地质灾害研究理论
① 地质灾害风险评估方法研究进展
一、评估方法的分类及适用性
对基于的滑坡危险性评估方法分类和评述可参见Soeters和Van Westen(1996)、Carrara等(1995,1999)、Guzzetti等(1999),Aleotti和Chowry(1999)和Van Westen(2000)发表的文章。一致认为评估方法可分为4类:
(1)基于滑坡编目的概率方法;
(2)启发式方法(直接方法——地貌填图,或间接方法——定性图的结合);
(3)统计方法(双变量或多变量统计);
(4)确定性方法(Soeters和Van Westen,1996)。有关滑坡风险评估方面的出版物不多,但最近有一些关于滑坡风险评估的综述出版物值得称赞,如Cruden和Fell(1997)、Guzzetti(2000)、Dai等(2002)的文章以及Lee和Jone(2004)出版的教科书。根据澳大利亚岩土力学协会滑坡风险管理分委会提出的分类方法是基于定量化水平分为以下三种:
(1)定性方法(以定性术语表示概率和损失);
(2)半定量方法(指标性概率和定性术语);
(3)定量方法(概率和损失的定量化)。
总的来说,滑坡空间分析方法可以分为两大类:一是定性方法,包括滑坡编目和启发式方法;二是定量方法,包括统计概率预测和基于过程的数值模拟方法。根据Soeters和van Westen(1996)的研究,将不同尺度的滑坡空间分析所适用的方法加以概括(表2-8)。将滑坡危险性的4种方法与3种风险评估方法进行组合,便可以获得适用于中比例尺(1∶10000~1∶50000)的多种有用的方法(表2-9)。
表2-8 不同尺度滑坡灾害空间分析建议方法
表2-9 中比例尺基于GIS滑坡风险区划的评估方法和特定组合的有用性
注:0:危险性评估方法不适合风险评估方法;1:有用性中等的组合,危险性评估方法不太适合于风险评估方法;2:有用性高的组合,危险性方法可能是用于风险评估的最好方法,但这取决于数据的可得性(如历史滑坡记录);3:最有用的组合,在可得的输入数据条件下会得出最好的风险评估结果。
如果在滑坡编目中有滑坡发生的时间和规模方面的信息可以利用的话,就可以估计一定地点特定时间给定规模的滑坡发生概率。滑坡编目的另一用途是对滑坡危险性分析的结果进行验证和校正。因此,最好将滑坡编目数据分成两组,一组用于滑坡分析,另一组用于验证(Chung和Fabbri,1999)。这往往是一个最基本的、但往往被忽视的问题。应投入较大的资源进行高质量的滑坡编目,以保证获得可靠的空间分析数据。
启发式方法基于对当地有关滑坡的认识和专家的判断。这种方法还使用空间信息解释滑坡的发生。通常这样的信息包括地形、水文、地质、岩土、地貌、植被以及土地利用等信息。通过野外调查和航片的解译获得这些信息。不同专家对于环境因子对滑坡的影响判断是不同的,主要取决于他(们)对滑坡的认识和经验。这种判断的主观性以及没有确定的标准使得启发式方法具有明显的缺陷。然而,如果专家对其所研究的滑坡机制有深入的了解,并对研究区进行过详细调查研究,使用这种评估方法得出的结果还是比较准确的和适用的,特别是对滑坡敏感性的首次估计。启发式方法适用于定性和半定量风险评估,可以用有限经费编制出较大面积的可靠的滑坡图,当然,这些工作要由专家来做才行。
与定性方法不同的是,定量方法主要基于客观准则进行评估,从理论上来讲,使用大致相同的数据会得出比较一致的结果。定量方法中统计方法应用的最普遍。利用多元回归或判别分析,将环境因子(如地质、地貌、土壤、地形、水文、植被等)分布图与滑坡编目图(发生地点)进行空间统计计算,得到滑坡危险性图。或者通过概率预测模型(如贝叶斯概率法和模糊逻辑法)也可以计算得出滑坡危险性图。滑坡危险性图是静态的,没有考虑气象条件的变化、流域汇水条件的变化和人类对环境条件的影响。统计方法非常适用于空间概率的评估,但在评估时间概率或未来环境变化效应时存在问题。如果与不同触发事件的滑坡编目图结合,可能是在较大范围地区进行定量风险评估的最好方法。
另一类定量方法是基于过程的模型方法。这类模型将地形属性(如坡度、曲度、坡向、距河道的距离、汇水面积等)与水文特征(土壤饱和度、渗透性和水力传导性等)相结合,以获得有关土壤岩土性质(如凝聚力、内摩擦角、比重),从而进行坡体稳定性分析。主要可利用的模型是无限坡法,如由Montgomery和Dietrich(1994)开发的SHALSTAB模型,该模型在美国许多地区和巴西里约热内卢得到了广泛的应用。最近由Günther等(2002)开发的数字电影模拟方法也用于滑坡空间分析上。
对于定量风险评估,基于滑坡编目的概率方法通常是最好的方法(假设条件是过去发生的滑坡事件是未来发生滑坡的指示)。然而,这种方法需要相当完整的历史滑坡记录。在因气候变化导致环境发生巨大变化的地区,滑坡频率将发生显著变化,该方法不适用于这类地区。一般来讲,滑坡风险定量评估的最好选择是应用确定性滑坡稳定模型,与山坡水文条件动态模型相结合。这需要覆盖大面积地区的大量数据,并且要对滑坡类型和滑坡深度进行很大程度的简化。
二、评估方法的进展
1.滑坡编目方法的进展
世界上只有极少数的地方建立了过去50~100年的完整的历史滑坡记录。在一些国家建立国家滑坡编目数据库,有时可以通过互联网获取数据库中的信息。其中最好的数据库包括意大利、中国香港、瑞士、法国、加拿大和哥伦比亚。可以利用这些数据进行滑坡危险性概率评估,这是定量风险评估的基础。根据Crovelli(2000),通常利用历史滑坡数据进行滑坡危险性评估的适用概率模型有两类:连续时间模型和离散时间模型。例如Coe等(2004a,b)将西雅图市(1909~1999)历史滑坡数据库有关信息输入到泊松模型中,据此估计出单体滑坡未来发生概率;还利用双峰概率模型估计了滑坡群年发生概率。这些成果图显示出未来可能发生的滑坡密度、平均重现期和超越概率。
香港是另一个具有相当丰富信息的滑坡数据库的典范。使用了将概率方法和启发式调整因素相结合的方法,利用该数据库的详细信息,估计了切坡失稳的年概率(Finlay等,1997)。历史滑坡记录还被用于计算滑坡触发事件(如降雨和地震)的概率。新西兰是这类分析研究的理想场所,确定了不同降雨强度下降雨临界值和滑坡概率(Glade,1997;Crozier和Glade,1999)。估计未来滑坡事件的频率和规模是必不可少的工作,最好在任何重大灾难性事件(地震、暴雨和飓风等)发生后,地貌学家应立即开展滑坡现象的编目以及不同承灾体损失调查。
2.启发式方法的进展
许多国家和地区实施的定性风险评估程序采用了启发式方法。例如美国加州(Blake等,2002)、新西兰(Glassey等,2003),澳大利亚(AGSO,2001;Michael—Leiba等,2003)、法国(Flageollet,1989)和瑞士(Lateltin,1997)。在澳大利亚国家地质灾害易损性的城市社区项目(或城市项目)是一项有关分析和评估包括滑坡在内的地质灾害对城市构成风险的计划,所使用的方法绝大多数是基于专家或地貌的启发式方法(AGSO,2001)。大区域的滑坡风险定量评估通常是一项艰巨的任务,因为计算整个地区的滑坡强度和频率是非常困难的事情,即便是借助GIS先进手段也是如此。在实践中,通常使用简化的定性评估程序,就像瑞士的做法一样(Lateltin,1997)(图2-1)。
地质灾害风险评估理论与实践
图2-1 瑞士水与地质联邦办公室采用的滑坡风险评估简化方案
注:表格中E为动能;V为滑坡速度;M为潜在物源物质的厚度;H为泥石流的高度。在这种方法中,没有根据滑坡发生的概率对滑坡事件做进一步的划分。
基于专家经验的定性方法将评估地区划分为几类风险地区:即“非常高”、“高”、“中等”、“低”、“非常低”的不同等级的风险地区。建议要对这些不同等级的风险说明实际应用的含义。例如,在非常高的风险地区,需要物理和非物理治理措施,必须限制更多的基础设施建设等。澳大利亚岩土力学协会滑坡风险分委会发布了有关财产滑坡风险评估的术语和方法指南,该指南综合考虑了滑坡发生的可能性及其可能的后果(与图3-1的方法相似),使用的方法适用于GIS环境的空间分析。
由于GIS技术的普遍应用,越来越多地使用了间接性的敏感性编图方法,而有关利用GIS的专家启发式的地貌编图或指数叠加编图方法(如Barredo等,2000; Van Westen等,2000)方面的出版物越来越少。 如上所述, 目前有关滑坡的数据库的不完善和数据标准的不统一,以及滑坡敏感性、危险性和风险性评估中存在的诸多困难,都需要专家的经验和知识开展滑坡风险评估和区划研究。特别是将地貌学家的启发式推理与计算机辅助模拟相结合的专家模型用以滑坡风险评估。美国开发的SMORPH模型便是这类模型的代表。该模型根据地形坡度和曲度将山坡划分为高、中、低不同的滑坡危险性等级。
风险编图将会从问题导向方法中受益匪浅,如可以仅选择那些已知的、造成破坏的滑坡失稳类型来确定风险影响因素。
3.统计方法的进展
地理信息系统(GIS)非常适用于间接的滑坡敏感性编图。可利用GIS的数据整合技术将使所有可能影响滑坡的地形要素与滑坡编目图结合起来(Van Westen,1993;Bonham Carte,1996;Chung和Fabbri,1999)。Chung和Fabbri(1999)开发出基于预测模拟的统计程序,将有利函数应用于每个参数上。使用该统计方法,可将地形单元或网格元调整为代表某特定滑坡类型未来发生概率的新数值。
值得注意的是,如何在滑坡敏感性统计评估中确定基础编图单元。从DEM中自动生成地形单元分类是主要的挑战之一。Chuang等(1995)定义了“唯一条件多变形”的概念,以此作为统计分析的基础单元对参数输入层进行叠加。M ller等(2001)定义并描述了利用GIS从DEM中生成的“土壤力学响应单元”(SMRU)的概念。以此作为基础单元,将启发式方法与土壤力学方法相结合对德国Rheinhessen地区进行了滑坡危险性评估。Juang等(1992)、Davis和Keller(1997)、Binaghi 等(1998)、Ercanoglu和Gokceoglu(2001)以及Gorsevski等(2003)综合运用了模糊学方法,进行了基于GIS的滑坡危险性评估。
采用实证权重模拟的双变量统计分析一直被广泛应用。该方法可以灵活地测试用于滑坡敏感性分析的输入因素的重要性,并可作为基于专家编图的辅助工具(Lee等,2002;Suzen和Doyuran,2003;Van Westen等,2003)。多变量统计分析也很重要,也是被广泛应用的方法(Carrara等,1999;Santacana等,2003)。根据最近的文献,目前最受欢迎的新的滑坡危险性统计方法是逻辑回归和人工神经网络(ANN)(如Chung等,1995;Rowbotham和Dudycha,1998;Ohlmacher和Davis,2003;Dai和Lee,2003)。ANN为输入层和输出层之间提供了一种转换机制,需要借助MATLAB系统完成有关计算。
用于滑坡风险评估的统计方法存在一些缺陷。一是简化了滑坡影响因素,仅考虑那些容易进行编图的因素或可以从DEM中生成的参数。二是关系到使用的统计方法的假设条件——在相似的环境组合条件下发生滑坡的可能性大。实际上环境因素在不断发生变化。三是不同滑坡类型有着不同的属性特征,应单独进行分析和评估。实践中因种种困难,难于做到这点。统计模型通常忽视了滑坡的时间方面,不能预测控制条件(如水位波动、土地利用变化和气候变化)的影响。因此,统计模型不能提供全面的时间概率信息,从而使其应用到定量风险评估变得困难。然而,如果能够利用特定时间间隔或特定重现期的滑坡编目图来生成统计关系,就会改进统计方法的评估水平。
近年来有一些关于将统计方法与不同时期滑坡图相结合的研究成果发表。例如,Zêzere等(2004)提出了用于葡萄牙里斯本北部滑坡危险性评估的区域尺度概率统计分析方法。他们基于“唯一条件多变形”这一基础单元,利用逻辑回归方法进行了滑坡危险性分析,得出的预测率曲线被用于滑坡敏感性图的定量解释和分类。由于滑坡与特定重现期的触发降雨事件相关,他们还将时间概率值关联起来。Dai和Lee(2003)在香港的部分地区也开展了类似的研究。然而,上述两个案例研究只开展了滑坡危险性评估,没有开展滑坡的风险评估。目前关于应用统计方法开展滑坡风险评估的研究还很少见。Remonodo等(2004)在西班牙北部进行的风险评估(包括使用过去损失数据进行易损性评估)是为数不多的研究案例之一。
4.确定性和动力模型方法的进展
在确定性分析中,根据斜坡稳定性模型计算的安全系数来确定滑坡危险性。确定性模型提供了滑坡危险性最好的定量信息,可直接用于岩土工程设计或定量风险评估。然而,确定性模型需要大量的输入数据,这些数据需要通过实验室试验和野外测量获得,因此仅能在小范围内使用确定模型。Dietrich等(2001)、Gritzner等(2001)、Chen和Lee(2003)、Van Beek和Van Asch(2003)等研究人员,将确定性模型与降雨诱发的潜层滑坡联系起来,开发出了水文动力模型(模拟孔隙水压力的时间变化)与斜坡稳定性模型耦合的GIS模型,用以定量分析临界孔隙水压力值。由美国森林管理局开发的斜坡稳定性模型也是基于无限斜坡方程。Hammond等(1992)使用了该模型并利用蒙特卡罗模拟器得出斜坡失稳的概率值。Davis和Keller(1997)以及Zhou等(2003)还尝试将蒙特卡罗与模糊方法相结合来确定斜坡失稳概率。
用于地震诱发的滑坡危险分析的确定型方法通常是基于简化的Newmark斜坡稳定性模型,Miles 和Ho(1999)、Luzi等(2000)、Randall等(2000)、Jibson等(2000)在GIS的每个计算单元上应用Newmark斜坡稳定性模型,得出滑坡危险性预测值。Refice和Capolongo(2002)还开展了将蒙特卡罗模拟方法与Newmark斜坡稳定性模型相结合的研究。
Anderson和Howes(1985)使用了完全不同的方法。他们开发出将水文斜坡稳定性模型耦合在内的2D模型(目前为CHASM),用于道路边坡滑坡危险性编图。Van Asch等(1993)和Moon 和Blackstock(2003)也使用了该方法对奥地利西部的Vorarlberg的小型汇水流域以及新西兰惠灵顿市分别开展了滑坡危险性评估。Miller和Sias(1998)使用2维有限元模型模拟非承压地下水的通量,计算了水位高度和大型滑坡不同剖面(采用简化的Bishop分隔方法)的安全系数。
GIS被广泛应用于滑坡活动范围的模拟。Dymond等(1999)开发了不同暴雨事件和土地利用情景下,浅层滑坡及其向河网输送沉积物的、基于GIS的计算机模拟模型。高分辨率的DEM是模型中的主要部分。De Joode和VanSteijn(2003)建立了一个简单又完整的过程模型,用以模拟降雨诱发的滑坡初始滑动、沿剖面的径流、物质传输、侵蚀以及在主要沟谷中的泥石流扩展。在模拟滑坡的流动速度和影响范围时,普遍采用了细胞单元自动生成法(Avolio等2000)。
许多研究人员(如Terlien,1996;Montgomery等,1998;Dietrich等,2001;VanBeek,2002)开展了GIS环境下的确定性动态模拟研究。如果输入气象数据,确定型模型就能够预测斜坡失稳的空间和时间频率。最近研发出的一些模型可以预测斜坡失稳后物质的运移过程并确定出泥石流的影响带(Chen和Lee,2003)。这些信息将直接用于滑坡易损性和风险评估。确定性模型与统计模型相比,其优势是可以预测不同的土地利用情景(目前不存在)下的滑坡危险性变化,还可以预测气候条件变化情景下的滑坡危险性。
然而,确定型模型的参数化方面的限制,使滑坡发生的时空频率及其影响范围的预测的准确性具有许多不确定性。在汇水流域尺度上,仅可对诱发机制较为简单、水文构型简单的滑坡能进行模拟预测。由于滑坡发生的时间和空间分布数据有限,难于进行模型的矫正和有效性检验。在滑坡活动范围和沉积带中物质厚度的分布是重要的模型校正与检验参数(Van Asch等,2004)。
② 地质灾害研究新进展
我国地质灾害研究工作一直是围绕着重大工程和重大建设需要而展开的,并且直到解放后才得以迅速发展。50~60年代,重点开展了西南及西北交通干线和三峡等水利枢纽的地质灾害调查(重点崩滑流),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预测和防治方面取得突破性进展,树立了我国地面沉降控制规范。进入80年代以来,我国地质灾害研究得到了空前的发展,并逐步开展了重点地区的地质灾害调查工作,编制了一系列地区性和全国性专门图件;对海城地震、新滩滑坡、元阳滑坡等进行了成功的预报、对东川和宁南泥石流和天津市区地面沉降实施了有效控制。特别是90年代以来,我国政府积极响应“国际减灾十年计划”,地质灾害研究得到进一步重视,开展了如“地震、地质灾害及城市减灾重大技术方法研究”等一批国家及省部级重点科技攻关项目的研究工作。这些都极大地推动了我国地质灾害研究工作的进一步开展。使得我国的地质灾害研究在勘察技术、预测预报水平、减灾防灾手段等方面逐步接近或达到了世界发达国家水平。总结近20年来我国地质灾害研究的成果,比较突出的有以下几个方面:
1.编制了一系列大型地质灾害图件
根据国家经济建设的需求,由原地矿部组织编制了一些全国性大比例尺的地质灾害调查图件,如1991出版的《中国地质灾害类型图》(1:500万)(葛中远主编),1992年出版的《中国地质环境图系》(中国水文地质工程地质勘察院主持编制),1996年出版的《中国分省地质灾害图集》(1∶60万~1∶500万)(段永侯主编)。这些图件从宏观上反映了我国地质灾害类型、区域分布特点及发生规律。是我国目前部署地质灾害勘察研究及制定防灾、减灾、环境保护政策和规划的主要科学依据。作为重要成果,在国内外也得到了广泛交流,在学术界有着重要的影响。
2.地面沉降防治工作取得突破性进展
进入80年代后,我国的地面沉降研究得到了空前的发展,其中以上海、天津的地面沉降研究卓见成效。在动态监测、沉降机理研究、预报模型以及降低地下水开采量和人工回灌等技术方面都取得了显著成绩,特别是在预测预报技术方面,地矿部水文地质工程地质研究所、岩溶地质研究所、上海地矿局和天津地矿局等单位,通过建立拟三维水流和一维地层压密的耦合模型,模拟地下水的水平垂直运动、含水层内外水量交换、弱透水层中水的压力变化以及动态过程中的一维固结压缩。计算评价在最优环境影响状态下,最大安全可采水资源及优化控制调度方案。对含水层在各种采灌条件下的变化规律及地面沉降幅度进行中长期预报。这些技术的研究与应用使我国地面沉降防治水平跨上了一个新的台阶,挤身于世界先进水平之列。
3.地质灾害信息系统建设空前繁荣
随着“3S”技术(地理信息系统、遥感技术和全球定位系统)的发展与成熟,以此为支撑技术的地质灾害信息系统和防灾决策支持系统建设取得长足进展。一大批各具特色的系统软件相继开发出来,使地质灾害的研究上升到一个新的水平。其中以由原地矿部水文地质工程地质研究所开发研制的“地质灾害预测防治智能决策系统”最具代表性,该系统以地质灾害预测防治为目标,将相关的数据库、图型库、模型库和知识库融为一个“四库一体”的耦联整体,实现了四者技术的有机集成,使系统具有空间数据管理、分析处理、空间建模与知识推理的分析功能。可对地质灾害进行时空演化预测、危险性区划、灾害经济评价以及减灾防灾对策选择的任务。在理论和技术上都取得了突破性进展,开创了建设大型地质灾害决策支持系统的先例。
4.地质灾害防治工程领域得到飞速发展
从1994年以来,国家每年投入了5000万元专项基金用于地质灾害治理,从而掀起了地质灾害治理工作的热潮,相继实施了对链子崖危岩体、黄腊石滑坡、豆芽棚滑坡、鸡冠岭崩塌等专项治理工程,形成了一支集勘察、设计、施工为一体的地质工程队伍,同时也使地质灾害防治工程作为专门的工程技术领域逐渐发展起来,形成了一套相对成熟的技术方法,尤其是由中国水文地质工程地质勘察院开发的“地质灾害防治工程设计支持系统”成功地应用于链子崖滑坡治理中,切实起到了灾害治理的示范作用。
5.一些新理论新方法的发展与应用
随着地质灾害研究工作的不断深入,一些新的理论与方法不断涌现,并逐步得到了学术界的认可,比较有代表性的有:
(1)滑坡过程模拟与过程控制理论技术。成都理工学院的黄润秋教授在岩土应力分析的基础上,对滑坡从其孕育、发展演化、激发成灾或防治控制进行全过程的计算机动态模拟。通过将现代数学-力学、非线性科学和计算机图形图像技术结合起来,对滑坡系统的全过程仿真模拟,直观地理性的分析灾害发生影响因素及其强度,再现灾害发生的全过程。从而将滑坡灾害定量化研究向前推进一步。
(2)地质灾害风险性评价理论与方法。在我国将风险性评价引入地质灾害研究工作中是从90年代开始的。到目前为止,地质灾害风险性评价作为一个相对独立的研究领域不断地发展和深化。其基本思想是在评价灾害自然危险性的同时,还考虑地区人口经济密度和抗灾性能等,即灾害区易损性分析,将地质灾害自然属性和社会属性结合起来,综合评价灾区地质灾害发展状况。经研院张梁等以崩塌滑坡、泥石流和岩溶塌陷为典型灾种进行了研究,建立了一套评价指标体系和模型方法,为该领域研究的深入开展提供了范例。
③ 地质灾害的概念
地质灾害属于灾害的范畴。为了讨论地质灾害的概念,有必要先明确何谓灾害。在日常生活中,人们普遍地能够领悟或感受到灾害的存在和灾害的威胁,然而,对于灾害的定义却有不同的说法。
(一)灾害的内涵
在自然灾害学中,有一种观点认为,灾害是指“地球表面因自然变异、人为因素或二者共同作用所引发的对人类生命财产和生存发展条件造成的危害”;另外的一种观点认为,“灾害是由种种不可控制或未予控制的破坏性因素引发的、突然的或在短时间内发生的、超越本地区或本团体防救能力所能解决的大量人员伤亡与物质财产损毁的事件”。此外,还有学者认为,“灾害是由反常(意外)事件导致人类社会遭受的损害”。1984年联合国减灾组织(UNDRO)对灾害作了如下定义:“一次在时间和空间上较为集中的事故,事故发生期间当地的人类群体及其财产遭到严重的威胁并造成巨大损失,以致家庭结构和社会结构也受到不可忽视的影响。”
上述定义在文字表述上虽不完全相同,但在内涵上却有共同之处,归纳起来有以下几点:
(1)灾害就其本意是指后果,而不是现象本身。鉴于人们对某些事物产生的后果有先验的认识,所以,常把具体现象与其对人的损害、威胁联系在一起,不再严格区分它们之间的语义差异,直接把有关的现象视为灾害,如洪水灾害、地震灾害。
(2)从人的利益或者价值取向角度审视,许多客观事物对人的生存、发展是不利的,但不利的程度有差异,而能够称之为灾害的,是指其后果对人是不可接受或不可忍受(危害性最高的等级)的,即造成人员伤亡的那些事物。
(3)灾害具有突发性和能量集中的特点,正是因为突然发生才使人猝不及防,而能量集中则使人难以抵御,酿成严重后果。
(二)地质灾害的内涵
地质灾害是灾害的一种特殊类型,其内涵应包括两个方面,一是要符合灾害定义的要件;二是具地质学属性。缺少其中任一个方面都不能称为地质灾害。
目前有关地质灾害的定义有许多不同的提法,其中我国《地质灾害防治条例》(2003)和《地球科学大辞典》(2006)最有代表性。《地质灾害防治条例》中是这样规定的:“本条例所称地质灾害,包括自然因素或者人为活动引发的危害人民生命和财产安全的山体崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝、地面沉降等与地质作用有关的灾害。”《地球科学大辞典》中地质灾害的解释是:“以地质动力活动或地质环境异常变化为主要成因的自然灾害。在地球内动力、外动力或人为地质动力作用下,地球发生异常能量释放、物质运动、岩土体变形位移以及环境异常变化等,危害人类生命财产、生活与经济活动或破坏人类赖以生存与发展的资源、环境的现象或过程。地质灾害种类繁多、对其范围还没有形成统一的认识。”应该指出,上述两个定义存在一些不完善之处:①一个准确的定义其逻辑规则应是内涵明确,外延方能清楚,而上述定义存在用灾害定义灾害的同义反复之嫌;②对定义灾害的要件,即灾害的本质特征表述不够清楚,缺乏“度”的控制;③定义中更多的是陈述地质灾害的成因或外延(具体灾种),而未能全面地概括地质灾害的基本属性和特征。或许正是这些原因,造成了目前人们对地质灾害与地质环境问题理解上的混乱。
综合以上的分析,我们认为地质灾害是指:可对人的生命财产构成严重危害后果的突发性的地质现象及地质过程。
弄清地质灾害与地质环境问题的关系,有着重要的理论意义和社会管理方面的需要。
④ 地质灾害论文
范文一:甘肃省城市建设地质灾害防治研究
甘肃省境内泥石流、滑坡发育的基础主要是其特殊的自然条件。陡峭的地形、充足的松散土石和突发性水源是泥石流、滑坡形成的三大条件,另外地震作用也是造成滑坡的因素。甘肃地处黄土高原区,境内主要以黄土为主,而黄土由于结构疏松,孔隙大,渗透性强,具强压缩性和自重湿陷性,垂直节理发育,特别是极为发育的顺坡向卸荷节理,使边坡稳定性降低,易发生滑坡和造成严重的水土流失,大量滑坡、崩塌等重力堆积物受暴雨形成的坡面流及洪水的冲刷,源源不断地为泥石流提供固体物质。 通过计算泥石流、滑坡作用强度和危险度,将城市分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级和Ⅳ级四个危险等级。经过对甘肃省灾害防治历史和治理现状的研究,提出存在问题,得到泥石流、滑坡灾害的发展趋势,强调防治的可能性和必要性。 根据对城市的分级,危险度高的Ⅰ级和Ⅱ级的城市应采取治理体系为主,预防体系和管理体系为辅的综合控制对策;危险度不高或较低的Ⅲ级和Ⅳ级的城市应采取预防体系与管理体系为主,治理体系为辅的控制对策;对于威胁城市安全的巨型滑坡和规模巨大的泥石流沟则采用躲避对策。 城市泥石流、滑坡防治规划的最基本原则是预防为主,重点治理。对于不同类型的泥石流、滑坡建立不同的治理模...
范文二:分析地理信息系统的开发工具及其在地质灾难探究中的应用进展
地理信息系统在地质灾难探究中的应用进展
目前,国内外利用地理信息系统,主要用于探究国土和城市规划、地籍测量、农作物估产、森林动态监测、水土流失、地下水资源管理〔4〕和矿产资源勘查〔10〕、潜力评价及开发〔11〕等众多领域。GIS在地质灾难探究中的应用大致有以下几个方面摘要:
(1) 地质灾难评价和管理
利用地理信息系统的各种功能,建立地质灾难空间信息管理系统[12,13,14,管理地质灾难调查资料,显示并查询地质灾难的空间分布特征信息,评价地质灾难的危害程度,分析地质灾难和影响因素之间的关系,提出减轻和防治地质灾难的办法,对将来可能发生的地质灾难进行猜测〔15,16〕。戴福初等利用GIS对香港地区的滑坡灾难进行历史滑坡编录,分析滑坡的时空分布特征和动态和静态环境因素之间的相关关系,对滑坡灾难风险进行评价和危险区域划分〔17〕。
(2) 地质灾难的危险度区划评价
由于各种地质因素本身的不确定性,以及地质因素之间相互功能的复杂性,在收集大量的基础地质环境资料前提下,利用GIS对这些基础资料进行有效地处理来提高数据的可靠性,通过选取合适的评价猜测指标〔18〕,运用恰当的数学分析模型〔19,20,21〕,对探究区进行地质灾难危险性等级的划分,从而为地质灾难的管理及防治和预警决策提供依据。
(3) GIS和专家系统的集成应用
GIS和专家系统的集成应用中,GIS所起的功能主要是管理时空数据,进行空间分析;专家系统所起的主要功能是利用专家知识和空间目标的事实推理判定灾难的危险度〔22〕。二者的结合将使专家经验得到推广,减少野外和室内手工作业工作量,使区域地质灾难的动态管理成为可能。
4 结语
(1)地理信息系统技术已经广泛渗透到了多种学科领域,从比较简单的、单一功能的、分散的系统发展到多功能的、共享的综合性信息系统,并向多媒体GIS、智能化、三维、虚拟现实及网络方向发展,新兴的地理信息系统将运用专家系统知识,进行分析、预告和辅助决策。
(2)地理信息系统的开发工具,从专业开发工具的组成结构上,可以归纳为集成式GIS、模块化GIS、组件式GIS和网络GIS等几个主要类别。其中组件式GIS在系统的无缝集成和灵活方面具有优势,代表了GIS系统的发展方向。
(3)地理信息系统在地质灾难探究中的应用方兴未艾,尤其在地质灾难评价和管理、地质灾难的危险度区划评价和GIS和专家系统的集成应用方面进展很快。
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⑤ 地质灾害研究方面的意义
我国灾害之重、灾史之长、灾域之广、灾种之多是世界少有的。地质灾害已内给我国经济及人民容生命财产的安全造成了重大损失。近40年来,每年由气候、水文、海洋及地震等类型的突发性自然灾害所造成的直接经济损失约为当年新增国民生产总值的25%~35%,占当年国民生产总值的3%~5%,平均每年因灾害死亡的人数逾万人。以地震为例,本世纪全球死亡万人以上的地震共29次,我国占了5次;死亡20万人以上的共2次,这2次全在我国发生。地质灾害问题已成为我国乃至全世界人类社会所必须解决的一个严重问题,迫切需要基础研究的深化和地球系统科学理论的指导。
对地质历史时期尤其是重大地质事件多发的中新生代进行生物古海洋事件方面的研究,无疑会进一步深化对全球地质事件、全球地质构造运动及其动力学机制的认识,这对于解释由岩石圈构造运动所引起的地震等地质灾害的发生具有重要的理论意义。地质系统科学理论方面的突破可以为准确地预报地质灾害的发生提供理论基础。只有准确地预报地质灾害的发生,才能够对即将发生的地质灾害制定出相应的应急措施,减轻由其所造成的损失。
⑥ 地质灾害防治效益评估的理论方法
地质灾害对人类社会具有广泛而深刻的影响。从直接作用看,它造成人员伤亡和财产损失,使生产力遭到严重破坏;从深层次看,地质灾害破坏经济环境和社会环境,从而影响经济发展和社会发展。灾害经济是“守业经济”。实施防灾、减灾措施,是通过对已有人民生命财产和资源环境的保护,减少损失并产生新的价值,因此,防灾工程的投入特点是“以负换正、减负得正、负负得正”,即通过防灾投入资金的“负”效益的作用,抗御灾害的发生,保护受灾体免受或减小侵害,减少或防止灾害损失。其减少或避免的损失部分就是经济效益。在人类发展的任何阶段,不可能完全消除灾害的破坏,只能采取力所能及的措施尽可能使灾害的破坏损失降低程度到最低。所以,我们所强调的不是保证资源和财产免遭损失而不惜付出任何代价,而是尽可能地减少灾害引发的经济损失。基于这一原则,地质灾害防治工程所强调的目标是:一般情况下为“守业”而投入的追加劳动(即防灾、减灾投资等)尽量小于或等于由此而减少的因灾害而引发的活劳动和物化劳动的损失(灾害损失)。
防灾成本实现的防灾价值,主要通过防灾功能来实现。根据价值工程理论,价值是功能与成本的综合反映,也是功能与成本的比值。防灾工程的价值=防灾功能/防灾成本,即防灾价值是单位成本所获得的防灾功能。可以看出关键是要研究清楚防灾的功能。我们将防灾功能定义为通过实施防灾工程所实现的防灾系统所具有的对灾害的防御效能。
防灾工程所实现的灾害防御系统,具有两大基本功能:第一,减轻甚至免除灾害给人类社会和自然造成的损害,实现保护人类的生命安全与健康,减少和消除社会经济的破坏损失,以及避免和减轻环境与生态恶化的功能。第二,防灾减灾的同时还能保障和维护人类的生活和生产活动,促使人类劳动价值的增值(财富增值),实现其间接地为人类社会增值或创值的功能。在相同投入的情况下,这两方面功能发挥的作用越大,防灾价值也就越大,减灾效益也就越好。
12.2.1 指标体系
考察各种地质灾害的危害及作为抵御手段的地质灾害防治工程,概括起来地质灾害防治工程将收到三个方面的效益:经济效益、社会效益和环境效益(图12.1)。三种效益的划分原则是:凡具有经济意义,能用货币价值来衡量的效益,都列入经济效益,是广义的经济效益;社会效益主要是保护人民生命安全和保护实物对象,改善人民生存和生活条件,增加人民身心健康;环境效益是指通过地质灾害防治对生态环境在实现功能有序、结构协调和持续发展等方面所作的贡献,包括调节气候、涵养水源、减少灾害、防止污染、绿化大地、改良土壤、改善生活环境、改善动物栖息条件等。
由于目前的研究水平和所掌握资料的局限性,本次研究未能涵盖以上所列各指标,尤其是经济效益正值所包含的创造财富值
全国地质灾害防治规划研究
式中:k——修正系数;
F(y)s′——同类工程的减灾收益。
少数防治工程除主要取得减灾收益外,还附带有一定的增值收益。对此需根据收益性质进行核算,如农林牧产品收益可根据单位产品市场价格核算。
防治工程的总收益为减灾收益与增值收益的总和。
⑦ 环境地质学与地质灾害学研究现状及发展趋势
从学科内容来说环境地质学应研究地质环境的自然地理地质特征及其演化历史和发展趋势,研究地质环境评价和预测,编制环境地质图系,研究地质环境(包括地质灾害)的勘查、监测和防治技术方法,以及合理利用和保护地质环境的对策和措施等。
1)地质环境评价和预测
定性地进行地质环境评价,如综合区域地质地理条件,地壳稳定性,岩土特性,地球化学背景,可能发生的地质灾害,作出分级区划评价较为易行。但是从整体上对地质环境进行系统分析,定量评价地质环境和预测在国内外仍属薄弱环节。现国际地质界开始重视这方面的研究。国际地科联CoGeoenvironment委员会于1994年建立了环境地质指标体系共27种。其内容涉及新构造活动、侵蚀与沉积、风化作用、斜坡稳定性、地下水、土壤质量、地球化学与地球物理参数、自然景观及其它动态要素,这是国际环境地学研究的一项重要进展,为开展区域性长期观测和建立预测模型奠定了基础。同时,委员会还计划开展“地表过程与土地持续利用”关系的研究。
国际上区域环境地质评价的方法有A.Cendrero等提出的自然单元分级体系为基础,基本上是自然地质地理分区,加上半定量化的指标,该方法在西班牙被广泛应用;有经济评估与风险评估方法,以地质灾害和地质问题作为评价主体,用货币值形式表征地质环境质量的优劣及人类活动对其产生的影响。这在美国有较广泛的应用。如加利福尼亚州城市地质总体规划,旧金山湾地区土地潜力定量评价,美国九大自然灾害的风险评价。中国学者采用系统论观点,提出地质环境是一个内部由岩石、土、水三个子环境系统构成,外部处于大气圈、水圈、生物圈、地球内部圈层及人类社会经济系统作用下的开放、动态和人-自然复合系统,以环境地质问题的强度指数,外部系统的影响程度指数和地质环境的质量指数作为量化指标建立了地质环境系统及其评价预测体系,并作出了21世纪初期中国地质环境态势的预测和评价。
2)环境地质制图
环境地质图(系)是环境地质研究成果的图式化,是直观反映地质环境的重要表达形式。为了便于经济建设规划决策部门使用,不仅要求内容科学化,充分反映区域地质环境特征,分析研究不同地区地质环境与人类活动的相互关系,在自然和人为作用下存在的主要环境地质问题及地质灾害,并进行综合评价,而且要求形式简明易读。国内外编制了不同比例尺的综合性或专门性图件,既有全国性的,如俄、美、加、澳、英等国均将其列入国家级中、大比例尺地质图的构成部分,也有一个城市或一个地区的编图。从编图方法看,在传统的地质学编图方法基础上,借助GIS及最新卫星成果,根据不同指标参数用多元统计方法编制数据库,对地质灾害进行预测,意大利、巴西、美国均取得较好的效果。俄罗斯已将1:200万地质生态图(即环境地质图)列为国家新一代地质图系进行填编,并对1:5万地质制图的要求也从以前的两种(地质图、矿产预测图)增加到与1:20万相同的四种,包括了地质生态图在内。现已编制完成14张1:500万生态地质图,反映了全俄生态地质环境现状及人类活动的影响。
中国水勘院1992年编制出版了中国环境地质图系11幅。它们以地质灾害图件为主,其中8幅为滑坡崩塌类型及分布,泥石流灾害,岩溶塌陷,地下水诱发危害,土地盐渍化沼泽化,沙漠及土地沙漠化,土壤侵蚀,特殊类土及危害。另外3幅则为地质自然保护区、旅游地质资源和环境地质分区图。该图系综合评价了不同地区的环境地质条件,反映了主要地质灾害类型形成和分布发育规律,提出合理保护地质环境、开发地质资源的对策建议。
3)环境地球化学
这是环境地学的重要分支学科。其主要研究内容包括微量元素与健康、地方病的关系,煤和有机物等的地球化学对环境的影响,全球环境变化以及分析技术等。通过地球化学填图可获得元素丰度的背景值,为防治地方病提供科学依据。如中国已查明低硒(低钼)的地球化学环境带,它呈NE-SW向,与克山病分布区域基本一致,从而采取相应防治措施,取得显著成效。众多的地学研究者开展了地质环境中氡、锶、氟、汞等元素与流行病、地方病、癌症发病率的关系研究。氡含量与肺癌死亡率的关系在云南个旧地区得到了验证。矿区的氡含量超出一般地区的23倍,死亡人数达千人以上。大部分氡来自花岗岩中铀的衰变。中国通过编制元素环境化学图、浅层地下水地球化学图、地方性氟分布图、胃癌死亡率分布图和大量资料的分析,有力地说明了地质环境和流行病学的关系。近年来,研究利用自然地球化学作用去除有关化学元素,调整环境条件;还有新兴的植物治理法,利用植物(萃取技术、根际过滤技术、重物固化技术)来清洁土壤中的重金属。因此,环境地球化学的成果在当前环境治理的理论与实践中起着极为重要的作用。
4)地质灾害学
由于地质灾害分布广泛,类型众多,其突发性、复杂性及发生规律尚未充分掌握,往往造成严重灾情,引起社会的关注和众多学科,特别是地质科学的参与和研究,因而逐渐形成并提出了地质灾害学的概念,研究内容包括地质灾害的类型划分,成灾条件,致灾作用,地质灾害的监测、预测和预报,地质灾害的防治原则和对策、决策以及风险分析。其中对地质灾害的决策可分为长期、中期、短期的,临灾的和反馈性的。灾害预报的基本方法建立在类比分析、因果分析及统计分析基础之上。
近10年来国内外开展了重点地区的地质灾害测年研究工作。他们应用同位素测年技术:14C法,铀系法,热发光(TC)法,电子自旋共振(ESR)法测定10~3Ma的年轻地质体、活动断裂、古地震、地质体滑动或运动的年龄以及地质灾害复活(发)周期等取得成效。
如何加强地质灾害预测和防治的理论研究,实现灾害地质现象的实时控制和管理决策过程科学化与人工智能化,是一项新的研究内容。中国专家1989年就研制了“地质灾害分类专家系统”。在此基础上又研制了“地质灾害预测防治智能决策系统”。应用这个决策系统可进行地质灾害时空演化预测,危险性区划,灾害经济评估以及减灾防灾对策的选择等工作。在应用于京、津、唐地区岩溶塌陷、地面沉降、海水入侵地质灾害时,证实了模拟的合理性和实用性。
在全国性地质灾害趋势预测方面中国作了重要的探索。1996年编制了1:600万地质灾害趋势预测图。该图运用地理信息系统的风险评价方法对地质灾害(主要是滑坡、泥石流、岩溶塌陷、地裂缝)进行现状评价;在此基础上,结合降雨条件,区域地震活动,区域地壳稳定程度,区域岩组条件和人类工程活动等因素,运用模糊综合评判模型进行综合评判,划分出地震灾害高、中、低风险区,这对国土整治和减灾防灾有重要意义。
对于地质灾害的评估也是地质灾害学的重要研究内容之一。“八五”期间中国研究建立了灾情评估计算机系统。该系统根据地质灾害勘查与管理需要,将灾情评估分成3种类型:以独立灾害体为对象的点评估,以小面积行政自然区为对象的面评估和以大面积行政自然区为对象的区域性评估。根据灾情构成,将地质灾害评估内容和步骤分为4个方面:危险性评价,易损性评价,破坏损失评价,防治工程评价。应用该系统针对崩塌、滑坡、泥石流、岩溶塌陷、地面沉降、地裂缝、海水入侵、膨胀土胀缩等8种地质灾害进行了研究,为决策部门确定灾害防治对策和管理提供了依据和方法。国际上自1990年开始制定了“国际减轻自然灾害10年”(IDNDR)计划,其中对于灾害定量化的研究是减灾科学中重要的问题。
地质灾害经济评价方面的进展:在开展地质灾害的勘查、监测和防治时,都涉及到经济活动或经济现象,需要作出合理的经济评价。但国内外目前尚缺乏可供借鉴的系统理论、方法和经验。目前在灾害经济评价中采用了价值评价法,还有效益评价法、机会成本法等,为制定和选择防治灾害最优决策方案提供可靠的经济依据。“八五”期间中国学者提出了地质灾害经济评价系统。它包括灾害风险评估(单项和综合地质灾害风险预测及评估,以及危险区预测和评估)和灾害经济评价(防灾方案技术经济评价,含防灾效益评价以及灾害损失经济评价)两部分,其中一系列技术方法的应用具有实用意义。
5)地质环境与地质灾害的勘查、监测和防治
对在人类工程经济活动影响下的地质环境和灾害进行勘查,并对其变化动态进行长期有效的监测,是研究保护地质环境和防治地质灾害的重要依据。不少国家开展对主要地质灾害勘查、监测和防治方法技术的研究,取得重要进展。中国已在各省、市建立了地质环境监测站网,在勘查技术新方法方面有遥感、高分辨率地震、高密度电法、土壤测氡等,并研制了218Po测氡仪和微机音频大地电场仪等两种新型勘查仪器。这种新的勘查技术方法和仪器对调查地面岩溶塌陷、地裂缝、活动断裂、隐伏溶洞、潜在的地质灾害有明显效果。
实践证明,遥感技术和GIS应用于地质环境和地质灾害的监测、管理有广阔前途。加拿大用最新发射的Radarsat最新数据研究环境地质问题。美国学者用雷达研究地壳形变、火山监测、新构造运动取得好的效果,中国学者用大量影像资料展示出煤层自燃火区地质灾害的情况。在第30届国际地质大会上,美、日学者报告了红外遥感技术,德国介绍了用高空间分辨率星载传感器在地质中应用的成果,荷兰将遥感用于灾害预防、防灾准备及减轻灾害3个方面的成果,这些都代表了当前国际上的研究水平。在地质灾害监测新仪器方面中国最近研制了地声监测器,滑坡诱发因素监测仪器,遥控边坡稳定性监测仪器和滑坡自动报警仪器4种类型,为采用多参数、多因素监测灾害发生提供了手段。地声监测对崩塌、滑坡孕育初期十分有效;滑坡诱发因素主要监测滑坡体内土壤含水率,孔隙水压力及土体温度;遥控全自动边坡稳定性系统可同时监测72个点上的滑坡地表位移或孔内位移;滑坡自动监测报警系统则监测滑坡位移参数,有16个通道,位移超过门限值时即发出声、光报警信号,其中一些仪器达到国际先进水平。
地质灾害治理新工艺新设备方面,研制成功MD-50型锚杆钻机,具有多用性,有钻进复杂岩层和处理事故的能力,可用来治理滑坡。此外还有扩底承压式预应力锚索,这是加固崩塌、滑坡体的重要治理工具。
⑧ 国内外地质灾害风险研究开展情况
一、国外地质灾害风险研究概述
区域地质灾害风险评估是以区域地质灾害为研究对象,以地质灾害的区域危险性空间分布规律和承灾体的易损性评估为主要研究内容,是建立地质灾害区域空间预警系统工程的必要环节,主要为制定合理的防灾减灾决策和区域土地规划政策及为减灾防灾管理服务。
自20世纪60年代末或70年代初就开始了以滑坡灾害为主体的地质灾害危险性区划研究,如:60年代末,美国西部多滑坡的加利福尼亚州的滑坡敏感性预测区划及县行政级别的斜坡土地使用立法研究;70年代法国提出的斜坡地质灾害危险性分区系统(ZERMOS)等。进入80年代,世界许多国家和地区都开始了区域地质灾害危险性分区及预测问题研究,如意大利、瑞士、美国、法国、澳大利亚、西班牙、新西兰、印度等。从90年代起,为了推进广泛的国际协调与合作,联合国在1987年通过决议,确定在20世纪最后十年开展“国际减轻自然灾害十年”活动。1991年,联合国国际减灾十年(IDNDR)科技委员会提出了《国际减轻自然灾害十年的灾害预防、减少、减轻和环境保护纲要方案与目标》(PREEMPT),在规划的三项任务中的第一项就是进行灾害评估,提出:“各个国家对自然灾害进行评估,即评估危险性和易损性。主要包括:①总体上哪些自然灾害具有易损性;②对每一种灾害威胁的地理分布和发生间隔及影响程度进行评估;③估计评估最重要的人口和资源集中点的易损性。”把自然灾害评估纳入实现减灾目标的重要措施。围绕国际减灾十年计划行动,北美及欧洲许多国家在已有地质灾害危险性分区研究基础上,开展了地质灾害危险性与土地使用立法的风险评估研究,把原来单纯的地质灾害危险性研究拓展到了综合减灾的系统研究。
美国于1970年开始,对加利福尼亚州的地震、滑坡等10种自然灾害进行了风险评估,1973年完成,得出1970~2000年加利福尼亚州10种自然灾害可能造成的损失为550亿美元。与此同时,由美国地调局和住房与城市发展部的政策发展与研究办公室,联合支持对洪水、地震、台风、风暴潮、海啸、龙卷风、滑坡、强风、膨胀土等9种自然灾害进行预测评估,对美国各县发生的灾害建立了一套预测模型,估算9种灾害到2000年的期望损失。美国组成了一个由10位成员组成的专门委员会,制定了减灾十年计划,把自然灾害评估列为研究的重要内容,要求开展单类的或者综合的灾害风险评估工作。日本、英国等一些国家近年来也陆续开展了地震、洪水、海啸、泥石流、滑坡等灾害风险分析或灾害评估,并把有关成果作为确定减灾责任与实施救助的重要依据。
瑞士是世界上开展地质灾害风险区划研究十分成功的国家之一。为了确保农业用地、建筑用地的安全,预防自然灾害的损失,瑞士联邦政府1979年从立法的高度提出:“在保障国家土地完整性和协调发展的前提下实现土地的合理使用”,并颁布了联邦政府土地管理法(Loi Fédéral sur l’Aménagement Territoire),该法律第22条规定:“各州需要调查并确定处于受自然动力严重威胁的土地范围”。以联邦政府法律为依据,各州政府制定了相应的州政府法律。如沃州(Vaud)1987年制定的土地管理法律第89条规定:“受自然灾害,如雪崩、滑坡、崩塌、洪水威胁的土地,在未得到专家评估、充分论证或危险排除之前,禁止在灾害危险区进行任何建筑活动”。随后制订计划并开展了1∶25000比例尺的斜坡地质灾害风险区划图和1∶10000比例尺危险性区划图的编制和研究工作。瑞士已形成了以国家宪法为指导、州制定具体法、县级政府必须实施的灾害风险评估与预防体系。灾害高危险区域内的建筑一方面属于违法,另一方面作为高风险财产范畴,保险公司绝对拒绝接纳灾害高危险区的财产保险业务,从而保证了瑞士全国范围内对自然灾害的最有效控制。瑞士灾害的风险区划不仅直接服务于建筑规划、政府决策,而且也间接服务于社会保障系统。虽然瑞士是世界上滑坡、崩塌等地质灾害最严重的国家之一,无论是最后一次冰川作用以来,还是近一、二百年以来,瑞士都发生过较为重大的滑坡灾害事件(Flims、Elm、Handa等特大滑坡事件),但由于得益于全国灾害风险区划体系,使其近二、三十年来的灾害损失却是世界上较少的国家之一。
法国是洪水、滑坡、崩塌、雪崩等灾害较为严重的国家之一,早在20世纪70年代就开始全国范围的自然灾害危险性区划研究,区划图直接服务于减灾和防灾工作,从而最大限度地减少了自然灾害的损失。法国在1977年制定的城市发展规划法(Code del’Urbanisme)规定:洪水、水土流失、滑坡、雪崩等灾害危险区的建筑必须受到严格限制。1981年该规划法对自然灾害易发区的土地使用方法又作了具体限制,例如,滑坡灾害危险区分为两类,一类是建筑活动必须禁止的严重危险区,另一类是必须经过充分论证方可从事建筑活动的较危险区。1982年,法国又颁布了自然灾害防治法,并制定了洪水、雪崩、滑坡和地震四种主要自然灾害防治计划。为了进一步预测和尽可能减少灾害所造成的损失,根据该防治计划编制了灾害易发区危险性区划图,包括红色区域(高危险性区)、白色区域(以一种灾害为主的危险区)、蓝色区域(虽然有灾害,但可以预防)。在红色区域,一切新开工的建筑活动是绝对禁止的,而在蓝色区域,进行建筑需要提供充分的论证及灾害后果可靠性评估报告,如果五年之内不采取相关防治措施,财产保险公司可以对建筑方因自然灾害所造成的人员伤亡和财产损失不予赔偿。到1989年,根据全法国的灾害危险性区划结果,法国共有 15600个乡镇受到洪水、雪崩、滑坡和地震四种主要自然灾害的威胁,约占全国乡镇总数的三分之一。由于采取了灾害区划及相应的防治措施,法国的灾害损失得到了有效的控制。
二、国内地质灾害风险研究概述
近20年来,国家十分重视减灾工作,如《中国21世纪议程》关于防灾减灾行动指出:“开展全国自然灾害的风险分析,包括风险辨识、风险估算、风险评估三个部分”。这表明我国已把灾害风险评估作为防灾减灾建设的重要内容,并将之纳入国家可持续发展体系。大多数地方的21世纪议程都把防灾减灾作为可持续发展能力建设的重要任务之一,提出了灾害风险评估行动方案。在我国研究比较系统深入的灾害风险评估是地震灾害。其代表性的工作成果是由国家地震局先后完成的三代《中国地震烈度区划图及使用规定》。该图在对全国区域地震危险性评估基础上,确定了不同地区一般场地条件下在未来一定期限内可能遭遇超越概率为10%的烈度值,即地震基本烈度。综合性自然灾害风险研究也取得了一些研究成果。例如,黄崇福等用模糊集方法建立了城市地震灾害风险评估的数学模型。水利、农林、气象等部门的一些专家分别开展了一些区域性的洪水灾害、森林火灾、台风灾害等风险分析或灾情预测评估研究,编制了风险图,提出了灾情评估或风险评估的方法和技术。虽然这些工作还不够深入和系统,但对指导行业减灾、提高灾害风险管理水平发挥了积极的作用。
我国地质灾害管理工作,自1999年国土资源部发布《地质灾害防治管理办法》,标志着我国地质灾害防治工作逐步走向法制化轨道,为进一步贯彻落实好《地质灾害防治管理办法》,从源头上抓好地质灾害防治,国土资源部发布了《关于实行建设用地地质灾害危险性评估的通知》。通过几年的管理实践,以及适应全社会减灾防灾的需要,2004年3月1日,国务院正式发布《地质灾害防治条例》,使我国地质灾害防治工作有了法律保证。该《条例》规定,在地质灾害易发区内进行工程建设应当在可行性研究阶段进行地质灾害危险性评估,并将评估结果作为可行性研究报告的组成部分;明确要求“在编制地质灾害易发区内的城市总体规划、村庄和集镇规划时,应当对规划区进行地质灾害危险性评估”。明确了评估的主要地质灾害种类,包括崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝和地面沉降。随着我国地质灾害风险评估和灾害防治管理向科学化、法制化方向的逐步发展,我国土地资源的合理与安全使用得到进一步优化,为控制和减少人为诱发的地质灾害起到了重要的作用。
我国地质灾害的风险评估(价)研究工作自20世纪90年代开始兴起,在这一领域的研究中,已经取得了较为丰富的成果,为减灾管理发挥了重要作用。例如,苏经宇(1993)提出了判别泥石流危险性分布的标志和方法。刘希林等(1988)对区域泥石流风险评估进行了研究,给出了区域泥石流危险性评估的8个指标和人与财产的易损性计算公式,并提出了判断泥石流危险性程度和评估泥石流泛滥堆积范围的统计模型,对云南和四川省泥石流灾害风险进行了评估。张梁(1994)等根据环境经济学理论,初步论证了地质灾害的属性特征和风险评估的经济分析方法。张业成(1995)对云南省东川市泥石流灾害进行了风险分析。张梁、张业成、罗元华及殷坤龙、晏同珍等对滑坡灾害危险性和斜坡不稳定性的空间预测与区划进行了系统研究,先后提出了定量评估的信息分析模型、多因素回归分析模型、判别分析模型等,并对秦巴山区和三峡库区滑坡灾害进行了危险性分析与区划。朱良峰(2002)等研究开发了基于GIS的区域地质灾害风险分析系统,对全国范围的滑坡泥石流灾害进行了危险性分析、易损性分析和最终的风险分析。殷坤龙等经过多年研究,开发出MapGIS的滑坡灾害风险分析系统(IASLH)。在该系统中,提出了滑坡灾害危险性分析的信息量模型。该模型根据滑坡分布信息与各滑坡影响因素之间的关系,计算出产生滑坡的信息量,据此,进行滑坡危险性区划,并应用IASLH系统对中国汉江流域旬阳地区的滑坡灾害以及中国滑坡灾害进行了评估。
当前,地质灾害风险研究正处于方兴未艾之时,今后将得到更加迅速的发展,其研究内容将更加广泛,理论方法更加丰富、先进。可以预见,不久的将来,它将成为一项具有完善理论和技术方法的新兴领域。其基本趋势是:向着评估定量化、综合化、管理空间化的方向发展。主要表现为:
(1)从历史与现状分析趋向预测与研究相结合;
(2)从个体分析趋向个体与区域研究相结合;
(3)从定性分析趋向定量化评估;
(4)从单项要素分析趋向综合要素评估;
(5)从单纯的风险评估理论研究发展为风险评估与减灾管理相结合,风险评估与防治相结合,风险评估的目的是为了服务于社会经济建设和减灾管理;
(6)以GIS空间化技术为支撑的多因素信息模型化评估与空间化管理空前发展,将逐步取代传统的调查统计和手工制图,并向网络技术化发展;
(7)研究理论与方法趋向于内容更丰富,形成多学科的融合与交叉,特别是与社会学紧密相结合。
尽管经过20多年的发展,国内外的地质灾害风险研究与评估在理论和实践方面都取得了较为丰富的成果,然而还未形成系统完善的理论与方法体系,也没有统一的评估标准,国内在这一领域的研究还很薄弱,地质灾害的各专业灾害评估仍处于日益深入的探讨和总结过程。主要存在的问题包括:
(1)目前滑坡泥石流灾害破坏损失只考虑了直接的经济损失,对其间接经济损失评估方法的研究很少;
(2)现有的滑坡泥石流灾害风险评估框架与指标体系的目标和构成都不够明确,指标体系不够完整,各分析层面之间的逻辑关系,不同的学者有不同的表述,缺乏普遍共识的评估框架体系;
(3)对于滑坡泥石流灾害的风险可接受水平的研究非常薄弱,没有令人信服的标准体系;
(4)滑坡泥石流灾害风险评估理论和方法还不完善;
(5)滑坡泥石流灾害风险评估中的易损性分析还是一个相当薄弱的环节。在易损性分析中,一般仅考虑了滑坡泥石流灾害的历史灾情中的人员伤亡,而对历史灾情中的经济财产和资源环境的损失很少予以考虑。
⑨ 地质灾害防治工程中的基本理论和几个主要技术
首先,要明来确地质工程的自基本理论问题是什么。著者认为,地质工程的基本理论是地质控制论。防治地质灾害或对地质体失稳防治的认识有两种观点:①荷载支护体系观点;②地质体改造观点。而地质体改造观点是十分重要的一种观点,它的基础理论就是地质控制论,它科学地提出防治地质体失稳的技术措施。地质体改造是地质工程理论的基本组成部分,地质体组成成分、地质体结构及地质环境条件则形成力的平衡。上述三者之一遭到破坏时,便可能产生失稳,对此可以通过改变其组成成分、结构、地质体赋存环境条件达到新的稳定状态。
地质工程工作中常用的地质技术,可概括为以下6个方面:①钻探技术;②物探技术:CT、电磁波层析、地质雷达等;③测试技术:综合测孔、流变试验、刚性压机等;④监测技术:遥测、遥控、立体监测等;⑤地质体改造技术:灌浆、锚固、支挡工程等;⑥计算机技术:数值分析、仿真模拟、反分析、自动化控制等。