滑坡地災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)已有“靈丹妙藥”

滑坡地災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)已有“靈丹妙藥”——何滿潮教授談滑坡地災(zāi)實(shí)時(shí)攝動(dòng)監(jiān)控新技術(shù)我國(guó)疆域遼闊，地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的自然地質(zhì)條件也復(fù)雜多樣，加之地質(zhì)災(zāi)害具有分布廣、類型多，頻度高，強(qiáng)度大等特點(diǎn)，地震、崩塌、滑坡、泥石流等已經(jīng)成為對(duì)我國(guó)危害最大的地質(zhì)災(zāi)害。尤其是近年來(lái)，隨著礦產(chǎn)資源開采及山區(qū)工程開發(fā)活動(dòng)的增強(qiáng)，崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害大有愈演愈烈之勢(shì)。據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，目前全國(guó)共有較大型崩塌、滑坡、泥石流災(zāi)害點(diǎn)7000余處，近十多年來(lái)，每年都造成眾多人員傷亡和嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失，已成為影響我國(guó)城鄉(xiāng)建設(shè)和人民生存環(huán)境的重大問題。有資料顯示，“十五”期間，地質(zhì)災(zāi)害給我國(guó)造成的直接經(jīng)濟(jì)損失為212億元，死亡和失蹤人員總數(shù)達(dá)4000多人。由此，對(duì)滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生進(jìn)行實(shí)時(shí)有效監(jiān)測(cè)和成功預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，其重要性和必要性日益凸顯。在中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京），就有著這樣一支團(tuán)隊(duì)，和地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行著不懈戰(zhàn)斗。由國(guó)家973計(jì)劃項(xiàng)目首席科學(xué)家、國(guó)家級(jí)重點(diǎn)學(xué)科巖土工程學(xué)科帶頭人何滿潮教授提出構(gòu)思和設(shè)計(jì)整個(gè)智能系統(tǒng)框架，率其課題組研制出的新型高科技監(jiān)測(cè)設(shè)備系統(tǒng)，其技術(shù)成果及成功應(yīng)用獲得教育部鑒定，并取得了國(guó)家發(fā)明專利。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)先后對(duì)內(nèi)蒙古平莊西露天煤礦邊坡、西氣東輸工程延安段重點(diǎn)邊坡、新疆伊犁水電站活動(dòng)性斷層以及吉林高速公路邊坡的穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行過(guò)遠(yuǎn)程預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，均取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益。這一新技術(shù)的研發(fā)，由于加大了自主創(chuàng)新和科技進(jìn)步的含金量，不僅為滑坡災(zāi)害防治贏得了時(shí)間，也為巖土工程研究和滑坡災(zāi)害的有效防治提供了科學(xué)依據(jù)，開辟了一條新的途徑?？梢灶A(yù)言，它將對(duì)我國(guó)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)、預(yù)防和控制研究，產(chǎn)生重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義，并有著廣闊的推廣應(yīng)用前景。3月的一個(gè)午后，沐浴著初春的陽(yáng)光，記者來(lái)到中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）民族樓一一一代建筑大師梁思成先生留給世人的最后一件作品。記者來(lái)到這座三層建筑頂樓的一間辦公室，正中一塊閃亮的銅匾標(biāo)識(shí)了主人的身份——國(guó)家973重大研究計(jì)劃首席科學(xué)家、國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目首席科學(xué)家、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）力學(xué)與建筑工程學(xué)院院長(zhǎng)何滿潮。“用投影的方式，或許了解得更為生動(dòng)和深刻?！焙谓淌谥甭薀崆榈娘L(fēng)格，一下子讓記者感到親切了許多?！斑@一滑坡災(zāi)害及邊坡應(yīng)力智能遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，猶如一名為指揮中樞提供情報(bào)的‘偵察兵’，而且這個(gè)‘偵察兵'吃苦耐勞，也不需要“工資”，一塊電池可以工作3個(gè)月到1年之久。它的研發(fā)，實(shí)現(xiàn)了攝動(dòng)力動(dòng)態(tài)變化的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提出了與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)相應(yīng)的預(yù)警模型，并通過(guò)對(duì)露天礦山邊坡、高速公路邊坡和西氣東輸山體邊坡的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐應(yīng)用，成功地進(jìn)行了各種邊坡穩(wěn)態(tài)實(shí)施監(jiān)控和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，實(shí)用性較強(qiáng)?！苯Y(jié)合投影儀的直觀畫面，何教授風(fēng)趣地介紹起這項(xiàng)新技術(shù)。何教授表示，在早期由于裝備條件的限制，我國(guó)滑坡監(jiān)測(cè)主要是根據(jù)人工觀測(cè)地表變化特征、地下水異變以及周圍動(dòng)植物的異常，來(lái)推斷確定其發(fā)生的可能性。之后，隨著時(shí)代發(fā)展和科技進(jìn)步，我們稱之為表面位移監(jiān)測(cè)法的一些常規(guī)監(jiān)測(cè)，包括全站儀、經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀以及GPS監(jiān)測(cè)，也逐漸被應(yīng)用到滑坡監(jiān)測(cè)當(dāng)中。這類方法由于表面位移和滑面位移的不一致性，預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度十分有限。而通過(guò)深部位移監(jiān)測(cè)法，即鉆孔傾斜儀進(jìn)行檢測(cè)，雖然能夠確定滑面位置,但產(chǎn)生較大錯(cuò)動(dòng)后，傾斜位移監(jiān)測(cè)失效，后期滑坡位移數(shù)據(jù)無(wú)法獲得，故其數(shù)據(jù)帶有“一孔之見”而有失準(zhǔn)確?！捌浜?，人們還陸續(xù)試驗(yàn)了聲波測(cè)試法、雨量預(yù)報(bào)法及地下水位計(jì)測(cè)量法等傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，但效果都不甚理想?！焙谓淌谡f(shuō)，傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法主要是在現(xiàn)場(chǎng)布有一定的傳感器或儀表，再通過(guò)人工定時(shí)讀取數(shù)據(jù)。但因不能實(shí)時(shí)采集有用信息，且需要工作人員的晝夜值守，而影響預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度，不僅消耗人力資源，其安全可靠性也得不到有效保障。從20世紀(jì)90年代開始，我國(guó)地質(zhì)科學(xué)工作者在滑坡的監(jiān)控和預(yù)報(bào)方法的研究方面做出了許多艱苦努力，使得傳統(tǒng)巖土工程監(jiān)測(cè)技術(shù)水平迅速得以提升，開始向著高精度、自動(dòng)化、遠(yuǎn)程系統(tǒng)發(fā)展。何滿潮教授的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)攝動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)成功，則有針對(duì)性地解決了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法存在的問題。何教授饒有興趣地介紹說(shuō)，“這個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)主體由兩大部分構(gòu)成：一部分是用于安裝到監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的智能傳感、采集、發(fā)射系統(tǒng)，可將現(xiàn)場(chǎng)錨索等應(yīng)力數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、自動(dòng)發(fā)射到接收分析系統(tǒng)；另一部分是智能接收分析系統(tǒng)，它可將現(xiàn)場(chǎng)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)自動(dòng)接收并處理形成動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)曲線和監(jiān)測(cè)預(yù)警曲線，并根據(jù)監(jiān)測(cè)預(yù)警曲線判斷監(jiān)控對(duì)象的穩(wěn)定狀態(tài)?！被蛟S是察覺到了記者的好奇心，何教授隨后帶著記者走進(jìn)了他的實(shí)驗(yàn)室?！斑@臺(tái)電腦終端連接并收集了我們從2006年到現(xiàn)在所做的全國(guó)5個(gè)地區(qū)工程邊坡安全狀況的全部數(shù)據(jù)”。說(shuō)話間，何教授已坐在電腦前，并為記者拉過(guò)了一把椅子，隨后鼠標(biāo)停在了“平莊西露天礦滑坡災(zāi)害及邊坡應(yīng)力智能遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”的頁(yè)面上?！皬?006年11月8日我們開始對(duì)此邊坡進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一直到11月25日，地表沒有顯著變化?！焙谓淌谥钢@示器上面的曲線圖說(shuō)。記者看到，顯示器上監(jiān)控的曲線就像一幅幅心電圖，在此時(shí)段，平滑得如同一條直線?！拔覀?cè)谶@里看到的數(shù)據(jù)變化，千里之外的平莊礦監(jiān)測(cè)室同樣可以看到?！焙谓淌诿鎺⑿Φ匮a(bǔ)充、以^說(shuō)。在這臺(tái)連接千里之外的平莊礦作業(yè)坡面終端上，記者可以清楚地搜索到從2006年11月8日監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作開始到2007年1月18日滑坡發(fā)生所記錄下的“心電圖”，其間的變化真可以用驚心動(dòng)魄來(lái)形容。從11月25日開始，到12月初，監(jiān)控曲線有小幅波動(dòng)；12月6日，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警，與此同時(shí)，礦區(qū)開始組織相關(guān)人員、物資撤離；12月15日，監(jiān)控曲線出現(xiàn)大幅波動(dòng)，而對(duì)應(yīng)的實(shí)際情況是：埋藏監(jiān)控設(shè)備的坡面產(chǎn)生不連續(xù)裂縫；伴隨曲線的變化，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)收集到的數(shù)據(jù)是：12月25日，坡面裂縫連通，平均寬度0.15米，落差0.08米；2007年1月9日，裂縫平均寬度0.3米，落差0.3米；1月14日，坡面裂縫平均寬度達(dá)0.5米，落差0.86米；1月18日，邊坡體崩潰，滑落體淹沒了測(cè)量設(shè)備……而同時(shí)采用常規(guī)位移監(jiān)測(cè)方法的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示：12月15日前，監(jiān)測(cè)還處于較平靜狀態(tài)。而實(shí)際上那天，坡頂已產(chǎn)生了不連續(xù)裂縫?！氨O(jiān)測(cè)系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)控預(yù)警準(zhǔn)則，當(dāng)攝動(dòng)力監(jiān)控值達(dá)到閾值時(shí)即發(fā)出滑坡預(yù)警。根據(jù)監(jiān)控曲線發(fā)出的預(yù)警，生產(chǎn)企業(yè)可及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃，甚至進(jìn)行必要的撤離，為滑坡災(zāi)害防治贏得時(shí)間，最大限度地避免了滑坡造成的不良影響。它可以提前20天甚至1個(gè)月對(duì)坡面可能發(fā)生的危險(xiǎn)作出預(yù)警，目前已監(jiān)測(cè)2年多的38個(gè)點(diǎn)，穩(wěn)定狀態(tài)和滑坡災(zāi)害的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)率達(dá)到100%！”話語(yǔ)中，何教授充滿自信與欣慰。他進(jìn)一步向記者解釋道，究其科學(xué)原理，這套監(jiān)測(cè)系統(tǒng)從對(duì)“現(xiàn)象監(jiān)測(cè)”轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)“下滑力-抗滑力”的本質(zhì)監(jiān)測(cè)，從對(duì)“點(diǎn)監(jiān)測(cè)”轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)“滑坡力學(xué)平衡系統(tǒng)”的監(jiān)測(cè)。在監(jiān)控方法上，則把攝動(dòng)力加入滑坡系統(tǒng)，使其具有遠(yuǎn)程性、實(shí)時(shí)性和智能性。此外，該系統(tǒng)還有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、邊坡應(yīng)力狀態(tài)遠(yuǎn)程無(wú)線監(jiān)測(cè)，不受距離限制，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)自動(dòng)接收等特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，既可用于各種類型的巖土體邊坡滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)，也可用于其它巖體邊坡應(yīng)力及其加固結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。言談間，記者了解到，這套歷時(shí)近10年，由何滿潮教授提出構(gòu)思并設(shè)計(jì)整個(gè)智能系統(tǒng)框架，帶領(lǐng)課題組研制出的新型高科技監(jiān)測(cè)設(shè)備系統(tǒng)，除曾應(yīng)用于平莊西露天煤礦危險(xiǎn)邊坡遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)，還對(duì)西氣東輸工程延安段重點(diǎn)邊坡遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)、新疆伊犁水電站活動(dòng)性斷層動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)以及吉林高速公路邊坡的穩(wěn)定