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建筑结构丨地震!!! 日本防灾减灾体系的建设经验

[编按] 4月14日当地时间晚上9点26分左右,日本熊本县益城町发生6.5级地震,日本西部大部分地区有震感。据日本气象厅数据,震源地为熊本县中部。震源深度约为11公里。为灾区人民祈福,祝愿他们都能平安。

0 日本防震减灾

防灾减灾关乎国计民生,是国民经济可持续稳定发展的关键问题,同时也适应以人为本之国策。防灾减灾是目前及今后,国家及各级政府所关注的重大课题。防灾减灾所涉及领域极其广泛,涉及水利公路铁道矿山城市规划建设等多个领域。任何企业,集体及个人都与之相关。然而,防灾减灾技术的研究及应用在中国还是刚刚起步,很多领域甚至连规范还没有。与此相比,作为经济发达国家之一的日本,是世界上少有的自然灾害最为严重的国家之一,几乎每年都发生破坏性地震,长期以来积累了丰富的防灾减灾经验,建立了一整套的防灾减灾体系,有很多的技术及经验值得借鉴。

日本岐阜大学,其所在地岐阜县是农尾地震(1891年,震级8级)的受灾地,是日本地质灾害防灾减灾独具特色的大学。因其雄厚的师资力量和科研队伍,2008年开始承担日本文部省【社会资本维修管理专家培育中心】课题,由此建立了日本唯一的土建工程(道路,桥梁,边坡等建筑物)的检测,诊断,维修管理专家培训中心,并于2008年成立了日本唯一的社会资本维修管理技术研发中心。汶川大地震后,日本岐阜大学曾多次组团对地震灾害,边坡灾害,地基建筑物灾害等进行了现场勘察,并与西南交通大学合作对都汶公路边坡地震损害探测进行了现场试验。另外,2008年至2010年期间,岐阜大学与日本遥感技术中心合作承担了日本文部省【关于中国黄土高原侵蚀的大面积/高精度观测及环境共生型防护法的调查研究】,对黄土高原的大面积侵蚀破坏现状进行了多次实地考察。常年对中国地震灾害和地质灾害的研究发现,中国四川、甘肃、陕西、青海等地震多发地区的自然条件,地质灾害等与日本有极其相似的特征,日本的防灾减灾技术有很大的参考价值。

基于上述背景及已实施的基础研究,本文结合日本的防灾减灾技术对四川甘肃陕西青海等地震多发区的地质灾害防灾减灾进行系统化研究,以及构建适合此类地区的地质灾害防灾减灾体系进行了介绍。

1 中国需解决的课题

为构建适合中国四川甘肃陕西青海等地震多发地区的地质灾害防灾减灾体系,急需针对以下课题实施研究,各项研究互为表里,相互牵动

地质灾害防灾减灾机制的体系化建设

地质灾害防灾减灾数据库的系统化建设

地质灾害防灾减灾检测诊断评价技术及监测预警避难系统的研究

地质灾害防灾减灾防护维修管理技术的研究

地震灾害危险性评价分析系统,地震紧急预警系统的建设及研究

2 地质灾害防灾减灾机制的体系化建设

2.1 科学的防灾减灾机制的建设

地质灾害是一个错综复杂,涉及面及广的社会问题。从中国的政府机制上看,地质灾害的防灾减灾涉及许多的并行政府机构。所以,防灾减灾不能够通过简单设置专门机构就能解决实际问题。因此,建议建立产官学民相结合的防灾减灾机制。机制的建设是防灾减灾政策有效顺利实施,防灾减灾各项技术顺利发展及应用的保障,是最为关键的课题。

这里所讲产官学与中国提倡的产学研有着根本的区别。产官学的产是指企业单位,一般为民营企业,官是指政府,学是指大学及研究机构。学代表了先进的科研,处于公正平衡的地位;官是管理及政策的实施方,投资方,其目标是以最少的投资达到最好的效果;产代表现场工作,先进技术的实施,同时,其目标应该是以最好的技术服务获取最高的效益。这样的体系可做到责权利的明确分工,可实现防灾减灾工作的高效率高精度的实施。与此相对应,目前的中国,几乎一家单位或机构便兼有日本产官学三者的职能。例如,科研单位既能搞科研,又做现场技术咨询;大学本来的职责是教育,然而在中国几乎所有的大学都争着开办公司去做现场技术咨询。这样导致责权利无法分明,无法各司其职,无法精益求精,无法有效实施防灾减灾计划及工程,无法公正严明,无法有效监督管理。进一步,无法做到科学技术的有效发展和实施。

1是日本产官学相结合的一个实例。岐阜大学与岐阜县政府机关以及地区产业协会相结合,建立了社会资本资产维修维护管理技术的培训基地,培训对象是县政府机关的具有3年以上现场工作经验的技术职员以及该地区民间企业具有同等工作经验水平的技术人员。通过培训及严格考核,对合格者签发维修维护技术专家资格,县政府机关在相关业务发注时优先考虑获取该资格的企业。另外,这里所讲社会资本是指边坡道路桥梁隧道填方及排水设施等公共设施。

经常有这样的问题,科学与技术有什么不同。从应用的角度来看,科学指导实践,理论来源于实践。科学可以通过论文文献获取,但技术一般是不能的。一项技术是由技术人员在不断在工程实践中面对各种不同的工程情况,经过长期经验的积累而总结出来的。特别是土木工程,许多现象是目前现行理论无法解释的,但工程要求技术人员去面对去解决他。所以可以说技术中包含着科学或理论的成分,这些成分可以从科学文献获得;还包括技术人员长期积累的经验,这些是不能够从教科书或文献中获取的。所以就有了专家的存在。

中国与日本有着不同的体制,不能够完全照搬日本模式。但是,中国在积极发展民营企业,国企也在不断改革。所以,在一定程度上,产官学民相结合的模式是有一定的政策基础和社会基础的。

1 日本产官学相结合的实例

2.2正确的科学发展观

长期以来,中国存在重研究,重施工,轻技术,轻调查的倾向。搞研究可以出名,做工程可以得利。而将科学技术应用于实践的工作则被轻视。换言之,有为了研究而研究的倾向,许多方面研究与生产实践相脱离。因此,建议积极引进国外的先进技术及经验,不仅引进技术本身,更应该引进支持先进技术的科学管理机制以及科学发展观。

2.3各种形式的专家委员会的组建

专家委员会应有各种形式,有常设委员会和临时委员会;机制建设委员会和专业技术委员会;工程项目委员会和技术评价委员会;各种地质灾害调查评价防护临时委员会;数字化标准化专家委员会等。委员会构成应考虑产学研相结合的思路,由政府职能部门或研究机构主持,大学研究教学人员和企业单位专家参加,并积极吸引外国专家,特别是在国外有现场及研究经验的中国籍专家的参与。

3 地质灾害防灾减灾数据库的系统化建设

大地震的受灾区在今后几十年甚至更长的时期内,一般均要伴随各种形式及各种规模的地质灾害,比如大规模滑坡泥石流边坡滑坡岩体崩塌及落石等。对于今后可能发生的各种地质灾害,根据其形式以及需要防护的对象应进行统一调查,制定统一标准登记注册,对各种数据及资料信息进行数字化,建立档案及数据库,以作为各种建设规划,防灾减灾措施实施的基本资料。数据库可由以下几个方面构成:

(1)地质地形资料,植被资料,气候降雨资料;

(2)防护设施资料,防护对象资料;

(3)可能发生地质灾害的类型,规模,影响范围;

(4)可能造成经济损失的评估及预测;

(5)需做防护的级别,一般分为紧急防护,一般防护,监测防护等。

与此数据库相对应,建立以下各种系统,以保证防灾减灾的有效实施。

(1)地质灾害应急对策系统;

(2)地质灾害监测预警系统;

(3)地质灾害防护决策专家系统。

(4)地质灾害综合治理,实现硬件防护和软件防护的综合防护系统。

硬件防护指各种防护工程措施,软件防护指灾害监测预警,交通管制,地震灾害危害分析图的绘制等。

2 地质灾害防灾减灾系统实例

2是日本地质灾害防灾减灾系统实例。该系统包括了灾害情报收集,治山设施管理,山地灾害危险区域判定,滑坡崩塌灾害风险预测评估,面向居民防灾体制启蒙科普教育等功能。该系统延伸应用到交通防灾减灾,城市规划建设防灾减灾,山地灾害防治,森林防灾减灾以及地质灾害防灾减灾应急救急系统的建设。

4 地质灾害防灾减灾检测诊断评价技术及监测预警避难系统

该系统包括以下几个方面:

(1)边坡及地基稳定性检测诊断技术的研究;

(2)地质灾害危险性评价技术的研究;

(3)地质灾害监测预警技术的研究;

(4)地质灾害数值模拟系统的开发及应用。

边坡及地基稳定性检测诊断技术多以现场调查为主,代表性技术有振动测试,电测试,电磁测试等物理探测技术。这些技术在日本已经有很广泛的应用并有相应的规范。图-3是研究组在汶川地震后对都汶公路边坡进行的表面波测试(振动测试的一种)的实例。

地质灾害危险性评价技术一般以数值模拟技术的研究为主,在对以往灾害进行分析解析的基础上,对未来可能发生的灾害进行预测。图-4是岐阜大学研制开发并拥有的各种数值模拟技术的实例,包括各种动力数值分析技术(FEMDDASPHCFDDEM)已经在岩土工程的大变形问题研究中得到广泛应用,并积累了丰富的经验。这些数值模拟方法是解决动力作用下岩土工程大变形问题(如滑坡、崩塌)的有效工具。近年来,研究组对卫星遥感技术在边坡稳定检测监测中进行了大量研究,图-5是对中国阜新市海州露天矿进行的卫星遥感检测的实例,边坡检测结果与现场勘查结果非常相似。

地质灾害监测预警系统主要是利用各种监测仪器监测并获取地质灾害的前兆,以最快速度通知防护对象的管理者和利用者,以最大可能减少伤亡及财产损失。该项研究的关键问题是对地质灾害位置的准确预测及准确获取前兆现象。图-6是日本应用地质株式会社开发的边坡灾害监测预警系统概念及应用实例。该监测系统在日本已广泛应用。

3 表面波测试在汶川地震后边坡稳定评价中的应用实例

4 各种数值模拟技术的应用实例

5 利用ALOS对阜新市海州露天矿地表变动检测结果实例

6 边坡灾害监测预警系统的概念及应用实例

5 地质灾害防灾减灾防护维修管理技术

对于急需防护的地质灾害,需要进行工程防护。日本及世界各国开发研制了各种各样的防护工法,如地基加固,边坡防护,主动及被动防护等。在高速发展的中国,这些工法同时涌进了中国,都希望在中国得到广泛的应用。在引进及应用过程中,使中国的技术工作者不知所措,应接不暇。这些外来工法,在中国的实践应中,都或多或少存在着各种各样的问题。有些工法在国外已被广泛认可,但在中国却出现了问题。一方面是出于施工工艺问题,还有些是对各种工法的适用性没有足够认识的情况下急于采用而导致严重后果。因此,建议建立各种工法的评价机制和制度,对各种工法的使用编制统一的规范和基准。并在此基础上开发适合中国自身的新工艺新工法。

6 地震灾害危险性评价分析系统,地震紧急预警系统的建设及研究

汶川大地震及玉树地震后,国内不少学者对地震预测提出了幻想,认为地震可以预测。这在日本已成过去或纯属研究的范畴,日本对于地震灾害防灾减灾集中到了下面两个层面的研究和应用

(1)地震灾害危险性评价研究

(2)地震紧急预警系统的研究

地震灾害危险性评价研究:设定活动断层或断裂带以及可能发生的地震,计算(预测)可能发生的地表地震动并预测烈度。图-7是研究者对岐阜县地震灾害烈度(日本:震度)预测分析的研究实例。

7 岐阜县地震灾害烈度预测图研究实例

8 地震紧急预报原理及活用实例

地震紧急预警系统的研究是指利用地震发生时P波和S波的传播速度的差异,通过地震监测网以最快速度计算地震发生的震级及位置,在S波到达之前预报地震情报。图-8是地震紧急预报原理及活用实例。该系统已在日本得到广泛应用。建议及早引进并实施该项技术,特别是对重大设施的地震灾害监测及紧急预报。例如高速铁路,医院,重要设施的地震紧急预报系统的建设及研究。

7 结论

本文结合日本的防灾减灾技术对四川,甘肃,陕西,青海等地震多发区的地质灾害防灾减灾进行系统化研究,以及构建适合此类地区的地质灾害防灾减灾体系进行了系统论述。主要得出以下见解。

1)地质灾害防灾减灾体系的建设:1)科学的防灾减灾机制的建设,2)正确的科学发展观,3)组建各种形式的专家委员会等是非常重要的课题,应结合我国国情借鉴发达自然灾害较多国家的经验,科学合理建设产学研民的科学体系。

2)地质灾害防灾减灾数据库的系统化建设及研究:大地震后的受灾区在今后几十年甚至更长的时期内,一般均要伴随各种形式及各种规模的地质灾害,比如大规模滑坡,泥石流,边坡滑坡,岩体崩塌及落石等。对于今后可能发生的各种地质灾害,根据其形式以及需要防护的对象应进行统一调查,制定统一标准登记注册,对各种数据及资料信息进行数字化,建立档案及数据库,以作为各种建设规划,防灾减灾措施实施的基本资料。文中系统列出了数据库的构成及相关分析及应用系统的组成。

3)地质灾害防灾减灾检测诊断评价技术及监测预警避难系统的研究:1)边坡及地基稳定性检测诊断技术的研究, 2)地质灾害危险性评价技术的研究,3)地质灾害监测预警技术的研究,4)地质灾害数值模拟系统的开发及应用等是主要课题。地质灾害监测预警系统主要是利用各种监测仪器监测并获取地质灾害的前兆,以最快速度通知防护对象的管理者和利用者,以最大可能减少伤亡及财产损失。该项研究的关键问题是对地质灾害位置的准确预测及准确获取前兆现象。灾后的应急减灾固然重要,但只有充分防灾才能够达到最大限度的减灾。

4)地质灾害防灾减灾防护维修管理技术的研究:对于急需防护的地质灾害,需要进行工程防护。目前世界各国开发研制了各种各样的防护工法,如地基加固,边坡防护,主动及被动防护等。在高速发展的中国,这些工法同时涌进了中国,都希望在中国得到广泛的应用。在引进及应用过程中,使中国的技术工作者不知所措,应接不暇。这些外来工法,在中国的实践应中,都或多或少存在着各种各样的问题。有些工法在国外已被广泛认可,但在中国却出现了问题。一方面是出于施工工艺问题,还有些是对各种工法的适用性没有足够认识的情况下急于采用而导致严重后果。因此,我们需要建立各种工法的评价机制和制度,对各种工法的使用编制统一的规范和基准。并在此基础上开发适合中国自身的新工艺新工法。

5)地震灾害危险性评价分析系统,地震紧急预警系统的建设及研究1)地震灾害危险性评价研究,2)地震紧急预警系统的研究。地震灾害危险性评价研究是指设定活动断层或断裂带以及可能发生的地震,计算(预测)可能发生的地表地震动并预测烈度。地震紧急预警系统的研究是指利用地震发生时P波和S波的传播速度的差异,通过地震监测网以最快速度计算地震发生的震级及位置,在S波到达之前预报地震情报。我们需要及早引进并实施该项技术,特别是对重大设施的地震灾害监测及紧急预报。例如高速铁路,医院,重要设施的地震紧急预报系统的建设及研究。

来源:日中科技。

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作者: ganggouren

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