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中国地质灾害气象风险预警20年:2003-2022

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中国地质灾害与防治学报 2024年第2期35卷 1-9页

作者：肖锐铧刘艳辉陈春利苏永超王惠卿徐为方志伟梁宏锟中国地质环境监测院(自然资源部地质灾害技术指导中心) 北京100081

地质灾害气象风险预警业务自2003年启动以来,对我国地质灾害防灾减灾起到了重要支撑作用。文章全面总结了预警工作20年的发展历程、预警技术方法和防灾减灾成效。(1)将预警工作历程分为启动推进(2003—2009年)、深化合作(2010—2017年)... 详细信息

地质灾害气象风险预警业务自2003年启动以来,对我国地质灾害防灾减灾起到了重要支撑作用。文章全面总结了预警工作20年的发展历程、预警技术方法和防灾减灾成效。(1)将预警工作历程分为启动推进(2003—2009年)、深化合作(2010—2017年)和改革提升(2018—2022年)三个阶段。(2)以24 h预警业务为主体,逐步形成了预测预报预警的递进式预警模式和较完善的预警业务系统。(3)逐步形成包括临界降水阈值模型、基于地质灾害危险性的阈值模型和动力预警模型等3套预警模型技术方法体系,2023年发布行业标准。(4)预警产品时空精度不断提高,国家级和26个省级预警空间精度高于5 km×5 km,以24 h预警为主,向72 h、中长期预测等尺度发展;超过8个省级和部分市县级开展了3 h短临预警,逐步形成支撑服务长期部署、中期防范和短临应对的业务体系。(5)有预警必有响应,2020年自然资源部将国家级预警作为启动防御响应的依据之一,18个省份在省级突发地质灾害应急预案中明确了预警响应联动工作机制。(6)多方联动防灾意识不断增强,收到预警信息后,加强巡查排查和组织人员撤离实现成功避险的案例不断增加,防灾减灾成效显著。20年来的预警工作总结,可为下一步推进地质灾害气象风险预警业务提供借鉴,支撑提升我国地质灾害防治工作能力和水平。

关键词：地质灾害地质灾害气象风险预警发展历程技术方法减灾成效

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高位远程地质灾害研究:回顾与展望

中国地质灾害与防治学报 2024年第1期35卷 1-18页

作者：殷跃平高少华中国地质环境监测院(自然资源部地质灾害防治技术指导中心) 北京100081

在全球范围内,高位远程地质灾害造成了多起群死群伤事件和特大经济损失,是特大型地质灾害防灾减灾科技攻关的难点。文章系统回顾了高位远程地质灾害的研究历程,认为常规的“高速远程滑坡”研究难以适应高山、极高山区复合型地质灾害防... 详细信息

在全球范围内,高位远程地质灾害造成了多起群死群伤事件和特大经济损失,是特大型地质灾害防灾减灾科技攻关的难点。文章系统回顾了高位远程地质灾害的研究历程,认为常规的“高速远程滑坡”研究难以适应高山、极高山区复合型地质灾害防灾减灾的要求,提出了从高位失稳、远程成灾和风险防控全链条的高位远程地质灾害研究思路,探讨了高位崩滑启动源区的易灾地质结构特征和早期识别技术、高速碎屑流远程链动机理和边界层效应以及风险评估和防灾减灾问题。通过对青藏高原高山、极高山区的高位远程地质灾害研究,揭示了高位滑坡碎屑流势流体链动传递机理,以及紊流体和犁切体的边界层效应,提出可以通过改造高势能碎屑流体的边界层底坡、增大湍流边界层内湍动能的生成与组合障桩前死区范围的消能降险方法。最后,针对铁路、公路、水电工程、边疆城镇和国防建设的发展,讨论了复合型高位远程滑坡灾害的防灾减灾将面临的新挑战,提出了易灾地质结构孕灾机理、高位远程链灾动力过程和风险防控理论与技术等3方面亟待加强的研究方向。

关键词：高位远程地质灾害高速远程滑坡易灾结构链动机理风险防控

基于卷积神经网络的福建省区域滑坡灾害预警模型

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水文地质工程地质 2024年第1期51卷 145-153页

作者：董力豪刘艳辉黄俊宝刘海宁中国地质环境监测院(自然资源部地质灾害技术指导中心) 北京100081 华北水利水电大学地球科学与工程学院河南郑州450045 福建省地质环境监测中心福建福州350002

福建省滑坡灾害频发,开展区域尺度上的滑坡灾害预警是防灾减灾的重要手段,但由于滑坡成灾机理复杂,传统的区域滑坡预警方法存在精度不足等问题。深度学习是指通过构建神经网络模型进行特征的提取、抽象、表示与学习的技术,是机器学习的... 详细信息

福建省滑坡灾害频发,开展区域尺度上的滑坡灾害预警是防灾减灾的重要手段,但由于滑坡成灾机理复杂,传统的区域滑坡预警方法存在精度不足等问题。深度学习是指通过构建神经网络模型进行特征的提取、抽象、表示与学习的技术,是机器学习的一种。卷积神经网络作为一种经典的深度学习算法,具有比传统机器学习更强大的分类能力与表征能力。文章以福建省为研究区,将卷积神经网络引入滑坡灾害预警领域,构建福建省区域滑坡预警模型,过程及结果如下:(1)采用SMOTE优化算法对2010—2018年福建省滑坡灾害样本库进行优化,扩充正样本的个数,将正负样本比例从1∶3.4扩充到1∶2,样本总量达到18040个;(2)构建卷积神经网络模型结构,模型结构包括一个输入层、两个卷积层、两个最大池化层和一个全连接层以及一个输出层;(3)使用卷积神经网络对优化后的样本(2010—2018年样本的80%作为训练集)进行训练,并用贝叶斯优化算法优化模型超参数,得到福建省区域滑坡预警模型;(4)以2010—2018年样本的20%作为测试集对模型进行测试,采用混淆矩阵、ROC曲线进行模型测试,结果显示模型准确度为0.96~0.97,AUC值达到0.977,模型精度与泛化能力良好;(5)以2019年汛期滑坡灾害实况作为正样本,通过时空采样的方法采集负样本,构建2019年区域滑坡样本校验集(样本数603个),对模型进行进一步实况校验,采用混淆矩阵、ROC曲线进行模型校验,结果显示模型准确度为0.75~0.85,AUC值为0.852。虽然仅用了2019年汛期的滑坡实况样本进行校验,但也达到较好的效果。将卷积神经网络算法应用到区域滑坡预警中,为建立区域滑坡预警模型提供了一种新的途径,初步校验表明,模型效果良好,今后将在福建省对模型进行进一步的应用与校验。

关键词：滑坡灾害预警模型深度学习卷积神经网络模型构建

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高位堆积体远程滑坡动力侵蚀过程量化预测模型

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岩土力学 2024年第4期45卷 1190-1200页

作者：韩旭东杨秀元孙秀娟宋伟包一丁王春辉中国地质调查局水文地质环境地质调查中心自然资源部三峡库区地质灾害监测预警野外科学观测研究站重庆404700 中国地质调查局水文地质环境地质调查中心自然资源部地质环境监测工程技术创新中心河北保定071051 中国科学院山地灾害与环境研究所山地灾害与地表过程重点实验室四川成都610041

高位远程滑坡快速解体后,往往形成碎屑流,会沿程动力侵蚀坡体表层第四纪松散物质,改变滑坡滑移动力学特征,导致滑坡体积显著放大,灾害效应强烈,已成为近年来防灾减灾研究的重点。首先,针对高位堆积体远程滑坡动力侵蚀过程量化预测问题,... 详细信息

高位远程滑坡快速解体后,往往形成碎屑流,会沿程动力侵蚀坡体表层第四纪松散物质,改变滑坡滑移动力学特征,导致滑坡体积显著放大,灾害效应强烈,已成为近年来防灾减灾研究的重点。首先,针对高位堆积体远程滑坡动力侵蚀过程量化预测问题,基于深度积分水动力计算理论与固液两相界面剪应力侵蚀模型架构,构建了高位堆积体远程滑坡动力侵蚀过程量化预测的连续介质数值模型,自主进行了数值实现,编制了具有二阶计算精度的软件程序DisasterFlowV1.0。然后,通过经典的溃坝水流算例验证,结果表明所构建的数值模型的数值求解格式正确并具有较好的总变差不增特性(total variation diminishing,TVD)。再后,通过对柏杨林高位堆积体远程滑坡案例动力侵蚀过程预测可知,所构建的数值模型与传统雪橇模型对该滑坡滑移速度预测结果基本一致,但相较于传统雪橇模型,所构建的数值模型对滑动路径地形的适应能力强,滑移速度预测值振荡性较小。最后,利用所构建的数值模型在时间和空间维度上对柏杨林高位堆积体远程滑坡的动力侵蚀过程进行量化表达,结果表明所构建的数值模型能够对该滑坡动力侵蚀过程中各历时的滑移深度、速度及侵蚀堆积深度进行量化,这是传统雪橇模型所不具备的。所做研究可充实高位远程滑坡动力侵蚀过程量化预测理论与技术体系。

关键词：高位远程滑坡动力侵蚀数值模型 DisasterFlowV1.0 量化预测

贵安新区生态新城岩溶区地下空间利用适宜性评价

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中国岩溶 2024年第1期43卷 176-187页

作者：李浩杨强罗旋王兵虎邵长庆王思源乐琪浪中国地质调查局水文地质环境地质调查中心天津300304 自然资源部地质环境监测工程技术创新中心天津300304 中国地质环境监测院北京100081

以贵安新区生态新城为例,在分析研究区地质环境条件基础上,提出了地下空间利用概念模型,建立了基于地下水系统单元的分区、分层地下空间利用适宜性评价体系和评价方法,利用ArcGIS平台对典型岩溶区进行了地下空间利用适宜性评价,提出了... 详细信息

以贵安新区生态新城为例,在分析研究区地质环境条件基础上,提出了地下空间利用概念模型,建立了基于地下水系统单元的分区、分层地下空间利用适宜性评价体系和评价方法,利用ArcGIS平台对典型岩溶区进行了地下空间利用适宜性评价,提出了针对性的地下空间利用建议。结果表明:(1)地下空间适宜性较好以上面积半地下占36.11%、浅层占44.06%、次浅层占43.94%,半地下空间利用主要受地形起伏程度、地层岩性破碎程度影响,浅层地下空间利用主要受地质构造、地层岩性、地表水系、岩溶发育程度、地下工程建筑影响,次浅层地下空间利用受地下水、岩溶发育程度和构造影响;(2)基于地下水系统单元和ArcGIS平台建立评价方法较为方便实用,评价结果经验证较为可靠;(3)地下空间开发利用过程中应准确划分地下水系统,查清地下水动态,重视涌水、岩溶塌陷等灾害。建立的评价方法及评价结果为典型岩溶区地下空间利用、国土空间规划、地质灾害防治提供借鉴和指导。

关键词：贵安新区岩溶区城市地下空间适宜性评价

星地一体地质灾害数据实时传输关键技术研究与应用

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中国科技成果 2024年第4期25卷 63-64页

作者：无张鸣之薛跃明黄喆马娟喻孟良任晓霞肖智林张红强弓永峰韩明伟中国地质环境监测院四川省国土空间生态修复与地质灾害防治研究院陕西省地质环境监测总站(陕西省地质灾害中心) 宁夏回族自治区国土资源调查监测院中国地质环境监测院地质灾害监测技术方法室中国地质大学(武汉) 不详

我国是世界上突发性地质灾害最严重的国家之一,目前4G/5G等移动网络通信技术在复杂山区地质灾害调查监测工作中受到诸多限制,开展基于星地一体的地质灾害调查监测数据实时传输关键技术研究与应用,综合运用IP宽带卫星、超远距自组网、无... 详细信息

我国是世界上突发性地质灾害最严重的国家之一,目前4G/5G等移动网络通信技术在复杂山区地质灾害调查监测工作中受到诸多限制,开展基于星地一体的地质灾害调查监测数据实时传输关键技术研究与应用,综合运用IP宽带卫星、超远距自组网、无人机三维建模、大数据与云计算等新一代信息通信技术,有效解决突发性地质灾害“数据获取难、数据传输难、数据分析难”等问题,将有效赋能地质灾害调查、监测与应急处置工作。

关键词：突发性地质灾害地质灾害调查数据实时传输信息通信技术三维建模应急处置调查监测数据分析

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基于声发射监测的滑坡深部变形量化方法

清华大学学报(自然科学版) 2024年

作者：邓李政袁宏永陈建国苏国锋张鸣之陈杨潘睿清华大学安全科学学院清华大学公共安全研究院清华大学合肥公共安全研究院自然资源部地质灾害智能监测与风险预警工程技术创新中心中国地质环境监测院(自然资源部地质灾害技术指导中心)

滑坡变形破坏过程会持续产生声发射信号,而声发射技术可用于监测斜坡稳定性。有源波导声发射技术是监测土质滑坡深部变形的有效方法,能灵敏感知微小变形并持续监测较大变形,可实现滑坡灾害早期预警。基于一系列滑坡物理模型实验和原位... 详细信息

滑坡变形破坏过程会持续产生声发射信号,而声发射技术可用于监测斜坡稳定性。有源波导声发射技术是监测土质滑坡深部变形的有效方法,能灵敏感知微小变形并持续监测较大变形,可实现滑坡灾害早期预警。基于一系列滑坡物理模型实验和原位监测研究,声发射监测数据分析方法由定性化向定量化发展。首先,该文综述了利用声发射数据量化滑坡深部变形行为的传统方法,通过经验公式计算反演滑坡位移、速度和加速度,提取滑坡运动信息并分析演化规律,指出传统量化方法面临的挑战;其次,阐述了运用机器学习方法自动量化声发射监测数据,建立滑坡运动状态自动分类模型和滑坡位移预测模型的方法,用以准确量化滑坡速度、加速度和位移等关键变形特征;再次,在声发射监测和机器学习方法的基础上,提出了滑坡早期风险分级预警方法,考虑了数据缺失等不利状况的应对方案;最后,讨论了不同应用场景下声发射数据量化方法的选择倾向,指出了各方法的应用局限和发展趋势。

关键词：滑坡变形声发射监测量化方法机器学习预警方法

基于岩石CT扫描的冻融作用对花岗岩细观结构及力学强度影响研究

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地质力学学报 2024年第3期30卷 462-472页

作者：侯圣山何箫孟宪森陈亮冯振刘明学李昂郭长宝吉锋中国地质环境监测院北京100081 自然资源部四川雅安地质灾害野外科学观测研究站四川雅安625099 自然资源部地质灾害智能监测与风险预警工程技术创新中心北京100081 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059 中国地质科学院地质力学研究所北京100081

近年来随着西部地区的基础工程建设数量及规模不断增加,西部高原地区的季节性冻融循环效应的影响也随之增强,开展冻融循环作用下岩石细观特性及强度劣化性质研究对指导西部寒区基础工程建设至关重要。首先在偏光显微镜下对岩石薄片进行... 详细信息

近年来随着西部地区的基础工程建设数量及规模不断增加,西部高原地区的季节性冻融循环效应的影响也随之增强,开展冻融循环作用下岩石细观特性及强度劣化性质研究对指导西部寒区基础工程建设至关重要。首先在偏光显微镜下对岩石薄片进行观察,获取岩石的矿物成分和微结构;接着利用CT扫描技术,对冻融后的花岗岩进行扫描,对扫描图层利用阈值分割进行二值化处理,堆叠得到样品内外结构的高分辨3D数据及影像;结合分形理论计算图像计盒维数并由此对图像复杂度做出量化判断,由此对冻融循环对花岗岩内部结构演化分布特点进行分析;进而揭示其强度演化规律,探究结构演化与强度之间的关系。偏光显微镜下,岩石呈块状构造,具有似斑状粗粒不等粒花岗结构,局部见交代蠕虫结构。似斑晶矿物主要为碱性长石;其他矿物粒径0.25~4.0 mm为主,矿物成分主要为石英、斜长石、碱性长石,次要矿物为黑云母、绿帘石,副矿物有磷灰石、锆石、黄铁矿等,镜下鉴定为似斑状粗粒不等粒黑云二长花岗岩。CT扫描显示,冻融循环效应在影响花岗岩细观结构时,会导致花岗岩内部孔隙率的整体上升,但岩石渗透性变化不大,岩石渗透率仅上升0.003×10^(-3)μm^(2);内部孔隙发育不均匀,试样整体结构改变以萌生较多新的微孔隙为主。冻融循环后岩石内部结构复杂度有所下降,但岩石整体完整性仍然较好,分形维数仍保持在较高水平。分形研究显示,20次冻融循环并未导致花岗岩的结构复杂度发生较大变化,同时试样整体力学特性出现下降,黏性增加以及长期强度出现较大幅度的衰减,进入蠕变试验阶段的应变阈值提高。在评价此类原生结构较致密的岩石的安全性时,仅从结构上进行考量与实际情况往往会出现偏差,应结合必要的强度指标综合评估。岩石在经历冻融循环后,在强度更低的同时会发生更大的变形。该研究可为分形理论在岩石细观结构演化方面的应用及岩石细观结构与强度演化相关研究提供借鉴,并对高寒地区工程施工有指导意义。

关键词：冻融循环阈值分割 CT模型分形维数结构演化长期强度

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表生水土环境铊污染成因研究现状与发展趋势

中国有色金属学报 2024年第6期34卷 2043-2058页

作者：成永生王丹平黄宽心周瑶曾德兴李向阳张泽文中南大学有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室长沙410083 中南大学有色资源与地质灾害探查湖南省重点实验室长沙410083 中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083 湖南省城市地质调查监测所长沙410007

铊(Tl)是一种有毒的重金属,对人类的危害超过了汞、镉、铅、锌、铜等传统致毒重金属元素。本文总结了铊的元素特征及其地球化学行为、含铊矿床的全球分布及其成矿时代,对比分析了铊在三大类岩石中的分布差异性,系统回顾了铊的毒理性及... 详细信息

铊(Tl)是一种有毒的重金属,对人类的危害超过了汞、镉、铅、锌、铜等传统致毒重金属元素。本文总结了铊的元素特征及其地球化学行为、含铊矿床的全球分布及其成矿时代,对比分析了铊在三大类岩石中的分布差异性,系统回顾了铊的毒理性及其致病机理、铊污染源解析与示踪、表生环境铊的迁移与转化。通过研究发现,铊在三大类岩石中均有分布,且岩浆岩中铊元素呈规律性分布。铊与热液矿床关联性强,主要富集于与低温热液矿床有关的铅、锌等矿床中,且优先进入硫化物熔体,致使含硫化物矿床铊浓度较高。总体而言,我国土壤铊污染与铊矿产分布均具有“南高北低”的特征,显示铊污染与铊矿床的开采和冶炼具有显著关联性。水体中铊主要以Tl^(+)进行迁移,Tl^(+)可替代K^(+)进入黏土矿物,或通过微生物作用氧化成Tl^(3+)。铊从土壤中通过植物根系进入植物体后,将不均匀地分布于植物体内,^(203)Tl更容易向细胞膜表面动态扩散,植物根系优先吸收较轻的铊同位素(^(203)Tl),较重的铊同位素(^(205)Tl)留于生长层。通过对比铅与铊同位素示踪法,发现铊同位素法对于示踪物质来源及其迁移过程具有响应速度快、敏感性强等优势,但铊同位素技术的提升还有待铊同位素数据库的进一步完善。铊污染形成演化时空模拟是揭示污染来源、污染过程与发展趋势以及开展区域风险评估的重要手段,但数据获取、模型选择与验证、不确定性分析以及系统集成与决策支持等问题均有待进一步加强研究。

关键词：铊赋存状态地球化学行为迁移转化源解析

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