这个实验室让滑坡灾害提前“说话”
织一张“天罗地网”——
修复前 
修复后九寨沟火花海修复前后对比图。 受访者供图 
强震地质灾害链。成都理工大供图
“龙一过，山就垮。”过去农村的这句老话，将滑坡、泥石流等大型地质灾害描述为“走龙垮山”。移山湮谷、地移村掩，让人望而生畏的地质灾害长期威胁着人类的生命财产安全。
尽可能全面识别和发现灾害隐患并提前主动防控，成为当务之急。
滑坡隐患点在哪里？什么时间可能发生？如何针对“恶龙”进行科学监测预警？在成都理工大学，地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室里有这样一群硬核“驯龙”高手，他们建立起天—空—地一体化的“天罗地网”，2020年汛期已成功“剧透”60余起滑坡线索。
近日，记者走进这家全国地质灾害领域唯一的国家重点实验室，探访这群“驯龙师”如何让滑坡灾害提前说话。
□四川日报全媒体记者 徐莉莎
A 天-空-地一体化“寻龙”提前“剧透”滑坡线索
走进实验室主楼大厅，一块分区的大屏实时闪动。这是四川省地质灾害实时监测预警系统。3D四川地图上，布满1.39万个监测隐患点，一旦有隐患点发生位移，这里将会在两三秒内响应，显示出“走山恶龙”的踪迹。
仪器设备研发中心主任王刚带记者走进设备间，一排排自主研发的传感器、大大小小的无人机、高光谱相机、制作地质模型的3D激光打印机、各类雷达……实验室有各类设备近6000台（套），价值近2亿元。这些都是“寻龙利器”。
一个看似普通的黄色铁盒，就是价值250多万元的地表微变监测系统。它能在4公里外，对岩土体进行远距离监测，精度还能达到0.1毫米。
山高坡陡，茂林隐蔽，如何利用这些设备“寻龙”？在2017年茂县新磨村滑坡发生后，实验室研究提出了天—空—地一体化的“三查”体系。
“好比流行病筛查。”成都理工大学副校长巨能攀教授说，先利用现代卫星观测技术，对大面积区域进行扫描性筛查，对地质的形变进行全面体检，快速粗略地查出“病号”。
卫星离得这么远，也能看得清？巨能攀说，现代光学影像的分辨率已经可以达到米级、亚米级，合成孔径雷达能获取地面厘米级甚至毫米级的形变信息。
当变形发生在山体中上部人们不常活动的区域时，卫星影像就非常管用了。山体发生开裂、下错、局部垮塌后，相应部位的光谱特性会发生变化，并显示出与周围环境的差别，就可以据此识别和发现山体已发生的变形。
他谈到2018年“堵住”金沙江的白格滑坡，卫星影像存档数据显示，早在1966年相关区域就已有明显的变形迹象，说明该滑坡至少已孕育了50余年。
无人机摄影测量可快速获取高分辨率的三维立体影像；对于植被覆盖区，机载激光雷达可以去除地表覆盖的植被，让隐藏在植被之下的“伤疤”暴露无遗。
在地面，铺设巨量的监测设备，“好比给山体绑上血压计，山岩体的位移数据可以实时传输到信息中心，我们再对这些数据‘普查’‘详查’的资料，进行分析研判，向目标区域居民通过短信等手段发出预警。”
B 打破“狼来了”效应 让监测预警更精准
“传统监测预警设备通常是设定固定的采集时间和频率。”巨能攀说。但是“地质灾害不等人”，如果岩土体失稳的瞬间，刚好在采集间隙，监测系统就形同虚设了。
团队为此想了不少办法。巨能攀说，团队在对斜坡地质充分认识的基础上，把斜坡体地质知识写进芯片中，来判断一个斜坡体的属性。一旦斜坡体发生位移，传感器联动数据采集终端，开始采集数据。通过位移触发传感器，绕开了采集频率的难题。
回过头，再结合不同地质体的模型分析，这是渐变、突变，进行地质过程的机制分析和量化评价。巨能攀介绍，基于整套的理论方法，实验室耗时十余年开发出“一球两库”，即数字地球和隐患点属性库、卫星和无人机获取的空间图像库，两个库的数据可以互相印证，支撑判断。
锁定了隐患点，还要回答“滑坡何时发生”。传统的阈值预警就是针对某一滑坡，设定一个预警阈值，一旦监测数据超过此阈值即发送预警信息。这个方法简单易行，但不同的滑坡具有不同的阈值，一旦滑坡稍有变形或稍有一定的降雨，就发送预警信息，容易产生“狼来了”效应。
实验室相关团队通过系统收集、整理国内外具有较完整监测数据的滑坡实例，以及大量的物理和数值模拟实验，发现滑坡发生前一定会经历加速变形阶段，加速变形是滑坡发生的前提和最显著的特征，可作为滑坡预警的重要依据。
再结合地表裂缝分期配套特性、速度增量、加速度等指标，构建了基于滑坡变形过程的四级综合预警体系，并由此将滑坡预警从传统的“阈值预警”升级为“过程预警”。
这得益于实验室32年来工程地质领域的积累。1989年，实验室创始元老之一的张倬元教授就开始筹建这个实验室。
随后的几十年里，实验室团队深耕工程地质领域，扎根西部大大小小几乎所有水电工程和重大交通项目现场，认识地质现象，解决特殊岩土体、高边坡、坝体岩体质量等工程地质问题。再把带回的地质现象通过亚洲最大土工离心机、3D泥石流试验机、地震模拟振动台等平台的实验成果相结合，形成了独特的理论体系。
2019年2月17日，贵州兴义市龙井村9组发生滑坡。该实验室部署的自动化监测系统，提前53分钟发出红色预警，最终实现现场人员“零伤亡”、财产“零损失”。2020年汛期，贵州和四川利用该系统成功预警地质灾害60余起，保障了数万人的生命财产安全。
目前,“地质灾害实时监测预警系统”已全面部署到贵州、四川、山西、西藏、青海等省区，对上万个专业监测点进行实时监控和自动预警。
C 关注震后事 探寻震后地质灾害演化
5月21日21时48分，云南大理州漾濞县发生6.4级地震，主震后多次余震，威胁着震区人民生命财产安全。第二天一早，实验室副教授李天涛就带队赴震中漾濞县，争分夺秒开展应急调查，现场协助安置房选址。
另一边，坐镇后方的实验室团队迅速搜集遥感数据，开展了震区地质灾害和断层位移等初步分析。结合现场调查和遥感解译，调查团队初步分析认为，漾濞“5·21”地震地质灾害类型主要以小型滑塌为主，未见大型崩塌和滑坡灾害。
地震发生后，立即进行同震地质灾害易发性快速评价，是实验室自2008年“5·12”汶川特大地震后开始研究的课题。哪里最有可能发生地质灾害，哪里的道路中断，哪里困住了居民，他们通过遥感数据和现场勘查，快速对地震时的地质灾害进行评价。
实验室副主任范宣梅说，2018年日本北海道地震后，实验室制出了第一张地质灾害分布图；九寨沟地震过后，用于现场应急指挥的第一张图，也由实验室所出。这些图成为指挥应急救援的一手资料。
2008年开始，范宣梅团队开始沿着强震地质灾害链进行地质灾害生成和演化机制的研究和模拟预测。“地震过后，大量松散物质转化为泥石流，造成河床抬升，增加洪涝灾害风险。”范宣梅说，震后10年左右的时间，是地质灾害的高峰期。这个阶段研究的则是地质灾害如何演化，如何与气象部门在雨季做好泥石流预警。
范宣梅针对强震地质灾害链画了一个圆，最外层就是更大时间尺度上，对未来的预测。这是他们今后研究的方向——未来百年甚至千年万年，这个区域的情况如何，地质灾害如何衰减，对山区地貌演化产生什么影响，团队将着手研究震后长期地表物质运移与地貌演化规律。
这些研究将成为精准、及时捕捉“走山恶龙”的基础支撑。
D 改进“古方”为九寨沟“疗伤”让火花海重现容光
最近的端午小长假，恢复开放不到1年的九寨沟著名景点火花海狠赚了一把热度。
湛蓝的湖水，掩映在重重的翠绿之中，像是一块晶莹剔透的翡翠。每当晨雾初散，晨曦初昭时，湖面会因为阳光的折射作用，似有朵朵火花燃烧，星星点点，跳跃闪动。火花海也因此而得名。
2017年九寨沟地震后，火花海遭到重创，形成长40米的决口。火花海上游叠瀑坝体裂缝、坍塌等次生灾害发育，湖群溃决风险增大；湖底钙华坍塌、风化、沙化、黑化，退化严重，遗产地美学价值受到严重影响。
在经过长达一年的多方案比选后，2019年4月，实验室裴向军教授团队作为牵头实施单位，开始了火花海的修复之旅。
溃坝，最简单粗暴的方式就是搭钢筋结构，浇灌混凝土。但面对这些“翡翠”一般珍贵、易碎的海子，不能采用传统修复方式，只能采用环境友好型材料，不能污染水体。
怎么办？裴向军团队用改性糯米浆代替水泥，来黏合震损钙华、崩塌落石，重新筑坝。
古代没有水泥，建筑师们就把糯米浆和生石灰调配的灰浆，用作胶凝材料，北京故宫、明长城、承德避暑山庄等明清工程均用到了糯米灰浆来黏合砖石，数百年来仍大致保持完好。
但坝体长期在水下，糯米灰浆如何保持黏度？团队在“古方”中增加了改性剂，为材料加固。经过反复冻融实验，成功堵上了40米的决口。同时，通过黏度时变材料防渗、通过竹锚加筋护坡，恢复了震损坝体和植被生态。
团队中的副教授张晓超还记得，蓄水成功当天，就有水獭游回了海子。“自然恢复为主，人工干预为辅”的技术方案，得到了联合国教科文组织世界遗产中心、世界自然保护联盟的积极肯定。
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