『壹』 地質災害防治的經濟效益研究
高興和1高世樂2
(1中國國土資源經濟研究院,河北三河,101149;2大連理工大學,大連,116024)
摘要本文著眼於地質災害防治活動生產的產品、產品的特殊性以及產品生產活動過程的特殊性,從希克斯-卡爾多補償檢驗原理及其推論出發,分析了地質災害防治資源配置的經濟效益本質,提出了適合於包括地質災害防治在內的經濟活動的經濟效益定義,為建立地質災害防治的經濟效益評價模型奠下了理論基礎。
關鍵詞地質災害防治經濟效益
經濟效益被定義為產出與投入之比,或以絕對數形式表示為產出與投入之差。地質災害防治活動的投入是投資者的投資,減災投入的產出是什麼呢?
1.地質災害防治活動的產品
在人類的物質資料生產過程中,勞動首先是人與自然之間的過程,是人以自身的活動來引起、調整和控制人與自然之間的物質變換過程。地質災害防治活動,包括預測地質災害發生的可能性,興工動料構築減災工程都是引起、調整和控制人與自然之間的物質變換過程。
在地質災害的定義中,人類的生命和財產遭受了危害,生產和生活活動受到了阻滯,資源和環境受到了破壞,這時成災區范圍內人類的生命、財產、生產及生活活動、資源和環境稱為承災體。我們把按照人們對地質動力運動規律的已有認識,對於有發生崩塌、滑坡、泥石流等地質動力現象之勢,且在地質動力現象作用范圍內有人類的生命、財產、生產及生活活動、資源和環境受威脅的地質體稱為勢地質災害體,可簡稱為勢災害體。在地質動力現象作用范圍內受威脅的生命、財產、生產及生活活動、資源和環境稱為勢承災體。勢災害體和勢承災體同時存在就稱為勢地質災害。地質災害防治活動是以提供勢承災體安全為產品的經濟活動。我們把通過地質災害防治活動提供的勢承災體安全稱為安全品。
安全品的價值就是勢承災體在受到地質動力作用時最大可能損失的價值,稱之為勢損失。安全品的價值不是在市場競爭中通過價格得以實現,不論是轉移了勢承災體,還是通過防治工程,使勢災害體消失了危害之勢,只要勢承災體獲得了安全,安全品的價值就實現了。
2.安全品生產活動的特殊性
2.1產品用途的單一性
地質災害防治活動的勞動對象是客觀地質體。人們根據已有的認識,對客觀地質體進行勘查,當然首先是可能成災的區域,尤其是成災嚴重的區域。為了保證勢承災體的安全,經過論證,對於極易成災,且一旦成災則災度很高的點要興工動料建造防禦工程,改變地質體應力狀態。就過程而言,對客觀地質體的認識是勘查過程,這與地質勘察一樣。對於興建工程,地質體改變應力狀態這一階段又類似於建築業,興工動料,生產單件性產品。雖然少數減災工程除了具有減災功能外,還可以結合具體條件綜合開發其他產品,但我們的目的是防止地質災害發生,遇到這種情況可以分開討論。
2.2安全品是一種公共物品
勢承災體和承災體是寬泛的概念,我們不能排除防治區域內任何人及其所有物從地質災害防治中獲得安全,也不會因為區域內多有一個人及其所有物而使另外人及其所有物的安全受到威脅。因此,地質災害防治活動的產品具有公共物品的屬性。安全品的公共性決定了地質災害防治活動的出資人必為政府,包括中央政府和地方政府。政府出資的方式可以是財政撥款,也可以是政府出面,在一定區域內,按某種規則集資。
2.3安全品生產活動中資金運動的特殊性
工業的資金,從用貨幣在市場上購進生產要素開始,經過生產過程生產出產品,再用產品從市場交換回貨幣資金,這樣一個過程又一個過程循環運動。其中一個環節受阻,整個資金運動就會停止。事實上,地質災害防治活動也要連續不斷地完成這四個環節,防治活動才能不斷地進行下去。我們來分析資金運動過程的特殊性。
2.3.1決定生產過程是否進行的是業主
從事地質災害防治活動的企業,用貨幣資金從市場上購進生產要素,獲得具有專業知識的勞動力和勞動手段,為勘查活動做准備,這一環節與工業企業沒有差別。完成生產准備之後,資金進入生產過程。勞動力與勞動資料結合作用於勞動對象,對客觀地質體可能發生地質動力現象的情況獲得認識。一般要作出三種選擇,一是成災可能性很小,成災災害損失很小,不必採取預防措施;二是成災可能性較大,災害損失也較大,但種種原因使得興建工程,改變客觀地質體的應力狀態並不經濟,這時可選擇轉移能夠轉移的勢承災體;三是必須興建防災工程。做出決定之前,需要進行方案比選的效益分析。做完選擇並實施後,生產過程就結束了,資金進入了產成品狀態,這一環節與工業企業也沒有差別。但在生產過程進行之前,生產要素進入企業之後,與工業企業不同,勞動對象不像工業企業那樣,購進材料加工處理,購進什麼材料,從哪裡購都由企業自己決定。地質災害防治企業對自然地質動力現象進行勘查之前要通過國家有關部門的認可才能進行。這是資金運動過程中與工業企業的資金運動在空間位置確定上的差異,是地質災害防治活動特有的經濟關系的反映。
2.3.2產成品沒有實物形態
工業企業的生產過程結束,產成品有時要在企業留滯一段時間。產成品一般是實物形態。地質災害防治活動企業產出的安全品不會在企業留滯,沒有實物形態,具有信息產品的特徵。
2.3.3「驚險的一躍」在生產過程進行之前
工業企業的產成品要在市場出售換回貨幣資金。這一環節完成,資金就完成了一個循環,一個產品的物質生產過程也就完成。這一階段是價值實現階段,這是一個十分重要的環節,馬克思說這是「驚險的一躍」。產品是否適應市場需要,產品的質量性能,產品個別勞動與社會平均勞動的差別,都要在這一環節上表現出來。如果產品不是社會所需要的產品,那麼就賣不出去,產成品就完不成「驚險的一躍」。如果產品的質量、性能不高,那麼買者就不願買,或低價賣或銷售不暢,完成「驚險的一躍」就很困難。產品的價格要以市場上的價格表現出來。售價與成本之差是產品生產者的利稅,如果售價高於成本,那麼產成品轉化為貨幣資金,也就大於投入的生產要素成本,否則轉化的貨幣資金或等於或小於投入的生產要素成本,企業就沒有利潤。地質災害防治活動企業的產成品是安全品,一經生產出來,立即就被勢承災體的所有者或佔有者、使用者直接享用,看不到直接的驚險一躍過程,沒有產成品直接轉化為貨幣資金的過程,即不是用產成品直接在市場上交換成貨幣。但是地質災害防治活動要繼續下一生產過程就必須獲得貨幣資金的補充,誰來補充,這一問題涉及到地質災害防治活動特有的經濟關系:自然地質災害應由政府再投入貨幣資金,人類直接誘發地質災害應由誘發者投入資金。盡管地質災害防治活動的產成品沒有直接的「驚險的一躍」過程,但仍有產品質量和個別成本與社會成本的差別問題存在。顯然,對地質動力現象的產生、發展和變化認識結論常與實際不符,則必失信於人,企業要在「驚險一躍」中摔傷。如果減災投入比承災體的損失還大,那麼減災企業的繼續存在就沒有意義,「驚險一躍」之後也就難以再獲得出資人的投資了。然而,對於出資人來說,從事地質災害防治活動的企業對地質動力現象的產生、發展和變化認識結論與實際相符的程度卻是投資產生效益的關鍵之一。因而從事地質災害防治活動的企業的「驚險一躍」不在產品生產出來之後,而在資金投入之前。信譽程度、企業等級是地質災害防治效益的分析指標。
2.3.4社會財富總量即時不增
在市場經濟中,一般經濟活動在「看不見的手」的指揮下,自覺不自覺地從自然界獲取物質和能量,增加社會財富。而地質災害防治活動是動用已經獲得的社會物質財富防止更大量的已經形成的社會物質財富損失,其基本出發點和歸宿點是如何減少災害給社會經濟和資源帶來的破壞與損害。這個特性說明,除非結合其他以經營為目的的工程或間接影響,一般地,地質災害減災工程沒有資金迴流,投入資金的成本都會被安全品的價值即時抵消。
3地質災害防治活動中資源配置的優化和經濟效益再定義
3.1資源配置的優化
資源的有效配置是我們研究經濟問題的出發點和歸宿點。整個社會的資源配置效率與個體經濟行為主體的經濟效率不同,對個體經濟行為主體來說,少消耗、多產出就可以說是高效率,這對於單個的地質災害防治工程也一樣。可是整個社會的經濟系統,如果在特定時間和資源數量給定的條件下,要產生最大社會福利才有高經濟效率。
經濟學給出了實現帕累托效率的三個充要條件:一是交易的最優條件,對於消費品,每一個人對每一種消費品的邊際替代率相等。二是生產條件,對有限的資源,每一生產者使用的各種資源的邊際技術替代率相等。三是產品替代的邊際條件,對每一種產品和對消費該產品的每一個人來說,產品生產的邊際轉換率等於消費品的邊際替代率。這三個條件也是市場的最優條件。
從這三個條件中我們可以看到社會應該分配給地質災害防治的資源是多少。但是,我們前面提到安全品,尤其是對純自然因素可能導致的地質災害防治生產的安全品近乎純公共物品,而純公共物品使得市場失靈。因此,要能在宏觀上獲得最佳經濟效益,僅靠市場去調節,上述三個條件就實現不了。上述三個條件是嚴格准確的,理論上可以進行測算分析,找到資源投入的最佳量,但是操作起來相當困難。
帕累托效率給出了邏輯嚴密的經濟效率定義,但現實中能夠實現帕累托效率的完美政策不多,大多數情況下,公共政策都會使一些人的處境變壞。為解決這一問題,產生了補償定理。如果不能實現一個人或一些人的福利增加,而任何人的福利不減,事實上還可以有更優的決策。假如政策A實施時資源利用的狀態為原狀態,引入政策B並實施後的資源利用狀態為新狀態。如果政策B的實施,使社會凈收益大於實施政策A時的原有狀態所獲得的社會凈收益,就可以認為是一次帕累托改進。受益者可以將其增加的福利轉移給福利損失者一部分用以補償其損失,如果在政策B的實施中沒有實現福利轉移稱為潛在的一次帕累托改進,如果福利轉移實現了就稱為一次實際的帕累托改進。不管是潛在的改進,還是實際的改進都使資源的配置進一步優化了,經濟效率提高了,這就是希克斯-卡爾多補償檢驗(Hicks-Kaldor Compensation Test)思想。這一思想給出的原則被稱為補償定理。
如果社會凈損失必須發生,那麼使社會凈損失可減少的一次政策改進,也應該是一次帕累托改進。假如政策A實施後的資源利用狀態為原狀態,此時,不管受損失個體成員各損失多少,社會凈損失總和為X1。當改變政策A而實施政策B後,資源利用狀態為新狀態,在新狀態下不管受損失的個體成員的損失如何變化,各是多少,社會凈損失總和為X2。如果X1-X2>0,那麼政策B就使資源配置進一步優化。從政策A到政策B所受損失增加者的增加損失量可以得到補償。若這種補償在政策B實施後沒有發生,我們也稱之為從政策A到政策B是一次潛在的帕累托改進;若實際補償發生了,我們也稱之為從政策A到政策B的一次實際帕累托改進。以此為准則衡量政策的優劣,無疑是正確的。這個認識源於補償定理,我們姑且稱之為補償定理推論。
3.2經濟效益的再定義
通過上面的分析,按經濟效益的通常定義,地質災害防治經濟效益似乎可以理解為投資者投入資源,地質災害防治企業生產出安全品的勢損失與投資者投入的資金之比。但是,在通常的經濟效益定義中,投入是對生產產品的投入,產出是生產活動的直接結果,而在上面的理解中,投入沒有疑問,可是產出就有問題了。安全品的價值獨立於地質災害防治活動過程之外,並且在地質災害防治活動之前就已經存在了,因此在理論上說不通,這種理解還存在偏差。
補償定理及其推論從整體著眼使得資源配置更優,已經不再局限於具體的生產過程,而是對比決策的社會凈收益,而且個體資源配置優劣必須以整體資源配置優劣為前提。所以,可以依據補償定理及其推論,把經濟效益定義的內涵和外延擴大。我們把不進行投入,也沒有產出的決策稱為不作為決策或零決策。至此,我們可以把經濟效益定義為:相對於零決策的決策產生的社會凈收益。為便於比較,經濟效益形式以資金利稅率的形式表達為宜。顯然,這樣的定義包含了通常的經濟效益定義。
這樣定義的經濟效益給出了經濟效益評價的方法。獲益者可以補償損失者,即使實際補償沒有發生。凈效益最大,也就是收益與總費用之差最大,或總收益與總費用之比最大。由此可見,已有的經濟效益定義,用於地質災害防治,雖然理論上有偏差,但計算式仍然正確。用補償定理推論來表述地質災害防治經濟效益十分順暢。就單個地質災害防治工程來說,把投入資源看成一種損失,沒有資源投入時的損失為勢損失X1,有資源投入時的損失為X2,兩種政策下效益的最低水平為X1-X2≥r(r是在評價區域內與等量資金可以獲得的平均利稅額),或(X1-X2)/X2≥nR(R是評價區域內的年平均資金利稅率,n是地質災害防治工程的設計壽命年限)。就地質災害防治的區域經濟效益而言,如果把勢損失按大小排隊,再把減災投入相應地列出來,那麼每一個項目都有一個經濟效益。現按經濟效益從大到小依次排隊,當經濟效益小到等於其他行業資源投入的平均的資金利稅率時,大於或等於這個經濟效益水平以上所有項目所需資源投入之和,即為當期政府應投入的資源數量。政府投入這樣的資源量在宏觀上能夠接近實現帕累托效率。這就是說,向地質災害防治投入資源的邊際利稅和是遞減的,當邊際利稅和等於其它產業的平均邊際利稅和時,能夠接近於帕累托效率。如果政策B是從無限多個方案中比選出來的,那麼,就類似於用弦位法或牛頓法解方程,其解無限接近精確解一樣,其資源配置效果無限接近於帕累托效率。
『貳』 萬年縣強化地質災害應急措施,得到了哪些有效救助
引言:在最近以來的自然災害不斷侵襲著各個地方,給每一個地方的人都帶來了不同程度的損失。但是自然災害帶來的損失是不可避免的。那麼在這些情況發生的時候,積極和盡快的採取一些保護措施,也是能夠盡快的及時止損的。並且可以更好的加快恢復而造成不必要的損害。那麼萬年縣在受到了自然災害的破壞後,都採取了什麼有效的措施來及時避免更多的損失。
三:隨機應變的落實方案。
在突如其來的地質災害面前,一定要做好隨機應變的救援方案。如果出現突發情況,一定要及時更改應急救援方案,這樣可以更好的完善指揮措施保證一定人們的人身安全,有條件可以加以演練應急避險傳授遇險自救方式。
『叄』 地質災害調查評價的技術方法
地質災害調查評價的方法有遙感解譯、地面測繪、地球物理、地球化學、山地工程、鑽探、試驗等。這些方法各有特點。
1.主要技術方法
(1)遙感圖像解譯
遙感圖像能直觀地顯示區內地形、地貌、地質和水文的整體輪廓與形態,可以宏觀認識調查區的自然地理、地質環境,指導調查工作的整體部署,減少盲目性,節省人力、物力的投入。
(2)工程地質測繪
工程地質測繪是地質災害調查評價最基本、最經濟的手段。其成果有利於指導物探、鑽探和山地工程及試驗工作的部署,應首先開展。
(3)地球物理勘探
地質災害調查評價中常用的物探方法有電法、彈性波法、放射性法、重力法、磁法、熱測量法、擴散法、綜合測井法等類型。物探方法設備輕便、成本低、速度快、覆蓋面大,與鑽探、山地工程、地面測繪相結合,既可以節約投資,又可取得有效的成果,但要注意物探結果具有多解性,並受應用前提和現場條件的制約。
(4)鑽探
鑽探方法用於獲取深部地質資料,具有成果直觀、准確並能長期保存等優點,可以進行綜合測井、錄像、跨孔探測、長觀和變形監測。不足是受交通運輸、地形和場地等條件的限制,耗資較大。
(5)山地工程
山地工程分為輕型山地工程(試坑、探槽、淺井)和重型山地工程(豎井、平斜硐、石門、平巷等)。山地工程是地質勘查的重要手段,技術人員可直接觀測岩土體內部結構、構造、斷層、軟弱夾層、滑帶、裂縫、變形和地壓等重要地質現象,獲取資料直觀可靠。還可以進行采樣、原位測試,為物探、監測乃至施工創造有利條件。山地工程施工受地層岩性和其他條件限制,為保證施工安全,要認真研究論證防範措施。
(6)試驗
試驗是研究地質體的材料特性,即物理性質、水理性質、力學性質及其賦存環境(如地下水、地應力、地溫等)的重要手段,是地質災害調查評價中復雜地質條件下地質參數選取的重要途徑。
2.選擇方法的原則
方法的選擇應以調查工作的任務要求、階段以及地質災害的特徵為依據,以期使用最基本、簡便易行的方法,以最低的投入,取得有用且好用的資料,實現最好的減災效益。
1)針對性:要根據現場踏勘和前人資料,初步判定地質災害的性質,有針對性地選擇勘探方法,避免盲目工作,做到事半功倍。
2)實用性:力求以最簡單的方法解決最復雜的問題,不刻意追求新奇復雜的技術方法。
3)簡單高效:盡可能採用操作簡便、易於搬運、環境適應性強的設備。
4)經濟合理:在能滿足調查評價任務要求的前提下,盡可能降低工作量。
3.方法的配置
方法的配置要充分考慮調查工作的階段性,方法自身的適用性,方法之間的互補性、互驗性,技術和經費的可行性。
鑽探和山地工程對物(化)探有很強的互補性和互驗性。先用鑽探對地面物化探結果進行驗證,提高其成果的准確性和推廣價值。再進行測井和跨孔探測,拓寬物探的勘測范圍,以取得更好的成效。鑽探要投入到關鍵部位,每個鑽孔都應綜合測井,進行變形監測等,發揮其較多的功能。
試驗用於查明災害體的地質特性和賦存環境,提供岩土體物理力學參數和水文地質參數,要結合其他工作統一部署。試驗常常成為解決復雜地質問題的有效途徑。
實踐表明,如果地質測繪工作細致深入,輕型山地工程配合得當,物化探工作針對性強,就可以大大降低鑽探工程量,少用甚至不用重型山地工程。
『肆』 震害信息的識別與提取
( 一) 地震災害的分類
根據地震災害的成因,地震災害可分為直接災害、次生災害和間接災害三種 ( 謝禮立等,1988; 肖承鄴,1992; 王勁峰,1995) 。
1. 直接災害
直接災害是指因強烈地震和地面破壞作用引起的建築物結構破壞、倒塌及城市生命線系統的損毀,是造成人員傷亡和經濟損失的最直接原因。城市生命線系統主要包括供水系統、供電系統、供氣系統、通信系統及交通系統,地震後城市生命線系統的破壞將嚴重影響震後居民的正常生活,給地震後的應急救援和恢復重建工作帶來障礙,同時城市生命線系統的破壞也容易引起一些次生災害的發生,從而造成極大的經濟損失。汶川地震震級高、震源淺,在廣泛的范圍內造成了極為嚴重的生命、財產損失和生態災難,引發的直接災害有房屋建築、工程設施、道路橋梁等損毀。汶川地震中,14 個縣 ( 市) 的道路受到了極大破壞,其中包括都汶公路、213 國道、105 國道、210 國道等主要道路以及一些省道和縣道 ( 圖4 -17) 。圖4 -18 和圖4 -19 顯示的是地震前和地震後北川縣西城的景象,地震前的北川縣西城一片繁榮景象,有近 50 棟高樓,地震後幾乎成為一片廢墟,建築物倒塌、損毀情況嚴重,只有幾座孤零零的樓房未倒。
圖 4 -17 汶川地震中國道 213 公路破壞情況
圖 4 -18 地震前繁華的北川縣西城
圖 4 -19 地震後的北川縣西城
2. 次生災害
地震的次生災害是指因地面震動或地面破壞作用造成的泥石流、崩塌、滑坡和碎屑流、堰塞湖等地質災害。根據形態、分布位置、斜坡、溝谷和水系特徵,汶川地震的泥石流可分為坡面泥石流和溝谷泥石流,坡面泥石流是汶川地震中分布最為廣泛的地質災害類型。
圖 4 -20 反映出了上述的幾種次生地質災害。
圖 4 -20 幾種典型的次生災害
3. 間接災害 ( 潛在災害)
間接災害是指地震災害所引起的各種社會災害,例如停工停產、經濟失調、社會混亂、疾病流行、心理創傷等,以及潛在的生態、環境破壞等。次生災害和間接災害是直接災害造成的連鎖反應,是在前者的基礎上產生的派生現象。
( 二) 震害遙感影像特徵分析
對於都江堰市紫坪鋪鎮,通過對比分析及目視判讀地震前、地震後兩時相遙感影像,把主要震害信息分成以下四類: 山體滑坡、建築物破壞、臨時簡易房和土地類型的改變。見圖 4 -21 至圖 4 -24。
嚴格來講,「臨時簡易房」不屬於震害信息的范疇,但是其確實是由地震災害產生的變化信息,所以本文將其列入震害信息的范疇,作為研究對象。
圖 4 -21 山體滑坡
圖 4 -22 建築物破壞
圖 4 -23 臨時簡易房
圖 4 -24 土地類型的改變
從震後影像中識別不同的震害信息需要依靠若干要素和特徵,主要有形狀、大小、陰影、色彩色調、紋理、位置、空間分布等信息。盡管不同的震害信息在遙感圖像上具有相應的特徵,但是這些特徵容易由於地震破壞強度以及發震季節的不同而有所差異 ( 張景發等,2001) 。所以為了提高對震害信息識別的效率與准確度,有必要在解譯 ( 提取) 震害信息之前了解不同震害類別的幾何形態、觀測指標以及對遙感影像的要求。本節將不同震害信息的特點總結如下 ( 表 4 -6) 。
表 4 -6 遙感震害信息解譯的相關要求
了解遙感震害信息解譯的相關要求後就可以進行影像判讀和解譯,根據相關參考文獻,簡單總結了主要震害信息的遙感影像特徵 ( 張德成,1993; 王丹等,1997; 陳鑫連等,1995) ,如表 4 -7 所示。
表 4 -7 主要震害信息在遙感影像上的特徵
續表
( 三) 建築物遙感影像特徵
建築物 ( 構築物) 的倒塌給地震災區人民的生命和財產帶來了巨大損失,是震害信息重要的組成部分之一,如何從地震影像中准確獲取損毀建築物信息是震害信息提取的難點和重點,也是學術界研究的焦點問題。建築物遙感影像特徵至關重要,是正確識別和提取建築物信息的前提條件,本節特別對比分析了正常建築物與損毀建築物在遙感影像中表現出的不同特徵。
1. 正常建築物的遙感影像特徵
任何建築物都有自己固定的幾何形態和外形輪廓,多為長方形或其組合。住宅區建築物比較密集,在影像上可以看見清晰的長方形外形和紋理信息,並且圖像規則有序; 政府機關、事業單位等機構的用房面積一般比住宅大; 城鎮老舊平房面積較小,高度較低; 學校房屋布局具有規律性,體育場則是個特例; 城市生命線系統工程用房與相關建築物或構築物是相連的; 工業用房的遙感影像特徵是面積大並且與工業構築物相連接 ( 張景發等,2002) 。
2. 損毀建築物的遙感影像特徵
倒塌建築物的影像特徵主要包括: 建築物外形輪廓特徵消失,無完整的幾何形態和紋理信息,或表現為不具備規則外形的幾何形態,或外形圖案凌亂,輪廓不清,倒塌物表現為色調雜亂的斑點狀,太陽光照呈漫反射狀態,建築物本影和落影被破壞,房屋布局特徵消失,相鄰街道或人行道被堵塞或者無法辨認。有些建築物倒塌後的影像特徵也表現為建築物的平面幾何形態遭到破壞,紋理的韻律性被破壞,倒塌部分在影像上呈暗色或黑色,分布為無規則的斑點狀,使原本規則的色彩 ( 色調) 發生了變化,房屋間隔還可辨認; 也存在建築物的幾何形態完整,但是可能已經完全塌落的情況,需要結合其他特徵來判斷。
( 四) 震害信息的人工提取
由於數據條件的限制,地震前、地震後兩時相遙感影像時間間隔較大 ( 6 個月) ,並且跨越了不同季節,使得之前計算得到的變化信息二值圖像 ( 圖 4 -14 和圖 4 -16) 中不可避免地夾雜著非震害信息,主要包含有不同季節植被覆蓋和耕地的變化,以及少量的土地利用類型的改變等。因此,為了提高震害信息提取的精度,剔除這些非震害變化因素,需要對變化二值圖像進行人工解譯,正確地提取其中的震害信息。
所謂人工提取 ( 人工圖像解譯) 是指藉助影像的大小、模式、色彩、色調、陰影、形狀、紋理和位置等判讀標志,人為提取目標地物的過程。本研究中,對於直接災害信息( 被破壞的建築物、道路、橋梁等) ,利用表 4 - 7 中建立的解譯標志,進行人工圖像解譯;對於次生災害信息 ( 滑坡、崩塌、泥石流等) ,除了需要根據色彩、色調、紋理等解譯標志確定外,還需要參考某類災害的地學原理及形態特徵,進一步提高識別和分類的精度,為此採用地理信息解析方法。
地理信息解析是指賦予災害體空間信息以及建立各要素之間的空間關系,然後求解其位置、邊界和規模的過程,主要包括: ① 賦予災害體空間信息。根據建立的次生災害類型、幾何形態及發育環境的解譯標志,結合 GIS 平台下其他矢量、柵格數據進行配准、疊置分析,明確災害體的類型並勾畫出大致位置,進行編號。② 確定災害體空間位置、邊界和規模。根據之前的標注和編號,在同一調查區從北到南、從西到東 ( 同一緯度時) ,對災害體逐一進行解譯識別,確定各災害體的類型、邊界以及規模 ( 在影像上速算其覆蓋面積) 。如果在非緊急、正常工作流程下,應當把災害體信息在 GIS 平台上矢量化,利用GIS 功能較強的軟體 ( ArcGIS、ERDAS) 計算出更加准確的位置、邊界和規模信息。
利用上述人工圖像解譯和地理信息解析方法,從震害信息二值影像中提取得到最終震害信息 ( 圖 4 -25) ,圖 4 -26 是變化信息疊合震後 QuickBird 影像的空間三維表達,其中的白色區域為震害信息。
圖 4 -25 震害信息二值圖像
圖 4 -26 震害信息的空間三維表達
『伍』 地質災害調查
進入20世紀以後,在社會變革和科技進步的雙重驅動下,全球經濟進入快速發展階段。與此同時,自然災害發生頻次不斷增加,環境污染日益擴大,成為威脅經濟社會發展的重大問題。據聯合國國際減災戰略機構統計,重大地質災害從1900~1909年的40次增長到2000~2009年的358次(圖6-3)。為了應對日益增多的自然災害所帶來的巨大挑戰,20世紀80年代末,聯合國大會上通過關於成立國家減災委員會的決議,提出「國際減輕自然災害十年」計劃,由此推動各國政府把減輕災害列入國家發展規劃。針對地質災害,專門成立了國際滑坡研究組等組織,實施全球地質災害編圖計劃。2000年聯合國通過了國際減災戰略,成立了相應的國際減災戰略機構,繼續推進各國的減災行動。2005年1月,第二屆世界減災大會在日本神戶召開,與會專家學者們一致呼籲加強區域綜合減災能力建設,提高應急管理水平,從而實現區域的可持續發展。目前,各個國家的地質調查部門均把地質災害的調查、監測和防治作為其重要的工作內容。
圖6-3 1900~2009年世界地質災害發展趨勢示意圖
美國地質調查局長期致力於滑坡、地震、火山等地質災害的研究和預警預報工作。經過長期的積累與努力,美國地質調查局成為世界公認的滑坡災害權威機構,設有國家滑坡信息中心,負責滑坡災害研究並提供實時災害信息。2000年,美國地質調查局制定了《國家滑坡災害減災戰略》,確定了美國減輕滑坡災害的重點工作方向,包括滑坡過程與發生機制研究、災害填圖與評估、實時監測、信息收集傳輸與解譯、指導與培訓、公眾教育、災害防治、應急反應與救災9大方向[8]。目前,正在執行滑坡災害項目2005~2010年規劃,強調採用新的機理模型和監測技術來研究滑坡災害。挪威地質調查局和挪威岩土工程研究所等機構聯合開發建立國家滑坡災害資料庫,對挪威境內的滑坡進行登記入庫,包括災害分布圖、危險性分區圖、滑坡歷史數據、災害評價資料等。從2004年開始,挪威地質調查局負責進行全國的滑坡災害填圖。澳大利亞1994年啟動的國家環境地質科學填圖協議,把災害調查、災害風險評估作為其中一項重要的內容。澳大利亞地球科學機構與地方政府合作進行滑坡災害調查與評估工作,重點對發生滑坡的區域開展災害預測,對滑坡易發區進行災害風險評估。日本泥石流災害發生頻繁,不得不投入大量的人力、財力進行泥石流災害研究,取得了顯著的成效。近年的研究工作重點強調利用先進技術建立泥石流原型綜合觀測系統,同時進行一系列規模大小不一的模擬實驗,開展泥石流產生、搬運和堆積機理的理論研究[9]。
近年來,國外地質災害調查的主要研究集中在以下幾個方面:
(1)地質災害資料庫及災害的風險填圖。例如,義大利建立了GEOS資料庫,收集的數據包括岩石、古今滑坡、對人造建築的損害、土壤最易過飽和和滑動的地區、河道特徵等。根據需要,可以繪制各種1∶10萬至1∶25萬比例尺的圖件,如脆弱性圖、洪水多發區圖等。加拿大啟動了自然災害填圖項目,目的是提供加拿大自然災害的背景信息,包括歷史事件數據和風險圖等。美國編制了自然災害風險圖,表明了易受各類自然災害危險的地區。
(2)地質災害預測和預警系統。在進行災害預警系統研究中,廣泛採用了現代化的技術方法。例如美國採用GIS技術確定各個地區對地震災害的脆弱性,並實時監控地質活動帶獲取相關數據。
(3)先進技術在地質災害調查中的應用。例如,採用遙感技術對中小流域地質災害進行區域性評價,查明地質災害時空分布規律,結合地面調查劃分地質災害危險性等級。同時將災害危險性等級與土地資源的可利用性聯系起來,使地質災害研究成果更容易為公眾所接受,擴大成果的應用服務。
(4)災害系統和災害鏈的研究。研究表明,各種地質災害的發生有著成生聯系,往往會發生連鎖反應,例如大洪水常伴生有滑坡、泥石流、地面塌陷等災害。由於災害的共生性使災害事件和災害系統非常復雜,對單一災害的研究往往不能解決實質性的問題,各國加強了對地質災害系統的研究。
『陸』 哪裡可以找到即時的地質災害信息
地質專業知識服務系統裡面有地質災害專題,以GIS方式呈現地質災害的分布、災害情況和一些具體的數據,可以進入這個系統在菜單欄的專題應用里找到地質災害數據,點擊就進入地質災害服務應用了,可以通過右側的條件進行選擇精準定位自己想要的內容,內容會在左側地圖上呈現出來。
『柒』 山西省孝義市地質災害治理 獲取國家資金補貼
一、今年災情及我部防範工作情況
今年,我國氣候極端異常,部分地區前旱後雨,瞬時暴雨,持續強降雨,導致崩塌、滑坡、泥石流等地質災害多發頻發群發。1至6月,全國發生19522起,造成464人死亡和失蹤,直接經濟損失18.61億元,分別比去年同期增長932.3%、177.8%和190%。
國務院領導高度重視地質災害防範工作,今年上半年作出60多次重要批示,為我們工作指明了方向。我部堅決貫徹落實國務院領導批示精神,年初開始早研判、早部署、早檢查、早落實,採取多種手段嚴防嚴控。一是精心部署,先後8次召開全國和重要地區的汛期防範工作會議,多次發文和聯合相關部門發文,進行再動員、再部署、再落實。二是檢查督促,近百次派出由部領導和司局領導帶隊、相關部門參加的工作組檢查指導。三是強化應急,派出88名專家長期駐守18個重點省(區、市),指導排查、監測預警和群測群防等。多次啟動應急響應,在玉樹地震和關嶺滑坡等災害發生後,第一時間組織開展隱患排查,協助和指導防範次生災害。四是重點防範,把地震災區和三峽庫區作為重中之重,派出150名專家協助四川、青海、重慶、湖北四省(市)開展排查和巡查,並在全國范圍內部署開展人口密集地區、交通幹道和重要工程周邊災害點再排查。五是聯控聯防,加強與氣象、水利、鐵路、交通運輸、教育等部門的協作配合,發揮部門優勢,落實防災責任,提升防控能力。
通過以上工作,今年上半年地質災害防範取得了顯著成效。轉移受威脅群眾20多萬,成功避讓477起,避免人員傷亡14839人。僅6月一個月,全國共成功預報320起,避免人員傷亡11014人,避免直接經濟損失1.38億元,為歷年來單月最多。與2009年1至6月相比,今年同期地質災害發生數量增長了近10倍,而造成的人員死亡失蹤人數同比大幅減少。
重點地區防範工作取得了很大的成效,成功預報和避免多起重大地質災害。三峽庫區已連續7年未因地質災害導致人員傷亡。汶川地震災區2年多來,雖然地質災害多發頻發,但災民安置點未因地質災害導致人員傷亡,實現了主汛期地質災害無重大群死群傷的目標。玉樹地震災區隱患排查迅速完成,重要隱患均被嚴密監控或應急排危除險。
二、以往地質災害防治工作主要成效和存在問題
1998年政府機構改革,地質環境隊伍(工程地質隊、水文地質隊)作為地勘隊伍的組成部分連同地勘費一並下放地方。地質災害作為地質環境工作的一部分,是在機構改革之後的10年來逐步成為一項重要職能,越來越受到重視,三定規定我部的職能是組織、協調、指導、監督。近年來,地質災害防治工作經歷了調查、普查、工程治理從無到有的過程,初步形成了以地質災害調查為基礎,以三峽庫區、地震災區為重點的,少數隱患點實施專業隊伍監測,絕大多數採取群測群防監測,逐步開始重大隱患點工程治理的格局。
1、在山區縣地質災害調查基礎上形成了群測群防體系
從2003年至2008年,在地質災害易發區部署完成了1640個縣的地質災害調查與區劃工作,基於此項成果初步建立了以群測群防為主的地質災害監測網路體系。現在全國24萬處隱患點均已納入群測群防體系,有10萬群測群防員。實踐證明群測群防是我國地質災害防治工作的一大創舉,是在現行條件下最為有效的監測體系,創造了無數的奇跡,挽救了大量生命,取得了巨大成功。
1640個縣的調查評價程度很低,每個縣只安排20萬元經費,只能做一些地表肉眼觀察工作,基本查清了房前屋後小開小裂小縫,但對較遠距離的、具有隱蔽性的、比較復雜的地質災害隱患還沒有查清楚。群測群防體系不健全,主要依靠兼職,缺少必要的經濟待遇和設施配備。原因是地質災害多數分布在山區,大多數都是貧困縣,縣鄉政府在財政上都比較困難。
2、組建了部級和省級及三峽庫區地質災害監測機構
目前全國已形成了由1個國家級地質環境監測院、32個省級監測總站、233個市級監測分站和166個縣級監測站組成的全國地質環境監測體系。初步建立了三峽庫區滑坡崩塌專業監測網。在典型地區開展了突發性地質災害專業監測示範工作。
問題是全國地質災害行政管理人員太少,越到基層越少,絕大多數縣一個專職人員也沒有。香港的土木工程拓展署的土力工程處有700多人從事地質災害管理,我們全國都算上專職管理人員也不到他們的一半。市、縣級地質環境(地質災害)監測機構建立的還很不普遍,絕大多數市、縣沒有地質災害監測機構,現有的機構也還存在著人員少,技術人員更少的問題。經費普遍沒有保障,少數機構的經費納入財政預算,多數是自收自支,與其公益性服務機構性質很不相宜。
3、法規規章逐步完善,管理工作逐步加強
國務院於2003年頒布了《地質災害防治條例》。全國已有29個省(區、市)頒布了相關的地方性法規或規章。國務院先後發布《國家突發地質災害應急預案》和《全國地質災害防治「十一五」規劃》。各省(區、市)和大部分地質災害易發區的市、縣均發布實施了突發地質災害應急預案和地質災害防治規劃。2009年我部印發了《國土資源部突發地質災害應急響應工作方案》,建立了較為完善的地質災害應急響應機制。建立了部省兩級應急專家隊伍。2009年,在全國開展以縣(區、市)為對象的群測群防 「十有縣」 (有組織、有規劃、有經費、有預案、有制度、有宣傳、有預報、有監測、有手段、有警示)建設,已建成321個。在全國推進地質災害防治行政管理、事業支撐、應急處置、專家咨詢、中介服務「五條線」建設,努力提高地質災害防治能力和水平。2007年以來,在全國先後開展「農村地質災害防治知識萬村培訓行動」和「縣、鄉、村幹部國土資源法律知識宣傳教育培訓」,培訓基層幹部、監測人員和群眾、學生300多萬人。2010年,正在在全國開展針對基層國土所和群測群防員的地質災害防治評估、巡查、宣傳、預案和人員「五到位」宣傳培訓活動,培訓10萬人。
4、各相關部門的工作配合逐步加強
從2003年起,我部與氣象局合作開展地質災害氣象預警預報,截至2009年,國家、30個省(區、市)、223個市、1035個縣開展了這項工作。今年我部與氣象局又共同研究進一步提高預警預報的精度,聯合發文要求所有市、縣都要開展這項工作。我部與建設、交通、鐵道等部門聯控聯防,相關部門對建設工程區、交通幹道等的地質災害防治工作逐步加強。今年我部與交通部、鐵道部聯合發文,就汛期地質災害防治共同部署, 2次邀請10多個部委聯合召開視頻會議,共同開展汛期檢查,取得較好效果。
三、今後地質災害防治工作需要加強的工作和需要解決的問題
地質災害防治已經是中央領導高度重視、社會各界普遍關注、人民群眾充滿期盼的大事。我們一方面堅決貫徹落實國務院領導批示指示精神,加強應急響應和應急處置。一方面積極探索深化改革完善地質災害防災減災體系。
1、進一步開展地質災害調查、普查、排查等基礎工作
為建立完善的地質災害防災減災體系,必須加大基礎工作力度。全國應開展全面的地質災害調查,重點地區(300萬平方公里)詳查工作應加快進度,地震災區、三峽庫區等應做到普查,排查工作應納入基礎工作由專業隊伍承擔,並每隔一年排查一次,人員集中區附近2000米范圍要提高工作程度,部署一批必要的工程勘查。
2、建立市、縣地質災害(地質環境)監測機構
建立市、縣地質災害(地質環境)監測機構是必要的,地下水、地面沉降、地面塌陷、礦山地質環境、地質災害等都需要監測,各地的監測機構可以根據不同地區特點有所側重。監測機構承接地質災害調查、普查、排查等基礎工作成果,可以根據成果、根據群測群防員分布,劃定每個群測群防員的監測區域、監測隱患點、巡查路線等,使地調成果發揮作用。
3、以村支部書記、村長、村民小組長為主加強群測群防員隊伍
實踐證明村支部書記、村長和村民小組長擔當群測群防員是最合適人選,他們了解當地情況、熟悉村民、富有責任心。他們當群測群防員遇有災情險情最方便報告鄉鎮政府,立即就能使基層政府直接組織搶險救災。應該給這支群測群防員隊伍統一的經濟待遇,應由中央財政承擔他們的補助經費,這樣就能把群測群防的水平提高到現階段最高水平。
4、國家級和市、縣級地災防治指揮協調能力建設是當前應該加強的兩個重要環節
地質災害現在已經成為非常重要的自然災害,今年暴雨導致人員傷亡90%屬於地質災害。建議在國家層面成立國家地質災害防治指揮部,我部作為辦公室單位,組建地質災害防治應急中心。
地質災害防治關鍵在基層,而我們基層最為薄弱。要加強市、縣防災減災體系建設,形成中央出資由專業的地勘單位進行地質災害調查,成果由市、縣兩級地質災害(地質環境)監測機構承接,群測群防員使用,發現災情險情報告市縣、鄉政府應急處置的防災體系。
5、進一步加大重大地質災害治理資金投入
《地質災害防治條例》規定由中央和省級政府負責特大和重大地質災害治理,現在用於面上的治理資金中央每年出資僅9個億,與各地需求相比杯水車薪。如能增加到每年40個億治理進度會大大加快。三峽庫區、地震災區之所以防災工作做得好,與國家投入力度大是直接相關的。現在有些省級政府也出一些資金,但不普遍,也沒有形成制度。各省都應該每年有專項納入財政預算。市、縣兩級的地質災害(地質環境)監測機構的工作經費也應納入地方財政預算。
『捌』 地質災害風險評估方法
滑坡泥石流等地質災害的不確定性決定了其評估方法採用非確定性分析方法。該類方法是基於地質災害預測理論的廣義系統科學原理,在類比法的基礎上發展起來的一類研究方法。隨著概率論、數理統計及信息理論、模糊數學理論用於地質災害預測,目前已形成了多種預測模型,其預測成果可相互對比、檢驗,從而可使預測成果更具合理性、科學性。目前常用的非確定性分析方法主要有以下幾種。
一、參數合成法
參數合成法又稱專家經驗指數綜合評判法。它是最為簡單的定量評估方法。該類模型主要是建立在專家豐富的經驗基礎之上的,通過專家打分法等途徑獲取專家經驗知識,專家選擇影響地質災害的因子並編製成圖。根據專家的經驗,賦予每個因子一個適當的權重,最後進行加權疊加或合成,形成地質災害危險性分區圖。
它的主要優點是:①可以同時考慮大量的參數;②可以應用於任意比例尺的區域和單體斜坡穩定性評估;③大大降低了隱含規則的使用,定量化程度提高;④整個流程可以在GIS的支持下快速完成,使數據管理標准化,時間短,費用少。主要缺點有:①主觀性較強,不同的調查者或專家得出的結果無法進行比較。權值的確定仍含有不同程度的主觀性;②隱含的評判規則使結果分析和更新困難;③需要詳細的野外調查;④應用於大區域評估時,操作復雜,模型難以推廣。
二、數理多元統計模型法
該方法是通過對現有地質災害及其類似不穩定現象與地質環境條件和作用因素之間的統計規律研究,建立相關的預測模型,從而預測區域地質災害的危險性。該類模型方法很多,如回歸分析、判別分析、聚類分析方法等。
統計分析的前提是已知學習區(訓練區)的地質災害分布情況,根據數理統計理論,建立影響參數和地質災害發生與否的數學統計模型,在測試區得到驗證後,將其應用到地質環境相同或相似的地區,預測研究區的災害危險性分布規律。因此,統計分析方法評估的結果的可靠度直接取決於測試區原始數據的精度,模型也不能在任何地區推廣使用。盡管如此,大量的研究表明,統計分析是目前最為適用的區域地質災害危險度評估區劃方法,它有嚴格的數理統計理論作基礎,數學模型簡單易懂,而且與GIS技術能夠很好地結合,使龐大的數據得到合理的標准化管理、分析與儲存。
多元統計分析中的主成分分析和因子分析方法在環境統計方面有不少成功的應用。將這兩種方法結合起來的主成分-因子分析法可以應用於多變數的因子賦權研究(吳聿明,1991)。主成分-因子分析法的主要思想是(應農根,劉幼慈,1987):在所研究的全部原始變數中將有關信息集中起來,通過探討相關矩陣的內部依賴結構,將多變數綜合成少數彼此互不相關的主成分,以再現原始變數之間的關系,並通過因子荷載矩陣的軸正交或斜交旋轉,進一步探索產生這些相關聯系的內在原因。
此方法適用於區域地質災害空間預測研究,對一定地區土地利用、國土開發、城市規劃具有宏觀指導作用。
三、層次分析法
層次分析法是對一個包括多方面因子而又難以准確量化的復雜系統進行分析評估時,根據各因子之間以及它們與評估目標的相關性,理順組合方式和層次,據此建立系統評估的結構模型和數學模型;對模型中的各種模糊性因子,根據它們的強度以及對影響對象的控製程度,確定標度指標和作用權重;將這些指標作為基本參數,代入評估模型,逐級進行定量分析並最終取得評估目標。根據地質災害風險系統組成,大致可通過4個層次的統計分析完成評估工作:以各種要素為主體的基礎層統計分析;以危險性、易損性、減災能力為目的的過渡層分析;以期望損失為目標的准則層分析;以風險度或風險等級為最終目標的目標層分析。
四、模糊與灰色聚類方法
模糊聚類判別法模型以模糊數學理論為基礎。由於地質災害系統的復雜性,用絕對的「非此即彼」不能准確地描述地質災害系統的客觀實際,存在著「亦此亦彼」的模糊現象,不能用1或0二值邏輯來刻畫,而需用區間[0,1]的多值(或連續值)邏輯來表達。而模糊數學理論正是適用於地質災害系統的不確定性,用隸屬函數來描述那些邊界不清的過渡性問題及受多因素影響的復雜系統的非確定性問題。目前常用的方法有模糊綜合評判法、模糊可靠度分析方法及其與層次性原理相結合而派生的模糊層次綜合評判法。模糊聚類綜合評估的基本步驟是:根據地質災害風險構成,建立因素集、綜合評估集和權重集,確定隸屬函數,得到綜合評估結果,並進行解釋分析。
灰色聚類綜合評估法以灰色系統理論為基礎,常用於研究「小樣本、貧信息不確定性」問題。在地質災害預測中,可利用灰色關聯分析,評估斜坡穩定性各影響因素的影響程度,可以克服通常數理統計方法作系統分析所導致的缺憾,對樣本量和樣本的規律性無特殊要求。同樣可通過灰色聚類中的灰類白化權函數聚類,在考慮多種影響因素的基礎上對各研究單元的危險性狀態進行判定,進而完成空間預測中的危險性分區。灰色系統的以灰色模型(GM)為核心的各種預測模型還為分析地質災害預測中的各種時序數據提供了有效途徑,成為目前地質災害實時跟蹤預報的常用方法之一。灰色聚類綜合評估的基本步驟是:確定聚類白化數和白化函數,標定聚類權,求聚類系數,構造類向量,求解聚類灰數。
五、信息模型評估法
該類模型的理論基礎是資訊理論。用地質災害發生過程中熵的減少來表徵地質災害事件產生的可能性,因素組合對某地質災害事件的確定所帶來的不肯定性程度的平均減少量等於該地質災害系統熵值的變化。認為地質災害的產生與預測過程中所獲取的信息的數量和質量有關,是用信息量來衡量的,信息量越大,表明產生地質災害的可能性越大。該類模型預測法同統計預測模型一樣,適用於中小比例尺區域預測。
信息科學現已成為廣泛使用的一門科學,但它的產生卻只有短短的半個世紀歷史。1948年Shannon 發表的著名論文《通信的數學理論》標志著信息科學的誕生。Shannon把信息定義為「隨機事件不確定性的減少」,並把數學統計方法移植到了通信領域,提出了信息量的概念及信息熵的數學公式。信息科學研究的對象是信息,它的重要任務是研究信息的提取、信息傳輸、信息處理、信息存儲等。由於現代自然科學發展的綜合整體化趨勢,各學科的相互滲透、相互聯系,經過幾十年的發展,使信息量和信息熵的概念已遠遠超出了通信領域。信息科學不僅應用於各種自然科學領域,而且已廣泛應用在管理、社會等科學領域。
運用資訊理論方法進行地質學領域的礦床預測研究是由維索奧斯特羅斯卡婭(1968)及恰金(1969)先後提出。趙鵬大等在《礦床統計預測》一書中研究了信息量方法在區域找礦工作中的應用問題。晏同珍、殷坤龍等自1985年起,先後多次在陝南及長江三峽庫區探索了信息量方法在區域性滑坡災害空間預測分區中的應用,並與其他方法(如聚類分析、回歸分析、數量化理論方法等)的研究成果進行了比較性研究。艾南山、苗天德(1987)研究了侵蝕流域地貌系統的信息熵問題,他們在斯揣勒的流域面積——高程曲線的基礎上構造了侵蝕流域地貌系統的信息熵表達式,並據此作為流域穩定性的一種判定指標。Read J. 和Harr M.(1988)首次將信息熵的概念與斜坡安全系數計算的條分法結合在一起。由於地質災害預測內容的多樣性,所以決定了預測理論和方法的非單一性。晏同珍等(1989)將其概括為三類模型預測法——確定性模型預測法、統計模型預測法、信息模型預測法;前兩種模型又可分別稱其為「白箱」和「黑箱」模型,而信息模型則是介於兩者之間。
地質災害現象(Y)受多種因素Xi的影響,各種因素所起作用的大小、性質是不相同的。在各種不同的地質環境中,對於地質災害而言,總會存在一種「最佳因素組合」。因此,對於區域地質災害預測要綜合研究「最佳因素組合」,而不是停留在單個因素上。信息預測的觀點認為,地質災害產生與否是與預測過程中所獲取的信息的數量和質量有關,因此可用信息量來衡量:
地質災害風險評估理論與實踐
根據條件概率運算,上式可進一步寫成:
地質災害風險評估理論與實踐
式中:I(y,x1x2xn)為因素組合x1x2xn對地質災害所提供的信息量(bit);P(y,x1x2xn)為因素x1x2xn組合條件下地質災害發生的概率;Ix1(y,x2)為因素x1存在時,因素x2對地質災害提供的信息量(bit);P(y)為地質災害發生的概率。
式(2)說明,因素組合x1x2xn對地質災害所提供的信息量等於因素x1提供的信息量,加上因素x1確定後因素x2對地質災害提供的信息量,直至因素x1x2xn-1確定後,xn對地質災害提供的信息量,反映出信息的可加性特徵,從而說明區域地質災害信息預測是充分考慮因素組合的共同影響與作用。
P(y,x1x2xn)和P(y)可用統計概率來表示,各種因素組合對預測地質災害提供的信息量可正可負,當P(y,x1x2xn)>;P(y)時,I(y,x1x2xn)>;0;反之I(y,x1x2xn)<;0。大於0情況表示因素組合x1x2xn有利於所預測地質災害的發生,相反情況則表明這些因素組合不利於地質災害的發生。
區域地質災害預測是在對研究區域網格單元劃分的基礎上進行的,根據不同地區具體的地質、地形條件,採用相應的網格形狀和網格大小,進一步結合區域地質災害分布圖開展信息統計分析。假定某區域內共劃分成N個單元,已經發生地質災害的單元為N0個。具相同因素x1x2xn組合的單元共M個,而在這些單元中有地質災害的單元數為M0個。按照統計概率代表先驗概率的原理,式(1),因素x1x2xn在該地區內對地質災害提供的信息量為:
地質災害風險評估理論與實踐
如果採用面積比來計算信息量值,則式(3)可表示成:
地質災害風險評估理論與實踐
式中:A為區域內單元總面積;A0為已經發生地質災害的單元面積之和;S為具相同因素x1x2xn組合的單元總面積;S0為具相同因素x1x2xn組合單元中發生地質災害的單元面積之和。
一般情況下,由於作用於地質災害的因素很多,相應的因素組合狀態也特別多,樣本統計數量往往受到限制,故採用簡化的單因素信息量模型的分步計算,再綜合疊加分析相應的信息量模型改寫為:
地質災害風險評估理論與實踐
式中:I為預測區某單元信息量預測值;Si為因素xi所佔單元總面積;S0i為因素xi單元中發生地質災害的單元面積之和。
六、實證權重法
實證權重法(Weights of evidence,)是加拿大數學地質學家Agterberg等(1989)提出的一種基於二值(存在或不存在)圖像的地學統計方法,是在假設條件獨立的前提下,基於貝葉斯定理(Bayesian』rule)的一種定量預測方法。Bonham-Carter等(1990)和Harris等(2001)都先後應用WOE方法來預測礦產的遠景分布。通過對已知成礦情況網格單元的預測因子和響應因子之間的統計分析,計算出權重,然後對各待預測網格單元的各預測因子進行加權綜合,最後,通過確定每一單元響應因子出現的概率大小便可得到不同級別的成礦遠景區。
Van Westen進一步將模型應用到災害危險性評估領域。數據驅動權重模擬方法的主要原理是利用滑坡歷史分布數據,建立滑坡分布與各影響因子之間的統計關系,即根據在各影響因子不同類別中滑坡分布的統計情況來確定各影響因子對滑坡災害的貢獻率(權重)大小。這種採用數據進行權重確定的方法被稱為數據驅動模型。與專家知識模型相比,權重的確定更加科學和可靠,避免了專家的主觀性所帶來的不確定性。最後,利用另一時期的滑坡分布歷史數據對評估結果進行檢驗和成功率預測,調整不合理的邊界,使評估結果更加具有可信度。基於統計學的Bayesian方法的數據驅動權重模型所採用的統計方法更加嚴謹,充分考慮了滑坡影響因素之間的關系,以及各影響因素與滑坡災害的關系;並進行影響因素的獨立性分析,找出最關鍵的影響因子。在此基礎上計算各影響因素的權重。
七、非線性模型預測法
非線性模型預測法又稱BP神經網路法,是把一組樣本的輸入輸出問題變為一個非線性優化問題而建立的預測模型。
鑒於地質災害系統具有復雜性特點,很難用簡單的線性方程表達,因此使一批非線性預測模型迅速發展起來。如分形理論就是通過研究地質災害系統的自相似性來對地質災害的運動規律進行研究。易順民應用分形理論研究了區域性滑坡災害活動的自相似結構特徵,發現在地質災害活動的高潮期到來前有明顯的降維。吳中如、黃國明等依據分形理論提出了滑坡變形失穩判據及滑坡蠕滑的相空間模型,是地質災害時間預報的一種全新思路。自組織理論探索地質災害復雜系統如何從無序進化到有序的自組織過程;突變理論主要從定量的角度描述非線性系統在臨界失穩時的突變行為,為地質災害時間預報提供了一種新途徑;分形理論則從幾何的角度探討系統內各個層次間的自相似性,應用在地質災害過程描述及過程預報中,化復雜為簡單,化定性為定量;混沌動力學探討非線性地質災害系統在其演化過程中的不可逆性和演化行為對初值的敏感性。
人工神經網路(Artificial Neural Network,簡稱ANN)是由大量與自然神經細胞類似的人工神經元廣泛互連而成的網路。網路的信息處理由神經元之間的相互作用來實現,知識與信息的存貯表現為網路元件互連間分布式的物理聯系,網路的學習和識別決定於各神經元連接權系的動態演化過程。人工神經網路是一個超大規模非線性連續時間自適應信息處理系統。目前人工神經網路的應用已滲透到許多領域,為學習識別和計算提供了新的現代途徑。
人工神經網路使用比較方便,它的信息處理過程同人腦一樣,是一個黑箱,如圖1-6所示。在實際應用中,和人們打交道的只是它表層的輸入和輸出,而內部信息處理過程是看不到的。對於不懂神經網路內部原理的人,也可將自己的問題交給這種網路進行解決,只要把你的例子讓它學習一段時間,它就可以解決與之有關的問題。這正符合地質災害預測理論的基本原理和思路。
圖1-6 神經網路信息處理示意圖
根據人工神經網路對生物神經系統的不同組織層次和抽象層次的模擬,人工神經網路可以分為多種類型。目前已有40餘種人工神經網路模型。引用於地質災害預測評估的多層前饋神經網路模型(Back Propagation,簡稱BP模型)是目前應用最廣泛、發展最成熟的一種神經網路模型,如圖1-7所示,它是按層次結構構造的,包括一個輸入層、一個輸出層和一個或多個隱含層。
圖1-7 BP網路模型
實際上,BP模型是把一組樣本的輸入輸出問題變為一個非線性優化問題。我們可以把這種模型看成一個從輸入到輸出的映射,這個映射是高度非線性的。如果輸入節點數為n,輸出節點數為m,則神經網路表示的是從n維歐氏空間到m維歐氏空間的映射。
在預測識別過程中,標准樣本的選擇是否得當,是預測是否成功的關鍵。一般來說,學習樣本最好能涵蓋預測對象的所有狀態,具有廣泛的代表性。在確定網路結構時,一般來講,一個隱層的三層BP模型已可進行任意精度模擬任何連續函數。隱含層結點數目過少,不能有效地映射輸入層和輸出層之間的關系;過多,收斂速度過慢。因此,中間層結點數目的選取,需經過反復演算訓練,才能得出較為理想的節點數。在計算過程中,為了提高效率,可以適當降低輸入結點的數目,減少訓練樣本的維數,以增加網路的穩定性,同時還可以通過增加沖量項法或者自適應調節學習率、共軛梯度法等方法提高迭代收斂速度。
BP模型運用到地質災害危險性區劃中,可以通過樣本區的標准樣本的學習建立相應預測網路,從而推廣到預測區進行預測。網路的輸入層的變數對應於影響地質災害產生的主要影響因素,變數可以是二態變數,也可以是具體的觀測數據。當然由於各變數存在單位或數量級的差異,必須把變數數據經過正規化或標准化處理。輸出層對應的是地質災害預測等級(極高、高、中等、低、極低)的劃分,或是危險程度的具體數值表達,如穩定性系數、破壞概率等,這就要求樣本區的研究精度較高,指標細化程度較高。
八、地質災害風險分析與GIS技術
地理信息系統(GIS)是集計算機科學、信息科學、現代地理學、遙感測繪學、環境科學、城市科學、空間科學、管理科學和現代通訊技術於一體的一門新興學科。具體而言,GIS是指對各種地理信息及其載體(文字、數據、圖表、專題圖等)進行輸入、存儲、檢索、修改、量測、運算、分析、輸出等的技術系統。GIS的主要功能有採集、存儲、管理、分析、輸出各種數據、數據維護和更新、區域空間分析以及多因素綜合分析和動態監測等。GIS不僅可以像傳統的資料庫管理系統(DBMS)那樣管理數字和文字(屬性)信息,而且還可以管理空間(圖形)信息;它可以使用各種空間分析的方法,對多種不同的信息進行綜合分析,尋找空間實體間的相互關系,分析和處理一定區域內分布的現象和過程。當代地理信息系統正向能夠提供豐富、全面的空間分析功能的智能化GIS的方向發展。智能化的GIS具有強大的空間建模功能,能夠構建各種具有專業性、綜合性、集成性的地學分析模型來完成具體的實際工作,解決以前只有靠地學專家才能解決的問題。
GIS把各種與空間信息相關的技術與學科有機地融合在一起,並與不同數據源的空間與非空間數據相結合,通過空間操作與模型分析,提供對規劃、管理、決策有用的信息產品。GIS為我們提供了一種認識和理解地學信息的新方式,GIS強大的空間分析功能和空間資料庫管理能力為我們研究區域地質災害提供了一個科學、便捷的嶄新途徑。
作為數字地球的核心技術之一,GIS經過將近40年的發展,已經成為一種日益成熟的空間數據處理技術和方法。它提供了一種認識和理解地學信息的新方式,已廣泛應用於國土資源調查、環境質量評估、區域規劃設計、公共設施管理等方面。在地質災害研究領域,GIS技術的應用已從最初的數據管理、多源數據採集數字化輸入和繪圖輸出,到數字高程模型、數字地面模型的使用、GIS 結合災害評估模型的擴展分析、GIS與決策支持系統的集成、GIS虛擬現實技術的應用等,並逐步發展與深入應用。
各種地質災害都是在地球表層一定空間范圍和一定時間限度內發生的,盡管不同種類的地質災害之間、同一種類的地質災害的不同個體之間大都形態各異,形成機理也是千差萬別,但它們都是災害孕育環境與觸發因子共同作用的結果,而這些都與空間信息密切相關,利用GIS技術不僅可以對各種地質災害及其相關信息進行管理,而且可以從不同空間和時間的尺度上分析地質災害的發生與環境因素之間的統計關系,評估各種地質災害的發生概率和可能的災害後果。地質災害危險性區劃圖屬於一種綜合圖件,而且具有一定時段內的靜態特點,因此需要不斷更新;尤其是有新的地質災害發生的時候,更應及時修訂。由於GIS技術的空間分析、制圖功能和可視化的特點,所以GIS技術在地質災害區劃研究方面正得到快速發展,以GIS軟體為技術平台的地質災害的危險性、易損性和風險評估的系統研究逐步成為本領域研究的發展方向,並有可能在不遠的未來與網路技術相結合。
國外尤其是發達國家,對GIS技術應用於地質災害領域的研究已做了很多工作。從20世紀80年代至今,GIS技術的應用已從數據管理、多源數據採集、數據化輸入和繪圖輸出,到數字高程模型、數字地面模型的使用、GIS結合災害評估模型的擴展分析、GIS與決策支持系統(DSS)的集成、GIS虛擬現實技術的使用,都得到不斷的發展和廣泛的應用。在滑坡災害研究領域,GIS技術的應用已經比較成熟,主要體現在以下幾個方面:
(1)建立基於GIS的滑坡災害信息管理系統。如Keane James M.(1992), BaharIrwan(1998), Bliss Norman B.(1998)等將GIS運用到滑坡災害歷史數據的管理及預測成果成圖表徵中。
(2)GIS技術與各種評估模型結合運用到滑坡危險性預測中。如Matula(1987),Lekkas E.(1995), Randall(1998), Dhakal Amod Sagar(1999)等利用GIS的空間分析功能與預測模型的結合,完成了滑坡預測因素的空間疊加,進行滑坡危險性預測,得出相應的預測分區圖和滑坡敏感性圖。
(3)進行基於GIS的滑坡災害風險分析預測與管理。如 Ellene(1994),Leroi(1996),Bunza(1996), Castaneda Oscar E.(1998), Atkinson(1998), Michael(2000), Aleotti(2000)等從影響滑坡災害風險的因素出發,利用GIS的空間分析功能進行因素疊加,實現風險評估並結合GIS的信息管理功能,對災害信息進行管理,最終進行管理決策,大到防災減災的目的。目前,國外在滑坡災害預測領域已基本實現了RS與GIS的緊密結合,個別項目已達到了3S技術的結合。
國內基於GIS技術開展地質災害評估工作起步較晚,目前還沒有成熟實用的地質災害預測評估的GIS系統。姜雲、王蘭生(1994)在山區城市地面岩體穩定性管理與控制中應用了GIS技術,以重慶市為典型研究對象,對地面岩體變形破壞進行了時空預測預報;同時,通過分析城市地質環境對土地工程利用的制約關系,應用GIS的信息存儲、查詢、空間疊加運算及DEM模型等功能,做出地力等級劃分,並編制了斜坡穩定性綜合評估分區圖。雷明堂、蔣小珍等(1994)將GIS技術運用在岩溶塌陷評估中,完成了研究區岩溶塌陷危險度評估及分區。成都理工學院(1998)和中國地質環境監測院及國土資源部長江三峽地質災害防治指揮部合作進行了「地質災害信息系統及防治決策支持系統」開發試驗工作,初步建立了一個全國地質災害調查與綜合評估系統。中國國土資源經濟研究院、中國地質大學、中國地質科學院岩溶地質研究所、國土資源部實物地質資料中心(2002)聯合開展了「全國地質災害風險區劃」項目攻關,利用國產軟體MAPGIS,對全國小比例尺滑坡、泥石流、岩溶塌陷地質災害進行了基於GIS的風險評估(包括地質災害危險性評估、易損性評估和風險性區劃)。朱良峰等在國產版權的MAPGIS軟體平台上,開發了一套地質災害風險評估系統RISKANLY。這套基於GIS技術的地質災害風險分析不僅方法上可行,而且技術上先進,代表著地質災害風險分析的發展方向。當然,無論是地質災害的危險性分析模型,還是區域社會經濟易損性分析模型,都有待於實踐中的進一步研究與發展,這顯然是應該隨著人類對地質災害本質屬性認識的逐漸深化而不斷發展的。
隨著我國社會經濟的迅速發展和城市化進程的加快,崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等地質災害破壞的廣度與深度也在迅速增大,需要更加關注地質災害的區域時空預測研究。與地質災害有關的相關因素很多且成因復雜,都與空間信息密切相關,因此,利用GIS技術不僅可以對地質災害相關的各種空間信息進行管理,而且可以從不同的空間和時間尺度上分析地質災害的發生與環境因素之間的統計關系,評估地質災害的發生風險和可能的災害范圍。因此,基於GIS的地質災害風險評估與區劃將會在未來我國的社會經濟發展中起著重要的作用。
九、小結
地質災害風險評估涉及兩個重要的方面:一是地質災害發生的可能性問題,二是人類自身、社會及環境等對象對地質災害的抵禦能力問題。因此,地質災害的定義採用國際上的geological hazard一詞。本書遵循科學性、通用性的原則,結合國內近年來在地質災害風險評估領域已初步形成的有代表性的術語表達方式,在聯合國教科文組織提出的統一定義的基礎上,對地質災害風險評估所涉及的基本術語定義如下:
(1)危險度H(Hazard)。特定地區范圍內某種潛在的地質災害現象在一定時期內發生的概率。
(2)易損性V(Vulnerability)。某種地質災害現象以一定的強度發生而對承災體可能造成的損失程度,易損性可以用0-1來表示,0表示無損失,1表示完全損失。
(3)承災體E(Element at risk)。特定區域內受地質災害威脅的各種對象,包括人口、財產、經濟活動、公共設施、土地、資源、環境等。
(4)風險度R(Risk)。承災體可能受到各種地質災害現象襲擊而造成的直接和間接經濟損失、人員傷亡、環境破壞等。風險等於危險性、易損性、承災體價值三者的乘積。
風險度(R)=危險度(H)×易損度(V)×承災體價值(E)
『玖』 地質災害防治措施
崩塌災害防治的工程措施:
1、攔擋:對中、小型崩塌可修築遮擋建築物或攔截建築物。攔截建築物有落石平台、落石槽、攔石堤或攔石牆等,遮擋建築物有明洞、棚洞等。
2、支撐與坡面防護:支撐是指對懸於上方、可能拉斷墜落的懸臂狀或拱橋狀等危岩採用墩、柱、牆或其組合形式支撐加固,以達到治理危岩的目的。對危險塊體連片分布,並存在軟弱夾層或軟弱結構面的危岩區,首先清除部分松動塊體,修建條石護壁支撐牆保護斜坡坡面。
3、錨固:板狀、柱狀和倒錐狀危岩體極易發生崩塌錯落,利用預應力錨桿(索)可對其進行加固處理,防止崩塌的發生。錨固措施可使臨空面附近的岩體裂縫寬度減小,提高岩體的完整性。
4、灌漿加固:固結灌漿可增強岩石完整性和岩體強度。一般先進行錨固,再逐段灌漿加固。
5、疏干岸坡與排水防滲:通過修建地表排水系統,將降雨產生的徑流攔截匯集,利用排水溝排出坡外。對於滑坡體中的地下水,可利用排水孔將地下水排出,從而減小孔隙水壓力、減低地下水對滑坡岩土體的軟化作用。
滑坡災害防治的工程措施
1、排除地表水和地下水:滑坡滑動多與地表水或地下水活動有關。因此在滑坡防治中往往要設法排除地表水和地下水,避免地表水滲入滑體,減少地表水對滑坡岩土體的沖蝕和地下水對滑體的浮托,提高滑帶土的抗剪強度和滑坡的整體穩定性。
2、減重與載入:通過削方減載或填方載入方式來改變滑體的力學平衡條件,也可以達到治理滑坡的目的。但這種措施只有在滑坡的抗滑地段載入,主滑地段或牽引地段減重才有效果。
泥石流災害防治的工程措施
1、跨越工程:在泥石流溝上方修築橋梁、涵洞跨越避險工程,使泥石流有排泄通道,又能保證道路的暢通。
2、穿越工程:在泥石流下方修築隧道、明硐和渡槽的穿越工程,使泥石流從上方排泄,下方交通不受影響。這是通過泥石流地區的又一種主要工程形式,對於隧道、明洞和渡槽設計的選擇,總的原則是因地制宜。
3、防護工程:對泥石流地區的橋梁、隧道、路基及重要工程設施修築護坡、擋牆、順壩和丁壩等防護工程,從而抵禦泥石流的沖刷、沖擊、側蝕和淤埋等危害。
4、排導工程:修築導流堤、急流槽、束流堤等排導工程,改善泥石流流勢、增大橋梁等建築物的排泄能力。
5、攔擋工程:修築攔砂壩、固床壩、儲淤場、支擋工程、截洪工程等攔擋工程,控制泥石流的固體物質和雨洪徑流,削弱泥石流的流量、下泄量和能量,以減緩泥石流的沖刷、撞擊和淤埋等危害。
(9)地理災害有什麼獲取擴展閱讀:
誘發地質災害的因素主要有:
1、採掘礦產資源不規范,預留礦柱少,造成采空坍塌,山體開裂,繼而發生滑坡。
2、開挖邊坡:指修建公路、依山建房等建設中,形成人工高陡邊坡,造成滑坡。
3、山區水庫與渠道滲漏,增加了浸潤和軟化作用導致滑坡泥石流發生。
4、其它破壞土質環境的活動如採石放炮,堆填載入、亂砍亂伐,也是導致發生地質災害的致災作用。