGS） 滑坡灾害研究中心成立 于 20 世 纪 70 年 代，是 美 国 研 究 以 滑 坡、泥 石 流 为 代 表的地质灾害的最高政府机构。经过几十年的发展， 该中心已经成为世界一流的地灾防治研究机构。从 最 初 成 立 时 主 要 进 行 地 质 灾 害 调 研 活 动 ，到 如 今 的 灾
在地质灾害的防（预防） 与治（ 治理） 两个方面， 不同的相关人员有着不同的侧重点。有侧重于灾前 监测预防的，有侧重 于 灾 后 分 区 治 理 的，也 有 把 两 者 置于同等重要位置的。对于 USGS 而言，他们 把 大 量 的资源投入到灾害发生前的预警工作中。设计一个 有 效 的 运 行 系 统 ，预 测 地 灾 并 发 布 灾 害 警 报 有 着 非 常 好的前景。基于此，USGS 与 美 国 国 家 海 洋 和 大 气 局 （ NOAA） 合作，共 同 开 发 了 以 滑 坡、泥 石 流 为 主 的 预 警 系 统［4］ 。
第 22 卷 第 2 期 2011 年 6 月
中国地质灾害与防治学报 The Chinese Journal of Geological Hazard and Control
美国地质灾害防治现状综述
Vol． 22 No． 2 Jun． 2011
刘东燕1，2 ，侯 龙1，3 ，伍川生1 ，雷 闪3，4 ，关 森3
图 1 累积降雨量阀值 Fig． 1 Cumulative precipitation threshold
位于科罗拉多 州 Chalk 悬 崖 区 和 Florida 河 谷 区 的监测站则主要用于监测泥石流的发展与发生。这 两 个 地 区 属 于 泥 石 流 多 发 地 段 ，对 于 在 区 内 设 置 的 监 测 站 ，科 研 人 员 主 要 用 其 来 收 集 当 地 的 降 雨 特 征 数 据
害预警、评估以及数 据 库 构 建 的 全 方 位 工 作 形 式，该 研究中心的工作方向不断地向纵深推进。他们目前 的 主 要 工 作 目 标 ，就 是 构 建 准 确 的 、可 实 时 更 新 的 ，以 滑坡、泥石流为代表 的 灾 害 风 险 图，并 对 即 将 发 生 的 灾害进行预警。他们把工作重心放在 5 个方面上：滑 坡 、泥 石 流 所 可 能 发 生 的 时 间 与 地 点 ；规 模 会 是 多 少 ； 运 动的特点 ；所影 响 到 的 区 域 有 多 大 ； 特 定 地 点 处 滑 坡 、泥 石 流 产 生 的 概 率 。 1. 2 主要工作方式