成都理工大學這個實驗室讓滑坡災害提前“說話”

　　強震地質災害鏈。成都理工大供圖

　　“龍一過，山就垮。”過去農村的這句老話，將滑坡、泥石流等大型地質災害描述為“走龍垮山”。移山湮谷、地移村掩，讓人望而生畏的地質災害長期威脅著人類的生命財產安全。

　　盡可能全面識別和發現災害隱患並提前主動防控，成為當務之急。

　　滑坡隱患點在哪裡？什麼時間可能發生？如何針對“惡龍”進行科學監測預警？在成都理工大學，地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室裡有這樣一群硬核“馴龍”高手，他們建立起天—空—地一體化的“天羅地網”，2020年汛期已成功“劇透”60余起滑坡線索。

　　近日，記者走進這家全國地質災害領域唯一的國家重點實驗室，探訪這群“馴龍師”如何讓滑坡災害提前說話。

　　A天-空-地一體化“尋龍”提前“劇透”滑坡線索

　　走進實驗室主樓大廳，一塊分區的大屏實時閃動。這是四川省地質災害實時監測預警系統。3D四川地圖上，布滿1.39萬個監測隱患點，一旦有隱患點發生位移，這裡將會在兩三秒內響應，顯示出“走山惡龍”的蹤跡。

　　儀器設備研發中心主任王剛帶記者走進設備間，一排排自主研發的傳感器、大大小小的無人機、高光譜相機、制作地質模型的3D激光打印機、各類雷達……實驗室有各類設備近6000台（套），價值近2億元。這些都是“尋龍利器”。

　　一個看似普通的黃色鐵盒，就是價值250多萬元的地表微變監測系統。它能在4公裡外，對岩土體進行遠距離監測，精度還能達到0.1毫米。

　　山高坡陡，茂林隱蔽，如何利用這些設備“尋龍”？在2017年茂縣新磨村滑坡發生后，實驗室研究提出了天—空—地一體化的“三查”體系。

　　“好比流行病篩查。”成都理工大學副校長巨能攀教授說，先利用現代衛星觀測技術，對大面積區域進行掃描性篩查，對地質的形變進行全面體檢，快速粗略地查出“病號”。

　　衛星離得這麼遠，也能看得清？巨能攀說，現代光學影像的分辨率已經可以達到米級、亞米級，合成孔徑雷達能獲取地面厘米級甚至毫米級的形變信息。

　　當變形發生在山體中上部人們不常活動的區域時，衛星影像就非常管用了。山體發生開裂、下錯、局部垮塌后，相應部位的光譜特性會發生變化，並顯示出與周圍環境的差別，就可以據此識別和發現山體已發生的變形。

　　他談到2018年“堵住”金沙江的白格滑坡，衛星影像存檔數據顯示，早在1966年相關區域就已有明顯的變形跡象，說明該滑坡至少已孕育了50余年。

　　無人機攝影測量可快速獲取高分辨率的三維立體影像﹔對於植被覆蓋區，機載激光雷達可以去除地表覆蓋的植被，讓隱藏在植被之下的“傷疤”暴露無遺。

　　在地面，鋪設巨量的監測設備，“好比給山體綁上血壓計，山岩體的位移數據可以實時傳輸到信息中心，我們再對這些數據‘普查’‘詳查’的資料，進行分析研判，向目標區域居民通過短信等手段發出預警。”

　　B打破“狼來了”效應 讓監測預警更精准

　　“傳統監測預警設備通常是設定固定的採集時間和頻率。”巨能攀說。但是“地質災害不等人”，如果岩土體失穩的瞬間，剛好在採集間隙，監測系統就形同虛設了。

　　團隊為此想了不少辦法。巨能攀說，團隊在對斜坡地質充分認識的基礎上，把斜坡體地質知識寫進芯片中，來判斷一個斜坡體的屬性。一旦斜坡體發生位移，傳感器聯動數據採集終端，開始採集數據。通過位移觸發傳感器，繞開了採集頻率的難題。

　　回過頭，再結合不同地質體的模型分析，這是漸變、突變，進行地質過程的機制分析和量化評價。巨能攀介紹，基於整套的理論方法，實驗室耗時十余年開發出“一球兩庫”，即數字地球和隱患點屬性庫、衛星和無人機獲取的空間圖像庫，兩個庫的數據可以互相印証，支撐判斷。

　　鎖定了隱患點，還要回答“滑坡何時發生”。傳統的閾值預警就是針對某一滑坡，設定一個預警閾值，一旦監測數據超過此閾值即發送預警信息。這個方法簡單易行，但不同的滑坡具有不同的閾值，一旦滑坡稍有變形或稍有一定的降雨，就發送預警信息，容易產生“狼來了”效應。

　　實驗室相關團隊通過系統收集、整理國內外具有較完整監測數據的滑坡實例，以及大量的物理和數值模擬實驗，發現滑坡發生前一定會經歷加速變形階段，加速變形是滑坡發生的前提和最顯著的特征，可作為滑坡預警的重要依據。

　　再結合地表裂縫分期配套特性、速度增量、加速度等指標，構建了基於滑坡變形過程的四級綜合預警體系，並由此將滑坡預警從傳統的“閾值預警”升級為“過程預警”。

　　這得益於實驗室32年來工程地質領域的積累。1989年，實驗室創始元老之一的張倬元教授就開始籌建這個實驗室。

　　隨后的幾十年裡，實驗室團隊深耕工程地質領域，扎根西部大大小小幾乎所有水電工程和重大交通項目現場，認識地質現象，解決特殊岩土體、高邊坡、壩體岩體質量等工程地質問題。再把帶回的地質現象通過亞洲最大土工離心機、3D泥石流試驗機、地震模擬振動台等平台的實驗成果相結合，形成了獨特的理論體系。

　　2019年2月17日，貴州興義市龍井村9組發生滑坡。該實驗室部署的自動化監測系統，提前53分鐘發出紅色預警，最終實現現場人員“零傷亡”、財產“零損失”。2020年汛期，貴州和四川利用該系統成功預警地質災害60余起，保障了數萬人的生命財產安全。

　　目前,“地質災害實時監測預警系統”已全面部署到貴州、四川、山西、西藏、青海等省區，對上萬個專業監測點進行實時監控和自動預警。

　　C關注震后事 探尋震后地質災害演化

　　5月21日21時48分，雲南大理州漾濞縣發生6.4級地震，主震后多次余震，威脅著震區人民生命財產安全。第二天一早，實驗室副教授李天濤就帶隊赴震中漾濞縣，爭分奪秒開展應急調查，現場協助安置房選址。

　　另一邊，坐鎮后方的實驗室團隊迅速搜集遙感數據，開展了震區地質災害和斷層位移等初步分析。結合現場調查和遙感解譯，調查團隊初步分析認為，漾濞“5·21”地震地質災害類型主要以小型滑塌為主，未見大型崩塌和滑坡災害。

　　地震發生后，立即進行同震地質災害易發性快速評價，是實驗室自2008年“5·12”汶川特大地震后開始研究的課題。哪裡最有可能發生地質災害，哪裡的道路中斷，哪裡困住了居民，他們通過遙感數據和現場勘查，快速對地震時的地質災害進行評價。

　　實驗室副主任范宣梅說，2018年日本北海道地震后，實驗室制出了第一張地質災害分布圖﹔九寨溝地震過后，用於現場應急指揮的第一張圖，也由實驗室所出。這些圖成為指揮應急救援的一手資料。

　　2008年開始，范宣梅團隊開始沿著強震地質災害鏈進行地質災害生成和演化機制的研究和模擬預測。“地震過后，大量鬆散物質轉化為泥石流，造成河床抬升，增加洪澇災害風險。”范宣梅說，震后10年左右的時間，是地質災害的高峰期。這個階段研究的則是地質災害如何演化，如何與氣象部門在雨季做好泥石流預警。

　　范宣梅針對強震地質災害鏈畫了一個圓，最外層就是更大時間尺度上，對未來的預測。這是他們今后研究的方向——未來百年甚至千年萬年，這個區域的情況如何，地質災害如何衰減，對山區地貌演化產生什麼影響，團隊將著手研究震后長期地表物質運移與地貌演化規律。

　　這些研究將成為精准、及時捕捉“走山惡龍”的基礎支撐。

　　D改進“古方”為九寨溝“療傷”讓火花海重現容光

　　最近的端午小長假，恢復開放不到1年的九寨溝著名景點火花海狠賺了一把熱度。

　　湛藍的湖水，掩映在重重的翠綠之中，像是一塊晶瑩剔透的翡翠。每當晨霧初散，晨曦初昭時，湖面會因為陽光的折射作用，似有朵朵火花燃燒，星星點點，跳躍閃動。火花海也因此而得名。

　　2017年九寨溝地震后，火花海遭到重創，形成長40米的決口。火花海上游疊瀑壩體裂縫、坍塌等次生災害發育，湖群潰決風險增大﹔湖底鈣華坍塌、風化、沙化、黑化，退化嚴重，遺產地美學價值受到嚴重影響。

　　在經過長達一年的多方案比選后，2019年4月，實驗室裴向軍教授團隊作為牽頭實施單位，開始了火花海的修復之旅。

　　潰壩，最簡單粗暴的方式就是搭鋼筋結構，澆灌混凝土。但面對這些“翡翠”一般珍貴、易碎的海子，不能採用傳統修復方式，隻能採用環境友好型材料，不能污染水體。

　　怎麼辦？裴向軍團隊用改性糯米漿代替水泥，來黏合震損鈣華、崩塌落石，重新筑壩。

　　古代沒有水泥，建筑師們就把糯米漿和生石灰調配的灰漿，用作膠凝材料，北京故宮、明長城、承德避暑山庄等明清工程均用到了糯米灰漿來黏合磚石，數百年來仍大致保持完好。

　　但壩體長期在水下，糯米灰漿如何保持黏度？團隊在“古方”中增加了改性劑，為材料加固。經過反復凍融實驗，成功堵上了40米的決口。同時，通過黏度時變材料防滲、通過竹錨加筋護坡，恢復了震損壩體和植被生態。

　　團隊中的副教授張曉超還記得，蓄水成功當天，就有水獺游回了海子。“自然恢復為主，人工干預為輔”的技術方案，得到了聯合國教科文組織世界遺產中心、世界自然保護聯盟的積極肯定。（四川日報全媒體記者 徐莉莎）