地質災害環境
㈠ 地質災害、環境保護與人類生存
正常年景,全球自然災害的經濟損失是600億美元,12000人喪生,而且有不斷增加的趨勢。有關的經濟損失1990年為470億美元,1992年630億美元,1994年650億美元,1995年達1800億美元(因日本阪神大地震)。中國每年都因地質災害而損失500億~600億元和近萬人喪生。
地質災害是在自然或人為因素作用的影響下形成的對人類生命財產造成損失的地質作用。如崩塌、滑坡、泥石流、地震、火山、水土流失、海水入侵、土地荒漠化等。滑坡、崩塌、泥石流是最常見的地質災害。
崩滑流分布在中、日、美、印、瑞(士)、秘魯、哥倫比亞等國,日本5584處,總面積1433km2(表6.21)。瑞士20世紀已有5000人死於此種災害,美國在70年代就因此而損失10億美元,20世紀最大的兩次崩滑流都發生於安第斯山區,共死亡4.8萬人,摧毀小城市2座。中國也屬崩滑流特別發育的國家,災點達41萬多處,有特大型崩滑點191處,泥石流149處,較大型的崩滑、泥石流點7473處,在川、藏、甘、滇等地共有10餘萬條山溝有泥石流發生。全國有70餘座縣城處於這種災害的威脅之下,崩滑流多在山區發育,影響總面積173.52×104km2,占我國國土面積的18.10%。其危害極其嚴重,造成人員傷亡,毀壞村鎮、農田道路和基礎設施,特別是對鐵路交通的破壞尤甚,每年都有發生,平均每年經濟耗費達7000餘萬元,僅1981年寶成鐵路修復費用就高達3億元。對電力設施的破壞也是驚人的,1989年雲南漫灣電站滑坡損失10億元。
地震災害是對人類威脅最大的地質災害。1900~1990年全世界共有260萬人死於地震,其中萬人以上的27次。中國處在全球兩大地震活動帶交接處,震災特別嚴重,20世紀來共死於地震115萬人,占總死亡人數的44.2%。全球死10萬人以上的8次大震,4次發生在中國,1976年唐山地震就死亡24.3萬人。最近發生在張北地區的6.2級地震中有50人死亡,1000多人受傷,而且地震常伴以火災、海嘯、滑坡、風暴、洪水、雪崩等,加重災情(表6.22),地震雖可預報,但短期預報的成功率不高,所以震災有突發性,隱蔽性的特點。中國地震活動頻次高,強度大,城市受災率高,全國Ⅶ級以上高烈度區面積達312×104km2,70%的百萬人口以上大城市位於此區,特別是一批重要的城市如北京、天津、西安、太原、呼和浩特、昆明、烏魯木齊、銀川、拉薩、汕頭則位於8級的高烈度地震區,至20世紀末,中國都是處於地震活躍期,加強地震預報,作好工程選址論證,可避免一些不必要的人員和財產損失。
表6.21國內外部分典型「滑崩流」狀況
表6.22全球典型地震及其損失情況表
表6.23全球部分火山活動及其危害一覽表
表6.24中國地面沉降情況
(據段永侯等,1993)
火山活動造成的地質災害不如地震影響大,全球共有850座活火山,每年有60座左右噴發,3.6億人口受到威脅,本世紀共約10萬人死於火山災害,經濟損失200億美元(表6.23),本世紀傷亡最大的火山噴發發生在印尼的馬提尼克島,毀滅了聖皮埃爾城,死亡3萬人,中國火山活動較少,危害較小,火山噴發前一般都有明顯徵兆,通過監測和觀察,可以作出准確預報,避免或減輕經濟損失及人員傷亡。
地面塌陷多為天然成因人工誘發,分岩溶塌陷,采空塌陷和黃土塌陷。中國岩溶塌陷分布於碳酸鹽岩區,如滇、黔、桂、川、湘、粵、鄂、冀、遼等省區,共有岩溶塌陷點2841處,面積332.8km2,其中自然成因僅30.4%,其餘為人為因素誘發,多為礦坑輸水或人工抽水造成,而且其比例越來越高,表現為突然、點多、影響范圍不同,發育具連續性、重復性、分布集中,危害較大。安徽省每年直接經濟損失436.8萬元,遼寧省5000萬元,雲南1000萬元,全國估計在1.2億元,中國采空區塌陷主要發生在近20多年,多因采礦方案不合理,造成全國每年塌地約70km2,直接經濟損失3.17億元,吉林采10000t煤塌地約1hm2。黃土濕陷主要發生於西北幾省,每年經濟損失250萬元。總之,中國地面塌陷災害有日漸加強的趨勢,主要是人口壓力大,工程項目多,地下水使用和排放不當,采礦的施工管理不嚴格。因此,健全法制,加強監管,合理開發,是最根本的治理措施。
地面沉降及地裂縫,多因過量開采地下水引起,也有因地殼運動和石油開采引發。河北平原有區域性整體沉降特點,有的連片達幾千至上萬平方公里;地裂縫分布規律性不強,長度數十至數百米,寬度幾厘米至數十厘米不等,垂直落差多在幾十厘米以內,主要由於抽排水,采礦,新構造運動,岩土體變形等因素造成。在西安、太原等地地裂縫與地面沉降同時出現,相互疊加,其危害尤大(表6.24)。城市的高精度監測,科學地制訂城市採用地下水的模型,以防為主,可減輕損失。
土壤侵蝕又稱水土流失是一種累進性的地質災害,它改變地表面貌,使肥沃表土流失,後果極其嚴重。全世界每年有270×108t土壤流失,喪失地力的耕地達500×104~700×104hm2。美國每年流失土壤30×108t,原蘇聯5×108~6×108t,中國50×108t,其中含氮磷鉀4000×104t。中國水土流失面積180×104km2,約占國土面積18%,原蘇聯50年代末在中亞掀起的墾荒種糧運動留下了破壞表土,得不償失的惡果,幾十年過去了也未恢復,重復了美國19世紀中葉至20世紀初葉變中西部牧場為農場的錯誤。中國水土流失以大興安嶺—賀蘭山—龍門山—橫斷山脈以東最烈,其中黃土高原水土流失面積達43×104km2,侵蝕模數8000t/(km2·a),表層沃土每年沖蝕0.1~2cm,水利工程使用年限極短,有的水庫4年內即為泥砂填滿,每年向黃河輸泥沙14.2×108t,占黃河總泥砂量的91%。水土流失與植被發育程度關系密切,植被的破壞是促成水土流失嚴重的直接原因。水土流失造成的經濟損失,全國每年平均96億元,水土流失導致可耕地減少,地力貧化、土層變薄、蓄水能力降低,也造成湖泊、水庫、河道淤塞,減低經濟效益,造林綠化、退耕還林,搞小流域治理,定會收到較好成效。
土地沙漠化是人類面臨的又一挑戰,全球乾旱、半乾旱面積占陸地的1/3,由於過度放牧和開墾每年有2100×104hm2旱地沙化,其中6000×104hm2完全淪為沙漠,直接威脅著3000×104hm2的可耕地,而中國現有沙漠面積15.33×104hm2,占國土面積15.9%,每年仍以沙漠面積的1.32%的速度增加導致生態環境極度惡化,我國60%的貧困縣集中分布在沙漠區的附近,每年因風沙造成的經濟損失高達45億元人民幣,沙漠化的加劇則是由於人為的不合理耕作和氣候乾燥多風的共同影響造成。我國三北防護林帶的營造已經開始對抵禦風沙發揮日益明顯的作用。
土地鹽鹼化是因不合理灌溉、海水入侵等因素造成。全世界14.7×108hm2耕地中有3.8×108hm2(26%)有不同程度的鹽鹼化。美國每年因此而損失1%耕地。中國鹽鹼化土地多分布在西北、華北地區,共8.18×104hm2,約占總耕地面積8.5%,每年因此而造成的經濟損失25億元人民幣。因科學普及,近年來中國土地鹽鹼化發展已得到遏制。
其他地質災害如海水入侵,水土環境異常(地方病)地下水水質變異(污染)和水位上升,坑道突水,瓦斯爆炸,煤層自燃,河湖及水庫淤積,河海塌岸,冷浸田、水庫滲漏、脹縮土、凍土凍脹融陷,砂土液化等雖是影響較局部的災害,但若處置不當,也會造成嚴重的經濟損失和人員傷亡。
地質災害是各類災害中發生頻度高,影響范圍廣,經濟損失大的事件,自古以來,人類一直在與自然災害的斗爭中生存和發展,20世紀以來,隨著經濟飛速發展,人們向自然界的索取不斷加大,地質歷史時期逐漸形成的生態環境平衡遭受到越來越嚴重的破壞,災害類型越來越多,破壞性也越來越大,造成的經濟損失也越來越嚴重,也就引起了社會的普遍關注。科學技術的發展,使人們對地質災害的監測,預防和治理也有了高新的技術手段,地震、火山的預報工作已有了長足的進步,海水倒灌、地面沉降的治理已日益成效顯著,滑坡、泥石流的監測也使不少生命財產免受劫難;沙化和洪水也逐步減少了對人類的威脅。1998年,中國長江和松花江遭到了百年不遇的洪水的襲擊,但中國人民戰勝了洪水,減輕了損失,這就給世人提供了戰勝自然災害的經驗。
㈡ 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。
㈢ 主要環境地質和地質災害問題研究現狀
從廣義上講,環境地質問題包括地質災害在內。為了便於區分,把地質作用造成的災害如火山活動、地震等作為自然地質災害;而人類活動誘發的地質災害,如地面沉降,地下水污染等則納入狹義的環境地質問題的范疇。當然,自然規律是十分復雜的,有些地質災害是兩種作用,即地球的內、外動力作用,再加上人類活動的作用造成的。如地裂縫、滑坡等。因此這只是相對的區分,並不是在任何情況下都能截然分開的。
1)大江、大河開發中的環境地質問題
在大江、大河興建水利樞紐工程,使地質環境(岩土體環境、地應力環境、水環境)發生變化,導致庫岸崩塌、滑坡、浸沒、水庫滲漏、淤積甚至可能誘發水庫地震等及其它次生地質災害發生。目前世界上已有100餘座水庫發生了誘發地震。研究多圍繞災害的成因機制、預測評價進行。中國的長江、黃河,巴西的亞馬遜河、美國密西西比河、俄羅斯伏爾加河等的開發中,都曾有各自不同的環境地質問題發生。近年來開始重視對工程興建後造成流域內生態地質環境的變化。在第30屆國際地質大會上交流了這方面的研究成果。中國學者提出在江湖整治和長江中下游防洪中一個重大的環境地質問題是:洞庭湖地質環境系統由於受到構造沉降、沉積物的淤積和人為圍墾因素的相互作用,很可能湖區將會繼續逐漸縮小,以致消失。黃河三門峽水庫淤積造成環境惡化,無法達到原設計效益,雖然後來採取泄洪排沙等措施,但已造成很大的影響。這是個沉重的教訓。
2)核廢料處置的環境地質問題
核能的利用在各國能源結構中的比例近年來有所上升。現實的地質問題就是核電站的選址及核廢料的處置庫選址。對於後者,尤其是高水平放射性廢物處置庫的環境水文地質、工程地質條件要求很高。德國、中國、瑞士、日本等國都開展了這方面的研究工作。他們提出除了考慮場址的地殼構造穩定性,介質的低透水性和一定的對核素吸附滯留能力外,對地震的影響也要考慮。
高放核廢物的泄漏主要原因是和地下水接觸。在處置後長達104~106a內高放核廢物仍保持其有害性質。在此期間北半球有可能經歷幾次冰河期,地表水、地下水及其物化性質都將發生變化,對此英國學者作了重要的探索。Boulton G.S利用過去幾次冰河期的數據建立了冰河作用下岩石水力學和地球化學模式,重現了冰河期地表水加速入滲,地下水流速及物化性質的變化,並探討了處置庫主岩在冰河作用下的長期特性。King-ClaytonLouisa M等和瑞典合作,研究了今後100ka內北歐四次冰河對一個假設的瑞典南部深度為500m的核廢料處置庫的安全影響,進行了預測性的探討。這里涉及到全球和當地的海平面變化,冰蓋厚度、永久凍土厚度的變化以及地形變化等問題。美國新墨西哥州WIPP(Waste Isolation Pilot Plant)開展了軍用超鈾廢物處置庫的研究。處置庫主岩為岩鹽,深度300m左右,重點研究不同地質概念模式對處置庫性能預測的影響。
低滲透性介質一般選擇結晶岩、粘土和蒸發岩等。比利時、韓國學者對粘土的主要特性(如吸附性)以及處置的可行性和安全性進行了研究。中國從80年代中期開始研究高放核廢物的處置。
3)地質資源、礦業開發的環境地質問題
采礦活動不僅造成地表破壞,引起地面沉降、塌陷或邊坡崩塌、水土流失等災害,還因廢渣、尾礦堆放造成土壤和水以及大氣的污染。捷克西部波希米亞地區因采礦引起土壤、水和空氣的污染。從發電廠排出的廢物酸化了土壤和地表水,每燃燒1t煤就會向大氣釋放60kg的SO2。1987年捷克全國就有2.9×106t排放物,此外還有各種痕量金屬,結果之一是本地的雲杉完全枯萎,另一結果是當地地表水中鈹的含量增加。溶解法開采鈾已引起了嚴重而復雜的環境問題。烏茲別克地質科學院開展了對KEMIN采礦聯合體的多金屬礦、稀有金屬及稀土礦周圍地區被重金屬污染的研究。一些西方發達國家如加拿大80年代便開始重視礦業開發環境的研究,如減輕酸性排水和發展生物工程技術,從廢水中除硒、銅等,取得成效。美國、加拿大、澳大利亞等國還制定了相應的礦業環境法規以加強環境管理。德國學者指出,當今采礦搬運量為17.8km3/a,遠遠超過先前全球河流搬運物4.5km3/a。這說明人類采礦活動對環境影響是原來風化作用的4倍。據不完全統計,中國因采礦塌陷造成環境破壞的城市近40個。因采礦產生的大量廢水、廢液未經處理自然排放,處理率不到5%。固體廢物、尾礦的治理量也很低。礦山環境惡化趨勢尚未得到有效遏制。
工業區排放的大量工業廢氣,尤其是SO2,NO2等與水汽結合,降落成為含硫酸、硝酸腐蝕性很強的「酸雨」(pH<5)。它不僅使地表水水質變壞,土壤酸化,還滲入地下污染地下水。世界現有三大酸雨區:北美酸雨區、歐洲(北歐)酸雨區以及中國西南華南酸雨區。前兩地區正在治理。中國SO2年排放量約1800×104t,超過美國現在水平(1600×104t),雨水中pH值已低於4.5。據1995年的分析觀測資料,我國酸雨面積逐漸擴大,已佔國土面積29%,出現頻率也在上升,個別南方省市還有年平均pH<4.0的地區。
4)城市建設的環境地質問題
城市建設牽涉到土地利用、地下資源開發、水資源(主要是地下水)利用和環境污染等環境地質問題。香港、加德滿都和麥德林等城市,由於在不穩定斜坡上大量建築,發生滑坡和其它塊體運動,遭到很大損害。
現在世界各大城市如何安全處理大量的固體廢棄物(垃圾)、有毒廢液和工業廢料已成為一個重要問題。一些主要城市每天垃圾產生量東京高達3×104t,紐約、巴黎也各有1.4×104t和0.9×104t,不過這些都經過處理。北京日產垃圾量1.2×104t,只有部分處理,這就成為污染水源、土壤和大氣的重要來源。
當前側重研究的問題有:垃圾填埋場的選址,垃圾淋濾液的控制與調查,污染水暈的阻滲牆設計,廢液含水層注射以及廢物綜合利用等方面。國外在城市垃圾填坑設計和運轉方面防治環境污染的對策,主要採取沖洗-減緩法和包容方法,即填坑頂底部有蓋層和墊層。第30屆國際地質大會交流了對地質環境污染指數因子的研究,如澳大利亞利用瀉湖深部特殊沉積物(底棲有孔蟲)查明了人為污染來源。日本學者利用地質污染單元的概念,將地質環境污染劃分為地下空氣污染、沉積介質污染和地下水污染。由於有機物污染在治理上難度較無機物更大,現研究重點已逐漸由「無機污染」轉向「有機污染」,如研究地下水中非水相有機重液監控和有機物在含水層中的轉化程式等問題。
城市水源污染問題也日益嚴重。墨西哥城、聖保羅的飲用水源面臨工業廢物的污染。第30屆國際地質大會上,英、俄、南非、中國學者介紹了城市環境地質問題及評價方法,城市規劃中的土地利用、評價、水資源開發、地震等方面的研究現狀。會議認為目前大城市建設規劃只注意了地表條件,對於深層次的地質環境問題和地質災害問題重視不夠,導致許多環境與災害問題未能及早發現和治理。在城市地質研究中值得重視的是地質信息如何及時提取表述,以便規劃和決策者使用。這方面荷蘭De Mulder E.F.Jyz研製的「地下市政信息系統」(MUIS),存入了有關地質、環境及市政建設數據和圖形信息,使用很方便。國際地科聯地學環境委員會組織了國際城市地質工作組以推動城市地質學和城市地質工作的進展。
5)不合理的土地利用和水資源開發引起的環境地質問題
人類過度墾殖、放牧、砍伐森林、灌溉不善,造成土地荒漠化或水土流失的危害達到了驚人的程度。全球每年有600×104hm2土地變成沙漠,經濟損失每年約423億美元。中國荒漠化總面積已達國土總面積的8%。到80年代中國每年有2100km2淪為沙漠。據專家調查統計,中國北方土地沙漠化的成因類型中,有89.7%是由於過度放牧、開墾和樵採,有9.6%是由於水資源利用不當造成的。水土流失在歐洲各國中,以西班牙最嚴重,造成植被減少,農業產量降低,流入河中泥沙增多,導致洪水爆發頻率及嚴重程度的增加。中國水土流失面積達179萬km2,每年流失土壤總量達50×108t。黃河每年的泥沙攜帶量50年代為16×108t,實際上現已達到19.7×108t。這絕大部分是黃河上、中游水土流失造成的。
由於人類對地表水與地下水資源開發缺乏統一協調和綜合利用,使①有限的水資源嚴重浪費,大水漫灌,造成大面積的土壤鹽鹼化。如中國西北地區因此形成的土壤鹽鹼化面積達113×104hm2。新疆1/3以上耕地不同程度地發生鹽鹼化,寧夏灌區也存在類似問題。②流域上游大量消耗水資源、興建水庫等,造成下游水量減少,甚至河流斷流、湖泊乾涸、水質惡化、沙漠化、荒漠化現象擴展、地下水補給減少、泉水枯竭。如著名的黃河下游斷流已由1995年的122天延至1997年的226天。新疆的羅布泊湖現已全部乾涸,成為一片荒漠。據統計,近30年來全疆沙漠面積擴大了3.4萬km2,使333×104hm2土地和草原被沙漠所吞沒。
6)超采水資源(主要是地下水)造成的環境地質問題
超采地下水引起水位大幅度下降,導致水井變干,水質惡化,地面沉降,在沿海地區發生海水入侵等。中國長江三角洲平原及河北平原的區域性地面沉降就是由於大面積超采地下水造成的。前者在5000km2內的累計沉降量約1m。地處三角洲腹地的蘇錫常地區已沿滬寧線形成沉降窪地,地面沉降量大於0.3m的面積超過1000km2。地面沉降發展過程與地下水開采強度有關,其沉降量與地下開采量大小呈同步變化趨勢。河北平原以農業用水為主。70年代以來大量開發利用深層地下水,現累計沉降量超過0.1m的區域面積已達3.6萬km2。城市地面沉降影響損失更為突出。上海地區已下沉1~2m,天津50年下降了2.7m。地面沉降造成地裂縫、洪澇積水、工程破壞等危害。世界上不少城市,如休斯敦、威尼斯、曼谷、雅加達和加爾各答等,位於河流三角洲和濱海平原,都有嚴重的地面沉降。
沿海城市由於超采地下水還受到海水入侵的災害。主要表現在淡水資源日益短缺和地下水環境逐漸惡化。如中國,位於渤海的遼東灣、渤海灣、萊州灣,黃海的膠州灣、海州灣,都受到海水入侵的災害。其中尤以山東萊州灣最為嚴重,入侵面積1995年已發展到970km2。研究的內容側重海水入侵規律、水-岩作用及其數值模擬和水資源的開發、管理等。
7)主要地質災害問題
地質災害災種繁多,危害嚴重且突發性強的有地震、火山噴發、岩崩、滑坡、泥石流、地面塌陷、岩溶災害,還有煤礦突水、瓦斯爆炸等。
(1)地震災害。從地質角度當前主要側重研究其區域活動構造(特別是大陸內部的活斷層),古地震,破壞性大地震的地震地質構造以及與地震危險性評價有關的地震地質問題等熱點。在第30屆國際地質大會上探討了1995年日本阪神大地震的地震構造、地面斷層、活動斷裂、海下和城區活動層等問題,反映了在大城市附近的強破壞性地震的最新研究動向。
地震預報近期在國際上的新進展突出表現在空間技術的應用,從方法、機理到實際震例。地震前兆觀測還引進了地熱觀測,地氣(Hg、He等)觀測等新技術方法,反映了在地球物理、深部氣體地球化學等方面探索地震前兆的工作。地震預報的分析研究方法運用遺傳演算法、神經元方法、非線性理論等取得良好效果。俄羅斯提出多種前兆綜合時空動態圖像的分析方法,地下水應力場研究,以及地下水形變場的動力學研究都有較高的水平。
在地震災害方面正在執行兩個大型的國際合作計劃:「全球地震危險性評估計劃」(GSHAP)和「全球地震災害圖計劃」(WSRM)。印度、尼泊爾、巴基斯坦、中國協調合作研究喜馬拉雅地區地震災害定量分析時,建立了跨國家的地區級資料庫,並規劃了方法,這在以往研究中是不多見的。據陳祺福研究,關於全球地震損失估計的研究在科學上的重要突破主要表現在:發展了地震危險性評價的面源、潛在震源模型;提出了估計面源模型參數及其不確定性的新方法;得到了地震發生概率和超越概率之間關系的公式;用GDP作為表示社會財富的宏觀指標體系;首次得到了GDP-地震動-損失關系曲線;發展了估計未來地震災害損失基於GIS的計算機演算法。
(2)火山活動。第30屆國際地質大會反映了以中國吉林長白山天池近代火山活動為例的最新研究進展,如該火山噴發的年代學,噴發的物理過程及動力學,深部岩漿囊探測及大噴發觸發機制,火山噴發氣候效應等。
(3)海平面上升。全球性氣候變暖導致全球性海平面上升,而沿海地帶首當其沖受害:低地淹沒,風暴潮和海蝕加劇,鹹水入侵,河口生態環境發生變化。如淤積、倒灌、污染程度加重,沿海防禦工程抗災能力降低,需要提高設計標准。經過實地考察及有關資料綜合分析預測,中國學者對中國沿海三大三角洲地區,到2050年海平面可能上升的幅度作出評估:珠江三角洲地區50~60cm,長江三角洲地區60~80cm,天津地區70~90cm。沿海城市如上海、天津由於超采地下水形成的地面沉降幅度遠大於海平面上升率,因此相對海平面的上升還要疊加上地殼下沉的幅度。
(4)滑坡、崩塌、泥石流等地質災害。這類地質災害突發性強,造成損失很大。據中國統計每年發生的滑坡數以萬計,泥石流溝有一萬多條,多集中在中部南北帶。40年研究結果表明,在時間上1954~1960年,1963~1975年,1980~1985年均為頻次高發期。泰國南部的山麓地帶由於花崗岩岩石風化形成1~10m厚的砂礫質土,坡度達35°以上,1988年發生大規模滑坡及泥石流,損失達2.5億美元。
當前在研究地區性滑坡及實例方面,對於其形成機制、穩定性分析、預測及控制措施問題,較廣泛採用模型模擬及數值模擬的方法。在災害區劃方面運用了遙感及地理信息系統(GIS)。在空間預測方面有採用人工神經網路方法的。在滑坡發生時間預測方面不少研究論文採用離散元分析、離散元與時序分析相結合的方法。在滑坡發生時間預報方面有用滑坡變形功率的新理論准確(僅差22h)預報甘肅永登黃泗滑坡的實例。黃泗滑坡總體積近6×106m3,居民因預先撤離,無一傷亡。這在世界滑坡預報史上是一個極為罕見的成功實例。
㈣ 地質災害與環境
縱觀風化和重力地貌,特別是重力地貌,由於它們所具有的特性,它們的發生對人類活動和建設工程有著不可低估的負面影響。它們發生的結果,就是對農田、道路及工程設施直接破壞,對人民的生命和財產造成重大損失。此外,它們的發生還可產生次生災害,如滑坡體將江河堰塞,江河水流無法下泄,積水增加,達到一定量時就會沖破滑坡體形成的松軟的臨時堤壩,形成洪峰,對江河下游造成極大的危害。
例如,1963年義大利北方某水壩發生震驚世界的大滑坡而導致毀壩事件,其滑動土體達3×108m3,幾乎填滿了壩高265m的水庫,洪水傾瀉沖毀了4個村莊,釀成3000人死亡。又如我國湖北的長江新灘1985年6月12日發生巨型滑坡,滑坡體土方總量達3×107m3,將整個新灘鎮摧毀,翻沒大小船隻70多條,迫使長江封航。2007年5月10日湖北巴東縣清太坪鎮木竹坪村清江支流(小地名大坦坪)發生大面積滑坡(圖3-11),該滑坡體位於巴東縣清太坪鎮木竹坪村二組,其下部抵清江支流橋河西岸,後緣高程約600m左右,沿岸長達約1500m,約800×104m3的山體和12戶18棟86間民房墜入清江中,導致清江支流橋河水域被截斷,清金線交通中斷,大小船舶停航,災情涉及清太坪鎮6個村,41個組,1506戶,5678人。損失慘重,造成直接經濟損失達4600餘萬元。
對風化和重力地貌,特別是重力地貌的孕育、發展方向、變形體量和影響區域及可能產生的結果進行科學的、認真細致的研究,將有利於相關部門為防災減災做出正確決斷。
圖3-11 巴東縣清太坪鎮木竹坪村清江支流發生大面積滑坡
㈤ 地質環境保護
唐山市環境地質問題的日益突出,嚴重地制約著國民經濟的發展和人民生產、生活水平的提高,成為制約地區經濟發展的一個不可忽視的重要因素。因此,開展環境地質問題和地質災害防治的研究,提出合理可行的防治措施,對保護地質環境、保障國民經濟健康發展和人民的身心健康具有十分重要的意義。
唐山地區的環境地質問題和地質災害較多,不同的地質問題或地質災害有不同的形成條件和防治對策。總的思路應是「防治並舉,治用結合:突出重點,綜合治理」的十六字方針,同時還應堅持社會效益、經濟效益和環境效益並重的原則。
1.開源節流
應對工業廢水進一步處理後重復利用,做到工業廢水、污水達標排放,既可以節約用水,又可以保護地質環境。改變以往傳統的農業灌溉模式,摒棄大水漫灌,採用地下管道走水、噴灌、井灌等新技術、新方法灌溉,推廣節水型農業、綠色農業。對居民生活用水,要採取一定的措施,增強人們的節水意識。
2.保護地下水源,防治地下水污染
地下水水質的好壞,直接關繫到該地區國民經濟的發展和當地人們的身心健康。工業的飛速發展,「三廢」的排放量日益增多,特別是廢水的排放直接對淺層地下水構成威脅;農葯、化肥的施用更加重了地下水的污染程度。因此,我們必須做到:
(1)改進生產工藝,減少「三廢」的排放量。應通過技術改造,實行「三廢」的資源化、無害化,最終實現達標排放。
(2)合理進行工業布局,確保地下水水質的衛生防護。
(3)科學合理地施用化肥、農葯,嚴禁用污水灌溉。
(4)從點源出發,以點帶面,對現有污染源進行綜合治理,必要時可採取一定的行政措施。
3.合理開采地下水,防止漏斗進一步擴大
由於地下水的無限度開采,導致多處地方出現地下水水位下降漏斗,尤其是在人口密集的城鎮地區,如唐山市區、唐海縣城區等。漏斗的出現導致了一系列嚴重的環境地質問題,如含水層的疏干、岩溶塌陷、地面沉降等。因此,我們必須採取措施進行綜合治理。
(1)對城區要做到:合理開采、重復利用、節約用水、開辟新的水源。
(2)聯合調度地表水與地下水,適當緩解地下水的用水量。
(3)嚴格控制機井的數量,實行節水灌溉,禁止大水漫灌。
4.防止岩溶塌陷的再次發生
岩溶塌陷是唐山市的主要地質災害問題之一。致塌因素中水佔主導地位。資料顯示:倘若在中心區岩溶水日采量12萬~14萬m3中,減少5萬~6萬m3,岩溶水位將可大幅度回升,侵蝕作用隨之減弱,對防止塌陷起有利的作用;但是如果水量不減反增,將會導致相反的結果。所以,為預防岩溶塌陷的再次發生,我們應減少易發生岩溶塌陷區的用水量,利用其他渠道引水、采水。
5.注意礦山環境地質問題
煤礦的開采可直接導致大量的環境地質問題和地質災害,表現明顯且危害較大的是采空塌陷。「採煤不休,塌陷不止」。本研究區煤礦較多,如開灤煤礦是我國的重要產煤基地之一。在不能停止采礦的條件下,我們對環境要有預規劃。如采空塌陷等積水區,可考慮規劃為水上公園景區或復地造田;對煤矸石等可做建築材料或進行回填等。如何有效地綜合治理、變害為利是一個新的課題。
6.建議
(1)充分發揮和行使各級政府的行政職能,制訂環境宏觀整治規劃,加強宏觀調控和重要經濟區帶的環境整治,加強環境影響評價論證,採取點面結合的方式加強各種地質災害的監測,有計劃有步驟地逐步實現人工調控。
(2)加強地震、地礦、環保、水利等部門的橫向聯合與部門協作,形成上下結合、內外結合的網路,進行共同治理與管理。
(3)充分應用現代新技術、新理論、新方法,加強地質環境和地質災害特別是岩溶塌陷的科學研究和防治工作。
(4)堅持經濟與生態同步發展、「利用、保護、改造」三統一原則,加強水資源的合理開發利用,既要考慮城市工業用水,又要考慮農業及林業用水;既要考慮引用地表水源,又要合理開發利用地下水資源。
(5)加強宣傳教育,提高全民族、全社會的節水和環保意識,限制不合理的水資源利用,杜絕水資源浪費。
㈥ 區分地質災害和地質環境問題的必要性
1.在理論上的意義
從地質環境問題和地質災害兩者的內涵來看,地質災害的內涵較多,規定得較為嚴格;地質環境問題的內涵較小,規定得寬泛,地質環境問題包含了地質災害和非地質災害即漸進性的地質環境問題。
漸進性的地質環境問題是指地質環境系統以漸進方式失穩而伴生的地質現象和地質過程,其後果往往是累進性的,較輕微的財產或經濟損失。對其發生規律、動力學過程及成因的探討,可運用現有的專業理論、分析方法結合實地調查資料來完成。這些內容與地質環境系統調查、評價工作是緊密聯系在一起的。至於漸進性地質環境問題的預測,可沿用「由歷史推測未來」的思路,採用平衡體系或平穩隨機過程的理論近似地外推計算。
地質災害是地質環境系統突變所導致的,所以,又稱突發性的地質環境問題。傳統的建立在平衡體系和平穩隨機過程基礎上的概念和分析方法,對於地質災害的研究有很大的局限性,往往難以揭示其客觀本質,這也是目前有關地質災害預測難以取得突破性進展的關鍵所在。因此,加強非線性系統突變理論的學習,探索有關地質災害動力學機理及實用的預測方法則是未來重要的研究課題。
由此可見,將地質災害與漸進性地質環境問題相區分,關繫到今後的理論研究方向。
2.對於社會管理的意義
突發事件響應體系的建設和完善是保證社會安全穩定的重要措施。在國力有限的情況下,社會保障只能按輕重緩急,量力而為之,對那些社會影響大、損失嚴重特別是涉及人群安全的突發事件予以高度重視,這也是構建應急事件各種預案的基本指導思想。從環境安全的角度來考慮,將具有突發性的地質環境問題(地質災害)與漸進性的地質環境問題區分開來,把前者作為突發事件的主要防範處理對象既便於實際操作,也為確定地質環境突發事件響應體系的重點提供了理論依據。
㈦ 地質災害狀況
地質災害嚴重危害人民生命、財產和生存環境,嚴重威脅國家重大工程的建設與安全運營。據統計,1995~2008年全國崩塌、滑坡、泥石流等突發性地質災害共造成13900人死亡或失蹤,平均每年死亡和失蹤993人(圖2.3)。
圖2.3 1995~2008年中國地質災害造成死亡(失蹤)人數對比(2008年「5.12」汶川地震引發的崩塌、滑坡造成的死亡數除外)
圖2.3顯示的總趨勢是明顯的。從2001年全國普遍推行群測群防工作體制和2003年開始實行全國地質災害區域預警預報以來,雖然人類活動的范圍和強度仍在發展,但全國突發性地質災害造成人員死亡或失蹤的總數量逐年呈下降趨勢。
1998年,中國南北方(長江流域和松花江流域)比較普遍的大雨和洪災以後,發生滑坡、泥石流災害的地質物質儲備相對減少,可能是1999年死亡人數出現低谷的一個原因。2006年多次超強台風暴雨登陸在中國廣大地域引發群發型滑坡、泥石流災害,具有點多分散,單點災害傷亡人數少,合計傷亡人數多的特點。
據分析對比,中國因地質災害年均致死人數與全國人口總數之比約在1∶106量級,美國和加拿大的比率約為1∶107,日本近於1∶106。中國人口基數大,又處於基礎工程建設的高速發展時期,因地質災害造成的年平均致死人數約為美國的25倍。若按等量人口計算,兩者的比例數仍高達5倍,說明中國地質環境的科學利用仍處於比較低的水平,防災減災工作的努力空間還是很大的。
據國土資源部門統計,2001~2008年因突發性地質災害造成的經濟損失在35億~51億元之間,這個數據主要反映了農村和城鎮地區的經濟損失量,對於公路、鐵路、礦山和水利、水電等工程類的反映嚴重不足。因此,由於部門管理的分割,單純地質災害造成的直接經濟損失統計尚缺乏可信的數據,估計年平均直接經濟損失在80億元以上,年最高經濟損失應在150億元以上,並有逐年增加的趨勢。
中國地質環境的復雜性造就了中國是世界上地質災害最嚴重的國家之一。中國廣大的山地丘陵區是崩塌、滑坡和泥石流災害多發區,嚴重危害山地居民的生命安全,嚴重製約中國經濟、社會、環境和人文等方面的可持續發展。
據不完全統計,全國有1588個縣(市)長期受到突發性地質災害的困擾,約200個城市受到突發性滑坡、泥石流災害的威脅,數千萬人生活在地質災害嚴重的地域,缺乏生存的安全感。全國共有各類礦山20多萬個,每年產生固體廢物140×108t、尾礦30×108t,這些廢棄物任意堆放成為比較嚴重的滑坡、泥石流災害隱患。另外,全國有20餘條鐵路干線、數千座水電工程和多數山區公路不同程度地受到滑坡、崩塌、泥石流的危害和威脅。
降雨是誘發地質災害的重要因素之一,統計數據表明,約2/3的突發性地質災害是由於大氣降雨直接誘發或與大氣因素相關。地質災害的發生頻率逐月統計結果顯示,地質災害主要集中發生在汛期(5~9月)(圖2.4)。
圖2.4 全國重大崩塌、滑坡、泥石流災害逐月分布
在空間分布上,地質災害主要分布在我國東南和西南廣大山地、丘陵地區。2004~2006年,浙江、福建、廣東、廣西、雲南、貴州、湖南、四川、重慶、陝西等省(區、市)為主要的地質災害分布地區。
2.3.1 滑坡
我國滑坡主要集中分布在西南的四川、雲南、貴州、西藏地區和西北的陝西、甘肅、山西地區,以及中南、東南的福建、湖南、湖北等地區。在上述省(區)內滑坡多成群、成片、成帶狀分布,而其餘地區則較少發生滑坡,即使有滑坡也多屬零星散布。我國滑坡分布的基本特點是:西部地區多於東部地區,南部地區多於北部地區,其中我國西南地區是滑坡分布最集中、發生頻率最高的地區。
滑坡分布的東、西兩大區存在明顯差異:在太行山—貴州高原一線,以西滑坡分布密集,以東滑坡分布明顯減少,特別在以東的北部地區幾乎很少發生滑坡,更沒有滑坡的集中發生區。大興安嶺—太行山東麓—貴州高原東緣一線是我國的第一級地貌界線,它把我國劃分為地貌景觀截然不同的兩部分,即高聳深切割的以大高原、高山、極高山和大盆地為主的西部地區和低矮而淺切割的以平原、低山、丘陵為主的東部地區,東、西兩大區滑坡分布存在明顯差異。
滑坡分布的南、北差異明顯。以秦嶺-淮河一線為界,北部滑坡稀疏,南部滑坡密集。秦嶺-淮河一線是我國氣候分區的第一級界線,年降雨量800mm等值線與此線吻合,其他的氣候要素也多以此為界。此線以北是蒸發量超過降水量的少水地區,小河流大多數是間歇性的,河流密度較小;此線以南是降水量超過蒸發量的多水地區,小河流常年有水,河流密度較大。南、北兩大區滑坡分布存在明顯差異。
2.3.1.1 滑坡分布規律
1)滑坡直接受易滑地層的控制。中國95%以上的滑坡發生在易滑地層分布區。例如,四川省的滑坡集中發生在上更新統成都粘土、下更新統昔格達組、中生代紅色砂頁岩地層和下侏羅統、二疊系煤系地層中;貴州省的滑坡集中發生在二疊系煤系地層和三疊系紅色泥岩、砂頁岩地層中;雲南省的滑坡主要分布在砂頁岩地層和凝灰岩地層中;而陝西、甘肅兩省的滑坡主要發生在第四系新、老黃土層中;山西省的滑坡主要分布在第四系黃土、上更新統—更新統的雜色粘土岩、上更新統紅色粘土和三疊系砂頁岩地層中;湖北、湖南兩省的滑坡多集中發生在第四系紅色粘土、裂隙粘土和砂板岩地層中;福建省的滑坡主要集中在富含泥質(或風化後形成泥質)的岩漿岩中。
2)滑坡集中發生在地質構造復雜地區。在強烈構造運動中形成的各種軟弱結構面是滑坡發生與分布的一個重要指標,這些軟弱結構面與有利的地貌條件相配合,為滑坡的發生提供了十分有利的條件。新構造運動對滑坡發育的影響中,一類是直接作用,地震是新構造運動的典型表現,強烈地震時會觸發大量的滑坡災害;另一類是間接作用,由於新構造運動的影響,地貌形態發生著深刻變化,地面隆升導致河谷下切和沖刷,間接地影響著滑坡的發生和分布。
3)地形切割程度影響著滑坡分布。中國絕大多數滑坡都分布在河流、溝谷的兩岸。因此,在較小區域的滑坡分析預測時,地形切割度是非常重要的指標;但是,大區域的分析預測時,大的地貌單元界線更為重要。4)強降雨集中和劇烈的人類活動也是滑坡災害頻繁發生的重要因素。
根據滑坡、崩塌災害歷史分布情況、地質背景環境特徵、災害與環境條件相關關系分析,全國滑坡、崩塌災害易發程度分區見圖2.5。
圖2.5 全國滑坡、崩塌災害易發程度分區圖(據孟暉,2006)(台灣省專題資料暫缺)
2.3.1.2 滑坡災害特點
1)群發性:單個滑坡的成災面積一般都很有限,但是滑坡災點數量多,分布面廣,因此群發性滑坡往往會造成嚴重的損失。特別是區域強降雨往往會誘發大規模的群發性滑坡災害。
2)突發性:滑坡的突發性強,一方面表現在高速遠程滑坡方面;另一方面表現在暴雨期間和地震期間,滑坡劇滑之前宏觀前兆未被察覺或已發現但未引起警覺,往往損失慘重。
3)旋迴性:其實質是在地貌侵蝕旋迴背景中的某個階段滑坡災害發育活躍期(集中期)的一種表現。從幼年期-壯年期-老年期的地貌發育過程中,滑坡活躍發生在地貌從幼年期到壯年期的過渡階段。
4)周期性:滑坡災害的周期性是指更短時間尺度的活躍期和寧靜期交替的規律,即不同時間段內,活潑災害可能處於其活躍期,或者是寧靜期。
5)人類活動的直接誘發作用:人類工程開挖活動、爆破作業、生產生活用水入滲坡體、坡上載入、采礦、沖刷坡腳、水庫蓄水等活動對滑坡具有積極的誘發作用,能直接誘發滑坡或導致老滑坡復活。
2.3.2 泥石流
我國泥石流的分布,遍及23個省(區、市)。大體上以大興安嶺-燕山山脈-太行山山脈-巫山山脈-雪峰山山脈一線為界。該線以東,即我國地貌最低一級階梯的低山、丘陵和平原,泥石流分布零星(僅遼東南山地較密集)。該線以西,即我國地貌第一、二級階梯,包括遼闊的高原、深切割的極高山、高山和中山區,是泥石流最發育、最集中的地區,泥石流溝群常呈帶狀或片狀分布。其中成片的集中在青藏高原東南緣山地、四川盆地周邊,以及隴東-陝南、晉西、冀北等以及黃土高原東緣為主的地區。從泥石流的成因類型來看,冰川泥石流主要分布於中國西部山地,並大部分集中於西藏東南部地區;暴雨泥石流主要分布於西南地區,其次西北、華北和東北也有呈帶狀或零星分布。從泥石流物質組成看,泥石流分布遍及西南、西北和東北的基岩山區;水石流分布於華北地區,而泥流則分布於鬆散易蝕的黃土分布區。
2.3.2.1 泥石流分布規律
1)在斷裂構造帶分布密集。在多期地質構造運動影響下,構造斷裂和褶皺十分發育,一些深大斷裂活動強烈,尤其是第四紀以來差異性升降運動,致使岩層擠壓破碎,降低了岩體的穩定性。易於發生崩塌和滑坡,常成為泥石流發生的源地。因此,斷裂帶多是泥石流分布密集帶,其數量多,規模大,活動強烈,危害嚴重,諸如雲南小江、四川安寧河、甘肅白龍江等斷裂構造帶。
2)在地震活動帶成群分布。中國是一個多地震的國家,地震活動帶多分布於深大斷裂帶,尤其是新的活動斷裂和地震多發區,也是泥石流發育和分布帶。
3)在深切割的中山高山地區普遍分布。
在高程方面,主要分布在我國西部地區。我國地勢自西向東傾斜,呈現三級台階的顯著特點,在各級台階的過渡地帶的山區為泥石流普遍分布區。
在地形上,分布於具有一定坡度的山坡和一定溝床比降的溝谷內。坡面泥石流分布於25°~33°以上的坡地最為常見;溝谷泥石流多分布於溝床比降為100‰~400‰的溝谷。
在流域特徵上,泥石流多發生在小流域。因為小流域溝谷處於發育期,具有豐富的固體物質補給,降水匯流和陡峻的地形等條件有密切的關系。
在氣候方面,季風氣候區分布普遍和集中。由於地形條件復雜,地勢差異大,季風分布不均。就降水量來看,東南多於西北,山地多於河谷,迎風坡多於背風坡,使我國泥石流分布具有片狀和帶狀分布的特點,季風氣候影響和控制泥石流宏觀分布的格局。
根據泥石流災害歷史分布情況、地質背景環境特徵、災害與環境條件相關關系分析,全國泥石流災害易發程度分區見圖2.6。
圖 2.6 全國泥石流災害易發程度分區圖( 據孟暉,2006)( 台灣省專題資料暫缺)
2.3.2.2 泥石流災害特點
1) 常發性: 這類泥石流多半是高頻泥石流溝引起的,例如雲南東川蔣家溝、四川的黑沙河、雲南大盈江的渾水溝等。
2) 突發性: 主要與大規模的山區建設有關。這類泥石流溝大多是新生的,過去沒有發生過泥石流的歷史,突然發生,若不堅持治理,仍有泥石流發生的可能性,可稱為低頻泥石流。
3) 群發性: 因為局部大暴雨覆蓋范圍一般在幾百至一千多平方千米,正好是我國山區一個小流域的范圍。在某些具備泥石流條件的流域內,當遭受暴雨襲擊時,常引發流域內各條大溝同時發生泥石流。
4) 同發性: 泥石流與崩塌、滑坡、洪水在一個地區往往同時遭遇,形成災害,因為它們要求共同的最主要的發生條件,即降雨條件是一致的。
5) 轉發性: 滑坡為塊體運動,泥石流為固液混合流,它們為兩種不同方式的運動,但有時滑坡、泥石流相伴而生,滑坡可迅速轉化為泥石流災害。
㈧ 地質環境與地質災害
隨著經濟的快速發展,生態環境變化日益引起人們的關注。自然災害不斷發生,使人類的生存和發展受到了嚴重的威脅。監測環境、保護環境和防治災害,提高人類生活質量,成為當代地球科學研究的重要前沿領域。為此,國土資源部加強了對造成環境變化的自然作用與人為作用影響的綜合研究,建立和開發了區域性環境監測預警系統,不斷提高對環境變化和自然災害的預測能力。
洞庭湖地區地質環境調查及治湖對策研究
運用考古學、第四紀地質學、新構造運動理論,綜合研究了洞庭湖區地殼沉降,確認湖區內存在不均衡的地殼沉降,進而進行了合理沉降分區,為規劃防洪工程及蓄洪垸區的布置指明了方向。運用遙感與計算機技術,准確計算出洞庭湖的湖泊面積、湖容量與湖邊界等基礎數據;採用綜合打分法對洞庭湖區防洪工程基礎穩定性作出了評價;建立了東洞庭湖、南洞庭湖湖底高程變化量與泥沙淤積厚度及地殼沉降量的平衡方程,預測了2010年和2034年湖區的空間形態特徵和泥沙淤積特徵;首次建立了洞庭湖地區綜合地質環境概念模型,認為現有的洞庭湖湖域由於被防洪大堤所圈定,當城陵磯水位達32米以後,調蓄洪功能主要取決於防洪大堤高度與城陵磯水位的差,即「杯子原理」,差值越大,湖蓄洪能力越強。本次研究將洞庭湖區洪澇災害綜合治理劃歸為8個治理區,並提出了平垸行洪、動態蓄洪、疏浚
河道等具體治理規劃方案。
九寨溝上季節海(枯水期)
㈨ 地質環境與地質災害
隨著經濟的快速發展,生態環境變化日益引起人們的關注。監測環境、治理環境和保護環境,提高人類生活質量,已成為當代地球科學研究的重要前沿領域。自然災害的頻繁發生,給人類的生存和發展構成了嚴重威脅。為了預防和減少自然災害的發生,迫切需要加強對環境變化的自然作用與人為作用影響進行綜合研究,建立和開發區域性環境、監測預警系統,提高對環境變化和自然災害的預測能力。環境地球化學與農業和人類健康
在全國范圍內將岩石、土壤、水、水系沉積物等區域地球化學資料較系統地應用於農業-食物-人體健康研究,通過物質流和能量流在不同圈層內和各圈層間的傳遞與演化,探索在岩石圈、生物圈和水圈中地球化學與農業和生命科學相結合的新理論與新方法,編制了《中國生態環境地球化學圖集》。以硒為突破口,研究了植物和人體中不同形態硒的分布和分配。研究表明,生物體中硒主要與有效態硒豐度關系密切。通過補硒的對比試驗研究,發現無機硒是人體補硒的廉價途徑,可以替代目前昂貴的有機硒補硒法。在江蘇啟東,通過補硒,肝癌發病率由41.9/10萬降至29.0/10萬,下降了30.8%。通過補硒,可以阻抗乙型肝炎表面抗原——澳抗攜帶者誘發癌變,對肝癌高發病家族有預防效果。
雲南楚大公路魏家箐左邊坡防沉工程
㈩ 地質環境與地質災害
地質環境與地質災害是直接與人類社會生存與發展相關的地學問題,始終是地學研究的主要方向之一。
人類生活在地質環境之中,而地質環境是受自然因素和人類活動的作用和影響不斷變化的。由於近代人口急速增加,人類自身的發展對自然的開發、改造、破壞活動空前增強,致使人類的生存發展面臨地質環境惡化的嚴重威脅,地質災害亦因人類的活動而不斷加劇。因此,研究地質環境在自然因素和人類活動的作用影響下發生的變化及其規律,地質災害發生的原因、預測、防治地質災害的發生,成為地學界重要的研究方向,當代科學的一個前沿領域。
環境和環境保護,是當今國際社會共同關心的大事,繼1972年6月在瑞典斯德哥爾摩發表《聯合國人類環境會議宣言》之後,1992年6月在巴西通過了《里約環境與發展宣言》和《21世紀議程》等重要文件。我國於1993年編制並公布了《中國21世紀議程》,把環境保護作為一項基本國策,成為國民經濟與社會發展規劃的重要組成部分。地質環境是廣義環境中的基礎部分,地質環境問題是環境問題中的重大問題。
我國由於地質環境條件及人為因素引發而發生的地質災害,在世界上是屬於最為嚴重的國家之一。由於我國地處環太平洋和歐亞地震帶交匯地帶,因此是構造地震多發區;有記載的地震達8137次,破壞性地震1004次,20世紀發生7級以上地震達80次,造成巨大的人員傷亡及經濟損失。崩塌、滑坡、泥石流災害在山區頻繁發生,據初步統計,我國發生變形量大於100×104m3,死亡人數大於10人和直接經濟損失大於100億元的特大型崩塌51處、滑坡140處、泥石流149處;較大型的崩塌2984處、滑坡2212處、泥石流2277處;中小型的則更多,有跡可辨的達41萬多處。地面沉降、地面塌陷、地裂縫、海水入侵、地下水污染、水土流失、土地鹽漬化及土地沙化地質災害十分普遍,一方面與水文循環有關觸發了地質災害,另一方面由於不當的興修水利、地下水過分開發、地下礦山無序開采、工業廢水任意排放、過度採伐森林等人為造成的地質災害。另外,人類的固體廢棄物對地質環境亦造成了很大的污染,例如我國每年工業固體廢棄物約有6×108t,城市生活垃圾約有1×108t。可見,地質環境惡化威脅人類的生存與發展。地質災害摧毀著人類的文明。開展對地質環境的研究,提高對各種地質災害的孕育、發生、發展、演化及時空分布規律的認識,科學地進行預測、預報,提出防、冶的對策,保護地質環境是地學界義不容辭的重要任務。