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汶川地震十年祭——抗震进化与地震预警的科学之路--中国数字科技馆
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汶川地震十年祭——抗震进化与地震预警的科学之路

  本文由中国数字科技馆联合北京科技报《科技生活》周刊采编制作

第一篇:汶川十年·抗震进化

  记者 李鹏 编辑 陈永杰 图片来源 视觉中国(除署名外)

  2008年5月12日14时28分04秒,四川汶川发生里氏震级8.0级地震。据民政部报告,截至2008年9月25日12时,共造成69227人死亡,374643人受伤,17923人失踪,这是中华人民共和国成立以来破坏力最大的地震,也是唐山大地震后伤亡最严重的一次地震。

  汶川地震的发生深深震撼了整个中国,巨大的悲痛笼罩全国,而后四川震区幸存下来的人们化悲痛为力量,在全国的支援下踏上了重建家园的历程。

  10年以后,对很多人而言 ,那场大地震依旧刻骨铭心,不仅仅是对受难者,对参与那场地震救援的人、对这场地震及后续系列地震的研究者而言,也是如此。

  2009年,经过国务院批准,将每年5月12日确定为全国防灾减灾日。

  汶川地震的悲剧告诉我们,科学认知地震,科学防震减灾,对所有机构、每个个体都至关重要。

  这些年,中国也一直走在这条路上。

  汶川大地震发生后,作为国家地震灾害紧急救援队的一员,原中国地震灾害防御中心宣教部主任董晓光第二天就赶到现场进行救灾拍摄并参加救援行动。

  在那段刻骨铭心的日子里,董晓光亲身经历和见证了国家救援队的一些重要救援。到搜救任务结束时,在都江堰、绵竹汉旺镇、北川等地震重灾区,国家救援队总共进行了216个小时的生命救援,从废墟下救出了49个生命。

  最难忘的是救下“可乐男孩”

  5月13日半夜,董晓光和其他一些国家救援队的队员就赶到了灾情严重的德阳市东汽中学。学校高中部四层教学楼主体大部坍塌,两面倾斜的墙体和框架立柱高耸在废墟中,横梁、楼板、杂物相互交织,当时有1名男生的半个身体被压在废墟中,情况十分复杂危险。经现场协调,国家救援队承接了救援任务。


  ▲当年薛枭被成功救出,他躺在担架上说:“叔叔给我可乐,要冰冻的”。(摄影 董晓光)

  最让董晓光刻骨铭心的就是对“可乐男孩”薛枭和另外一个女生马小凤的营救。现在尽管已经整整过去了10年的时间,董晓光直到现在依旧清晰地记得当时救出他们的情景。

  董晓光回忆,当时国家救援队已经在东汽中学连续奋战了30多个小时,共营救出7名幸存者。在救援队员继续搜救时,发现了废墟表面2米以下还有幸存者,其中就有后来被救出的薛枭和马小凤。 

  马晓凤和薛枭被困在一处,隔着一堵墙。他们相互鼓励,坚持到了国家救援队员的到来。在汶川大地震发生80个小时后的15日22点28分,马小凤被成功救出。23点05分,薛枭被成功救出,他躺在担架上说:“叔叔给我可乐,要冰冻的。”这就是后来广为人知的可乐男孩。当时,董晓光也用相机记录下了他们被救出时的难忘场景。


  ▲当年马小凤被国家地震灾害紧急援队队员救出废墟时的情景。(摄影 董晓光)

  科学救援力量经受锤炼

  地震发生以后,如果救援方式不科学,就难以取得好的效果。这是汶川地震发生后留下的极为深刻的教训。

  董晓光说,1976年的唐山大地震时,大部分幸存者都是解放军用血淋淋的手从废墟中挖出来的。中国的国家救援队组建得比较晚,2001年4月27日才正式成立,也是唯一一支专业化的国家救援队伍。

  国家救援队虽然救出的人总数并不多,但一般都是最难救的。在汶川地震后,其他救援力量没有救出来的,他们就插上标记,等着国家救援队的到来。

  董晓光说,地震救援有时特别复杂,有时人海战术并不管用,必须科学救援,要依靠专业的力量营救才能成功。比如对薛枭和马小凤的营救,如果不是专业救援,根本就救不出来。

  董晓光表示,进行地震等大型灾害的救援,中国必须要大力打造专业化的救援力量。经过这些年的锤炼,我们已经拥有三四百人规模的国家救援队,成为地震等灾害应急救援的一支重装力量,不仅队员训练有素,还配备了先进的救援设施,地震救援变得更加专业化。

  ▲汶川地震后,国家地震灾害紧急援队队员正在一处废墟前商讨营救方案。 (摄影 董晓光)

  2009年11月和2014年8月,国家救援队分别通过联合国国际重型救援队分级测评和复测,连续获得国际重型救援队资格认证,成为了全球第12支、亚洲第2支国际重型救援队。近些年随着救援技术能力建设的不断提高,国家救援队在灾害救援中的作用发挥得愈加明显。

  国家救援队也是中国国际救援队,因此除了国内救援,参与国际救援也是其重要任务。只要国家批准,在接到命令后,救援队的参与救援人员在4个小时之内就能完成集结,携带所有装备到达出发机场港口,直接开赴全球参与救援。近些年,救援队已经多次奔赴其他国家执行地震救援任务。

  地震应对能力大大增强

  应对地震方面,2008年发生的汶川地震对中国来说也是一个巨大的转折点,此后中国开始下大力气,从各个方面来增强对地震灾害的应对能力。 

  为了增强防震减灾能力,2008年12月27日,第十一届全国人民代表大会常务委员会第六次会议审议通过了修订后的《中华人民共和国防震减灾法》,并从2009年5月1日起开始施行。


  ▲漩口中学地震遗址

  修订后的《防震减灾法》,由原来的7章45条增加到9章93条,条文增幅接近100%。重点对防震减灾规划、地震监测预报、地震灾害预防、地震应急救援、震后恢复重建等做了修改、完善,新增了地震灾后过渡性安置和监督管理等方面的内容。

  另外,修订后的《防震减灾法》还完善了防震减灾管理体制、防震减灾的社会参与制度以及防震减灾的经费保障机制等共16项机制。这为我国全面提升抗震救灾能力提供了充分的法律保障。

  重要的是,新法中完善了建设工程抗震设防制度,并要求加强农村民居抗震设防管理工作,增加了提高学校、医院等人员密集的建设工程的抗震设防要求的相应条款,还增加了县级政府及其有关部门应当组织开展地震应急知识的宣传普及活动,以及必要的地震应急救援演练的相关条款。

  也正是在新法的支持下,这些年来我国各级政府和全社会不断完善防灾减灾工作机制,减轻地震灾害风险的能力也得到了全面提升。 

  “这些年,我国的地震等大型灾害的应急指挥也变得更加完善,一旦有了重大灾情,指挥系统立马就能够高效协调各方面的力量进行救灾,这和汶川地震时相比已经有了质的变化。”董晓光说汶川地震以后,在最开始阶段,由于灾情重大,应急指挥不顺,导致救灾过程中充满了混乱,这也影响了及时救援的进行。但是,随着应急指挥能力的提升,汶川地震以后的几次大型地震的应对中,救灾效果就好了很多。


  ▲汶川地震博物馆中的“地震明星”猪坚强的展区

  2018年,在国家大部制改革中,随着应急管理部的成立,我国的救灾体系变得更加完善。中国人民大学国家发展与战略研究院研究员王丛虎撰文表示,近年来在我国各地逐步建立起来的突发事件应急管理部门是一个综合协调部门,主要负责汇总信息、上传下达等非实质性职责,而实际处置各类突发事件的指挥部分散在不同的职能部门,专业队伍、应急物资、应急设施设备也分属不同的部门。

  多年的实践证明,尽管这种分散的应急管理模式的确在处置各种单项突发事件中发挥了很好的作用,但同时也暴露出协调成本高、处置综合性突发事件效果不明显、甚至处置难以及时有效等问题。新成立的应急管理部作为国务院的组成部门,将承担起应急管理的实质性职能,也将更加有利于提高应急管理能力,更加有利于高效应对各类突发事件。 

  如果遇到大型地震灾害的发生,作为国务院组成部门,应急管理部将更加高效整合和调配各类应急物资和设备,调动各类应急救援的专业队伍抢险救灾。


  ▲2018年4月,航拍四川汶川映秀镇

  在一些大型地震发生的高危地区,由于增强了应对能力,大地震造成的伤亡也在大幅减少。2017年8月8日21时19分,四川省阿坝州九寨沟县发生7.0级地震,但是本次地震造成的伤亡较少,据统计共造成25人死亡,525人受伤,6人失联。

  在地震学界的一些专家看来,这与汶川地震等周边的大型地震发生以后,当地的应对能力提升具有很大的关系。

  建筑水平的提高也是一个重要因素。这些年在我国的一些地震高发区,重要设施、单位需要完善建筑防震已经成为硬性规定。遭受了地震的伤痛以后,老百姓也更注重建筑防震问题。

  据了解,九寨沟县及附近区域设防烈度为八度,震区房屋建筑抗震设防水平较高,抗震性能总体较好,特别是经过汶川地震恢复重建后的新建建筑达到了抗震设防要求,经受住了此次地震的考验。

  记者了解到,汶川地震发生后的10年,四川省有关方面从建筑设计、工匠培训、针对居民抗震设计的科学传播等方面做了大量扎实工作,而当地居民在有了惨痛的教训以后也十分重视防震建筑。因此,抗震建筑推广比较顺利。

  地震预测仍步履艰难

  汶川地震后的系列研究表明,对地震的科学认知人类依旧还有很长的路要走。当年汶川地震发生以后,一些从事地震研究的专家认为,一个地方规模较大的地震以后,由于地壳内部的压力得到释放,短时间内不会发生规模较大的地震。

  然而让这些专家尴尬的是,2008年汶川大地震发生以后,仅仅时隔1年11个月以后的2010年4月14日,青海省玉树藏族自治州玉树县就发生了地震,最高震级7.1级,本次地震共造成近2700人遇难和失踪。此后不到8年的时间里,第二次玉树地震、芦山地震、九寨沟地震也相继在巴颜喀拉地块发生。巴颜喀拉地块是一个三角形的地块,其北边界为东昆仑断裂带,南边界穿越唐古拉山与西藏交界地区,东边界则至龙门山断裂带,这是青藏高原地震区内的一个地震主体活动区。

  这是不是意味着原来一些地震研究的结论并不可靠?

  中国科学院院士、中国地震局地质研究所原副所长邓起东在接受记者采访时坦陈,地震活动十分复杂,目前人们对其认知还十分有限。由于地震发生的不确定性很大,并不能轻言某一次大地震发生以后其附近区域短时间内再不会发生大地震。

  让中国地震台网中心研究员孙士鈜一直难以释怀的是,地震预测的有关科学研究进展的步履艰难。上个世纪60年代,世界范围内地震频发,包括美国、日本和中国等一些地震多发国家陆续开展的地震预报研究,但是由于准确预报艰难,难以取得大的突破,经过一段时间以后,日本、美国等发达国家把主要精力投入到工程抗震上,在地震预报研究上就中断了一段时间,而中国没有中断,一直在进行地震预报研究,无论是中断还是没有中断,大家同时面临的一个问题就是地震预报非常困难。 

  孙士鈜告诉记者,汶川大地震发生以后,我国在地震预测预报方面也加大了力度,10年来,一些研究人员从各个方面都进行了研究,并发表了相关研究成果,其中一些还获得了相关科技奖项。


  ▲四川阿坝,5.12汶川地震震中纪念石

  “如果单纯从理论和纸面研究来来,是取得了不少成果,但是要评价这些研究有多大的实际作用,往往就非常尴尬。”孙士鈜说,对搞地震科学研究的人而言,他们必须接受的挑战是他们的相关研究是不是被后来发生的地震所证实,遗憾的是几乎都难以得到验证。

  这些年来,因为地震预报艰难,地震系统不少搞地震科学研究和监测的人也都抬不起头来,有时还要挨骂或者遭受白眼。

  但是孙士鈜说,地震方面的科学研究并不能停止,尽管地震的发生机制非常复杂,但是地震是有前兆的,有规律可寻的,需要地震工作者进行研究和探索,只是这需要一个很长的时间过程。

  不过中国工程院院士、中国地震局地球物理研原副所长许绍燮对目前国内很多人的地震研究方式很是忧虑,他告诉记者,目前一些地震研究人员只是立足于局部区域研究地震,而不把视野放置到大范围、甚至全球的背景下去考虑,因此在方向性方面存在一定的问题,而这并不利于地震科学的继续向前发展。

  第二篇:地震预报和地震预警的区别

  记者 李鹏 编辑 陈永杰

  2008年“5·12”汶川特大地震发生时,现成都高新减灾研究所所长、地震预警四川省重点实验室主任王暾正在奥地利科学院从事理论物理博士后工作。看到地震造成的惨重伤亡,王暾做了一个影响他整个人生轨迹的决定:回国研发地震预警系统。 

  王暾出生于四川省达州市,拥有浙江大学工学学士、中科院力学研究所博士及美国康涅狄格大学物理学博士学位。当时,国内还没有地震预警技术,没有地震预警网,没有地震预警服务。故乡发生的悲剧让他感到自己不能置身事外。


  ▲成都海归博士王暾创业成都高新区,由他发明的世界领先、国内首款民用地震报警器

  “如果提前一些时间发出地震预警,哪怕只提前十几秒钟,都能让很多人在地震发生时获得更多的逃生机会,重要的一些设施也可以立即采取措施,从而减少人员伤亡”。

  王暾相信,这应该是可以做到的,因为日本等一些国家已经有这样的先例。

  一个月后,王暾带着从亲朋好友那里筹集的300万元资金,去人才市场“挖”了7个人,一起研发地震预警器,并注册成立了研究所,致力于地震预警技术的研究。

  地震预警大有可为

  虽然地震预测难度很大,但地震预警研究却发展很快。地震预警就是打时间差这张牌。王暾解释说,地震预警是在震中发生地震时,利用电波比地震波快的原理,在破坏性地震波到达之前给预警目标提供几秒到几十秒的预警时间。地震预警要做的就是要跟地震波赛跑,跑得越快,地震预警项目就越有价值。 

 

  尽管原理比较简单,但是做起来却比较难,其中如何排除干扰是个问题。刚开始做时,一些轻微的干扰都会让系统发出警报。

  2010年年底,王暾团队终于研发出地震预警系统的雏形,并把仪器布到汶川地震余震区进行实验。但是当时,很多人对地震预警不感冒,有的人甚至捉弄他们。为了收集数据,他们在仪器上插了一个U盘,过了一段时间去看,U盘竟然被人拔走了。无奈之下,他们只好设计了内置的存储设备。

  在研发的最开始阶段,钱也成了王暾的拦路虎。有一次,他带着团队去汶川布点,路上连加油的钱都没有了。在最窘迫的时候,王暾公司账户上只剩下1.4元。

  幸运的是,就在王暾觉得快要山穷水尽时,救命稻草出现了。由于研究成果已经初具雏形,他们之前向成都高新区申请的20万元扶持资金在这时到账。第二年春天,科技部的专项资金陆续到位。2011年,王暾团队得到了300余万元的资金支持,情况才慢慢好了起来。

  “如果不是‘千人计划’这个平台,很多事情我根本做不成。”王暾说。他也很感慨国家在科研投入上的重大突破,“在10多年以前,一个民间机构获得国家专项研究资金,这几乎是不可想象的。”

  2011年时,王暾研究团队在地震预警系统研发方面就取得了重大突破。当年4月25日,研发人员第一次用手机短信接收到了地震预警信号。2012年5月15日,他们首次在电视台开通了电视预警功能:在地震波来临前,电视会自动跳出弹窗并开始倒计时。这意味着王暾他们的地震预警系统已经研发成功。

  2013年,王暾入选国家“千人计划”,在国家专项的支持下,以及“千人计划”人才头衔暗含的行政影响力下和在各级组织部的支持下,他的地震预计系统研发和全国布局走上了快车道。

  经过这些年的持续努力,目前王暾他们已经形成了我国具有完全自主知识产权的地震预警技术系统,其预警系统也在全国范围内大规模投入使用。

  只是直到今天,王暾依然要向很多人反复做常识性的解释,告诉他们“地震预警和地震预报是两码事”:地震预报是对可能发生、但尚未发生的地震事件预先发出通告,地震预警则是在地震已经发生、但还未形成严重破坏时发出警告。

  我国成第三个有地震预警能力国家

  经过10年的发展,王暾的成都高新减灾研究所已经形成了4位博士、18位硕士及其他相关研究人员等共50多人的团队,集聚了来自地震学、物理学、力学、人工智能等多方面专业背景的研究力量。 

  截至目前,成都高新减灾所与相关防震减灾部门已经联合建成了延伸至31个省(直辖市、自治区),覆盖面积220万平方公里、覆盖我国地震区人口90%(6.6亿人)的全球最大的地震预警网。

  ▲2014年11月22日16时55分,四川省甘孜藏族自治州康定县发生6.3级地震,此次地震被甘孜州地震局和成都高新减灾研究所联合建设的手机APP软件“地震预警”系统成功预警,为康定县和成都市分别提供了7秒、53秒预警 

  实际上,在2013年,王暾他们的地震预警网的覆盖面积就已经是全球第一。这些年,他们推进建设的地震预警网已经遍布我国地震预警一线区,即“人员密集的地震区”,主要分布在南北地震带、华北地震带、东南沿海地震带、新疆西北部,已建设的地震预警网已经基本覆盖中国地震预警一线区面积的90%。

  王暾表示,他们的地震预警系统的可靠性和响应时间也是全球领先的。“可靠性首先是指地震预警网没有出现误报,这个在全球只有成都高新减灾所做到了。在平均响应时间方面,地震发生后,地震预警网从地震发生到给出预警,日本需要9秒,而我们只需6.2秒。”

  王暾告诉记者,在预警系统响应之前的6秒或9秒中,地震波也正以3.5km/s的速度往外波及,所波及到的区域即为预警盲区,这个盲区越小越好,目前日本的预警盲区为30km,而中国大陆预警系统的预警盲区是21km。这表明中国大陆的预警系统在预警盲区方面已经优于日本。 

  “正是减灾所的地震预警技术支撑,使得我国成为继墨西哥、日本之后世界第三个具有地震预警能力的国家。”王暾说。


▲日本地震预警系统示意图

  记者了解到,在王暾他们构建的地震预警系统中,预警网覆盖区域,民众只需用手机下载应用软件,就能免费享受地震预警服务。

  但是他也对记者坦承,由于灾害都是小概率事件,灾害预警(包括地震预警)也是小概率事件,绝大多数民众平时不关心灾害预警(地震预警),也不会去下载灾害预警App。

  例如,目前仅约200多万人下载了地震预警App,这在预警网覆盖人口6.5亿中仅有不到1%在应用,实在少得可怜。在2017年的九寨沟7.0级地震中,就有很多人没有收到预警信号。

  王暾认为现在我国地震预警的关键就是要把信息传播的渠道打通。为了应对一些人不重视不下载的问题,他们这几年也在尝试和电信运营商合作,也就是在地震发生时主动通过手机进行地震预警信息的推送。

  建立地震烈度速报系统

  受到王暾的民营地震预警系统建设的启发,这些年我国有关地震行政部门在地震预警和速报系统建立方面也在推进。

  2013年2月,中国地震局相关人士透露,“国家地震烈度速报与预警工程”已进入国家发改委立项程序,计划投入20亿元,拟利用5年左右时间建成由5000余个台站组成的地震烈度速报与预警系统。

  其中地震烈度速报是依托广泛分布的地震台网,在震后数分钟内快速确定地震影响范围和程度,尽快掌握灾情严重程度和分布状况;地震预警是依托震中附近的密集地震台网,在震后数秒内快速估算地震影响范围和程度,抢在破坏性地震波到达目标地之前发布警报。

  2017年全国地震局长会议上,有关专家表示,国家地震烈度速报与预警项目在2017年启动实施,建设周期为5年,计划于2021年底建成并投入试运行。该项目总设计师、福建省地震局研究员金星表示,项目建设内容包括台站观测系统、通信网络系统、数据处理系统、紧急地震信息服务系统、技术支持与保障系统五大系统。破坏性地震发生后,数秒发布预警信息,1至2分钟发布地震基本参数速报信息,2至5分钟发布烈度速报信息,30分钟至24小时持续提供地震灾害评估信息等。 

  据了解,为实现这一目标,国家地震烈度速报和预警工程需要在未来投资18.5亿元,在全国建设1960个配置测震仪和强震仪的基准站、3309个配置强震仪的基本站、10241个配置烈度仪的一般站。在包括华北地区、南北地震带、东南沿海地震带、新疆天山地震带的重点区域内,三类台站平均间距为12.5公里,将成为世界上最大地震台网。


  ▲成都高新减灾研究所开发的地震预警系统图

  近些年,成都高新减灾研究所在地震临震预警方面的研究和建设进展迅速,也受到科技部等国家相关部门及众多民众的认可,在一些业界人士看来,王暾他们拥有良性高效的地震预警研发及服务机制,而中国地震局在行政权力方面更具有优势,如果两方合作,中国的地震预警系统就会建设得更好。

  王暾表示,在目前地震预测十分艰难的情况下,保障生命财产安全的办法第一是提高相应的建筑抗震等级,第二就是地震预警。在地震多发地区,地震预警系统就显得尤为重要。 

  王暾和一些地震学专家测算,如果汶川地震时有地震预警系统,至少可以减少2-3万人的死亡。


  ▲大陆地震预警网。图中红色线条为地震断裂带,绿色覆盖区域为应用ICL地震预警技术所建成的预警网覆盖区域,面积约220万平方公里,覆盖6.6亿人,占中国地震区人口90%。

  “我国地震预警网已覆盖我国地震区人口的90%。但面临地震预警‘最后一公里’的难题。”王暾无奈地说。

  按照相关规定,地震预警信息应由县级以上地震行政主管部门负责提供并由县级以上人民政府授权发布。因此,成都高新减灾研究所作为一个民办地震预警技术研究机构,需要通过市县级地震行政主管部门将预警系统接入电视、广播等终端。 

  2018年5月3日,在汶川地震10周年之际,四川省德阳市、宜宾市通过与成都高新减灾所合作,授权接入大陆地震预警网的信息,成为了首批开通电视地震预警的市州,一次性解决了500万人的电视地震预警接收问题。

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[责任编辑:李鹭]
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