地震多发地区地质灾害防灾减灾体系的建设

马 贵 臣

(应用地质株式会社，日本 埼玉 331-8688)

防灾减灾关乎国计民生，是国民经济可持续稳定发展的关键课题，同时也适应以人为本之国策。防灾减灾是目前及今后，国家及各级政府所关注的重大课题。防灾减灾所涉及的领域极其广泛，包括水利、道路、铁道、矿山、城市规划建设等多个领域。任何企业、集体及个人都与之相关，然而，防灾减灾技术的研究及应用在中国有很多方面还有待进一步地研究与探索。与中国相比，作为经济发达国家之一的日本是世界上少有的自然灾害最为严重的发达国家之一，几乎每年都发生破坏性地震，长期以来积累了丰富的防灾减灾经验，建立了一整套的防灾减灾体系，有很多技术及经验值得借鉴。

日本岐阜大学，其所在地岐阜县是日本农尾地震(1891年，震级8级)的受灾地，是日本在地质灾害防灾减灾方面独具特色的大学。因其具有雄厚的师资力量和高水平的科研队伍，2008年开始承担日本文部省“社会资本维修管理专家培育中心课题”[1]的研究工作，创建了土木建筑工程(道路、桥梁、隧道、边坡等建筑物)的检测、诊断、维修管理专家培训中心，并于2008年成立了社会资本维修管理技术研发中心。汶川大地震后，日本岐阜大学曾多次组团对地震灾害、边坡灾害、地基建筑物灾害等进行了现场勘察，并与中国大学合作对都汶公路边坡地震损害探测进行了现场试验[2-3]。2008年至2010年期间，岐阜大学与日本遥感技术中心合作承担了日本文部省“关于中国黄土高原侵蚀的大面积/高精度观测及环境共生型防护法的调查研究”工作，对黄土高原的大面积侵蚀破坏现状进行了多次实地考察。作者基于上述2个课题的策划与实施，常年对中国地震灾害和地质灾害进行研究，发现中国四川、甘肃、陕西、青海等地震多发地区的自然条件、地质灾害等与日本有极其相似的特征，日本的防灾减灾技术有很大的参考价值。

基于上述背景及已实施的基础研究，本文结合日本的防灾减灾技术对四川、甘肃、陕西、青海等地震多发区的地质灾害防灾减灾进行系统化研究，对构建适合此类地区的地质灾害防灾减灾体系进行论述。

1 防灾减灾所面临的课题

为构建适合中国四川、甘肃、陕西、青海等地震多发地区的地质灾害防灾减灾体系，需针对以下课题实施研究，各项研究互为表里，相互牵动：

1)地质灾害防灾减灾机制的体系化建设；

2)地质灾害防灾减灾数据库的系统化建设；

3)地质灾害防灾减灾检测诊断评价技术及监测预警避难系统的研究；

4)地质灾害防灾减灾防护维修管理技术的研究；

5)地震灾害危险性评价分析系统、地震紧急预警系统的建设及研究。

图1示出建筑物的保全周期。防灾减灾的目标是建筑物的保全，为达到建筑物的保全，需要一个点检、评价及防护的过程，并形成一个循环。为实现这个循环就需要一个保障体系，即防灾减灾体系。

图1 建筑物的保全周期

2 防灾减灾机制的体系化建设

地质灾害是一个错综复杂、涉及面极广的社会问题，涉及许多政府部门和机构，防灾减灾不能通过简单设置临时性机构解决问题。创建长期稳定合理的产官学民有效结合的防灾减灾机制是防灾减灾政策顺利实施、防灾减灾事业发展的保障。

这里所讲产官学与中国的产学研有许多区别。在日本，产是指企业单位，负责现场工作、先进技术的实施，其目标是以最好的技术服务获取最高的效益。官是指政府，是管理及政策的实施方、投资方，其目标是以最少的投资达到最好的效果。学是指大学及研究机构，代表了先进的科研，处于公正平衡的地位。这样的体系保障责权利明确分工，可使防灾减灾工作更有效地实施。与此相对应，在中国一家单位或机构几乎便兼有产官学三者的职能。科研单位既搞科研又做现场技术咨询；大学的职责是教育，但在中国几乎所有的大学都争着去做现场技术咨询。这样导致责权利无法分明，无法各司其职。

图2是日本产官学相结合的一个实例。岐阜大学与岐阜县政府机关以及地区产业协会有效结合，创建了社会资本资产维修维护管理技术的培训基地，培训对象是县政府机关的具有3年以上现场工作经验的技术职员以及该地区民间企业具有同等工作经验水平的技术人员。通过培训及严格考核，对合格者签发维修维护技术专家资格，县政府机关在相关业务招标时优先考虑获取该资格的企业。这里所讲社会资本是指边坡、道路、桥梁、隧道、填方及排水设施等公共设施。

图2 日本产官学相结合的实例[1]

中国与日本有着不同的体制，不能够完全照搬日本模式，但是，中国在积极发展民营企业，国企也在不断改革；所以，在一定程度上，产官学民相结合的模式对中国有一定的参考价值。

长期以来，中国注重研究及施工，而轻视技术。搞研究可以出名，做工程可以获利，而将科学技术应用于实践的咨询工作则往往被轻视。换言之，便有为研究而研究的倾向，许多研究与生产实践相脱离；因此，积极引进国外的先进技术及经验，不仅要引进技术本身，更应引进支持先进技术的科学管理机制。

3 防灾减灾数据库的系统化建设

地震受灾区在今后几十年甚至更长的时期内，一般均伴随各种形式及不同规模的地质灾害，如滑坡、泥石流、岩体崩塌及落石等。对于今后可能发生的各种地质灾害，根据其形式以及需要防护的对象应进行统一调查，制订统一标准并登记注册，对各种数据及资料信息进行数字化处理，建立档案及数据库，以作为各种建设规划，防灾减灾措施实施的基本资料。数据库可由以下几个方面构成：

1)地质地形资料，植被资料，气候降雨资料；

2)防护设施资料，防护对象资料；

3)可能发生地质灾害的类型、规模及影响范围；

4)可能造成的经济损失的评估及预测；

5)需做防护的级别，一般分为紧急防护、一般防护、监测防护等。

与数据库相对应，建立如下各种应用系统，以保证防灾减灾的有效实施：

1)地质灾害应急对策系统；

2)地质灾害监测预警系统；

3)地质灾害防护决策专家系统;

4)地质灾害综合治理系统，即实现硬件防护和软件防护的综合防护系统。

硬件防护指各种防护工程措施，软件防护指灾害监测预警、交通管制、地震灾害危害分析图的绘制等。

图3是日本地质灾害防灾减灾系统实例。该系统包括了灾害情报收集、治山设施管理、山地灾害危险区域判定、滑坡崩塌灾害风险预测评估、面向居民的防灾体制启蒙科普教育等功能。该系统延伸应用到交通防灾减灾、城市规划建设防灾减灾、山地灾害防治、森林防灾减灾以及地质灾害防灾减灾等应急救急系统的建设。

4 防灾减灾检测诊断评价技术及监测预警避难系统

该系统包括以下几个方面：

1)边坡及地基稳定性健康诊断技术的研究；

2)地质灾害危险性评价技术的研究；

3)地质灾害监测预警技术的研究；

4)地质灾害数值模拟系统的开发及应用。

边坡及地基稳定性检测诊断技术多以现场调查为主，代表性技术有振动测试、电测试、电磁测试等物理探测技术。这些技术在日本已经有很广泛的应用并有成熟的相应规范。图4是作者参加的研究组在汶川地震后对都汶公路边坡进行的表面波测试(振动测试的一种)的实例。

图3 地质灾害防灾减灾系统实例[4]

图4 表面波测试在汶川地震后边坡稳定评价中的应用实例[5]

地质灾害危险性评价技术一般以数值模拟技术的研究为主，在对以往灾害进行分析解析的基础上，对未来可能发生的灾害进行预测。图5是常见数值模拟技术的实例，包括各种动态数值分析技术(FEM、SPH、CFD、DEM、DDA)，已经在岩土工程的大变形问题研究中得到广泛应用。这些数值模拟方法是解决动力作用下岩土工程大变形问题(如滑坡、崩塌)的有效工具。

图5 各种数值模拟技术的应用实例[6-8]

近年来，研究组对卫星遥感技术在边坡稳定检测监测中进行了大量研究，图6是对中国阜新市海州露天矿进行卫星遥感检测的实例，边坡检测结果与现场勘查结果非常相似。

地质灾害监测预警系统利用各种监测仪器监测并获取地质灾害的前兆，以最快速度通知防护对象的管理者和利用者，以最大可能减少伤亡及财产损失。该项研究的关键问题是对地质灾害位置的准确预测及准确获取前兆现象。图7是日本应用地质株式会社开发的边坡灾害监测预警系统概念及应用实例。该监测系统已在日本广泛应用。

图6 利用ALOS对阜新市海州露天矿地表变动进行检测

图7 边坡灾害监测预警系统的概念及应用实例[10]

5 防护及维修管理技术

对于急需防护的地质灾害，需要进行工程防护与治理。世界各国开发研制了各种各样的防护工法，如地基加固、边坡防护、主动网及被动网防护等。在高速发展的中国，这些工法在中国的实践应用过程中都或多或少存在着各种各样的问题。有些工法虽然在国外早已被广泛认可，但在中国却出现了问题甚至被否定。一些是由于施工工艺问题，还有些是由于对各种工法的适用性没有足够认识的情况下急于采用而导致严重后果；因此，建议建立各种工法的评价机制和制度，对各种工法的使用编制统一的规范和基准，并在此基础上开发适合中国自身的新工艺、新工法。

6 灾害危险性评价分析及地震紧急预警系统

汶川大地震及玉树地震后，中国不少学者对地震预测仍抱有极大幻想，认为地震可以预测。这在日本已成过去或纯属研究的范畴，日本对于地震灾害防灾减灾集中到了下面2个层面的研究和应用：

1)地震灾害危险性评价研究；

2)地震紧急预警系统的研究。

地震灾害危险性评价研究：设定活动断层或断裂带以及可能发生的地震，计算(预测)可能发生的地表地震动并预测烈度。图8是岐阜县地震灾害烈度(日本“震度”)预测分析的研究实例。

地震紧急预警系统的研究是指利用地震发生时P波和S波的传播速度的差异，通过地震监测网以最快速度计算地震发生的震级及位置，在S波到达之前预报地震情报。图9是地震紧急预报原理及应用实例。该系统已在日本得到广泛应用。

7 结论

本文结合日本的防灾减灾技术对四川、甘肃、陕西、青海等地震多发区的地质灾害防灾减灾进行系统化研究，并对构建适合此类地区的地质灾害防灾减灾体系进行了系统论述。

图8 岐阜县地震灾害烈度预测图研究实例[11-12]

图9 地震紧急预报原理及应用实例[13-14]

1)地质灾害防灾减灾机制的建设应结合中国国情并借鉴发达国家的经验，科学合理地建设产学研民有效结合的科学体系。

2)地质灾害防灾减灾数据库的系统化建设。地震后的受灾区在今后几十年甚至更长的时期内，将伴随各种形式及各种规模的地质灾害，对于今后可能发生的各种地质灾害，需根据其形式以及需要防护的对象应进行统一调查，制订统一标准并登记注册，对各种数据及资料信息进行数字化处理，建立档案及数据库，以作为各种建设规划，防灾减灾措施实施的基本资料。文中系统列出了数据库的构成及相关分析及应用系统的组成。

3)地质灾害防灾减灾检测诊断评价技术及监测预警避难系统的研究的关键问题是对地质灾害位置的准确预测及准确获取前兆现象。灾后的应急减灾固然重要，但只有充分防灾才能够达到最大限度的减灾。

4)地质灾害防灾减灾防护维修管理技术的研究需建立各种工法的评价机制和制度，对各种工法的使用编制统一的规范和基准，并在此基础上开发适合中国自身的新工艺新工法。

防灾减灾体系的建设，不仅包括政策体系的建设，还应包括健全的教育体系、科技创新体系以及成果转化体系的建设。图10是区域防灾的方向性示意图。防灾减灾事业的发展需要有这样的方向和目标：

1)由微观至宏观，由物性论至防灾论、环境论；

2)调查监测/检测，评价/预测以及再生/创造的循环措施；

3)自然科学、工学、理学、社会学、哲学的综合；

4)企业群，各级政府以及大学研究机构的产官学有效结合；

5)地域产业、地域特性、地域环境的和谐发展，开发和利用。

为实现这个目标，需要在政府的大力支持下，建设以地方大学为平台，地方相关产业参与的教育、科研及产业化相结合的综合体系。

本文部分内容曾以作者原创名义在网上发布，特此说明。

图10 区域防灾的方向性

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特约专家介绍

马贵臣(1965—)，男，满族，河北易县人，工学博士，日本应用地质株式会社高级研究员，防灾专家。1997年博士毕业于日本横滨国立大学。主要从事地震灾害，边坡滑坡、落石、泥石流及地下空洞塌陷等地质灾害的勘察、评价、设计及防护的研究开发及实践工作。现担任日本土木学会边坡防灾技术委员会委员，日本土木学会岩石动力学技术委员会委员，日中防灾环保研究会会长，西华大学中日防灾减灾研究院院长等。已在《土木学会論文集》《応用地質技術年報》《火薬学会誌》Journal of the Japan Explosives Society、《騒音制御》《鉄道総研報告》《基礎工》《月刊浄化槽》《中部大学総合工学研究所総合工学》《防灾减灾工程学报》《测绘科学》《中国水利水電科学研究院設立50周年『百家论坛』》《Rock Mech Rock Eng》《Journal of Civil Engineering and Architecture》《Int. J. of GEOMATE》《International Journal of Computational Methods (IJCM)》《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》等国内外重要学术刊物上发表日中英论文80余篇。作为核心成员参与中国水利部七五科技攻关定向爆破筑高坝研究，主持或作为核心成员已完成日本文部省、日本国土交通省、日本科学技术振兴机构、日本铁道运输机构等科学研究基金项目10余项，作为主要成员已完成日本国土交通省及日本各级政府地震灾害及边坡滑坡、落石防护等防灾减灾勘察设计及技术咨询工程项目100余项。