地質災害的研究方法
❶ 地質災害監測方法技術現狀與發展趨勢
【摘要】20世紀末期以來,監測理論和技術方法有長足發展,常規技術方法趨於成熟,設備精度、設備性能已具較高水平,並開發了部分高精度(微米級位移識別率)、自計、遙測、自動傳輸的監測設施。未來,將充分綜合運用光學、電學、信息學、計算機和通信等技術(諸如光纖技術—BOTDR、時域反射技術—TDR、激光掃描技術、核磁共振技術、NUMIS、GPS技術、合成孔徑干涉雷達技術—InSAR及互聯網通訊技術等),進一步開發經濟適用、有效可行的地質災害監測新技術,提高精度、准確性和及時性,最大程度地減小地質災害造成的損失。
【關鍵詞】地質災害監測技術方法新技術優化集成
20世紀80年代以來,我國地質災害時空分布特點呈現新的變化。隨著人類工程活動越來越強,人為地質災害日趨嚴重,規模、數量和分布范圍呈增加趨勢;人口密集、經濟發達地區地質災害造成的損失越來越大。崩塌、滑坡和泥石流等突發性地質災害發生頻度和造成的損失不斷加大,地面沉降、海水入侵等緩慢性地質災害的范圍逐漸增加。據相關統計資料顯示,1995~2002年,地質災害共造成9000多人失蹤或死亡,突發性地質災害共造成直接經濟損失524億元,緩慢性地質災害造成直接經濟損失590億元,間接經濟損失2700億元。地質災害已經成為嚴重製約我國經濟發展的重要因素之一。
為了摸清我國地質災害的分布情況,我國系統地開展了地質災害調查工作,先後出台了《地質災害防治管理辦法》和《地質災害防治條例》,明確指出:防治地質災害,實行「以人為本,防治結合,統籌規劃,突出重點,分期實施,逐步到位」的方針。並於2003年4月啟動了全國性地質氣象預報。對已經查明的地質災害體,特別是對生產建設、人民生命財產安全構成嚴重威脅的地質災害,若能運用適當、有效、經濟可行的監測措施,作出科學的監測預報,則可最大程度地減小災害損失。
滑坡監測在不同條件、不同時期其作用不同,總的來說有以下幾個方面:
(1)通過綜合分析多種監測方法的監測數據,確定地質災害穩定狀態及發展趨勢,及時作出預測,防止或減輕災害損失。
(2)研究導致災害體變形破壞的主導因素、作用機理,為防治工程設計提供依據。
(3)在防治工程施工過程中,監測、分析災害體變形發展趨勢及工程施工的擾動,保障施工安全。
(4)施工結束後,進行工程效果監測。
(5)綜合利用長觀監測資料,分析災害體變形破壞機制和規律,檢驗在防治工程設計中所採用的理論模型及岩土體性質指標值的准確性,對已有的監測預報理論及模型進行驗證改進,改善、提高監測預測預報技術方法。
1地質災害監測技術綜述
地質災害監測的主要任務為監測地質災害時空域演變信息(包括形變、地球物理場、化學場)、誘發因素等,最大程度獲取連續的空間變形數據,應用於地質災害的穩定性評價、預測預報和防治工程效果評估。
地質災害監測是集地質災害形成機理、監測儀器、時空技術和預測預報技術為一體的綜合技術。地質災害的形成機理是開展地質災害監測工作的基礎;監測儀器是開展工作的手段;更為重要的是只有充分利用時空技術,才能有效發揮地質監測的作用;預測預報是開展地質災害監測的最終目的。
崩塌、滑坡、泥石流等突發性地質災害,具有爆發周期短、威脅性及破壞性顯著、成因復雜等特點,因此,當前地質災害的監測技術方法的研究和應用多是圍繞突發性地質災害進行的。1.1監測方法
監測方法按監測參數的類型分為四大類:即變形、物理與化學場、地下水和誘發因素監測(見表1)。
表1主要地質災害監測方法一覽表
1.1.1 變形監測
主要包括以測量位移形變信息為主的監測方法,如地表相對位移監測、地表絕對位移監測(大地測量、GPS測量等)、深部位移監測。該類技術目前較為成熟,精度較高,常作為常規監測技術用於地質災害監測。由於獲得的是災害體位移形變的直觀信息,特別是位移形變信息,往往成為預測預報的主要依據之一。
1.1.2物理與化學場監測
監測災害體物理場、化學場等場變化信息的監測技術方法主要有應力監測、地聲監測、放射性元素(氡氣、汞氣)測量、地球化學方法以及地脈動測量等。目前多用於監測滑坡等地質災害體所含放射性元素(鈾、鐳)衰變產物(如氡氣)濃度、化學元素及其物理場的變化。地質災害體的物理、化學場發生變化,往往同災害體的變形破壞聯系密切,相對於位移變形,具有超前性。
1.1.3地下水監測
地下水監測主要是以監測地質災害地下水活動、富含特徵、水質特徵為主的監測方法。如地下水位(或地下水壓力)監測、孔隙水壓力監測和地下水水質監測等。大部分地質災害的形成、發展均與災害體內部或周圍的地下水活動關系密切,同時在災害生成的過程中,地下水的本身特徵也相應發生變化。
1.1.4誘發因素監測
誘發因素類主要包括以監測地質災害誘發因素為主的監測技術方法,如氣象監測、地下水動態監測、地震監測、人類工程活動等。降水、地下水活動是地質災害的主要誘發因素;降雨量的大小、時空分布特徵是評價區域性地質災害(特別是崩、滑、流三大地質災害的判別)的主要判別指標之一;人類工程活動是現代地質災害的主要誘發因素之一,因此地質災害誘發因素監測是地質災害監測技術的重要組成部分。
1.2監測儀器
1.2.1按從監測儀器同災害體的相對空間關系分為接觸類和非接觸類
(1)接觸類:是指必須安裝於災害體現場或進行現場施測的監測儀器系列。如滑坡地表或深部位移監測、物理和化學場監測等。該類儀器所獲得的信息多為災害體細部信息,信息量豐富。
(2)非接觸類:是指於現場安裝簡易標志或直接於災害體外圍施測的監測儀器系列。該類監測方法多以獲得災害體地表的絕對變形信息為主,易採用網式施測;特別是突發性地質災害的臨災前後,具有安全、快捷等特點。如激光微位移監測、測量機器人、遙感雷達監測等。
1.2.2按監測組織方式分為簡易監測、儀表監測、控制網監測、自動遙測
(1)簡易監測:採用簡易的量測工具(皮尺、鋼尺、卡尺)對災害體地表的裂縫等部位進行監測。
(2)儀表監測:採用機測或電測儀表(安裝、埋設感測器)對滑坡進行地表及深部的位移、應力、地聲、水位、水壓、含水量等信息監測。
(3)控制網監測:在滑坡變形破壞區及周邊穩定地帶,布設大地測量或GPS衛星定位測量控制點網,進行滑坡絕對位移三維監測。
(4)自動遙測:利用有線和無線傳輸技術,對儀表監測所得信息進行遠距離遙控自動採集、傳輸,可實現全天候不間斷監測。
2地質災害監測方法技術現狀
地質災害監測技術是集多門技術學科為一體的綜合技術應用,主要發展於20世紀末期。伴隨著電子技術、計算機技術、信息技術和空間技術發展,國內外地質災害調查與監測方法和相關理論得到長足發展,主要表現在:
(1)常規監測方法技術趨於成熟,設備精度、設備性能都具有很高水平。目前地質災害的位移監測方法均可以進行毫米級監測,高精度位移監測方法可以識別0.1mm的位移變形。
(2)監測方法多樣化、三維立體化。由於採用了多種有效方法結合對比校核以及從空中、地面到災害體深部的立體化監測網路,使得綜合判別能力加強,促進了地質災害評價、預測能力的提高。
(3)其他領域的先進技術逐漸向地質災害監測領域進行滲透。隨著高新技術的發展和應用的深入,衛星遙感、航空遙感等空間技術的精度逐漸提高,一些高精度物探(如電法、核磁共振等技術)的發展,使得地質災害的勘查技術與監測技術趨於融合,通過技術上的處理、提升,該類技術逐漸適用於區域性的地質災害和單體災害的監測工作。
「八五」以來,我國在地質災害監測技術研究方面取得了豐碩的成果,並積累了豐富的經驗,使我國的地質災害監測預警水平得到很大程度的提高;但是還存在一定的局限性,主要表現在:
(1)地質災害監測技術、儀器設施多種多樣,應用重復性高,受適用程度、精度、設施集成化程度、自動化程度和造價等因素的制約,常造成設備資源浪費,效果不明顯。
(2)所取得的研究成果多側重於某一工程或某一應用角度,在地質災害成災機理、誘發因素研究的基礎上,對各種監測技術方法優化集成的研究程度較低。
(3)監測儀器設施的研究開發、數據分析理論同相關地質災害目標參數定性、定量關系的研究程度不足,造成監測數據的解釋、分析出現較大的誤差。
因此,要提高地質災害預警技術水平,必須在地質災害研究同開發監測技術方法相結合的基礎上,進行地質災害監測優化集成方案的研究。
3地質災害監測技術方法發展趨勢
3.1高精度、自動化、實時化的發展趨勢
光學、電學、信息學及計算機技術和通信技術的發展,給地質災害監測儀器的研究開發帶來勃勃生機;能夠監測的信息種類和監測手段將越來越豐富,同時某些監測方法的監測精度、採集信息的直觀性和操作簡便性有所提高;充分利用現代通訊技術提高遠距離監測數據信息傳輸的速度、准確性、安全性和自動化程度;同時提高科技含量,降低成本,為地質災害的經濟型監測打下基礎。
監測預測預報信息的公眾化和政府化。隨著互聯網技術的發展普及,以及國家政府的地質災害管理職能的加強,災害信息將通過互聯網進行實時發布,公眾可通過互聯網了解地質災害信息,學習地質災害的防災減災知識;各級政府職能部門可通過所發布信息,了解災情的發展,及時做出決策。
3.2新技術方法的開發與應用
3.2.1調查與監測技術方法的融合
隨著計算機的高速發展,地球物理勘探方法的數據採集、信號處理和資料處理能力大幅度提高,可以實現高解析度、高采樣技術的應用;地球物理技術將向二維、三維採集系統發展;通過加大測試頻次,實現時間序列的地質災害監測。
3.2.2 智能感測器的發展
集多種功能於一體、低造價的地質災害監測智能感測技術的研究與開發,將逐漸改變傳統的點線式空間布設模式;由於可以採用網式布設模式,且每個單元均可以採集多種信息,最終可以實現近似連續的三維地質災害信息採集。
3.3新技術新方法
3.3.1光纖技術(BOTDR)
光導纖維監測技術又稱布里淵散射光時域光纖監測技術(BOTDR),是國際上20世紀70年代後期才迅速發展起來的一種現代化監測技術,在航空、航天領域中已顯示了其有效性。在土木、交通、地質工程及地質災害防治等領域的應用才剛剛開始,並受到各發達國家研究機構的普遍重視,發展前景十分廣闊。
通過合理的光纖敷設,可以監測整個災害體(特別是滑坡)的應變信息。
3.3.2時間域反射技術(TDR)
時間域反射測試技術(Time Domain Reflectometry)是一種電子測量技術。許多年來,一直被用於各種物體形態特徵的測量和空間定位。早在20世紀30年代,美國的研究人員開始運用時間域反射測試技術檢測通訊電纜的通斷情況。在80年代初期,國外的研究人員將時間域反射測試技術用於監測地下煤層和岩層的變形位移等。90年代中期,美國的研究人員將時間域反射測試技術開始用於滑坡等地質災害變形監測的研究,針對岩石和土體滑坡曾經做過許多的試驗研究,國內研究人員已經開始該方法的研究工作,並已經在三峽庫區投入試驗應用階段,同時開展了與之相關的定量數據分析理論研究。
所埋設電纜即是感測器,又可傳輸測試信號;該方法相對於深部位移鑽孔傾斜儀監測具有安裝簡單、使用安全和經濟實用等特點。
3.3.3激光掃描技術
該技術在歐美等發達國家應用較早,我國近期開始逐漸引進。主要是用於建築工程變形監測以及實景再現,隨著掃描距離的加大,逐漸向地質災害調查和監測方向發展。
該技術通過激光束掃描目標體表面,獲得含有三維空間坐標信息的點雲數據,精度較高。應用於地質災害監測,可以進行災害體測圖工作,其點雲數據可以作為地質災害建模、地質災害監測的基礎數據。
3.3.4核磁共振技術(NUMIS)
核磁共振技術是國際上較為先進的一種用來直接找水的地球物理新方法。它應用核磁感應系統,通過從小到大地改變激發電流脈沖的幅值和持續時間,探測由淺到深的含水層的賦存狀態。我國於近期開始引進和研究,目前已經在三峽庫區的部分滑坡體進行了應用試驗,效果較好。
應用於地質災害監測,可以確定地下是否存在地下水、含水層位置以及每一含水層的含水量和平均孔隙度,進而可以獲知如滑坡面的位置、深度、分布范圍等信息,從而對滑坡體進行穩定性評價,並對滑坡體的治理提出科學依據。
3.3.5合成孔徑干涉雷達技術(InSAR)
運用合成孔徑雷達干涉及其差分技術(InSAR及D-InSAR)進行地面微位移監測,是20世紀90年代逐漸發展起來的新方法。該技術主要用於地形測量(建立數字化高程)、地面形變監測(如地震形變、地面沉降、活動構造、滑坡和冰川運動監測)及火山活動等方面。
同傳統地質災害監測方法相比,具有如下特點:
(1)覆蓋范圍大;
(2)不需要建立監測網;
(3)空間解析度高,可以獲得某一地區連續的地表形變信息;
(4)可以監測或識別出潛在或未知的地面形變信息;
(5)全天候,不受雲層及晝夜影響。
但由於系統本身因素以及地面植被、濕度及大氣條件變化的影響,精度及其適用性還不能滿足高精度地質災害監測。
為了克服該技術在地面形變監測方面的不足,並提高其精度,國內外技術人員先後引入了永久散射點(PS)的技術和GPS定位技術,使InSAR技術在城市及岩石出露較好地區地面形變監測精度大大提高,在一定的條件下精度可達到毫米級。永久散射(PS)技術通過選取一定時期內表現出穩定干涉行為的孤立點,克服了許多妨礙傳統雷達干涉技術的解析度、空間及時間上基線限制等問題。
隨著衛星雷達系統資源的改進和發展,以及相應數據處理軟體的提高,該技術在地質災害監測領域的應用將趨於成熟。
3.4地質災害監測技術的優化集成
3.4.1問題的提出
(1)監測方法的適應性。對於各種監測方法所使用的監測儀器設施,均有各自的應用方向和使用技術要求;針對不同地質災害災種、類型,其使用技術要求(包括測點布設模式、安裝使用技術要求等)不同。
(2)地質災害不同的發展階段。對於崩塌、滑坡等突發性地質災害,不同發展階段所適用的監測方法和儀器設施各異,監測數據採集周期頻度不同。
(3)監測參數與監測部位。實踐證明,一方面,不同的監測參數(地表位移、深部位移、應力、地下水動態、地聲等)在不同類型的災害體監測中具有不同程度的表現優勢;另一方面,同一災害體不同部位的監測參數隨時間變化趨勢特點並不相同,即存在反映災害體關鍵部位特徵的監測點,又存在僅反映局部單元(不具有明顯的代表性,甚至是孤立的)特徵的監測點。因此,監測要素(監測參數、監測部位)的優化選擇,是整個監測設計工作的基礎。
(4)自動化程度。決定於設備的集成度、控制模式、數據標准化程度和信息發布方式。
(5)經濟效益。決定於地質災害的規模、危害程度、監測技術組合、設備選型等因素。
3.4.2設計原則
地質災害監測技術優化集成方案遵循以下原則:
(1)監測技術優化原則:針對某一類型地質災害,確定優勢監測要素,進行監測內容、監測方法優化組合,使監測工作高效、實用。
(2)經濟最優原則:首先,不過於追求高、精、尖的監測技術,而應選擇發展最為成熟、應用程度較高的監測技術;其次,對於危害程度較大的大型地質災害體,可選擇專業化程度較高的監測技術方法,由專業人員進行操作、維護,對於危害程度低,規模小的災害體,可選擇操作簡單、結果直觀的宏觀監測技術,由群測群防級人員進行操作。
3.4.3最終目標
根據不同種類地質災害和不同類型地質災害的物質組成、動力成因類型、變形破壞特徵、外形特徵、發育階段等因素,研究適用於不同類型地質災害的監測要素(監測參數、監測點位的集合)、監測方法、監測點網的時空布置模式、監測技術要求,建立典型地質災害監測的優化集成方案。
❷ 國內外地質災害風險研究開展情況
一、國外地質災害風險研究概述
區域地質災害風險評估是以區域地質災害為研究對象,以地質災害的區域危險性空間分布規律和承災體的易損性評估為主要研究內容,是建立地質災害區域空間預警系統工程的必要環節,主要為制定合理的防災減災決策和區域土地規劃政策及為減災防災管理服務。
自20世紀60年代末或70年代初就開始了以滑坡災害為主體的地質災害危險性區劃研究,如:60年代末,美國西部多滑坡的加利福尼亞州的滑坡敏感性預測區劃及縣行政級別的斜坡土地使用立法研究;70年代法國提出的斜坡地質災害危險性分區系統(ZERMOS)等。進入80年代,世界許多國家和地區都開始了區域地質災害危險性分區及預測問題研究,如義大利、瑞士、美國、法國、澳大利亞、西班牙、紐西蘭、印度等。從90年代起,為了推進廣泛的國際協調與合作,聯合國在1987年通過決議,確定在20世紀最後十年開展「國際減輕自然災害十年」活動。1991年,聯合國國際減災十年(IDNDR)科技委員會提出了《國際減輕自然災害十年的災害預防、減少、減輕和環境保護綱要方案與目標》(PREEMPT),在規劃的三項任務中的第一項就是進行災害評估,提出:「各個國家對自然災害進行評估,即評估危險性和易損性。主要包括:①總體上哪些自然災害具有易損性;②對每一種災害威脅的地理分布和發生間隔及影響程度進行評估;③估計評估最重要的人口和資源集中點的易損性。」把自然災害評估納入實現減災目標的重要措施。圍繞國際減災十年計劃行動,北美及歐洲許多國家在已有地質災害危險性分區研究基礎上,開展了地質災害危險性與土地使用立法的風險評估研究,把原來單純的地質災害危險性研究拓展到了綜合減災的系統研究。
美國於1970年開始,對加利福尼亞州的地震、滑坡等10種自然災害進行了風險評估,1973年完成,得出1970~2000年加利福尼亞州10種自然災害可能造成的損失為550億美元。與此同時,由美國地調局和住房與城市發展部的政策發展與研究辦公室,聯合支持對洪水、地震、台風、風暴潮、海嘯、龍卷風、滑坡、強風、膨脹土等9種自然災害進行預測評估,對美國各縣發生的災害建立了一套預測模型,估算9種災害到2000年的期望損失。美國組成了一個由10位成員組成的專門委員會,制定了減災十年計劃,把自然災害評估列為研究的重要內容,要求開展單類的或者綜合的災害風險評估工作。日本、英國等一些國家近年來也陸續開展了地震、洪水、海嘯、泥石流、滑坡等災害風險分析或災害評估,並把有關成果作為確定減災責任與實施救助的重要依據。
瑞士是世界上開展地質災害風險區劃研究十分成功的國家之一。為了確保農業用地、建築用地的安全,預防自然災害的損失,瑞士聯邦政府1979年從立法的高度提出:「在保障國家土地完整性和協調發展的前提下實現土地的合理使用」,並頒布了聯邦政府土地管理法(Loi Fédéral sur l』Aménagement Territoire),該法律第22條規定:「各州需要調查並確定處於受自然動力嚴重威脅的土地范圍」。以聯邦政府法律為依據,各州政府制定了相應的州政府法律。如沃州(Vaud)1987年制定的土地管理法律第89條規定:「受自然災害,如雪崩、滑坡、崩塌、洪水威脅的土地,在未得到專家評估、充分論證或危險排除之前,禁止在災害危險區進行任何建築活動」。隨後制訂計劃並開展了1∶25000比例尺的斜坡地質災害風險區劃圖和1∶10000比例尺危險性區劃圖的編制和研究工作。瑞士已形成了以國家憲法為指導、州制定具體法、縣級政府必須實施的災害風險評估與預防體系。災害高危險區域內的建築一方面屬於違法,另一方面作為高風險財產范疇,保險公司絕對拒絕接納災害高危險區的財產保險業務,從而保證了瑞士全國范圍內對自然災害的最有效控制。瑞士災害的風險區劃不僅直接服務於建築規劃、政府決策,而且也間接服務於社會保障系統。雖然瑞士是世界上滑坡、崩塌等地質災害最嚴重的國家之一,無論是最後一次冰川作用以來,還是近一、二百年以來,瑞士都發生過較為重大的滑坡災害事件(Flims、Elm、Handa等特大滑坡事件),但由於得益於全國災害風險區劃體系,使其近二、三十年來的災害損失卻是世界上較少的國家之一。
法國是洪水、滑坡、崩塌、雪崩等災害較為嚴重的國家之一,早在20世紀70年代就開始全國范圍的自然災害危險性區劃研究,區劃圖直接服務於減災和防災工作,從而最大限度地減少了自然災害的損失。法國在1977年制定的城市發展規劃法(Code del』Urbanisme)規定:洪水、水土流失、滑坡、雪崩等災害危險區的建築必須受到嚴格限制。1981年該規劃法對自然災害易發區的土地使用方法又作了具體限制,例如,滑坡災害危險區分為兩類,一類是建築活動必須禁止的嚴重危險區,另一類是必須經過充分論證方可從事建築活動的較危險區。1982年,法國又頒布了自然災害防治法,並制定了洪水、雪崩、滑坡和地震四種主要自然災害防治計劃。為了進一步預測和盡可能減少災害所造成的損失,根據該防治計劃編制了災害易發區危險性區劃圖,包括紅色區域(高危險性區)、白色區域(以一種災害為主的危險區)、藍色區域(雖然有災害,但可以預防)。在紅色區域,一切新開工的建築活動是絕對禁止的,而在藍色區域,進行建築需要提供充分的論證及災害後果可靠性評估報告,如果五年之內不採取相關防治措施,財產保險公司可以對建築方因自然災害所造成的人員傷亡和財產損失不予賠償。到1989年,根據全法國的災害危險性區劃結果,法國共有 15600個鄉鎮受到洪水、雪崩、滑坡和地震四種主要自然災害的威脅,約佔全國鄉鎮總數的三分之一。由於採取了災害區劃及相應的防治措施,法國的災害損失得到了有效的控制。
二、國內地質災害風險研究概述
近20年來,國家十分重視減災工作,如《中國21世紀議程》關於防災減災行動指出:「開展全國自然災害的風險分析,包括風險辨識、風險估算、風險評估三個部分」。這表明我國已把災害風險評估作為防災減災建設的重要內容,並將之納入國家可持續發展體系。大多數地方的21世紀議程都把防災減災作為可持續發展能力建設的重要任務之一,提出了災害風險評估行動方案。在我國研究比較系統深入的災害風險評估是地震災害。其代表性的工作成果是由國家地震局先後完成的三代《中國地震烈度區劃圖及使用規定》。該圖在對全國區域地震危險性評估基礎上,確定了不同地區一般場地條件下在未來一定期限內可能遭遇超越概率為10%的烈度值,即地震基本烈度。綜合性自然災害風險研究也取得了一些研究成果。例如,黃崇福等用模糊集方法建立了城市地震災害風險評估的數學模型。水利、農林、氣象等部門的一些專家分別開展了一些區域性的洪水災害、森林火災、台風災害等風險分析或災情預測評估研究,編制了風險圖,提出了災情評估或風險評估的方法和技術。雖然這些工作還不夠深入和系統,但對指導行業減災、提高災害風險管理水平發揮了積極的作用。
我國地質災害管理工作,自1999年國土資源部發布《地質災害防治管理辦法》,標志著我國地質災害防治工作逐步走向法制化軌道,為進一步貫徹落實好《地質災害防治管理辦法》,從源頭上抓好地質災害防治,國土資源部發布了《關於實行建設用地地質災害危險性評估的通知》。通過幾年的管理實踐,以及適應全社會減災防災的需要,2004年3月1日,國務院正式發布《地質災害防治條例》,使我國地質災害防治工作有了法律保證。該《條例》規定,在地質災害易發區內進行工程建設應當在可行性研究階段進行地質災害危險性評估,並將評估結果作為可行性研究報告的組成部分;明確要求「在編制地質災害易發區內的城市總體規劃、村莊和集鎮規劃時,應當對規劃區進行地質災害危險性評估」。明確了評估的主要地質災害種類,包括崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫和地面沉降。隨著我國地質災害風險評估和災害防治管理向科學化、法制化方向的逐步發展,我國土地資源的合理與安全使用得到進一步優化,為控制和減少人為誘發的地質災害起到了重要的作用。
我國地質災害的風險評估(價)研究工作自20世紀90年代開始興起,在這一領域的研究中,已經取得了較為豐富的成果,為減災管理發揮了重要作用。例如,蘇經宇(1993)提出了判別泥石流危險性分布的標志和方法。劉希林等(1988)對區域泥石流風險評估進行了研究,給出了區域泥石流危險性評估的8個指標和人與財產的易損性計算公式,並提出了判斷泥石流危險性程度和評估泥石流泛濫堆積范圍的統計模型,對雲南和四川省泥石流災害風險進行了評估。張梁(1994)等根據環境經濟學理論,初步論證了地質災害的屬性特徵和風險評估的經濟分析方法。張業成(1995)對雲南省東川市泥石流災害進行了風險分析。張梁、張業成、羅元華及殷坤龍、晏同珍等對滑坡災害危險性和斜坡不穩定性的空間預測與區劃進行了系統研究,先後提出了定量評估的信息分析模型、多因素回歸分析模型、判別分析模型等,並對秦巴山區和三峽庫區滑坡災害進行了危險性分析與區劃。朱良峰(2002)等研究開發了基於GIS的區域地質災害風險分析系統,對全國范圍的滑坡泥石流災害進行了危險性分析、易損性分析和最終的風險分析。殷坤龍等經過多年研究,開發出MapGIS的滑坡災害風險分析系統(IASLH)。在該系統中,提出了滑坡災害危險性分析的信息量模型。該模型根據滑坡分布信息與各滑坡影響因素之間的關系,計算出產生滑坡的信息量,據此,進行滑坡危險性區劃,並應用IASLH系統對中國漢江流域旬陽地區的滑坡災害以及中國滑坡災害進行了評估。
當前,地質災害風險研究正處於方興未艾之時,今後將得到更加迅速的發展,其研究內容將更加廣泛,理論方法更加豐富、先進。可以預見,不久的將來,它將成為一項具有完善理論和技術方法的新興領域。其基本趨勢是:向著評估定量化、綜合化、管理空間化的方向發展。主要表現為:
(1)從歷史與現狀分析趨向預測與研究相結合;
(2)從個體分析趨向個體與區域研究相結合;
(3)從定性分析趨向定量化評估;
(4)從單項要素分析趨向綜合要素評估;
(5)從單純的風險評估理論研究發展為風險評估與減災管理相結合,風險評估與防治相結合,風險評估的目的是為了服務於社會經濟建設和減災管理;
(6)以GIS空間化技術為支撐的多因素信息模型化評估與空間化管理空前發展,將逐步取代傳統的調查統計和手工制圖,並向網路技術化發展;
(7)研究理論與方法趨向於內容更豐富,形成多學科的融合與交叉,特別是與社會學緊密相結合。
盡管經過20多年的發展,國內外的地質災害風險研究與評估在理論和實踐方面都取得了較為豐富的成果,然而還未形成系統完善的理論與方法體系,也沒有統一的評估標准,國內在這一領域的研究還很薄弱,地質災害的各專業災害評估仍處於日益深入的探討和總結過程。主要存在的問題包括:
(1)目前滑坡泥石流災害破壞損失只考慮了直接的經濟損失,對其間接經濟損失評估方法的研究很少;
(2)現有的滑坡泥石流災害風險評估框架與指標體系的目標和構成都不夠明確,指標體系不夠完整,各分析層面之間的邏輯關系,不同的學者有不同的表述,缺乏普遍共識的評估框架體系;
(3)對於滑坡泥石流災害的風險可接受水平的研究非常薄弱,沒有令人信服的標准體系;
(4)滑坡泥石流災害風險評估理論和方法還不完善;
(5)滑坡泥石流災害風險評估中的易損性分析還是一個相當薄弱的環節。在易損性分析中,一般僅考慮了滑坡泥石流災害的歷史災情中的人員傷亡,而對歷史災情中的經濟財產和資源環境的損失很少予以考慮。
❸ 地質災害風險評估方法研究進展
一、評估方法的分類及適用性
對基於的滑坡危險性評估方法分類和評述可參見Soeters和Van Westen(1996)、Carrara等(1995,1999)、Guzzetti等(1999),Aleotti和Chowry(1999)和Van Westen(2000)發表的文章。一致認為評估方法可分為4類:
(1)基於滑坡編目的概率方法;
(2)啟發式方法(直接方法——地貌填圖,或間接方法——定性圖的結合);
(3)統計方法(雙變數或多變數統計);
(4)確定性方法(Soeters和Van Westen,1996)。有關滑坡風險評估方面的出版物不多,但最近有一些關於滑坡風險評估的綜述出版物值得稱贊,如Cruden和Fell(1997)、Guzzetti(2000)、Dai等(2002)的文章以及Lee和Jone(2004)出版的教科書。根據澳大利亞岩土力學協會滑坡風險管理分委會提出的分類方法是基於定量化水平分為以下三種:
(1)定性方法(以定性術語表示概率和損失);
(2)半定量方法(指標性概率和定性術語);
(3)定量方法(概率和損失的定量化)。
總的來說,滑坡空間分析方法可以分為兩大類:一是定性方法,包括滑坡編目和啟發式方法;二是定量方法,包括統計概率預測和基於過程的數值模擬方法。根據Soeters和van Westen(1996)的研究,將不同尺度的滑坡空間分析所適用的方法加以概括(表2-8)。將滑坡危險性的4種方法與3種風險評估方法進行組合,便可以獲得適用於中比例尺(1∶10000~1∶50000)的多種有用的方法(表2-9)。
表2-8 不同尺度滑坡災害空間分析建議方法
表2-9 中比例尺基於GIS滑坡風險區劃的評估方法和特定組合的有用性
註:0:危險性評估方法不適合風險評估方法;1:有用性中等的組合,危險性評估方法不太適合於風險評估方法;2:有用性高的組合,危險性方法可能是用於風險評估的最好方法,但這取決於數據的可得性(如歷史滑坡記錄);3:最有用的組合,在可得的輸入數據條件下會得出最好的風險評估結果。
如果在滑坡編目中有滑坡發生的時間和規模方面的信息可以利用的話,就可以估計一定地點特定時間給定規模的滑坡發生概率。滑坡編目的另一用途是對滑坡危險性分析的結果進行驗證和校正。因此,最好將滑坡編目數據分成兩組,一組用於滑坡分析,另一組用於驗證(Chung和Fabbri,1999)。這往往是一個最基本的、但往往被忽視的問題。應投入較大的資源進行高質量的滑坡編目,以保證獲得可靠的空間分析數據。
啟發式方法基於對當地有關滑坡的認識和專家的判斷。這種方法還使用空間信息解釋滑坡的發生。通常這樣的信息包括地形、水文、地質、岩土、地貌、植被以及土地利用等信息。通過野外調查和航片的解譯獲得這些信息。不同專家對於環境因子對滑坡的影響判斷是不同的,主要取決於他(們)對滑坡的認識和經驗。這種判斷的主觀性以及沒有確定的標准使得啟發式方法具有明顯的缺陷。然而,如果專家對其所研究的滑坡機制有深入的了解,並對研究區進行過詳細調查研究,使用這種評估方法得出的結果還是比較准確的和適用的,特別是對滑坡敏感性的首次估計。啟發式方法適用於定性和半定量風險評估,可以用有限經費編制出較大面積的可靠的滑坡圖,當然,這些工作要由專家來做才行。
與定性方法不同的是,定量方法主要基於客觀准則進行評估,從理論上來講,使用大致相同的數據會得出比較一致的結果。定量方法中統計方法應用的最普遍。利用多元回歸或判別分析,將環境因子(如地質、地貌、土壤、地形、水文、植被等)分布圖與滑坡編目圖(發生地點)進行空間統計計算,得到滑坡危險性圖。或者通過概率預測模型(如貝葉斯概率法和模糊邏輯法)也可以計算得出滑坡危險性圖。滑坡危險性圖是靜態的,沒有考慮氣象條件的變化、流域匯水條件的變化和人類對環境條件的影響。統計方法非常適用於空間概率的評估,但在評估時間概率或未來環境變化效應時存在問題。如果與不同觸發事件的滑坡編目圖結合,可能是在較大范圍地區進行定量風險評估的最好方法。
另一類定量方法是基於過程的模型方法。這類模型將地形屬性(如坡度、曲度、坡向、距河道的距離、匯水面積等)與水文特徵(土壤飽和度、滲透性和水力傳導性等)相結合,以獲得有關土壤岩土性質(如凝聚力、內摩擦角、比重),從而進行坡體穩定性分析。主要可利用的模型是無限坡法,如由Montgomery和Dietrich(1994)開發的SHALSTAB模型,該模型在美國許多地區和巴西里約熱內盧得到了廣泛的應用。最近由Günther等(2002)開發的數字電影模擬方法也用於滑坡空間分析上。
對於定量風險評估,基於滑坡編目的概率方法通常是最好的方法(假設條件是過去發生的滑坡事件是未來發生滑坡的指示)。然而,這種方法需要相當完整的歷史滑坡記錄。在因氣候變化導致環境發生巨大變化的地區,滑坡頻率將發生顯著變化,該方法不適用於這類地區。一般來講,滑坡風險定量評估的最好選擇是應用確定性滑坡穩定模型,與山坡水文條件動態模型相結合。這需要覆蓋大面積地區的大量數據,並且要對滑坡類型和滑坡深度進行很大程度的簡化。
二、評估方法的進展
1.滑坡編目方法的進展
世界上只有極少數的地方建立了過去50~100年的完整的歷史滑坡記錄。在一些國家建立國家滑坡編目資料庫,有時可以通過互聯網獲取資料庫中的信息。其中最好的資料庫包括義大利、中國香港、瑞士、法國、加拿大和哥倫比亞。可以利用這些數據進行滑坡危險性概率評估,這是定量風險評估的基礎。根據Crovelli(2000),通常利用歷史滑坡數據進行滑坡危險性評估的適用概率模型有兩類:連續時間模型和離散時間模型。例如Coe等(2004a,b)將西雅圖市(1909~1999)歷史滑坡資料庫有關信息輸入到泊松模型中,據此估計出單體滑坡未來發生概率;還利用雙峰概率模型估計了滑坡群年發生概率。這些成果圖顯示出未來可能發生的滑坡密度、平均重現期和超越概率。
香港是另一個具有相當豐富信息的滑坡資料庫的典範。使用了將概率方法和啟發式調整因素相結合的方法,利用該資料庫的詳細信息,估計了切坡失穩的年概率(Finlay等,1997)。歷史滑坡記錄還被用於計算滑坡觸發事件(如降雨和地震)的概率。紐西蘭是這類分析研究的理想場所,確定了不同降雨強度下降雨臨界值和滑坡概率(Glade,1997;Crozier和Glade,1999)。估計未來滑坡事件的頻率和規模是必不可少的工作,最好在任何重大災難性事件(地震、暴雨和颶風等)發生後,地貌學家應立即開展滑坡現象的編目以及不同承災體損失調查。
2.啟發式方法的進展
許多國家和地區實施的定性風險評估程序採用了啟發式方法。例如美國加州(Blake等,2002)、紐西蘭(Glassey等,2003),澳大利亞(AGSO,2001;Michael—Leiba等,2003)、法國(Flageollet,1989)和瑞士(Lateltin,1997)。在澳大利亞國家地質災害易損性的城市社區項目(或城市項目)是一項有關分析和評估包括滑坡在內的地質災害對城市構成風險的計劃,所使用的方法絕大多數是基於專家或地貌的啟發式方法(AGSO,2001)。大區域的滑坡風險定量評估通常是一項艱巨的任務,因為計算整個地區的滑坡強度和頻率是非常困難的事情,即便是藉助GIS先進手段也是如此。在實踐中,通常使用簡化的定性評估程序,就像瑞士的做法一樣(Lateltin,1997)(圖2-1)。
地質災害風險評估理論與實踐
圖2-1 瑞士水與地質聯邦辦公室採用的滑坡風險評估簡化方案
註:表格中E為動能;V為滑坡速度;M為潛在物源物質的厚度;H為泥石流的高度。在這種方法中,沒有根據滑坡發生的概率對滑坡事件做進一步的劃分。
基於專家經驗的定性方法將評估地區劃分為幾類風險地區:即「非常高」、「高」、「中等」、「低」、「非常低」的不同等級的風險地區。建議要對這些不同等級的風險說明實際應用的含義。例如,在非常高的風險地區,需要物理和非物理治理措施,必須限制更多的基礎設施建設等。澳大利亞岩土力學協會滑坡風險分委會發布了有關財產滑坡風險評估的術語和方法指南,該指南綜合考慮了滑坡發生的可能性及其可能的後果(與圖3-1的方法相似),使用的方法適用於GIS環境的空間分析。
由於GIS技術的普遍應用,越來越多地使用了間接性的敏感性編圖方法,而有關利用GIS的專家啟發式的地貌編圖或指數疊加編圖方法(如Barredo等,2000; Van Westen等,2000)方面的出版物越來越少。 如上所述, 目前有關滑坡的資料庫的不完善和數據標準的不統一,以及滑坡敏感性、危險性和風險性評估中存在的諸多困難,都需要專家的經驗和知識開展滑坡風險評估和區劃研究。特別是將地貌學家的啟發式推理與計算機輔助模擬相結合的專家模型用以滑坡風險評估。美國開發的SMORPH模型便是這類模型的代表。該模型根據地形坡度和曲度將山坡劃分為高、中、低不同的滑坡危險性等級。
風險編圖將會從問題導向方法中受益匪淺,如可以僅選擇那些已知的、造成破壞的滑坡失穩類型來確定風險影響因素。
3.統計方法的進展
地理信息系統(GIS)非常適用於間接的滑坡敏感性編圖。可利用GIS的數據整合技術將使所有可能影響滑坡的地形要素與滑坡編目圖結合起來(Van Westen,1993;Bonham Carte,1996;Chung和Fabbri,1999)。Chung和Fabbri(1999)開發出基於預測模擬的統計程序,將有利函數應用於每個參數上。使用該統計方法,可將地形單元或網格元調整為代表某特定滑坡類型未來發生概率的新數值。
值得注意的是,如何在滑坡敏感性統計評估中確定基礎編圖單元。從DEM中自動生成地形單元分類是主要的挑戰之一。Chuang等(1995)定義了「唯一條件多變形」的概念,以此作為統計分析的基礎單元對參數輸入層進行疊加。M ller等(2001)定義並描述了利用GIS從DEM中生成的「土壤力學響應單元」(SMRU)的概念。以此作為基礎單元,將啟發式方法與土壤力學方法相結合對德國Rheinhessen地區進行了滑坡危險性評估。Juang等(1992)、Davis和Keller(1997)、Binaghi 等(1998)、Ercanoglu和Gokceoglu(2001)以及Gorsevski等(2003)綜合運用了模糊學方法,進行了基於GIS的滑坡危險性評估。
採用實證權重模擬的雙變數統計分析一直被廣泛應用。該方法可以靈活地測試用於滑坡敏感性分析的輸入因素的重要性,並可作為基於專家編圖的輔助工具(Lee等,2002;Suzen和Doyuran,2003;Van Westen等,2003)。多變數統計分析也很重要,也是被廣泛應用的方法(Carrara等,1999;Santacana等,2003)。根據最近的文獻,目前最受歡迎的新的滑坡危險性統計方法是邏輯回歸和人工神經網路(ANN)(如Chung等,1995;Rowbotham和Dudycha,1998;Ohlmacher和Davis,2003;Dai和Lee,2003)。ANN為輸入層和輸出層之間提供了一種轉換機制,需要藉助MATLAB系統完成有關計算。
用於滑坡風險評估的統計方法存在一些缺陷。一是簡化了滑坡影響因素,僅考慮那些容易進行編圖的因素或可以從DEM中生成的參數。二是關繫到使用的統計方法的假設條件——在相似的環境組合條件下發生滑坡的可能性大。實際上環境因素在不斷發生變化。三是不同滑坡類型有著不同的屬性特徵,應單獨進行分析和評估。實踐中因種種困難,難於做到這點。統計模型通常忽視了滑坡的時間方面,不能預測控制條件(如水位波動、土地利用變化和氣候變化)的影響。因此,統計模型不能提供全面的時間概率信息,從而使其應用到定量風險評估變得困難。然而,如果能夠利用特定時間間隔或特定重現期的滑坡編目圖來生成統計關系,就會改進統計方法的評估水平。
近年來有一些關於將統計方法與不同時期滑坡圖相結合的研究成果發表。例如,Zêzere等(2004)提出了用於葡萄牙里斯本北部滑坡危險性評估的區域尺度概率統計分析方法。他們基於「唯一條件多變形」這一基礎單元,利用邏輯回歸方法進行了滑坡危險性分析,得出的預測率曲線被用於滑坡敏感性圖的定量解釋和分類。由於滑坡與特定重現期的觸發降雨事件相關,他們還將時間概率值關聯起來。Dai和Lee(2003)在香港的部分地區也開展了類似的研究。然而,上述兩個案例研究只開展了滑坡危險性評估,沒有開展滑坡的風險評估。目前關於應用統計方法開展滑坡風險評估的研究還很少見。Remonodo等(2004)在西班牙北部進行的風險評估(包括使用過去損失數據進行易損性評估)是為數不多的研究案例之一。
4.確定性和動力模型方法的進展
在確定性分析中,根據斜坡穩定性模型計算的安全系數來確定滑坡危險性。確定性模型提供了滑坡危險性最好的定量信息,可直接用於岩土工程設計或定量風險評估。然而,確定性模型需要大量的輸入數據,這些數據需要通過實驗室試驗和野外測量獲得,因此僅能在小范圍內使用確定模型。Dietrich等(2001)、Gritzner等(2001)、Chen和Lee(2003)、Van Beek和Van Asch(2003)等研究人員,將確定性模型與降雨誘發的潛層滑坡聯系起來,開發出了水文動力模型(模擬孔隙水壓力的時間變化)與斜坡穩定性模型耦合的GIS模型,用以定量分析臨界孔隙水壓力值。由美國森林管理局開發的斜坡穩定性模型也是基於無限斜坡方程。Hammond等(1992)使用了該模型並利用蒙特卡羅模擬器得出斜坡失穩的概率值。Davis和Keller(1997)以及Zhou等(2003)還嘗試將蒙特卡羅與模糊方法相結合來確定斜坡失穩概率。
用於地震誘發的滑坡危險分析的確定型方法通常是基於簡化的Newmark斜坡穩定性模型,Miles 和Ho(1999)、Luzi等(2000)、Randall等(2000)、Jibson等(2000)在GIS的每個計算單元上應用Newmark斜坡穩定性模型,得出滑坡危險性預測值。Refice和Capolongo(2002)還開展了將蒙特卡羅模擬方法與Newmark斜坡穩定性模型相結合的研究。
Anderson和Howes(1985)使用了完全不同的方法。他們開發出將水文斜坡穩定性模型耦合在內的2D模型(目前為CHASM),用於道路邊坡滑坡危險性編圖。Van Asch等(1993)和Moon 和Blackstock(2003)也使用了該方法對奧地利西部的Vorarlberg的小型匯水流域以及紐西蘭惠靈頓市分別開展了滑坡危險性評估。Miller和Sias(1998)使用2維有限元模型模擬非承壓地下水的通量,計算了水位高度和大型滑坡不同剖面(採用簡化的Bishop分隔方法)的安全系數。
GIS被廣泛應用於滑坡活動范圍的模擬。Dymond等(1999)開發了不同暴雨事件和土地利用情景下,淺層滑坡及其向河網輸送沉積物的、基於GIS的計算機模擬模型。高解析度的DEM是模型中的主要部分。De Joode和VanSteijn(2003)建立了一個簡單又完整的過程模型,用以模擬降雨誘發的滑坡初始滑動、沿剖面的徑流、物質傳輸、侵蝕以及在主要溝谷中的泥石流擴展。在模擬滑坡的流動速度和影響范圍時,普遍採用了細胞單元自動生成法(Avolio等2000)。
許多研究人員(如Terlien,1996;Montgomery等,1998;Dietrich等,2001;VanBeek,2002)開展了GIS環境下的確定性動態模擬研究。如果輸入氣象數據,確定型模型就能夠預測斜坡失穩的空間和時間頻率。最近研發出的一些模型可以預測斜坡失穩後物質的運移過程並確定出泥石流的影響帶(Chen和Lee,2003)。這些信息將直接用於滑坡易損性和風險評估。確定性模型與統計模型相比,其優勢是可以預測不同的土地利用情景(目前不存在)下的滑坡危險性變化,還可以預測氣候條件變化情景下的滑坡危險性。
然而,確定型模型的參數化方面的限制,使滑坡發生的時空頻率及其影響范圍的預測的准確性具有許多不確定性。在匯水流域尺度上,僅可對誘發機制較為簡單、水文構型簡單的滑坡能進行模擬預測。由於滑坡發生的時間和空間分布數據有限,難於進行模型的矯正和有效性檢驗。在滑坡活動范圍和沉積帶中物質厚度的分布是重要的模型校正與檢驗參數(Van Asch等,2004)。
❹ 對重大地質災害的早期識別研究 有什麼技術和方法
各類地質災害來指的是在自然源或者人為的因素條件下形成的,對於人民的生命財產安全造成了很大的損失,同時,各類地質災害還會對我們的生存環境造成嚴重的破壞。最近幾年,由於大自然的破壞,以至各類地質災害屢屢發生,如滑坡、泥石流、崩塌等,到了夏季,暴雨頻發,對於滑坡、泥石流等災害更容易引發,這種災害會導致水土流失人員傷亡、房屋倒塌、人員傷亡,給人民的生命財產安全造成極大損失。因此,對於滑坡、泥石流等地質災害的的深入研究就成為了一項刻不容緩的而且具有重大社會意義的工作,這樣,會在一定程度上減小這類地質災害對於人類的損失。作為一項新的科研成果,物探技術成為了現代針對滑坡、泥石流等地質災害的一項重大發明,作為一項新的現代化的勘探技術,它具備了准確、省時省力、經濟、全面性的特點。因此,它在各類地質災害的勘探與調查中起到了非常重要的作用。本文針對以滑坡為主的地質災害所形成的原因,來分析物探技術,重點介紹高密度電阻率法和瑞雷波法在各類地質災害中的實際應用
❺ 地質災害承災體調查工作內容與方法
①人口分布特徵調查
②財產分布特徵調查
③地質災害承災體易損性調查研究。中國地質災害承災體易損系數=1。
❻ 地質災害調查評價的技術方法
地質災害調查評價的方法有遙感解譯、地面測繪、地球物理、地球化學、山地工程、鑽探、試驗等。這些方法各有特點。
1.主要技術方法
(1)遙感圖像解譯
遙感圖像能直觀地顯示區內地形、地貌、地質和水文的整體輪廓與形態,可以宏觀認識調查區的自然地理、地質環境,指導調查工作的整體部署,減少盲目性,節省人力、物力的投入。
(2)工程地質測繪
工程地質測繪是地質災害調查評價最基本、最經濟的手段。其成果有利於指導物探、鑽探和山地工程及試驗工作的部署,應首先開展。
(3)地球物理勘探
地質災害調查評價中常用的物探方法有電法、彈性波法、放射性法、重力法、磁法、熱測量法、擴散法、綜合測井法等類型。物探方法設備輕便、成本低、速度快、覆蓋面大,與鑽探、山地工程、地面測繪相結合,既可以節約投資,又可取得有效的成果,但要注意物探結果具有多解性,並受應用前提和現場條件的制約。
(4)鑽探
鑽探方法用於獲取深部地質資料,具有成果直觀、准確並能長期保存等優點,可以進行綜合測井、錄像、跨孔探測、長觀和變形監測。不足是受交通運輸、地形和場地等條件的限制,耗資較大。
(5)山地工程
山地工程分為輕型山地工程(試坑、探槽、淺井)和重型山地工程(豎井、平斜硐、石門、平巷等)。山地工程是地質勘查的重要手段,技術人員可直接觀測岩土體內部結構、構造、斷層、軟弱夾層、滑帶、裂縫、變形和地壓等重要地質現象,獲取資料直觀可靠。還可以進行采樣、原位測試,為物探、監測乃至施工創造有利條件。山地工程施工受地層岩性和其他條件限制,為保證施工安全,要認真研究論證防範措施。
(6)試驗
試驗是研究地質體的材料特性,即物理性質、水理性質、力學性質及其賦存環境(如地下水、地應力、地溫等)的重要手段,是地質災害調查評價中復雜地質條件下地質參數選取的重要途徑。
2.選擇方法的原則
方法的選擇應以調查工作的任務要求、階段以及地質災害的特徵為依據,以期使用最基本、簡便易行的方法,以最低的投入,取得有用且好用的資料,實現最好的減災效益。
1)針對性:要根據現場踏勘和前人資料,初步判定地質災害的性質,有針對性地選擇勘探方法,避免盲目工作,做到事半功倍。
2)實用性:力求以最簡單的方法解決最復雜的問題,不刻意追求新奇復雜的技術方法。
3)簡單高效:盡可能採用操作簡便、易於搬運、環境適應性強的設備。
4)經濟合理:在能滿足調查評價任務要求的前提下,盡可能降低工作量。
3.方法的配置
方法的配置要充分考慮調查工作的階段性,方法自身的適用性,方法之間的互補性、互驗性,技術和經費的可行性。
鑽探和山地工程對物(化)探有很強的互補性和互驗性。先用鑽探對地面物化探結果進行驗證,提高其成果的准確性和推廣價值。再進行測井和跨孔探測,拓寬物探的勘測范圍,以取得更好的成效。鑽探要投入到關鍵部位,每個鑽孔都應綜合測井,進行變形監測等,發揮其較多的功能。
試驗用於查明災害體的地質特性和賦存環境,提供岩土體物理力學參數和水文地質參數,要結合其他工作統一部署。試驗常常成為解決復雜地質問題的有效途徑。
實踐表明,如果地質測繪工作細致深入,輕型山地工程配合得當,物化探工作針對性強,就可以大大降低鑽探工程量,少用甚至不用重型山地工程。
❼ 地質災害防治措施
崩塌災害防治的工程措施:
1、攔擋:對中、小型崩塌可修築遮擋建築物或攔截建築物。攔截建築物有落石平台、落石槽、攔石堤或攔石牆等,遮擋建築物有明洞、棚洞等。
2、支撐與坡面防護:支撐是指對懸於上方、可能拉斷墜落的懸臂狀或拱橋狀等危岩採用墩、柱、牆或其組合形式支撐加固,以達到治理危岩的目的。對危險塊體連片分布,並存在軟弱夾層或軟弱結構面的危岩區,首先清除部分松動塊體,修建條石護壁支撐牆保護斜坡坡面。
3、錨固:板狀、柱狀和倒錐狀危岩體極易發生崩塌錯落,利用預應力錨桿(索)可對其進行加固處理,防止崩塌的發生。錨固措施可使臨空面附近的岩體裂縫寬度減小,提高岩體的完整性。
4、灌漿加固:固結灌漿可增強岩石完整性和岩體強度。一般先進行錨固,再逐段灌漿加固。
5、疏干岸坡與排水防滲:通過修建地表排水系統,將降雨產生的徑流攔截匯集,利用排水溝排出坡外。對於滑坡體中的地下水,可利用排水孔將地下水排出,從而減小孔隙水壓力、減低地下水對滑坡岩土體的軟化作用。
滑坡災害防治的工程措施
1、排除地表水和地下水:滑坡滑動多與地表水或地下水活動有關。因此在滑坡防治中往往要設法排除地表水和地下水,避免地表水滲入滑體,減少地表水對滑坡岩土體的沖蝕和地下水對滑體的浮托,提高滑帶土的抗剪強度和滑坡的整體穩定性。
2、減重與載入:通過削方減載或填方載入方式來改變滑體的力學平衡條件,也可以達到治理滑坡的目的。但這種措施只有在滑坡的抗滑地段載入,主滑地段或牽引地段減重才有效果。
泥石流災害防治的工程措施
1、跨越工程:在泥石流溝上方修築橋梁、涵洞跨越避險工程,使泥石流有排泄通道,又能保證道路的暢通。
2、穿越工程:在泥石流下方修築隧道、明硐和渡槽的穿越工程,使泥石流從上方排泄,下方交通不受影響。這是通過泥石流地區的又一種主要工程形式,對於隧道、明洞和渡槽設計的選擇,總的原則是因地制宜。
3、防護工程:對泥石流地區的橋梁、隧道、路基及重要工程設施修築護坡、擋牆、順壩和丁壩等防護工程,從而抵禦泥石流的沖刷、沖擊、側蝕和淤埋等危害。
4、排導工程:修築導流堤、急流槽、束流堤等排導工程,改善泥石流流勢、增大橋梁等建築物的排泄能力。
5、攔擋工程:修築攔砂壩、固床壩、儲淤場、支擋工程、截洪工程等攔擋工程,控制泥石流的固體物質和雨洪徑流,削弱泥石流的流量、下泄量和能量,以減緩泥石流的沖刷、撞擊和淤埋等危害。
(7)地質災害的研究方法擴展閱讀:
誘發地質災害的因素主要有:
1、採掘礦產資源不規范,預留礦柱少,造成采空坍塌,山體開裂,繼而發生滑坡。
2、開挖邊坡:指修建公路、依山建房等建設中,形成人工高陡邊坡,造成滑坡。
3、山區水庫與渠道滲漏,增加了浸潤和軟化作用導致滑坡泥石流發生。
4、其它破壞土質環境的活動如採石放炮,堆填載入、亂砍亂伐,也是導致發生地質災害的致災作用。
❽ 什麼是地質災害調查
用專業技術方法調查分析地質災害狀況和形成發展條件的各項工作的總稱。主要包版括調查災區地質災害分布權情況、形成條件、活動歷史與變化特點,災區社會經濟條件、受災人口和受災財產數量、分布及抗災能力,地質災害防治途徑、措施及其可行性等。
❾ 地質災害風險評估有哪些方法,各有什麼優缺點
地質災害風險性是指地質災害發生不同險情(危險等級)的概率。
①地質災害專危險性評價指標,根據國屬務院地質災害防治條例,其危險等級是根據災情大小或險情大小來判定的。評價指標為災情+險情。
②地質災害風險性評價技術路線:
a)地質災害風險概率(暴雨頻率)→b)預測地質災害危險區范圍→c)地質災害險情計算,確定其危險等級→d)判定發生該危險等級的概率(風險性)。
③地質災害風險評估方法:
a)地質災害危險區范圍預測方法:
一一定性分析方法
一一半定量分析方法
一一定量計算預測方法
b)地質災害險情計算方法:
地質災害危險區內受威脅人數=?受威脅財產=?
一一統計分析計演算法
一一層次疊加計演算法
參見中國地質災害風險評價新方法。
❿ 地質災害研究新進展
我國地質災害研究工作一直是圍繞著重大工程和重大建設需要而展開的,並且直到解放後才得以迅速發展。50~60年代,重點開展了西南及西北交通干線和三峽等水利樞紐的地質災害調查(重點崩滑流),以及上海地面沉降的勘察工作。70年代,上海地面沉降研究在預測和防治方面取得突破性進展,樹立了我國地面沉降控制規范。進入80年代以來,我國地質災害研究得到了空前的發展,並逐步開展了重點地區的地質災害調查工作,編制了一系列地區性和全國性專門圖件;對海城地震、新灘滑坡、元陽滑坡等進行了成功的預報、對東川和寧南泥石流和天津市區地面沉降實施了有效控制。特別是90年代以來,我國政府積極響應「國際減災十年計劃」,地質災害研究得到進一步重視,開展了如「地震、地質災害及城市減災重大技術方法研究」等一批國家及省部級重點科技攻關項目的研究工作。這些都極大地推動了我國地質災害研究工作的進一步開展。使得我國的地質災害研究在勘察技術、預測預報水平、減災防災手段等方面逐步接近或達到了世界發達國家水平。總結近20年來我國地質災害研究的成果,比較突出的有以下幾個方面:
1.編制了一系列大型地質災害圖件
根據國家經濟建設的需求,由原地礦部組織編制了一些全國性大比例尺的地質災害調查圖件,如1991出版的《中國地質災害類型圖》(1:500萬)(葛中遠主編),1992年出版的《中國地質環境圖系》(中國水文地質工程地質勘察院主持編制),1996年出版的《中國分省地質災害圖集》(1∶60萬~1∶500萬)(段永侯主編)。這些圖件從宏觀上反映了我國地質災害類型、區域分布特點及發生規律。是我國目前部署地質災害勘察研究及制定防災、減災、環境保護政策和規劃的主要科學依據。作為重要成果,在國內外也得到了廣泛交流,在學術界有著重要的影響。
2.地面沉降防治工作取得突破性進展
進入80年代後,我國的地面沉降研究得到了空前的發展,其中以上海、天津的地面沉降研究卓見成效。在動態監測、沉降機理研究、預報模型以及降低地下水開采量和人工回灌等技術方面都取得了顯著成績,特別是在預測預報技術方面,地礦部水文地質工程地質研究所、岩溶地質研究所、上海地礦局和天津地礦局等單位,通過建立擬三維水流和一維地層壓密的耦合模型,模擬地下水的水平垂直運動、含水層內外水量交換、弱透水層中水的壓力變化以及動態過程中的一維固結壓縮。計算評價在最優環境影響狀態下,最大安全可采水資源及優化控制調度方案。對含水層在各種采灌條件下的變化規律及地面沉降幅度進行中長期預報。這些技術的研究與應用使我國地面沉降防治水平跨上了一個新的台階,擠身於世界先進水平之列。
3.地質災害信息系統建設空前繁榮
隨著「3S」技術(地理信息系統、遙感技術和全球定位系統)的發展與成熟,以此為支撐技術的地質災害信息系統和防災決策支持系統建設取得長足進展。一大批各具特色的系統軟體相繼開發出來,使地質災害的研究上升到一個新的水平。其中以由原地礦部水文地質工程地質研究所開發研製的「地質災害預測防治智能決策系統」最具代表性,該系統以地質災害預測防治為目標,將相關的資料庫、圖型庫、模型庫和知識庫融為一個「四庫一體」的耦聯整體,實現了四者技術的有機集成,使系統具有空間數據管理、分析處理、空間建模與知識推理的分析功能。可對地質災害進行時空演化預測、危險性區劃、災害經濟評價以及減災防災對策選擇的任務。在理論和技術上都取得了突破性進展,開創了建設大型地質災害決策支持系統的先例。
4.地質災害防治工程領域得到飛速發展
從1994年以來,國家每年投入了5000萬元專項基金用於地質災害治理,從而掀起了地質災害治理工作的熱潮,相繼實施了對鏈子崖危岩體、黃臘石滑坡、豆芽棚滑坡、雞冠嶺崩塌等專項治理工程,形成了一支集勘察、設計、施工為一體的地質工程隊伍,同時也使地質災害防治工程作為專門的工程技術領域逐漸發展起來,形成了一套相對成熟的技術方法,尤其是由中國水文地質工程地質勘察院開發的「地質災害防治工程設計支持系統」成功地應用於鏈子崖滑坡治理中,切實起到了災害治理的示範作用。
5.一些新理論新方法的發展與應用
隨著地質災害研究工作的不斷深入,一些新的理論與方法不斷涌現,並逐步得到了學術界的認可,比較有代表性的有:
(1)滑坡過程模擬與過程式控制制理論技術。成都理工學院的黃潤秋教授在岩土應力分析的基礎上,對滑坡從其孕育、發展演化、激發成災或防治控制進行全過程的計算機動態模擬。通過將現代數學-力學、非線性科學和計算機圖形圖像技術結合起來,對滑坡系統的全過程模擬模擬,直觀地理性的分析災害發生影響因素及其強度,再現災害發生的全過程。從而將滑坡災害定量化研究向前推進一步。
(2)地質災害風險性評價理論與方法。在我國將風險性評價引入地質災害研究工作中是從90年代開始的。到目前為止,地質災害風險性評價作為一個相對獨立的研究領域不斷地發展和深化。其基本思想是在評價災害自然危險性的同時,還考慮地區人口經濟密度和抗災性能等,即災害區易損性分析,將地質災害自然屬性和社會屬性結合起來,綜合評價災區地質災害發展狀況。經研院張梁等以崩塌滑坡、泥石流和岩溶塌陷為典型災種進行了研究,建立了一套評價指標體系和模型方法,為該領域研究的深入開展提供了範例。