地質災害研究理論
① 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)。
② 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。
③ 地質災害的概念
地質災害屬於災害的范疇。為了討論地質災害的概念,有必要先明確何謂災害。在日常生活中,人們普遍地能夠領悟或感受到災害的存在和災害的威脅,然而,對於災害的定義卻有不同的說法。
(一)災害的內涵
在自然災害學中,有一種觀點認為,災害是指「地球表面因自然變異、人為因素或二者共同作用所引發的對人類生命財產和生存發展條件造成的危害」;另外的一種觀點認為,「災害是由種種不可控制或未予控制的破壞性因素引發的、突然的或在短時間內發生的、超越本地區或本團體防救能力所能解決的大量人員傷亡與物質財產損毀的事件」。此外,還有學者認為,「災害是由反常(意外)事件導致人類社會遭受的損害」。1984年聯合國減災組織(UNDRO)對災害作了如下定義:「一次在時間和空間上較為集中的事故,事故發生期間當地的人類群體及其財產遭到嚴重的威脅並造成巨大損失,以致家庭結構和社會結構也受到不可忽視的影響。」
上述定義在文字表述上雖不完全相同,但在內涵上卻有共同之處,歸納起來有以下幾點:
(1)災害就其本意是指後果,而不是現象本身。鑒於人們對某些事物產生的後果有先驗的認識,所以,常把具體現象與其對人的損害、威脅聯系在一起,不再嚴格區分它們之間的語義差異,直接把有關的現象視為災害,如洪水災害、地震災害。
(2)從人的利益或者價值取向角度審視,許多客觀事物對人的生存、發展是不利的,但不利的程度有差異,而能夠稱之為災害的,是指其後果對人是不可接受或不可忍受(危害性最高的等級)的,即造成人員傷亡的那些事物。
(3)災害具有突發性和能量集中的特點,正是因為突然發生才使人猝不及防,而能量集中則使人難以抵禦,釀成嚴重後果。
(二)地質災害的內涵
地質災害是災害的一種特殊類型,其內涵應包括兩個方面,一是要符合災害定義的要件;二是具地質學屬性。缺少其中任一個方面都不能稱為地質災害。
目前有關地質災害的定義有許多不同的提法,其中我國《地質災害防治條例》(2003)和《地球科學大辭典》(2006)最有代表性。《地質災害防治條例》中是這樣規定的:「本條例所稱地質災害,包括自然因素或者人為活動引發的危害人民生命和財產安全的山體崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫、地面沉降等與地質作用有關的災害。」《地球科學大辭典》中地質災害的解釋是:「以地質動力活動或地質環境異常變化為主要成因的自然災害。在地球內動力、外動力或人為地質動力作用下,地球發生異常能量釋放、物質運動、岩土體變形位移以及環境異常變化等,危害人類生命財產、生活與經濟活動或破壞人類賴以生存與發展的資源、環境的現象或過程。地質災害種類繁多、對其范圍還沒有形成統一的認識。」應該指出,上述兩個定義存在一些不完善之處:①一個准確的定義其邏輯規則應是內涵明確,外延方能清楚,而上述定義存在用災害定義災害的同義反復之嫌;②對定義災害的要件,即災害的本質特徵表述不夠清楚,缺乏「度」的控制;③定義中更多的是陳述地質災害的成因或外延(具體災種),而未能全面地概括地質災害的基本屬性和特徵。或許正是這些原因,造成了目前人們對地質災害與地質環境問題理解上的混亂。
綜合以上的分析,我們認為地質災害是指:可對人的生命財產構成嚴重危害後果的突發性的地質現象及地質過程。
弄清地質災害與地質環境問題的關系,有著重要的理論意義和社會管理方面的需要。
④ 地質災害論文
範文一:甘肅省城市建設地質災害防治研究
甘肅省境內泥石流、滑坡發育的基礎主要是其特殊的自然條件。陡峭的地形、充足的鬆散土石和突發性水源是泥石流、滑坡形成的三大條件,另外地震作用也是造成滑坡的因素。甘肅地處黃土高原區,境內主要以黃土為主,而黃土由於結構疏鬆,孔隙大,滲透性強,具強壓縮性和自重濕陷性,垂直節理發育,特別是極為發育的順坡向卸荷節理,使邊坡穩定性降低,易發生滑坡和造成嚴重的水土流失,大量滑坡、崩塌等重力堆積物受暴雨形成的坡面流及洪水的沖刷,源源不斷地為泥石流提供固體物質。 通過計算泥石流、滑坡作用強度和危險度,將城市分為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級和Ⅳ級四個危險等級。經過對甘肅省災害防治歷史和治理現狀的研究,提出存在問題,得到泥石流、滑坡災害的發展趨勢,強調防治的可能性和必要性。 根據對城市的分級,危險度高的Ⅰ級和Ⅱ級的城市應採取治理體系為主,預防體系和管理體系為輔的綜合控制對策;危險度不高或較低的Ⅲ級和Ⅳ級的城市應採取預防體系與管理體系為主,治理體系為輔的控制對策;對於威脅城市安全的巨型滑坡和規模巨大的泥石流溝則採用躲避對策。 城市泥石流、滑坡防治規劃的最基本原則是預防為主,重點治理。對於不同類型的泥石流、滑坡建立不同的治理模...
範文二:分析地理信息系統的開發工具及其在地質災難探究中的應用進展
地理信息系統在地質災難探究中的應用進展
目前,國內外利用地理信息系統,主要用於探究國土和城市規劃、地籍測量、農作物估產、森林動態監測、水土流失、地下水資源管理〔4〕和礦產資源勘查〔10〕、潛力評價及開發〔11〕等眾多領域。GIS在地質災難探究中的應用大致有以下幾個方面摘要:
(1) 地質災難評價和管理
利用地理信息系統的各種功能,建立地質災難空間信息管理系統[12,13,14,管理地質災難調查資料,顯示並查詢地質災難的空間分布特徵信息,評價地質災難的危害程度,分析地質災難和影響因素之間的關系,提出減輕和防治地質災難的辦法,對將來可能發生的地質災難進行猜測〔15,16〕。戴福初等利用GIS對香港地區的滑坡災難進行歷史滑坡編錄,分析滑坡的時空分布特徵和動態和靜態環境因素之間的相關關系,對滑坡災難風險進行評價和危險區域劃分〔17〕。
(2) 地質災難的危險度區劃評價
由於各種地質因素本身的不確定性,以及地質因素之間相互功能的復雜性,在收集大量的基礎地質環境資料前提下,利用GIS對這些基礎資料進行有效地處理來提高數據的可靠性,通過選取合適的評價猜測指標〔18〕,運用恰當的數學分析模型〔19,20,21〕,對探究區進行地質災難危險性等級的劃分,從而為地質災難的管理及防治和預警決策提供依據。
(3) GIS和專家系統的集成應用
GIS和專家系統的集成應用中,GIS所起的功能主要是管理時空數據,進行空間分析;專家系統所起的主要功能是利用專家知識和空間目標的事實推理判定災難的危險度〔22〕。二者的結合將使專家經驗得到推廣,減少野外和室內手工作業工作量,使區域地質災難的動態管理成為可能。
4 結語
(1)地理信息系統技術已經廣泛滲透到了多種學科領域,從比較簡單的、單一功能的、分散的系統發展到多功能的、共享的綜合性信息系統,並向多媒體GIS、智能化、三維、虛擬現實及網路方向發展,新興的地理信息系統將運用專家系統知識,進行分析、預告和輔助決策。
(2)地理信息系統的開發工具,從專業開發工具的組成結構上,可以歸納為集成式GIS、模塊化GIS、組件式GIS和網路GIS等幾個主要類別。其中組件式GIS在系統的無縫集成和靈活方面具有優勢,代表了GIS系統的發展方向。
(3)地理信息系統在地質災難探究中的應用方興未艾,尤其在地質災難評價和管理、地質災難的危險度區劃評價和GIS和專家系統的集成應用方面進展很快。
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⑤ 地質災害研究方面的意義
我國災害之重、災史之長、災域之廣、災種之多是世界少有的。地質災害已內給我國經濟及人民容生命財產的安全造成了重大損失。近40年來,每年由氣候、水文、海洋及地震等類型的突發性自然災害所造成的直接經濟損失約為當年新增國民生產總值的25%~35%,占當年國民生產總值的3%~5%,平均每年因災害死亡的人數逾萬人。以地震為例,本世紀全球死亡萬人以上的地震共29次,我國佔了5次;死亡20萬人以上的共2次,這2次全在我國發生。地質災害問題已成為我國乃至全世界人類社會所必須解決的一個嚴重問題,迫切需要基礎研究的深化和地球系統科學理論的指導。
對地質歷史時期尤其是重大地質事件多發的中新生代進行生物古海洋事件方面的研究,無疑會進一步深化對全球地質事件、全球地質構造運動及其動力學機制的認識,這對於解釋由岩石圈構造運動所引起的地震等地質災害的發生具有重要的理論意義。地質系統科學理論方面的突破可以為准確地預報地質災害的發生提供理論基礎。只有準確地預報地質災害的發生,才能夠對即將發生的地質災害制定出相應的應急措施,減輕由其所造成的損失。
⑥ 地質災害防治效益評估的理論方法
地質災害對人類社會具有廣泛而深刻的影響。從直接作用看,它造成人員傷亡和財產損失,使生產力遭到嚴重破壞;從深層次看,地質災害破壞經濟環境和社會環境,從而影響經濟發展和社會發展。災害經濟是「守業經濟」。實施防災、減災措施,是通過對已有人民生命財產和資源環境的保護,減少損失並產生新的價值,因此,防災工程的投入特點是「以負換正、減負得正、負負得正」,即通過防災投入資金的「負」效益的作用,抗禦災害的發生,保護受災體免受或減小侵害,減少或防止災害損失。其減少或避免的損失部分就是經濟效益。在人類發展的任何階段,不可能完全消除災害的破壞,只能採取力所能及的措施盡可能使災害的破壞損失降低程度到最低。所以,我們所強調的不是保證資源和財產免遭損失而不惜付出任何代價,而是盡可能地減少災害引發的經濟損失。基於這一原則,地質災害防治工程所強調的目標是:一般情況下為「守業」而投入的追加勞動(即防災、減災投資等)盡量小於或等於由此而減少的因災害而引發的活勞動和物化勞動的損失(災害損失)。
防災成本實現的防災價值,主要通過防災功能來實現。根據價值工程理論,價值是功能與成本的綜合反映,也是功能與成本的比值。防災工程的價值=防災功能/防災成本,即防災價值是單位成本所獲得的防災功能。可以看出關鍵是要研究清楚防災的功能。我們將防災功能定義為通過實施防災工程所實現的防災系統所具有的對災害的防禦效能。
防災工程所實現的災害防禦系統,具有兩大基本功能:第一,減輕甚至免除災害給人類社會和自然造成的損害,實現保護人類的生命安全與健康,減少和消除社會經濟的破壞損失,以及避免和減輕環境與生態惡化的功能。第二,防災減災的同時還能保障和維護人類的生活和生產活動,促使人類勞動價值的增值(財富增值),實現其間接地為人類社會增值或創值的功能。在相同投入的情況下,這兩方面功能發揮的作用越大,防災價值也就越大,減災效益也就越好。
12.2.1 指標體系
考察各種地質災害的危害及作為抵禦手段的地質災害防治工程,概括起來地質災害防治工程將收到三個方面的效益:經濟效益、社會效益和環境效益(圖12.1)。三種效益的劃分原則是:凡具有經濟意義,能用貨幣價值來衡量的效益,都列入經濟效益,是廣義的經濟效益;社會效益主要是保護人民生命安全和保護實物對象,改善人民生存和生活條件,增加人民身心健康;環境效益是指通過地質災害防治對生態環境在實現功能有序、結構協調和持續發展等方面所作的貢獻,包括調節氣候、涵養水源、減少災害、防止污染、綠化大地、改良土壤、改善生活環境、改善動物棲息條件等。
由於目前的研究水平和所掌握資料的局限性,本次研究未能涵蓋以上所列各指標,尤其是經濟效益正值所包含的創造財富值
全國地質災害防治規劃研究
式中:k——修正系數;
F(y)s′——同類工程的減災收益。
少數防治工程除主要取得減災收益外,還附帶有一定的增值收益。對此需根據收益性質進行核算,如農林牧產品收益可根據單位產品市場價格核算。
防治工程的總收益為減災收益與增值收益的總和。
⑦ 環境地質學與地質災害學研究現狀及發展趨勢
從學科內容來說環境地質學應研究地質環境的自然地理地質特徵及其演化歷史和發展趨勢,研究地質環境評價和預測,編制環境地質圖系,研究地質環境(包括地質災害)的勘查、監測和防治技術方法,以及合理利用和保護地質環境的對策和措施等。
1)地質環境評價和預測
定性地進行地質環境評價,如綜合區域地質地理條件,地殼穩定性,岩土特性,地球化學背景,可能發生的地質災害,作出分級區劃評價較為易行。但是從整體上對地質環境進行系統分析,定量評價地質環境和預測在國內外仍屬薄弱環節。現國際地質界開始重視這方面的研究。國際地科聯CoGeoenvironment委員會於1994年建立了環境地質指標體系共27種。其內容涉及新構造活動、侵蝕與沉積、風化作用、斜坡穩定性、地下水、土壤質量、地球化學與地球物理參數、自然景觀及其它動態要素,這是國際環境地學研究的一項重要進展,為開展區域性長期觀測和建立預測模型奠定了基礎。同時,委員會還計劃開展「地表過程與土地持續利用」關系的研究。
國際上區域環境地質評價的方法有A.Cendrero等提出的自然單元分級體系為基礎,基本上是自然地質地理分區,加上半定量化的指標,該方法在西班牙被廣泛應用;有經濟評估與風險評估方法,以地質災害和地質問題作為評價主體,用貨幣值形式表徵地質環境質量的優劣及人類活動對其產生的影響。這在美國有較廣泛的應用。如加利福尼亞州城市地質總體規劃,舊金山灣地區土地潛力定量評價,美國九大自然災害的風險評價。中國學者採用系統論觀點,提出地質環境是一個內部由岩石、土、水三個子環境系統構成,外部處於大氣圈、水圈、生物圈、地球內部圈層及人類社會經濟系統作用下的開放、動態和人-自然復合系統,以環境地質問題的強度指數,外部系統的影響程度指數和地質環境的質量指數作為量化指標建立了地質環境系統及其評價預測體系,並作出了21世紀初期中國地質環境態勢的預測和評價。
2)環境地質制圖
環境地質圖(系)是環境地質研究成果的圖式化,是直觀反映地質環境的重要表達形式。為了便於經濟建設規劃決策部門使用,不僅要求內容科學化,充分反映區域地質環境特徵,分析研究不同地區地質環境與人類活動的相互關系,在自然和人為作用下存在的主要環境地質問題及地質災害,並進行綜合評價,而且要求形式簡明易讀。國內外編制了不同比例尺的綜合性或專門性圖件,既有全國性的,如俄、美、加、澳、英等國均將其列入國家級中、大比例尺地質圖的構成部分,也有一個城市或一個地區的編圖。從編圖方法看,在傳統的地質學編圖方法基礎上,藉助GIS及最新衛星成果,根據不同指標參數用多元統計方法編制資料庫,對地質災害進行預測,義大利、巴西、美國均取得較好的效果。俄羅斯已將1:200萬地質生態圖(即環境地質圖)列為國家新一代地質圖系進行填編,並對1:5萬地質制圖的要求也從以前的兩種(地質圖、礦產預測圖)增加到與1:20萬相同的四種,包括了地質生態圖在內。現已編制完成14張1:500萬生態地質圖,反映了全俄生態地質環境現狀及人類活動的影響。
中國水勘院1992年編制出版了中國環境地質圖系11幅。它們以地質災害圖件為主,其中8幅為滑坡崩塌類型及分布,泥石流災害,岩溶塌陷,地下水誘發危害,土地鹽漬化沼澤化,沙漠及土地沙漠化,土壤侵蝕,特殊類土及危害。另外3幅則為地質自然保護區、旅遊地質資源和環境地質分區圖。該圖系綜合評價了不同地區的環境地質條件,反映了主要地質災害類型形成和分布發育規律,提出合理保護地質環境、開發地質資源的對策建議。
3)環境地球化學
這是環境地學的重要分支學科。其主要研究內容包括微量元素與健康、地方病的關系,煤和有機物等的地球化學對環境的影響,全球環境變化以及分析技術等。通過地球化學填圖可獲得元素豐度的背景值,為防治地方病提供科學依據。如中國已查明低硒(低鉬)的地球化學環境帶,它呈NE-SW向,與克山病分布區域基本一致,從而採取相應防治措施,取得顯著成效。眾多的地學研究者開展了地質環境中氡、鍶、氟、汞等元素與流行病、地方病、癌症發病率的關系研究。氡含量與肺癌死亡率的關系在雲南個舊地區得到了驗證。礦區的氡含量超出一般地區的23倍,死亡人數達千人以上。大部分氡來自花崗岩中鈾的衰變。中國通過編制元素環境化學圖、淺層地下水地球化學圖、地方性氟分布圖、胃癌死亡率分布圖和大量資料的分析,有力地說明了地質環境和流行病學的關系。近年來,研究利用自然地球化學作用去除有關化學元素,調整環境條件;還有新興的植物治理法,利用植物(萃取技術、根際過濾技術、重物固化技術)來清潔土壤中的重金屬。因此,環境地球化學的成果在當前環境治理的理論與實踐中起著極為重要的作用。
4)地質災害學
由於地質災害分布廣泛,類型眾多,其突發性、復雜性及發生規律尚未充分掌握,往往造成嚴重災情,引起社會的關注和眾多學科,特別是地質科學的參與和研究,因而逐漸形成並提出了地質災害學的概念,研究內容包括地質災害的類型劃分,成災條件,致災作用,地質災害的監測、預測和預報,地質災害的防治原則和對策、決策以及風險分析。其中對地質災害的決策可分為長期、中期、短期的,臨災的和反饋性的。災害預報的基本方法建立在類比分析、因果分析及統計分析基礎之上。
近10年來國內外開展了重點地區的地質災害測年研究工作。他們應用同位素測年技術:14C法,鈾系法,熱發光(TC)法,電子自旋共振(ESR)法測定10~3Ma的年輕地質體、活動斷裂、古地震、地質體滑動或運動的年齡以及地質災害復活(發)周期等取得成效。
如何加強地質災害預測和防治的理論研究,實現災害地質現象的實時控制和管理決策過程科學化與人工智慧化,是一項新的研究內容。中國專家1989年就研製了「地質災害分類專家系統」。在此基礎上又研製了「地質災害預測防治智能決策系統」。應用這個決策系統可進行地質災害時空演化預測,危險性區劃,災害經濟評估以及減災防災對策的選擇等工作。在應用於京、津、唐地區岩溶塌陷、地面沉降、海水入侵地質災害時,證實了模擬的合理性和實用性。
在全國性地質災害趨勢預測方面中國作了重要的探索。1996年編制了1:600萬地質災害趨勢預測圖。該圖運用地理信息系統的風險評價方法對地質災害(主要是滑坡、泥石流、岩溶塌陷、地裂縫)進行現狀評價;在此基礎上,結合降雨條件,區域地震活動,區域地殼穩定程度,區域岩組條件和人類工程活動等因素,運用模糊綜合評判模型進行綜合評判,劃分出地震災害高、中、低風險區,這對國土整治和減災防災有重要意義。
對於地質災害的評估也是地質災害學的重要研究內容之一。「八五」期間中國研究建立了災情評估計算機系統。該系統根據地質災害勘查與管理需要,將災情評估分成3種類型:以獨立災害體為對象的點評估,以小面積行政自然區為對象的面評估和以大面積行政自然區為對象的區域性評估。根據災情構成,將地質災害評估內容和步驟分為4個方面:危險性評價,易損性評價,破壞損失評價,防治工程評價。應用該系統針對崩塌、滑坡、泥石流、岩溶塌陷、地面沉降、地裂縫、海水入侵、膨脹土脹縮等8種地質災害進行了研究,為決策部門確定災害防治對策和管理提供了依據和方法。國際上自1990年開始制定了「國際減輕自然災害10年」(IDNDR)計劃,其中對於災害定量化的研究是減災科學中重要的問題。
地質災害經濟評價方面的進展:在開展地質災害的勘查、監測和防治時,都涉及到經濟活動或經濟現象,需要作出合理的經濟評價。但國內外目前尚缺乏可供借鑒的系統理論、方法和經驗。目前在災害經濟評價中採用了價值評價法,還有效益評價法、機會成本法等,為制定和選擇防治災害最優決策方案提供可靠的經濟依據。「八五」期間中國學者提出了地質災害經濟評價系統。它包括災害風險評估(單項和綜合地質災害風險預測及評估,以及危險區預測和評估)和災害經濟評價(防災方案技術經濟評價,含防災效益評價以及災害損失經濟評價)兩部分,其中一系列技術方法的應用具有實用意義。
5)地質環境與地質災害的勘查、監測和防治
對在人類工程經濟活動影響下的地質環境和災害進行勘查,並對其變化動態進行長期有效的監測,是研究保護地質環境和防治地質災害的重要依據。不少國家開展對主要地質災害勘查、監測和防治方法技術的研究,取得重要進展。中國已在各省、市建立了地質環境監測站網,在勘查技術新方法方面有遙感、高解析度地震、高密度電法、土壤測氡等,並研製了218Po測氡儀和微機音頻大地電場儀等兩種新型勘查儀器。這種新的勘查技術方法和儀器對調查地面岩溶塌陷、地裂縫、活動斷裂、隱伏溶洞、潛在的地質災害有明顯效果。
實踐證明,遙感技術和GIS應用於地質環境和地質災害的監測、管理有廣闊前途。加拿大用最新發射的Radarsat最新數據研究環境地質問題。美國學者用雷達研究地殼形變、火山監測、新構造運動取得好的效果,中國學者用大量影像資料展示出煤層自燃火區地質災害的情況。在第30屆國際地質大會上,美、日學者報告了紅外遙感技術,德國介紹了用高空間解析度星載感測器在地質中應用的成果,荷蘭將遙感用於災害預防、防災准備及減輕災害3個方面的成果,這些都代表了當前國際上的研究水平。在地質災害監測新儀器方面中國最近研製了地聲監測器,滑坡誘發因素監測儀器,遙控邊坡穩定性監測儀器和滑坡自動報警儀器4種類型,為採用多參數、多因素監測災害發生提供了手段。地聲監測對崩塌、滑坡孕育初期十分有效;滑坡誘發因素主要監測滑坡體內土壤含水率,孔隙水壓力及土體溫度;遙控全自動邊坡穩定性系統可同時監測72個點上的滑坡地表位移或孔內位移;滑坡自動監測報警系統則監測滑坡位移參數,有16個通道,位移超過門限值時即發出聲、光報警信號,其中一些儀器達到國際先進水平。
地質災害治理新工藝新設備方面,研製成功MD-50型錨桿鑽機,具有多用性,有鑽進復雜岩層和處理事故的能力,可用來治理滑坡。此外還有擴底承壓式預應力錨索,這是加固崩塌、滑坡體的重要治理工具。
⑧ 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。
⑨ 地質災害防治工程中的基本理論和幾個主要技術
首先,要明來確地質工程的自基本理論問題是什麼。著者認為,地質工程的基本理論是地質控制論。防治地質災害或對地質體失穩防治的認識有兩種觀點:①荷載支護體系觀點;②地質體改造觀點。而地質體改造觀點是十分重要的一種觀點,它的基礎理論就是地質控制論,它科學地提出防治地質體失穩的技術措施。地質體改造是地質工程理論的基本組成部分,地質體組成成分、地質體結構及地質環境條件則形成力的平衡。上述三者之一遭到破壞時,便可能產生失穩,對此可以通過改變其組成成分、結構、地質體賦存環境條件達到新的穩定狀態。
地質工程工作中常用的地質技術,可概括為以下6個方面:①鑽探技術;②物探技術:CT、電磁波層析、地質雷達等;③測試技術:綜合測孔、流變試驗、剛性壓機等;④監測技術:遙測、遙控、立體監測等;⑤地質體改造技術:灌漿、錨固、支擋工程等;⑥計算機技術:數值分析、模擬模擬、反分析、自動化控制等。