1、地质灾害防治领域重大科学地质灾害防治领域重大科学问题研讨会问题研讨会 成都理工大学成都理工大学地质灾害防治与环境保护国家专业实验室地质灾害防治与环境保护国家专业实验室报告人：许报告人：许 强强 近年来，成都理工大学地质灾害防近年来，成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家专业实验室在国治与地质环境保护国家专业实验室在国土资源部国际合作与科技司、地质环境土资源部国际合作与科技司、地质环境司以及三峡库区地质灾害防治工作指挥司以及三峡库区地质灾害防治工作指挥部的大力支持下，与中国地质环境监测部的大力支持下，与中国地质环境监测院合作，在院合作，在区域地质灾害危险性评价区域地质灾害危险性评价、地质灾害
2、预警预报地质灾害预警预报及及信息系统开发信息系统开发方面方面作了大量工作。本报告为其部分研究成作了大量工作。本报告为其部分研究成果。果。2.1 地质灾害空间预测预警技术路线研究研究区工区工程地程地质环质环境条境条件件地层岩性地层岩性地形地貌地形地貌地质构造地质构造坡体结构坡体结构植被条件植被条件水文地质水文地质变形情况变形情况人类活动人类活动指指标标量量化化指标体系指标体系规则规则模型模型危危险险性性分分区区气气象象预预警警降降雨雨2.2 地质灾害空间预测预警所应解决的关键技术问题如何科学合理地采集与管理工程地质环境条件如何科学合理地采集与管理工程地质环境条件信息？信息？地质灾害预测评价指标体
3、系？地质灾害预测评价指标体系？ (1) 如何针对不同地区如何针对不同地区(如西南部山区、东部低山丘陵、如西南部山区、东部低山丘陵、西北黄土等西北黄土等)、不同灾种、不同灾种(如崩、滑、流、塌、裂、沉如崩、滑、流、塌、裂、沉)确确定区域地质灾害危险性评价指标？定区域地质灾害危险性评价指标？ (2) 如何对评价指标进行量化？如何对评价指标进行量化？采用何种手段和数学模型实现地质灾害危险性采用何种手段和数学模型实现地质灾害危险性分区？分区？降雨型滑坡的成因机理？降雨型滑坡的成因机理？不同地区、不同灾种不同地区、不同灾种(滑坡、泥石流滑坡、泥石流)诱发群发性诱发群发性灾害的灾害的临界降雨量临界降雨量(
4、降雨与群发性灾害的相关关降雨与群发性灾害的相关关系系)？如何实现气象预报资料与地质灾害危险性区划如何实现气象预报资料与地质灾害危险性区划资料的无缝连接？资料的无缝连接？如何实现地质灾害预测预警的自动化、快速化？如何实现地质灾害预测预警的自动化、快速化？(地质灾害空间预测预警系统的研究与开发地质灾害空间预测预警系统的研究与开发)2.2 地质灾害空间预测预警所应解决的关键技术问题2.3.1 2.3.1 多源地学信息管理系统的研制与开发多源地学信息管理系统的研制与开发 2.3 我们的研究成果 地质灾害的发生与否，受其所处的工程地质环境条件地质灾害的发生与否，受其所处的工程地质环境条件的影响的影响，如
5、地形、岩性、地质构造、岸坡结构、降雨、，如地形、岩性、地质构造、岸坡结构、降雨、地震、河流地质作用、人类工程活动等。地震、河流地质作用、人类工程活动等。进行地质灾害进行地质灾害评价和预测首先要获得与控制地质灾害有关的各种内外评价和预测首先要获得与控制地质灾害有关的各种内外因素的空间分布。因素的空间分布。同时，地质灾害评价预测还应考虑人同时，地质灾害评价预测还应考虑人类工程活动类工程活动( (行政区划、人口分布、经济结构、交通、城行政区划、人口分布、经济结构、交通、城镇分布与规划镇分布与规划) )以及气象因素以及气象因素( (尤其是降雨量分布尤其是降雨量分布) )等外在等外在因素的影响。因素的影
6、响。 在在GISGIS技术支撑下，建立工程地质环境条件的空间和技术支撑下，建立工程地质环境条件的空间和属性数据库，对上述各基本控制因素和外在诱发因素进属性数据库，对上述各基本控制因素和外在诱发因素进行系统的采集和科学合理地管理，我们将之称为行系统的采集和科学合理地管理，我们将之称为多源地多源地学信息管理系统学信息管理系统。图形数据库管理属性数据库管理专业数据处理图形数据处理输出表格输出图形数据采集、表输入地理底图输入数字化、矢量化、GPS、全站仪手工输入属性、其它数据源屏幕输出打印制版其它格式输出图形编辑图库管理空间分析图形整饰属性修改属性库管理属性分析专业分析查询操作报表管理2.3 我们的研
7、究成果2.3.1 2.3.1 多源地学信息管理系统的研制与开发多源地学信息管理系统的研制与开发评价因素专题评价因素专题地图、遥感图地图、遥感图地理底图地理底图各种类型属各种类型属性数据性数据扫描仪扫描仪数字化仪数字化仪图形数据库图形数据库属性数据库属性数据库输出输出数据采集流程图数据采集流程图2.3.1 2.3.1 多源地学信息管理系统的研制与开发多源地学信息管理系统的研制与开发空间数据库空间数据库图形文件图形文件数据库数据库图层定义图层定义图层编辑图层编辑查询检索查询检索数据转换数据转换属性表定义属性表定义属性表编辑属性表编辑查询检索查询检索数据输出数据输出分分 析析 空间数据库管理空间数据
8、库管理2.3.1 2.3.1 多源地学信息管理系统的研制与开发多源地学信息管理系统的研制与开发 地理信息系统的核心是具有很强的空间分析功能，也是区别地理信息系统的核心是具有很强的空间分析功能，也是区别于计算机地图制图系统的显著特征之一。于计算机地图制图系统的显著特征之一。1. 空间叠加分析空间叠加分析kx2叠加叠加),(21nXXXfY 图层图层1 1图层图层2 2图层图层i iikxkx12.3.1 2.3.1 多源地学信息管理系统的研制与开发多源地学信息管理系统的研制与开发 空间分析空间分析 2. 数字高程模型分析数字高程模型分析: 数字高程模型数字高程模型（Digital Elevati
9、on Model，简称，简称DEM）是对地理空间起伏连续变是对地理空间起伏连续变化的数字表示形式，用来描述空间中第三维坐标化的数字表示形式，用来描述空间中第三维坐标高程。高程。 3. 数字地形分析数字地形分析: 在在GHGIS中，数字地形分析主要中，数字地形分析主要是用于坡度、坡向计算。是用于坡度、坡向计算。 4. 三维模型分析三维模型分析: 地形等高线图虽然可以定量地描地形等高线图虽然可以定量地描述地面起伏变化，但在视觉感应和信息分析上尚有欠缺。述地面起伏变化，但在视觉感应和信息分析上尚有欠缺。而这些关系在三维视图上可以更直观、形象、逼真地观而这些关系在三维视图上可以更直观、形象、逼真地观察
10、到。察到。 空间分析空间分析2.3.1 2.3.1 多源地学信息管理系统的研制与开发多源地学信息管理系统的研制与开发2.3.1 2.3.1 多源地学信息管理系统的研制与开发多源地学信息管理系统的研制与开发1. 1. 系统性和普适性原则系统性和普适性原则2. 2. 规范性和可比性原则规范性和可比性原则3. 3. 阶段性和精度适应性原则阶段性和精度适应性原则4. 4. 简明和可操作性原则简明和可操作性原则5. 5. 应针对不同典型地区和不同灾种分别建立的原则应针对不同典型地区和不同灾种分别建立的原则2.3.2.1 2.3.2.1 构建指标体系的原则构建指标体系的原则2.3.2 2.3.2 地质灾害
11、空间预测预警指标体系的建立地质灾害空间预测预警指标体系的建立 针对针对西南山区西南山区地质环境的特点，将评价的对象分为两大类地质环境的特点，将评价的对象分为两大类：一类：一类：是普通山区斜坡地质环境，简称是普通山区斜坡地质环境，简称普通斜坡环境普通斜坡环境；另一类：另一类：是已经产生了崩流滑地质灾害的斜坡地质环境，简称是已经产生了崩流滑地质灾害的斜坡地质环境，简称已有已有灾害斜坡环境灾害斜坡环境。 进一步，我们将与地质环境评价和地质灾害预测有关的指标进一步，我们将与地质环境评价和地质灾害预测有关的指标分为两大类，即：分为两大类，即： 基本因素：基本因素：指确定一个地区地质环境条件和地质灾害发生
12、背指确定一个地区地质环境条件和地质灾害发生背景的基本地质因素，如地形、地层岩性、地质构造、边坡或岸景的基本地质因素，如地形、地层岩性、地质构造、边坡或岸坡结构类型、水文地质条件、河流地质作用、已有地质灾害发坡结构类型、水文地质条件、河流地质作用、已有地质灾害发育分布状况等。育分布状况等。 诱发因素：诱发因素：指诱发（或触发）地质环境系统向不利方向演化指诱发（或触发）地质环境系统向不利方向演化甚至导致地质灾害发生的各种外动力和人类活动因素，如降雨甚至导致地质灾害发生的各种外动力和人类活动因素，如降雨、地震、开挖与堆填等。、地震、开挖与堆填等。2.3.2.22.3.2.2 构建评价指标体系的基本思
13、路构建评价指标体系的基本思路2.3.2 2.3.2 地质灾害空间预测预警指标体系的建立地质灾害空间预测预警指标体系的建立地形条件岩性特征地质构造岸坡结构人类活动基本因素基本因素诱发因素诱发因素气候条件地震因素水文地质历史活动记录基本因素基本因素地形特征滑面特征岩土体特征水文地质气候条件地震状况地面变形植被条件变形监测诱发因素诱发因素人类活动工程岩组岩石强度滑面倾角滑面形态滑面性状岸坡类型软弱地层弱面控制目目标标层层类类指指标标层层基础基础指标指标层层2.3.2.22.3.2.2 构建评价指标体系的基本思路构建评价指标体系的基本思路2.3.2 2.3.2 地质灾害空间预测预警指标体系的建立地质灾
14、害空间预测预警指标体系的建立2.3.2.32.3.2.3 评价指标体系建立评价指标体系建立表表 3-1 地地质质环环境境评评价价与与地地质质灾灾害害危危险险性性区区划划指指标标 评评 价价 标标 准准 （危危险险性性由由高高低低） 指指标标 大大类类 评评价价指指标标 重重度度危危险险 中中度度危危险险 轻轻度度危危险险 基基本本不不危危险险 坡坡度度 50 35-50 15-35 15 地地形形 条条件件 坡坡高高 松松散散体体 软软弱弱岩岩体体 中中等等坚坚硬硬岩岩体体 坚坚硬硬岩岩 工工程程岩岩组组 黄黄土土；松松散散堆堆积积物物：崩崩积积物物、坡坡积积物物、残残积积物物、冲冲积积物物；
15、风风化化碎碎裂裂岩岩；断断层层破破碎碎岩岩 含含煤煤岩岩系系与与煤煤层层、 铝铝土土层层； 含含盐盐 （石石膏膏、 岩岩盐盐）岩岩层层； 软软弱弱层层状状粘粘土土岩岩为为主主，砂砂泥泥岩岩互互层层、泥泥岩岩、 泥泥质质砂砂岩岩、 页页岩岩等等；薄薄层层灰灰岩岩、白白云云岩岩、泥泥灰灰岩岩，常常与与碎碎屑屑岩岩互互层层。 厚厚层层中中-细细砂砂岩岩、砂砂岩岩砾砾岩岩互互层层、粉粉砂砂岩岩、砾砾岩岩等等；中中-厚厚层层碳碳酸酸盐盐岩岩： 石石灰灰岩岩、 白白云云岩岩、白白云云质质灰灰岩岩、角角砾砾状状灰灰岩岩等等；具具明明显显喷喷发发旋旋回回或或间间断断的的流流纹纹岩岩、玄玄武武岩岩、火火山山集集
16、块块岩岩、凝凝灰灰质质砂砂、页页岩岩等等火火山山岩岩；石石英英片片岩岩、角角闪闪石石片片岩岩、千千枚枚岩岩等等变变质质岩岩 大大型型坚坚硬硬块块状状侵侵入入岩岩：花花岗岗岩岩、闪闪长长岩岩、辉辉长长岩岩、橄橄榄榄岩岩等等； 流流纹纹岩岩、 安安山山岩岩、 玄玄武武岩岩、凝凝灰灰角角砾砾岩岩等等火火成成岩岩体体。巨巨-厚厚层层中中-粗粗石石英英砂砂岩岩、 含含砾砾砂砂岩岩等等，巨巨-厚厚层层碳碳酸酸盐盐岩岩， 坚坚硬硬块块状状变变质质岩岩：大大理理岩岩、石石英英岩岩、蛇蛇纹纹岩岩、片片麻麻岩岩、混混合合岩岩等等 岩岩性性 岩岩石石强强度度 （单单轴轴饱饱和和抗抗压压强强度度 MPa） 80 结结
17、构构类类型型 （为为坡坡角角， 为为岩岩层层倾倾角角） 陡陡顺顺倾倾坡坡(75) 中中顺顺倾倾坡坡(20) 陡陡反反倾倾坡坡(,75) 中中反反倾倾坡坡(,20) 缓缓顺顺倾倾坡坡,20) 近近水水平平岸岸坡坡 斜斜交交坡坡 横横向向坡坡 软软弱弱地地层层 基基座座 夹夹层层 无无 坡坡体体 结结构构 软软弱弱面面控控制制程程度度 强强 一一般般 无无 平平均均位位移移速速率率 S 1S100mm/a 0.1S1mm/a 0.01S0.1mm/a 普普通通斜斜坡坡地地质质环环境境评评价价和和灾灾害害预预测测 基基本本因因素素 构构造造 条条件件 活活 断断裂裂 断断裂裂长长度度 100km 2
18、0100km 20cm520cm250mm150-250mm50-150mm200mm100200mm50100mm400mm300400mm100300mm99663500200-500100-2007550-7525-5050m高高度度 30-50m高高度度 10-20m高高度度35203520滑面倾向与前缘临空面滑面倾向与前缘临空面倾向倾向基本一致基本一致小角度斜交，小角度斜交，45地形地形特征特征沟谷切割程度沟谷切割程度已切穿滑床已切穿滑床接近滑床接近滑床未切至滑床未切至滑床滑动面平均倾角滑动面平均倾角25152515250mm150-250mm50-150mm200mm100200m
19、m50100mm400mm300400mm100300mm99663500200-500100-2007550-7525-5050m高度高度 30-50m高度高度 10-20m高度高度10m2.3.2.32.3.2.3 评价指标体系建立评价指标体系建立2.3.2 2.3.2 地质灾害空间预测预警指标体系的建立地质灾害空间预测预警指标体系的建立 评价指标评价指标 体系体系管理维护更新筛选提取系统管理界面用户界面评价指标体系实现方式评价指标体系实现方式2.3.2.42.3.2.4 评价指标的管理与分级评价指标的管理与分级2.3.2 2.3.2 地质灾害空间预测预警指标体系的建立地质灾害空间预测预警
20、指标体系的建立1专家经验法专家经验法2.3.2.5 2.3.2.5 评价指标的量化评价指标的量化 1)工工程程地地质质岩岩组组 评评价价指指标标基基础础数数据据评评价价标标准准危危险险性性取取值值厚厚层层碳碳酸酸岩岩，火火成成岩岩及及变变质质岩岩，块块状状体体结结构构坚坚硬硬岩岩体体不不危危险险1中中厚厚层层砂砂岩岩、泥泥岩岩，偶偶夹夹 1-3 层层不不连连续续软软弱弱夹夹层层，厚厚层层状状结结构构中中等等坚坚硬硬岩岩体体轻轻度度危危险险2薄薄层层状状或或互互层层状状软软硬硬岩岩，软软弱弱面面多多组组发发育育且且区区内内连连续续；碎碎块块状状软软弱弱岩岩体体较较重重危危险险3工工程程地地质质岩
21、岩组组散散体体状状岩岩性性组组合合松松散散体体重重度度危危险险4 2) 岸岸坡坡结结构构类类型型评评价价指指标标基基础础数数据据评评价价标标准准危危险险性性取取值值岩岩层层倾倾向向与与岸岸坡坡倾倾向向直直交交横横向向坡坡不不危危险险1岩岩层层倾倾向向与与岸岸坡坡倾倾向向斜斜交交斜斜交交坡坡 -1010近近水水平平岸岸坡坡轻轻度度危危险险2 , 10, 2075中中反反倾倾坡坡中中度度危危险险3, 2075中中顺顺倾倾坡坡75陡陡顺顺倾倾坡坡岸岸坡坡结结构构类类型型岩岩层层倾倾向向与与岸岸坡坡倾倾向向基基本本一一致致,75陡陡反反倾倾坡坡重重度度危危险险42.3.2 2.3.2 地质灾害空间预测
22、预警指标体系的建立地质灾害空间预测预警指标体系的建立 选取已知样本区，并认为该区危险性等级是已知的选取已知样本区，并认为该区危险性等级是已知的. 计算评计算评价指标的特征状态或基础数据（价指标的特征状态或基础数据（b）对区域危险性等级（）对区域危险性等级（A）的）的条件概率：条件概率： Pb|A=PbA/PA 如果当如果当P大于大于C，C一般取一般取0.50.9范围的某一数值，评价指范围的某一数值，评价指标的量标的量 化取值取为相应的危险性等级。例如：岸坡结构类型为化取值取为相应的危险性等级。例如：岸坡结构类型为近水平岸坡，其对该区轻度危险（在危险性等级为近水平岸坡，其对该区轻度危险（在危险性
23、等级为2的情况下）的情况下）的条件概率为的条件概率为0.8，假设，假设C=0.6，此时，岸坡结构类型指标的量化，此时，岸坡结构类型指标的量化值取为值取为2（与危险性等级相同）。此方法适用于对已知样本区研（与危险性等级相同）。此方法适用于对已知样本区研究程度较高，并具有一定的代表性的地区。究程度较高，并具有一定的代表性的地区。2 2统计分析法统计分析法2.3.2.5 2.3.2.5 评价指标的量化评价指标的量化2.3.2 2.3.2 地质灾害空间预测预警指标体系的建立地质灾害空间预测预警指标体系的建立3. 模糊隶属度取值模糊隶属度取值定量数据定量数据：采用隶属度函数进行隶属度取值。隶属度函数取采
24、用隶属度函数进行隶属度取值。隶属度函数取梯形函数，危险性等级为梯形函数，危险性等级为4级（级（1级为危险性最低，级为危险性最低，4级为危险性级为危险性最高）。最高）。1215 22 25 32 35100坡度（度）坡度（度）隶属度隶属度2.3.2.5 2.3.2.5 评价指标的量化评价指标的量化2.3.2 2.3.2 地质灾害空间预测预警指标体系的建立地质灾害空间预测预警指标体系的建立隶属度经验表隶属度经验表定性数据定性数据：2.3.2.5 2.3.2.5 评价指标的量化评价指标的量化2.3.2 2.3.2 地质灾害空间预测预警指标体系的建立地质灾害空间预测预警指标体系的建立1. 1. 地质经
25、验法或工程地质类比法地质经验法或工程地质类比法 这是最常用，也是最基本的指标筛选和优化方法。这是最常用，也是最基本的指标筛选和优化方法。2 2主成分分析法主成分分析法 主成分分析是在保证数据信息损失最小的前提下，经线性变换主成分分析是在保证数据信息损失最小的前提下，经线性变换和舍弃一小部分信息，获得少数新的综合变量，以取代原始采用和舍弃一小部分信息，获得少数新的综合变量，以取代原始采用的多维变量，通过对少数综合性指标的分析达到评价目的。的多维变量，通过对少数综合性指标的分析达到评价目的。3 3两两比较法两两比较法 将将k个评价指标做两两对比，列出表来，如指标个评价指标做两两对比，列出表来，如指
26、标b1比指标比指标b2重重要，在要，在b1行行b2列写上列写上3，而在，而在b2行行b1列写上列写上1；若指标；若指标b1与指标与指标b2分不出谁重要，在分不出谁重要，在b1行行b2列，列，b2行行b1列都写上列都写上2。采用两两比较。采用两两比较，构造比较矩阵，构造比较矩阵2.3.2.6 2.3.2.6 评价指标的筛选与优化评价指标的筛选与优化2.3.2 2.3.2 地质灾害空间预测预警指标体系的建立地质灾害空间预测预警指标体系的建立 地质环境评价与地质灾害的空间预测从数学上是一个多变量的地质环境评价与地质灾害的空间预测从数学上是一个多变量的目标预测问题。其数学模型可分为以下几类：目标预测问
27、题。其数学模型可分为以下几类：1) 数量化理论方法数量化理论方法：最常用，也是最基本的方法，适合于本问题最常用，也是最基本的方法，适合于本问题分析的包括数量化理论分析的包括数量化理论I回归分析和数量化理论回归分析和数量化理论II判别分析判别分析2) 模糊数学方法模糊数学方法：用于处理具有模糊特性数据和模糊关系问题的用于处理具有模糊特性数据和模糊关系问题的数学方法，特别适合于对地质数据的处理与分析；适合本问题数学方法，特别适合于对地质数据的处理与分析；适合本问题分析的包括模糊综合评判和模糊可靠度分析方法等；分析的包括模糊综合评判和模糊可靠度分析方法等；3) 信息量法信息量法：以信息论为基础的方法
28、，适合于本问题分析的包括以信息论为基础的方法，适合于本问题分析的包括信息量法和逻辑信息法等；信息量法和逻辑信息法等； 4) 人工智能方法人工智能方法：模拟人类分析和推理过程的非线性数学方法，模拟人类分析和推理过程的非线性数学方法， 适合于本问题分析的包括神经网络方法和专家系统方法等。适合于本问题分析的包括神经网络方法和专家系统方法等。2.3.3.1 2.3.3.1 基本理论基本理论2.3.3 2.3.3 地质灾害危险性区划的实现地质灾害危险性区划的实现评价因素的数字化及空间数据库的建立评价因素的数字化及空间数据库的建立评价区域的网格化评价区域的网格化各网格赋属性各网格赋属性多多元元回回归归信信
29、息息量量法法模糊模糊综合综合评判评判模糊模糊可靠可靠度分度分析析神神经经网网络络预测评价结果的图形显示预测评价结果的图形显示数数 据据 库库数数 据据 库库指标体系指标体系前前处处理理危危险险性性区区划划后后处处理理2.3.3.2 2.3.3.2 地质灾害危险性区划的技术路线地质灾害危险性区划的技术路线2.3.3.4 2.3.3.4 地质灾害评价与预测的地质灾害评价与预测的GISGIS系统系统-GHGIS-GHGIS杨家坪溪洛渡近坝库区溪洛渡近坝库区( (下游段下游段) )地质灾害地质灾害危险性分区图危险性分区图( (模糊可靠度模型模糊可靠度模型) )杨家坪杨家坪溪洛渡近坝库区溪洛渡近坝库区(
30、 (下游段下游段) )地质灾害地质灾害危险性分区图危险性分区图( (模糊综合评判模型模糊综合评判模型) )溪洛渡近坝库区溪洛渡近坝库区( (下游段下游段) )地质灾地质灾害危险性分区图害危险性分区图( (信息量模型信息量模型)锦屏锦屏水电水电站近站近坝库坝库岸高岸高边坡边坡稳定稳定性分性分区区简单简单叠加法叠加法GHGIS宏观分区宏观分区四川珙县地质四川珙县地质灾害危险性分灾害危险性分区结果区结果安宁河流域安宁河流域森林生态地质环境森林生态地质环境质量评价示意图质量评价示意图安宁河流域安宁河流域农业生态地质环境农业生态地质环境质量评价示意图质量评价示意图安宁河流域安宁河流域生态地质环境质量生态
31、地质环境质量评价示意图评价示意图1. 针对不同典型地区针对不同典型地区(如西南部山区、东部低山丘陵、如西南部山区、东部低山丘陵、西北黄土等西北黄土等)、不同灾种、不同灾种(如崩、滑、流、塌、裂、如崩、滑、流、塌、裂、沉沉)，建立相应的区域地质灾害危险性，建立相应的区域地质灾害危险性评价指标体系评价指标体系。2. 深入系统地分析研究不同地区、不同灾种深入系统地分析研究不同地区、不同灾种(滑坡、泥滑坡、泥石流石流)诱发群发性灾害的诱发群发性灾害的临界降雨量临界降雨量，为地质灾害气，为地质灾害气象预警提供可靠依据。象预警提供可靠依据。3. 与气象部门联合，制定相关的与气象部门联合，制定相关的气象数据
32、标准气象数据标准(包括预包括预报内容：如雨强、雨量与降雨持续时间等；数据提报内容：如雨强、雨量与降雨持续时间等；数据提取与传输标准：如连续分布的空间属性数据取与传输标准：如连续分布的空间属性数据)，以实，以实现自动化、快速化预警。现自动化、快速化预警。4. 深入系统地研究降雨诱发滑坡、泥石流的深入系统地研究降雨诱发滑坡、泥石流的机理机理，为，为地质灾害空间预测预警提供理论支撑。地质灾害空间预测预警提供理论支撑。2.3.4 2.3.4 地质灾害空间预测预警有待解决的问题地质灾害空间预测预警有待解决的问题3.1 滑坡单体预报内容变形破坏方式、方向、运动线路、规模变形破坏方式、方向、运动线路、规模成
33、灾范围成灾范围(危险区范围危险区范围)成灾时间成灾时间滑坡时间预报；滑坡时间预报；4. 水域岸坡的滑坡还应进行涌浪及危害预水域岸坡的滑坡还应进行涌浪及危害预测测 滑坡预报模型滑坡预报模型确定性预报模型确定性预报模型统计预报模型统计预报模型非线性预报模型非线性预报模型宏观现象预报模型宏观现象预报模型3.2 滑坡时间预报模型及方法数值预报模型数值预报模型 确定性滑坡预报模型主要通过大量的确定性滑坡预报模型主要通过大量的室内室内试验试验和对和对现场位移监测资料现场位移监测资料分析所得出的分析所得出的现现象和经验预报模型象和经验预报模型。基本特点是用严格的推。基本特点是用严格的推理方法，特别是数学、物
34、理方法，进行分析，理方法，特别是数学、物理方法，进行分析，得出明确的预报判断。代表性的模型有：得出明确的预报判断。代表性的模型有： 3.2.1 3.2.1 确定性预报模型及方法确定性预报模型及方法斋滕迪孝方法（斋滕迪孝方法（1970年，日本高场山隧道滑坡）年，日本高场山隧道滑坡）流变试验预报模型流变试验预报模型 福囿斜坡时间预报法福囿斜坡时间预报法 蠕变蠕变样条联合模型样条联合模型极限分析法极限分析法变形功率法（甘肃黄茨滑坡）变形功率法（甘肃黄茨滑坡）梯度梯度-正弦模型法正弦模型法形变分析预报法（黄土）形变分析预报法（黄土） “临界变形速度临界变形速度”预报法预报法 （粘土）（粘土） 测氡测氡
35、(Rn)预报滑坡法预报滑坡法 声发射技术预报滑坡声发射技术预报滑坡 边坡监测数据经验公式滑坡预报法边坡监测数据经验公式滑坡预报法 统计预报模型主要根据概率论、数理统计、灰色统计预报模型主要根据概率论、数理统计、灰色系统理论、模糊数学等现代数学理论提出的滑坡预报系统理论、模糊数学等现代数学理论提出的滑坡预报模型。代表性的有：模型。代表性的有： 灰色系统预报模型灰色系统预报模型(包括传统包括传统GM(1,1)模型、非等时距模型、非等时距序列的序列的GM(1,1)模型、新陈代谢模型、新陈代谢GM(1,1)模型、优化模型、优化GM(1,1)模型、逐步迭代法模型、逐步迭代法GM(1,1)模型等模型等)；
36、生物生长模型生物生长模型(包括包括 Verhulst模型、模型、Verhulst反函数模反函数模型、型、pearl模型等模型等)指数平滑法、灰色位移矢量角法、多元非线性相关分指数平滑法、灰色位移矢量角法、多元非线性相关分析法、滑坡宏观迹象综合分析预报法、马尔柯夫模型、析法、滑坡宏观迹象综合分析预报法、马尔柯夫模型、趋势面分析法、黄金分割数法等。趋势面分析法、黄金分割数法等。 3.2.2 3.2.2 统计预报模型及方法统计预报模型及方法 随着非线性科学的迅猛发展，人们认识到滑坡随着非线性科学的迅猛发展，人们认识到滑坡体系是一个开放系统，是一个灰与白、确定性与随体系是一个开放系统，是一个灰与白、确
37、定性与随机性、渐变与突变、平衡与非平衡、有序与无序等机性、渐变与突变、平衡与非平衡、有序与无序等对立统一的系统，对立统一的系统，复杂性是滑坡的根本属性复杂性是滑坡的根本属性。基于。基于非线性科学理论建立了一系列非线性滑坡预报模型：非线性科学理论建立了一系列非线性滑坡预报模型： 非线性动力学模型、非线性动力学模型、BP神经网络模型、卡尔曼滤波神经网络模型、卡尔曼滤波法、位移动力学分析法、突变理论预报模型法、位移动力学分析法、突变理论预报模型(尖点突尖点突变模型、灰色尖点突变模型变模型、灰色尖点突变模型)、协同预测模型、分维、协同预测模型、分维跟踪预报、时间序列预报理论、斜坡蠕滑预报模型跟踪预报、
38、时间序列预报理论、斜坡蠕滑预报模型（GMDH预报法预报法) 、 BPGA混合算法、协同混合算法、协同分分岔模型等。岔模型等。 以上三类预报模型，根据其适用条件可分为三大以上三类预报模型，根据其适用条件可分为三大类（如表类（如表1）。）。 3.2.3 3.2.3 非线性预报模型及方法非线性预报模型及方法长期预报模型 中短期预报模型 临滑预报模型 1.极限分析法 2.根据“粘土临界变形速度”进行预报 3.传统 GM(1,1)模型 4.优化 GM(1,1)模型 5.黄金分割法 6.分维跟踪预报模型 7.非线性动力学模型 8.位移动力学分析法 1.流变试验模型 2.滑坡形变分析预报法 3.测氡预报滑坡
39、法 4.Pearl 模型 5.Verhulst 模型 6.Verhulst 反函数模型 7.指数平滑法 8.卡尔曼滤波分析法 9.多元非线性相关分析法 10.BP 神经网络模型 11.BP-GA 混合算法 12.时间序列预报模型 13.尖点突变模型 14.灰色尖点突变模型 15.梯度-正弦模型法 16.声发射技术预报滑坡 1.斋滕迪孝方法 2.福囿斜坡预报公式 3.滑体变形功率法 4.优化 GM(1,1)模型 5.灰色位移矢量角法 6.Verhulst 反函数模型 8.协同-分岔模型 9.蠕变-样条联合模型 10.协同预测模型 滑坡预报的模型适用范围总结滑坡预报的模型适用范围总结 由于斜坡变形
40、演化过程的复杂性、随机性和不确定由于斜坡变形演化过程的复杂性、随机性和不确定性，而且现行的滑坡预报理论模型适用性较差，某种性，而且现行的滑坡预报理论模型适用性较差，某种理论模型往往仅适用于某种类型的滑坡，想要通过预理论模型往往仅适用于某种类型的滑坡，想要通过预报模型准确地预报滑坡的发生时间是非常困难的。目报模型准确地预报滑坡的发生时间是非常困难的。目前已有的预报模型或预报系统，多以发生滑坡的检验前已有的预报模型或预报系统，多以发生滑坡的检验性预报来论证其可行性。因此，现在还没有一种成熟性预报来论证其可行性。因此，现在还没有一种成熟的、真正经得起大量实践检验的地质灾害预测预报理的、真正经得起大量
41、实践检验的地质灾害预测预报理论和模型。事实上，由于滑坡地质灾害的地质结构、论和模型。事实上，由于滑坡地质灾害的地质结构、形成机制以及诱发因素等方面的差别，其演化过程也形成机制以及诱发因素等方面的差别，其演化过程也有相当大的差别。有相当大的差别。目前国内外许多学者都开始重视滑目前国内外许多学者都开始重视滑坡宏观迹象的研究，都倡导将斜坡变形破坏的宏观信坡宏观迹象的研究，都倡导将斜坡变形破坏的宏观信息与滑坡监测的资料有机地结合起来，根据滑坡的各息与滑坡监测的资料有机地结合起来，根据滑坡的各种变形破坏迹象以及诱发因素等进行滑坡的宏观预报种变形破坏迹象以及诱发因素等进行滑坡的宏观预报 。 3.2.4 3
42、.2.4 宏观现象预报模型及方法宏观现象预报模型及方法 实践证明，真正的成功预报都应该是定性和定实践证明，真正的成功预报都应该是定性和定量、理论分析和宏观判断相结合而对滑坡进行预量、理论分析和宏观判断相结合而对滑坡进行预报。其中具有代表性的宏观预报模型有：报。其中具有代表性的宏观预报模型有： （1）新滩滑坡宏观信息预报模型及方法）新滩滑坡宏观信息预报模型及方法 （2）黄腊石滑坡宏观信息预报模型及方法）黄腊石滑坡宏观信息预报模型及方法（3）鸡扒子滑坡宏观信息预报模型及方法）鸡扒子滑坡宏观信息预报模型及方法 表2 新滩滑坡宏观预报模型宏宏观观迹迹象象 I I.缓缓慢慢变变形形阶阶段段 (1979
43、年 8 月以前) I II I:匀匀速速变变形形阶阶段段 (1979.8-1982.7) I II II I:加加速速变变形形阶阶段段 (1982.7-1985.5 上旬) I IV V:急急剧剧变变形形阶阶段段 (1985.5 中旬-6.11) 1.裂缝 主滑区地表局部出现近南北向长大裂缝 雨期原地表裂缝复活，有新的扩展变形迹象 滑体后缘及两侧出现羽状张裂缝，并逐渐扩展，趋于连通，呈现整体滑移的边界条件 裂缝形成弧形拉裂圈，并急剧加长、增宽、下沉、新裂缝不断产生 2. 隆起与沉陷 无明显隆起与沉陷现象 滑体局部有小的隆起与沉陷变形 滑体后部拉张下沉，前缘坡脚出现剪胀异常 滑体后部急剧下沉，前
44、缘出现鼓包，路面隆起 3. 崩塌 滑体后缘、 西侧上方的危岩体时有小崩塌 滑体后缘广家崖逐年崩塌加载，量达 160 万 m3,前缘陡坎有小规模崩滑发生 雨期滑体前缘小崩塌现象时有发生 滑体后部大幅度沉陷，前缘崩滑日夜不断，频次渐高，规模渐大 4. 变形量 变形微弱， 月变形率100mm或更大，蠕变曲线出现拐点，斜率变化突增变陡，趋于90 新滩滑坡宏观现象预报模型新滩滑坡宏观现象预报模型 5. 变形量与降雨关系 变形量与降雨关系不明显 当 月 降 雨 量200mm 时， 变形出现突变，且有滞后现象 当 月 降 雨 量85 泉 流 量 异常， 水浑浊，滑体内水位升降异常 1 5 S,d 分别为滑坡
45、中后部地表和深部的水平位移量 a 为加速度 将 月 降雨 量 大于90mm的 连 续月 份 划为雨季 备注 地震是诱发崩塌、滑坡的决定性因素，当地震烈度大于 7 度时，仅此一项指标，滑坡即可复活，即刻进入临滑阶段。 3.2.5 3.2.5 数值预报模型及方法数值预报模型及方法 突破传统的现象（位移等）预报模式，将地质灾害突破传统的现象（位移等）预报模式，将地质灾害发生的斜坡发生的斜坡地质（地质（Geology）结构基础、斜坡变形破坏结构基础、斜坡变形破坏机机理（理（Mechanism），与斜坡变形的外部表现，与斜坡变形的外部表现位移位移（Deformation）三者有机的结合，通过数值模型的途
46、径，三者有机的结合，通过数值模型的途径，建立能综合反映斜坡变形破坏内部作用机理与其外部表建立能综合反映斜坡变形破坏内部作用机理与其外部表现相统一的现相统一的综合地质（综合地质（G）-力学机理力学机理(M)-形变（形变（D）耦）耦合模型合模型，即，即GMD模型。模型。 在此基础上，采用现代数值模在此基础上，采用现代数值模拟手段通过对监测点监测值的拟合与外推，实现地质灾拟手段通过对监测点监测值的拟合与外推，实现地质灾害的预测预报。害的预测预报。 目前，数值预报方法正处于探索阶段。目前，数值预报方法正处于探索阶段。020040060080010001200Time (d)02040608010012
47、0Displement (mm)Measuring-curveForecast-curveZ44孔金龙山金龙山区蠕滑体的变形预测区蠕滑体的变形预测 020040060080010001200Time (d)020406080100Displement (mm)Forecast-curvemeasuring-curveZ45孔金龙山金龙山区蠕滑体的变形预测区蠕滑体的变形预测 欲准确预测滑坡发生时间，仅仅有预测欲准确预测滑坡发生时间，仅仅有预测预报模型还不够，还需要一定的判据来确定预报模型还不够，还需要一定的判据来确定具体发生时间。具体发生时间。 一般来讲，滑坡预报判据共分为三大类，一般来讲，滑坡
48、预报判据共分为三大类，即即安全系数和可靠概率判据、变形速率判据安全系数和可靠概率判据、变形速率判据及宏观信息预报判据。及宏观信息预报判据。3.3 滑坡时间预报判据滑坡预报判据滑坡预报判据安全系数判据安全系数判据可靠概率判据可靠概率判据变形速率判据变形速率判据位移曲线切线角或矢量角判据位移曲线切线角或矢量角判据临界降雨强度或总量判据临界降雨强度或总量判据 宏观信息预报判据宏观信息预报判据分维数判据分维数判据位移总量判据位移总量判据突变判据突变判据临界降雨量判据临界降雨量判据 库水位下降速率库水位下降速率 声发射参数声发射参数 安全系数安全系数是指通过极限平衡方法计算所得是指通过极限平衡方法计算所
49、得安全系数或运用极限分析法计算斜坡滑动时消安全系数或运用极限分析法计算斜坡滑动时消耗的总内力功和外力功的比值，一般认为安全耗的总内力功和外力功的比值，一般认为安全系数判据确定为系数判据确定为1比较合适。比较合适。 可靠概率可靠概率是根据可靠性理论计算得到的斜是根据可靠性理论计算得到的斜坡的可靠概率坡的可靠概率Ps，一般认为，将可靠概率判据，一般认为，将可靠概率判据取为取为95%比较合适。比较合适。 安全系数和可靠概率一般作为长期预报的安全系数和可靠概率一般作为长期预报的判据。判据。 3.3.1 3.3.1 安全系数与可靠概率判据安全系数与可靠概率判据 滑坡变形速率滑坡变形速率受滑坡体物质组成、
50、变形破坏受滑坡体物质组成、变形破坏方式以及外界诱发因素等多种因素影响，没有方式以及外界诱发因素等多种因素影响，没有统一的和普适性的滑坡变形速率预报判据。通统一的和普适性的滑坡变形速率预报判据。通过对现有一些滑坡的统计结果表明，过对现有一些滑坡的统计结果表明，滑坡发生滑坡发生前的变形速率为前的变形速率为0.1mm/d到到800mm/d不等不等，差，差别较大。一般粘土斜坡的临界变形速率为别较大。一般粘土斜坡的临界变形速率为0.1mm/d；岩质边坡一般为；岩质边坡一般为10mm/d 、14.4mm/d 或或24mm/d；堆积层滑坡的临界变形；堆积层滑坡的临界变形速率差别较大，如新滩滑坡滑前的变形速率
