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地质灾害治理技术研究

发布时间: 2021-02-27 11:34:11

⑴ 国际地质灾害防治科技研究现状与发展趋势

10.1.1 地质灾害形成机理与调查评价科技研究

(1)降雨诱发型滑坡和泥石流的形成机理

近30年来,降雨型滑坡研究是滑坡研究中的热点课题之一,其核心是通过研究降雨与滑坡的各种关系,预测可能的滑坡状态。据初步统计,全球至少有23个国家的学者对降雨型滑坡进行了不同程度的研究,美国、意大利、日本、英国、澳大利亚、新西兰以及中国香港和内地学者发表的研究论文较多。1984年后,中国香港政府加大了对降雨型滑坡的研究力度。除每年进行降雨滑坡的调查外,特别加强从更深层次上研究滑坡与降雨的关系,降雨滑坡分布发育规律,降雨入渗的水文地质模型,以及应用概率统计和其他数学方法建立更精确的滑坡—降雨关系。随着研究程度的深入,研究者一致认为香港火成岩风化层的非饱和土和残积土特有的性质控制着浅层降雨型滑坡的形成机理。研究结果表明,降雨型滑坡形成机理的本质在于雨水入渗斜坡后破坏了斜坡的应力平衡。因而,从理论上解释雨水入渗后斜坡应力的变化过程,以及雨水在斜坡中的渗透特性和渗透过程,是降雨型滑坡成因机理研究的关键。

(2)岩溶塌陷发育机理和判据研究

日本学者Nogushi(1970)、苏联学者Xоменко(1986)、美国学者Ralphj Hodek(1984)和Thom-as M.Tharp(1995)、俄罗斯学者Anikeev(1999)等,先后采用物理模型试验或数值分析的方法,系统研究了非黏性土潜蚀塌陷的过程。国外一些学者还尝试采用岩土工程离心机进行塌陷试验,如:Borms和Bennermark(1967),Marir(1984),Bertin(1978),Howell和Jenkins(1984),Sterling和Ronayne(1984),Craig(1990),Ablla和Goodings(1996),运用离心机模拟塌陷破坏机理和导致塌陷的临界组合条件,重点研究了上覆在洞穴上方的弱固结砂层的塌陷破坏与洞穴开口大小、洞穴自身强度、弱固结砂层强度和厚度、上覆砂层的厚度,以及地表荷载的关系。

美国、意大利、英国开展的基于GIS技术的地质灾害的风险评价工作中,包含了岩溶塌陷危险性评价。

(3)区域滑坡和泥石流调查与危险性评价

早期的地质灾害空间预测主要依据野外调查与航空相片解译情况,由专家进行地质灾害敏感性判断和评价,故称之为专家评价法(Aleotti和Chowdhury,1999)。该方法评价结果精度取决于野外调查的详细程度和专家的知识与经验,评价中运用的隐含规则使结果分析与更新困难,而且不同调查者与专家得出的结果无法进行比较。

20世纪70年代,以美国加利福尼亚旧金山地区圣马提俄郡的滑坡敏感性图为代表,利用多参数图的加权(或不加权)叠加得到区域滑坡灾害预测图的方法得到大力推广。该方法的优点是克服了使用隐含规则的问题;缺点是权重的确定仍保持主观性,模型的推广应用有一定困难。

20世纪80年代,受统计回归分析和判别分析在石油运移与矿床预测中应用的启发,Carrara(1983)将多元统计分析预测方法引用到区域滑坡空间预测中,并使该技术在世界各国得到迅速发展与推广。如Haruyama和Kawakami(1984)利用数学统计理论对日本活火山地区降雨引发的滑坡灾害进行了危险度评价。Baeza和Corominas(1996)利用统计判别分析模型进行了浅层滑坡敏感性评估,其斜坡破坏的正确预测率达到96.4%,说明了统计预测的适用性。Carrara,Cardinali和Guzzetti等(1991)将统计模型与GIS结合,应用于意大利中部某小型汇水盆地的滑坡危险性评估,结果证明统计分析与GIS的综合使用是一种快速、可行、费用低的区域滑坡危险性评价与制图方法。

20世纪90年代以来,随着计算机技术和信息科学的高速发展,以处理和分析地理空间数据为主要特点,具有属性数据库与图形库动态连接功能的地理信息系统(GIS)技术得到了空前发展,其与定量化的地质灾害空间预测模型方法的结合也成为地质灾害研究的新领域。

Mario Mejia-Navarro和Ellen E.Wohl(1994)在哥伦比亚的麦德林(Medellin)地区分析滑坡、泥石流等斜坡不稳定性引起的区域地质灾害敏感性和土地及生命易损性的基础上,利用GIS技术将两者合成产生了风险评价分区图。Anbalagan和Bhawani Singh(1996)在Anbalagan(1992)关于山区滑坡灾害评估和区划制图研究的基础上,提出了风险评价制图的新方法——风险评价矩阵(RAM)。

Aleollt(2000)采用GIS技术对意大利北部阿尔卑斯山前缘的皮埃德蒙特(Piedmont)地区的滑坡、洪水、雪崩、山谷口堆积等灾害的危险性及综合风险进行了区划性制图研究。Michael-Leiba等(2000)在澳大利亚的一项城市发展规划项目的斜坡地质灾害研究中,把斜坡灾害的危险性、易损性、风险评价作为一体,以GIS软件为技术平台,分别采用平面和三维评价系统,对凯恩斯(Cairns)地区进行了斜坡地质灾害的危险性和风险区划研究。Ragozin(2000)从理论上研究了滑坡灾害风险评价中的危险性、易损性和风险性。提出了考虑危险性评估目标有效期限在内的单个滑坡灾害危险性指标,并用其主要控制因素的概率乘积表示;对于区域性滑坡灾害评估,用给定地区的面积、滑坡发生面积、滑坡数量和时间之间的关系建立定量模型。

10.1.2 监测预报技术方法研究

(1)诱发滑坡和泥石流的临界降雨量与气象预警研究

在诱发地质灾害的降雨临界值研究方面,各国学者用来确定降雨诱发滑坡临界值的方法很多,其不同点在于考虑的因素不同。Glade(1997)建立了确定诱发滑坡的降雨临界值的三个模型,并在新西兰的惠灵顿地区进行了验证。三个模型要求的基本数据为:日降雨量、滑坡发生日期和土体潜在日蒸发量(通过Thornthwaite method方法计算得到)。模型建立的前提是:①假设最大日降雨量的地区,蒸发量最小;②滑坡由最大降雨量诱发。这三个模型基本概括了当前确定诱发滑坡的降雨临界值的方法。

在对美国旧金山湾地区1986年2月12~21日的滑坡和泥石流灾害预警工作中,首先由美国地质调查局分析确定,通过当地电台、电视台以及美国国家气象中心的特别预报方式来进行预警。这次滑坡泥石流灾害的预警分为两个阶段:第一次是2月14日的6个小时灾害危险期,另一次是17~19日之间的60小时的灾害危险期。由于地质条件的复杂性和地形条件的变化,这两次预报主要是针对整个旧金山海湾地区,而不是某一个特定的滑坡灾害地点。根据滑坡泥石流灾害发生后的调查,10处滑坡泥石流灾害发生点有目击者能提供精确的时间,其中有8处滑坡泥石流所发生的时间与预警的时间段一致。

据研究,旧金山湾地区的6小时降雨量达到4英时(即101.6mm)时,就可能引发大面积泥石流。为了监测降雨期间地下水位的变化,他们还设置了若干个孔隙水压力计以观测斜坡中地下水位变化。旧金山海湾地区实时区域滑坡预警系统包括降雨与滑坡发生的经验和分析关系式,实时雨量监测数据,国家气象服务中心降雨预报以及滑坡易发区略图。

1984年开始,香港地区采用雷达图像解译小范围地质构造,用于确定滑坡发生的潜在区域。进而建立了用于滑坡灾害的降雨量监测网络,其中自动雨量计1999年由48个扩展为86个。将雨量资料定时传给管理部门。如预测24小时内降雨量达到175mm或60分钟内市区内雨量超过70mm,即认为达到滑坡预报阈值,即由政府发出通报。香港平均每年约发出三次山洪滑坡暴发警报。

(2)滑坡和泥石流灾害监测技术方法研究

对于滑坡和泥石流的监测,在美国、瑞士、意大利、日本、韩国等发达国家已经做了很多工作,特别是单体滑坡已经达到真正实时监测的阶段。监测内容包括地面位移、地裂缝、地下位移、地下水位(水压力)和水温、地声等。监测技术采用常规监测、自动观测、GPS和卫星通信等相结合(图10.1,10.2)。在我国的香港特别行政区,也建立了比较完善的基于降雨监测的地质灾害监测网络。

图10.1 使用太阳能无线遥控系统(左图)和变形计(右图)

图10.3 分层标自动监测系统及原理示意图(据Amelung等,1999)

在美国加利福尼亚州萨克拉门托,GPS测量已经取代了区域性的地面标高的水准测量。1986年在该区建了38个GPS监测站,1989年后达到了68个。采用严格的测量程序,其大地高程的精度可达到毫米级。我国上海经过近两年应用Ashtech Z12双频GPS信号接收机测定大地高程,于1999年也取得了大地高程精度达3mm的好成果。其优点是对于区域性地面沉降的大范围监测具有事半功倍的效果。

根据美国地调局资料,美国用于探测地面沉降的干涉合成孔径雷达(InSAR)技术还处于开发和试验之中(图10.4)。Gabriel等率先于1989年发表了《测绘大区微小高程变化:雷达干扰测量法》的文章。1993年,Massonet等利用雷达干扰测量法测绘了着陆器地震的地面形变场区。Van der Kooij等用太空飞船干涉卫星孔径雷达资料调查研究了荷兰格洛宁根(Groningen)天然气开采区的地面沉降问题。Marco等利用美国实验研究学会干涉卫星孔径雷达资料对美国贝尔瑞吉(Belridge)油田1992~1996年的地面沉降进行了详细的研究。由于这种探测技术的使用,地面沉降测量的精度已达毫米级,其探测结果能很好地处理成平面二维沉降等值线图。而且该方法可以省去常规水准标石测量的许多人力和物力的投入。因此,不能低估这一新技术的开发应用前景,在目前情况下可以参照国外成功的经验在我国进行试验。

(4)岩溶塌陷监测技术研究

美国学者Benson(1987)提出利用地质雷达进行监测预报的方法,并在美国北卡罗来纳州威尔明顿(Wilmington)西南部的一条军用铁路进行了试验,监测周期为半年,取得了良好的效果。2002年,在国土资源大调查项目的支持下,中国地质科学院岩溶地质研究所在广西桂林柘木镇建立了我国第一个岩溶塌陷灾害监测站,为深入系统地研究岩溶塌陷预测预报方法提供了良好的条件。

图10.4 合成孔径雷达干涉测量获得的内华达州拉斯维加斯谷地

(5)地质灾害监测预警信息传输处理与发布系统研究

发达国家和地区已经越来越重视地质灾害监测的信息化工作。例如美国、日本、意大利、法国和韩国等建立了地质灾害实时监测系统,在实际应用中可以做到实时预警。针对单种地质灾害开展监测预警方面的研究工作较多,多灾种的集成系统尚不多见。

10.1.3 地质灾害治理工程技术研究

(1)地质灾害防治理论

重视基于地质灾害形成机理的地质灾害防治理论研究。如日本针对温泉地区的滑坡特点,研究采用排气工程和地下水截水工程进行滑坡综合防护;法国针对降雨诱发的粘土滑坡采用虹吸排水技术;美国和日本在研究植被覆盖好的地区发生的浅层滑坡,开展采用调整植物类型的生物措施研究等。在地质灾害的防治工程中,普遍采用生物防护系统,注重生态环境保护,日本在滑坡治理中,抗滑桩和建筑地基结合,实现防治工程与土地开发利用相结合。

(2)地质灾害防治工程设计技术方法

国外对于复杂支挡结构设计技术、地下水排水技术设计,基于环境和景观设计的技术规程和实用的计算机软件开发等方面,都进行了大量研究,形成了比较配套的设计计算理论方法和产业化软件。如:美国开发了三维连续体的快速拉格朗日分析软件——FLAC3D,三维模拟离散元程序——3DEC;加拿大开发的地质工程问题和地质环境模拟分析的软件包——GEO-SLOPE Office(GEO-SLOPE Office 5.0 for Windows),已经广泛应用于世界上许多国家的滑坡等地质灾害防治工程设计,形成了模块化的设计软件和方法。

(3)地质灾害治理工程技术

在治理技术上,广泛应用土工织物、预应力复杂支挡结构、地下水排水技术。尤其以美国、西欧、日本和我国的香港特别行政区在地质灾害治理方面投入大,成就显著。如日本地附山滑坡治理工程,耗资达150亿日元(约15亿人民币),可算得上地质灾害防治工程的博物馆。

国外对崩塌和滑坡灾害治理的常见技术工程包括:①冲刷防护工程:防冲坝、沉积坝、护岸、防波坝、丁坝;②减重和反压工程;③地面排水工程:地面排水沟、防渗工程;④地下排水工程:地下排水沟、泄水洞、水平钻孔、集水井和虹吸排水工程;⑤地下截水工程:隔渗芯墙截水,灌浆截水,化学固化法截水;⑥支挡工程:挡土墙、格栅墙、抗滑桩、岩石锚杆;⑦排气工程:用于治理温泉地区的滑坡;⑧生物护坡技术和轻型网状防护系统结合用于崩塌和小型滑坡灾害的治理。

由于水是形成滑坡的重要诱发因素,地面排水工程和地下排水工程总是被首先考虑的治理技术,也是在大型滑坡防治中首选采用的治理技术。美国、日本、新西兰等国在滑坡治理中广泛应用地下排水工程技术,采用水平钻孔排水和排水井、排水隧洞联合排水技术治理滑坡。法国采用虹吸排水技术治理100多处降雨诱发的粘土滑坡。它是一个密封的聚氯乙烯管系统。该技术的最大优点是可以自流排水,降低滑坡的地下水位。

在支挡工程技术应用方面,研究应用大截面抗滑桩、锚索抗滑桩、锚索、小型钢架桩加锚索、微型桩群等多种支挡结构,并在锚索防腐技术、通用的计算方法、设计软件和技术标准方面取得明显进展。减重和反压工程是经济有效的防治滑坡的工程措施。英国Huchinson提出的“中性线”方法为减重和反压计算提供了理论依据。

近年来,发达国家在地质灾害防治工程实践中,在崩塌和小型滑坡灾害治理中应用轻型网状防护系统与生物护坡系统的配合技术,使防治工程进一步向轻型化和美观化方向发展。如SNS柔性支护系统和生物护坡系统,在欧洲许多国家应用比较普遍。

10.1.4 国际地质灾害防治科技研究发展趋势分析

地质灾害防治科技未来总体发展趋势是:重视地质灾害早期预测、预警能力建设,提高地质灾害领域防灾减灾科技水平和能力,建立3S(即:RS——遥感,GPS——全球定位系统和GIS——地理信息系统)技术平台,发展和建立区域地质灾害动态实时监测网站和预测预警信息系统,建立地质灾害信息系统平台和共享通道,提高地质灾害减灾防灾技术的支撑能力。

对地质灾害形成机理的深入研究一直是国际地质灾害研究的难点,而降雨型滑坡研究是滑坡研究中的热点课题之一,重点是研究诱发泥石流、浅层滑坡的临界降雨量随区域和气候变化而变化,揭示降雨与滑坡的各种关系,预测可能的滑坡状态。

应用GIS技术开展地质灾害的区域特征分析和灾情空间制图正成为热点。通过计算机高技术手段(GIS,GPS,RS等)将灾情分析与危险性评价、风险性预测有机结合起来,形成实时预警决策体系将成为灾害地质研究的一个重要趋势。

在各种监测技术方面,发达国家在加强各类地质灾害实时监测台站建设的同时,均十分重视高新技术的应用,高科技空间对地观测技术在地质灾害方面的应用研究也是发达国家的重要研究方向。各种更为先进的遥感探测系统的应用逐步深入,美国、法国、意大利和日本等国都将GPS、干涉雷达遥感在滑坡、地面沉降等动态调查和监测中的应用作为重点研究方向。

近年来,发达国家在地质灾害治理工程技术方面具有如下特点和发展趋势。

在防治理论上:重视基于地质灾害形成机理的地质灾害防治理论研究;注重防治工程与生态环境保护和土地利用结合;形成模块化的设计软件和方法,研究开发新的治理技术方法。

在灾害信息处理方面:各种高速的数值预报已逐步实现;高速、智能化、综合化的通信网络技术、分布式数据库技术和海量数据操作技术的发展,又使灾害通信、计算机网络和信息开发处理融为一体,形成了综合的灾害信息网络系统,使各种分散的灾害信息真正做到资源共享;人工智能、多媒体和三维模拟技术的发展,推动了灾害信息产品的应用和再加工。

⑵ 地质灾害防治效益分析的国内外研究现状

12.1.1 国际研究现状

美国是自然灾害比较严重的国家之一,面临的灾害主要包括洪水、风暴潮、海啸、地震、膨胀土、滑坡、强风、台风、龙卷风等。为减轻这些灾害的损失,开发了很多减灾技术,并通过联邦、州和地方的公共政策付诸实施。保险机构和其他团体的资助,使灾区人们的生产和生活得以维持和恢复。现以美国为例说明地质灾害效益分析研究现状。

美国由联邦应急管理局(FEMA)和保险业牵头,汇编并评估滑坡灾害对经济影响的信息。虽然滑坡和其他自然灾害造成的损失是经常的、广泛的,但并未经常汇总,很难查到。每逢发生滑坡或其他自然灾害之后,不同的机构和组织都可以提出灾情评估,但这些评估差异很大,统计的损失范围不同,而且随着时间不同而有变化。美国国家研究理事会在其1999年提交的《自然灾害的影响:损失评估框架》中得出结论说,目前还没有一个被广泛接受的评估自然灾害,包括滑坡和其他地面滑动灾害损失的框架。由于缺乏这种信息,所以很难制定应对这些灾害的政策,也很难衡量决策的成本-效益以及减灾措施的效果。灾害损失数据库对于帮助政府机构掌握趋势和查明滑坡减灾的进展,是十分必要的。

现介绍Petak和Atkisson根据美国各州的统计数据建立的一套评估方法:针对以上所列9种自然灾害,主要采取5类减灾方法,分别为避灾、区域防护、建筑物加固、建筑物搬迁和场地处理,每一措施都可通过制定或修改公共投资、土地利用、灾害救济、建筑规范等政策予以实施。然而,对任何人、任何地方、任何情况下采取的任何措施都需要有相应的投入,所以必须对每一策略进行减灾效益和费用分析,以评价其综合效果。

具体做法是对每一种灾害选择一组减灾措施,估算可能的减灾效果和费用,即可计算出减灾率(采取措施后减少的损失值与期望损失值之比),其中损失值是指不采取任何减灾措施时估算的损失值。洛杉矶市的经验表明,推行场地平整和土壤分析规范收到了较满意的效果(表12.1)。

表12.1 美国洛杉矶市减灾率估算举例

12.1.2 国内研究现状

我国在一些领域进行的灾害评估,已经在减灾、防灾中发挥了重要作用。例如,我国在一些区域或城市完成的洪水灾害评估、地震灾害评估等,不但为国家经济规划和工程建设提供了重要的依据,而且直接指导了减灾工作。然而,在地质灾害领域,20世纪80年代以前,地质灾害研究主要局限于对灾害分布规律、形成机理、趋势预测等方面的研究,基本依附于水文地质、工程地质和有关的研究工作。20世纪80年代以后,地质灾害风险评估才开始起步,而防治效益评估正是地质灾害风险评估的一部分。经过20多年的发展,我国地质灾害防治效益评估工作在理论和实践方面都取得了一定的成果,但还存在以下几方面问题:

1)没有形成一套完善的效益评估指标体系。

2)由于我国各地区地质灾害特征不同,经济发达程度存在差异,造成经济效益统计标准不同,很难统一。

3)对已经完成的治理工程没有很好地进行总结分析,很难对今后的规划和防治工作起指导作用。

由此,应该说我国地质灾害防治效益评估工作还处于探索阶段。

⑶ 全国地质灾害防治重大科技行动计划研究

在2010年前,以初步建立地质灾害调查、监测和治理的技术支撑体系为目标,重点进行一项重大工程——地质灾害监测预警预报重大工程;两项科研专项:区域地质灾害危险性评价和风险评估的技术方法和重大地质灾害应急救灾关键技术;一个科学计划——地壳表层系统的灾变过程和机理;一个研究基地建设——三峡库区地质灾害监测预警与防治综合研究基地建设。

10.5.1 地质灾害监测预警预报重大工程研究

(1)目标

1)国家目标:建立全国典型地区重大地质灾害监测预报试验基地,改进和完善全国地质灾害预警预报模型,分区按灾种建立重大地质灾害预警判据,建立区域和重大地质灾害监测预报技术平台和信息通道;建立重大工程场区和重要城市地质灾害信息系统,提高地质灾害预测预报准确率,为国家重大工程规划、建设和运营及城市减灾防灾服务。

2)学科目标:揭示地质灾害形成机理和演化过程;攻克地质灾害监测关键技术及其优化组合;完善地质灾害预测预报的理论基础,建立地质灾害预测预报指标体系,提出地质灾害预测预报的关键支撑技术和模型;完善基于GIS的地质灾害信息系统和管理信息系统平台;攻克地质灾害预测预报过程中的一两个关键瓶颈问题,显著提高地质灾害监测预报方面的科技水平,在监测预报的关键技术方面与世界先进水平同步。

(2)主要研究内容

1)地质灾害形成机理与预测预报理论的研究。以突发、频发和群发地质灾害形成机理和诱发机理研究为重点,分区分灾种进行重大地质灾害预警判据、区域地质灾害空间预测、状态预警和时间预报的基本理论研究。

2)地质灾害监测预报指标体系与判据的研究。以区域地质灾害临界预测预报指标体系研究为重点,分别建立不同地区、不同机理条件下地质灾害的早期识别指标和判据,以及预测预报临界判据。

3)地质灾害监测关键技术及网站优化组合的研究。重点开发建立以一种关键技术为支撑、其他技术为辅助的全国地质灾害监测网络,围绕示范区开展监测网站优化组合技术研究。

4)地质灾害监测预报信息传输与处理关键技术平台的研究。重点是全国地质灾害数据库建设、区域地质灾害信息系统平台和信息通道建设,信息分析处理关键技术研究。

5)地质灾害预测预报关键技术与模型的研究。重点是全国地质灾害监测预报的技术平台建设和预测预报关键技术和模型研究。

10.5.2 区域地质灾害危险性评价和风险评估与土地安全利用研究

(1)目标

1)国家目标:开展重点地区地质灾害危险性评价和风险评估研究,提出地质灾害不同危险区的土地利用条件和原则,不同灾害区可能存在的灾害损失评估,为国家西部大开发和可持续发展过程中的土地利用规划提供典型地区灾变环境的参考依据。

2)学科目标:提出区域地质灾害危险性评价和风险评估的指标体系;发展地质灾害评价的理论和有针对性的关键技术及方法,特别是基于RS和GIS的区域地质灾害快速评价技术;揭示不同地区地质灾害空间发生频率和时间概率及其危险和损失概率;揭示区域地质灾害风险评估区划与土地安全利用的关系,为国土资源安全利用提供重要依据。

(2)主要研究内容

1)区域地质灾害危险性预测评价和风险评估指标体系研究;

2)不同区域地质灾害易损性评估技术与方法研究;

3)区域地质灾害危险性预测评价和风险评估理论与技术研究;

4)基于RS和GIS的区域地质灾害快速评价技术研究;

5)典型地区区域地质灾害风险评估区划与土地安全利用的关系研究。

10.5.3 重大地质灾害应急救灾关键技术研究

(1)目标

1)国家目标:建立地质灾害灾情评估技术体系,地质灾害应急调查、监测和治理技术体系,为突发性重大地质灾害应急救灾减灾提高关键支撑技术和决策依据。

2)学科目标:研究不同地区重大突发性灾害应急救灾减灾关键支撑技术,建立不同地区重大突发性灾害地质灾害损失评估技术体系和地质灾害应急调查、监测和治理技术体系。

(2)主要研究内容

1)地质灾害损失评估技术体系研究;

2)不同地区重大突发性灾害应急调查支撑技术的研究;

3)不同地区重大突发性灾害应急救灾监测技术和数据实传输技术的研究;

4)典型突发性灾害应急治理的关键技术研究;

5)重大突发性灾害应急救灾减灾决策系统研究。

10.5.4 地壳表层系统的灾变过程和机理研究

(1)目标

1)国家目标:查明全国重点地区的不同岩土、水与人类大规模工程活动的相互反馈作用过程、灾变机理;揭示重大工程场区群发灾害机理和不同岩土、水作用区的地质灾害中长期发展趋势和规律,为地质灾害危险性区划评价和国家工程规划的土地安全利用提供决策依据。

2)学科目标:揭示地质灾害的自然过程和社会过程,特别是岩土、水与人类活动耦合作用的灾变机理和过程,探讨它们之间的优化利用条件;揭示地壳表层内外动力作用与地质灾害发生演化的关系,特别是灾变链的基本岩土、水环境和诱发地质灾害条件;解决地质灾害形成机理研究的瓶颈问题,寻求地质灾害灾变机理和诱发机理研究的新突破。

(2)主要研究内容

1)全国岩土、水与地质灾害分布的关系研究;

2)典型地区岩土、水与人类工程活动的灾变过程和机理研究;

3)地壳表层内外动力作用与灾变链的关系研究;

4)人类开发利用地壳表层资源的优化过程与岩土、水反馈作用过程研究;

5)地质灾害形成机理仿真模拟试验研究。

10.5.5 三峡库区地质灾害监测预警与防治综合研究基地建设

(1)目标

1)国家目标:国家在三峡库区先后投入了大量的人力和财力进行地质灾害调查评价、监测预警和大规模防治研究,初步建立了区域地质灾害监测网站,完成了县(市)地质灾害数据库建设和群测群防监测预警信息系统,开展了大规模的地质灾害治理工程,因此,对这些研究进行系统的整理、归纳、总结,将为国家其他地区的工程建设和减灾防灾提供极好的范例。

2)学科目标:系统总结和深化三峡库区的地质灾害机理和过程研究,完善三峡库区地质灾害信息系统和监测预警系统,提炼其预测预报判据和进行防治技术集成,为类似地区和区域地质灾害的减灾防灾研究提供示范,以获得事半功倍的效果。

(2)主要研究内容

1)三峡库区地质灾害分布规律与发展趋势分析;

2)三峡库区地质灾害形成机理与预警判据研究;

3)三峡库区地质灾害监测关键技术与网站优化;

4)完善三峡库区地质灾害信息系统与监测预警系统;

5)三峡库区地质灾害防治关键技术集成。

⑷ 地质灾害防治工程中监测新技术的开发应用与展望

季伟峰

(中国地质科学院探矿工艺研究所,四川成都,610081)

【摘要】地质灾害防治工程中对地质灾害体的监测十分必要。本文简要介绍了我国当前地质灾害监测的主要方法及新技术在工程实践中的应用,指出了地质灾害监测工程实践中存在的主要问题,展望了我国在本领域技术发展的趋势。

【关键词】地质灾害监测技术应用展望

自然地质环境和人为活动是引发地质灾害的两大主要原因。在最近的20多年时间里,随着我国人口的增加,经济建设的快速发展,特别是基础设施建设规模的扩大,建设与用地的矛盾十分突出。植被的破坏严重,使山体滑坡、泥石流、地面沉降等地质灾害在全国许多地区频繁发生,严重阻碍了灾害发生地的经济建设和社会发展。

1我国主要的地质灾害形式及危害

1.1地质灾害及常见形式

地质灾害是指由自然地质作用和人为活动作用形成的,对人类生存和工程建设可能构成危害的各种特有的自然环境灾害的总称。

常见的地质灾害形式主要有6种,它们是崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝和地面沉降,简称为崩、滑、流、塌、裂、沉。

1.2三峡库区的主要地质灾害

三峡水利工程建成后将产生巨大的经济效益和社会效益。但它的建设对库区的自然环境也带来一定的直接或潜在影响。三峡工程的一期蓄水、二期蓄水和新城镇的建设已经给库区带来了不少地质灾害问题。在淹没区的新城镇建设中,由于在选址时考虑地质环境因素不够,使有些新城镇从建设一开始就与地质灾害结下了“不解之缘”。主要表现形式为人为高切坡和深基坑诱发的滑坡和崩塌。湖北的巴东、秭归,重庆的巫山、奉节、云阳、万县等地在新城镇的建设中都引发了大量的地质灾害,如何趋利避害是摆在我们面前的重大课题。

1.3地质灾害的主要危害

地质灾害的危害是显而易见的。我国幅员辽阔,地质构造复杂,地貌千姿百态,山地和丘陵面积占国土总面积的2/3以上。全国34个省、直辖市、自治区以及特别行政区均存在着不同形式和不同程度的地质灾害,每年都要造成惨重的人员伤亡和财产损失。其中滑坡、泥石流和山洪等突发性地质灾害被定为国际减灾10年的主要灾种,由于这些灾害具有潜在性和突发性,一旦发生,来势凶猛,常造成断道、断航、构筑物损毁、人员伤亡和财产损失。在我国,每年丧生地质灾害的总人数达800~1000人,经济损失超过100亿元人民币。

1.4地质灾害监测的特点

(1)滑坡等变形体分布通常较为分散,成因机制复杂。开展监测工作前,需有一定前期地质环境勘察、研究工作基础;

(2)地质灾害体大多位于交通、通讯十分不便地区,电源接入也很困难;

(3)目前大多数监测以手动为主,数据汇交速度相对较慢,人工劳务成本较高;

(4)与大坝、桥梁、隧道等固定建筑物、构筑物的安全监测相比,地质灾害监测具有开放的监测边界,条件复杂,自动化监测和遥测等监测手段、监测仪器的选择、固定安装、运行等须注意仪器设备的环境适应性和抗干扰性能,保证正常使用和安全运行。

2地质灾害防治工程中监测的必要性

地质灾害防治工程的监测根据工程所处的不同阶段,可分为施工安全监测、防治效果监测和长期稳定性监测,目前一般简单地统称为监测。在以往的工作实践中经常发现,除经济原因外,在地质灾害的治理过程中存在一定的盲目性。有些地质灾害进行了治理,理由是认为它不稳定。有些没有进行治理,理由是认为它是稳定的。除一些简单粗糙的勘察资料外,几乎没有充分的证据证明一个变形体稳定与否,是否需要进行工程治理。如果对滑坡等变形体进行必要的监测,将会减少这种盲目性,收到事半功倍的效果。

2.1对于已采取工程措施的地质灾害体

对于已采取工程措施的地质灾害防治工程,在治理过程中,根据监测结果进行效果评价,指导施工,及时对设计进行修改;防治工程竣工后,随着周围环境条件的变化,约束条件也会发生变化。如锚索的腐蚀和松弛、地下水位变化、临空面加大、工程质量不高、巨大外力(如地震和大爆破)等,都有可能使一些已经治理过、暂时处于相对稳定的滑坡变形体重新失稳,如不进行持久的监测,它们具有更大的欺骗性和危险性,并非就可以高枕无忧,仍需通过必要的监测来评判它的治理效果和长期稳定性。

2.2对于未采取工程措施的地质灾害体

对于一些未经治理、而又具有潜在危害的地质灾害体,监测也是十分必要的。一些暂时没有资金进行工程整治但又对人民生命财产构成较大潜在威胁的大型滑坡变形体,以投资较小的监测工作来弥补是有效的方法和途径。通过有效的监测既可对其稳定性进行评价,监测结果又可为是否治理和如何治理提供设计依据。用监测的手段对滑坡等变形体进行有效的监控,是一项投资少、见效快的方法,目前已逐步被一些政府官员和业主所接受并推崇。他们也意识到用工程手段进行整治后应该用监测数据来验证,否则是盲目的。但目前仍有相当多的管理和设计部门只注重被动的治理和亡羊补牢,而不注重防患于未然。

3当前地质灾害监测的主要方法

以往作为监测工作的对象,主要是对一些重要的构筑物和大型建设工程的变形、位移、沉降等进行监测,如水利水电大坝、大型桥梁、重要厂房、大型地下隐蔽工程、矿山边坡和尾矿坝等。对复杂的地质灾害体进行监测,则是近些年才逐渐开始应用的,当前采用的主要监测方法有以下几种。

3.1地面绝对位移监测

绝对位移监测是最基本的常规监测方法,测量崩滑体测点的三维坐标,从而得出测点的三维变形位移量、位移方位与变形位移速率。主要使用经纬仪、水准仪、红外测距仪、激光准直仪、全站仪和GPS等,应用大地测量法来测得变形体上某点的三维坐标。

3.2地面相对位移监测

地面相对位移监测是量测崩滑体重点变形部位点与点之间相对位移变化(张开、闭合、下沉、抬升、错动等)的一种常用的变形监测方法。主要用于对裂缝、崩滑带、采空区顶底板等部位的监测、沉降观测等,是位移监测的重要内容之一。目前常用的监测仪器有振弦位移计、电阻式位移计、裂缝计、变位计、收敛计等。

3.3钻孔深部位移监测

对于滑坡等变形地质体来讲,不仅要监测其地表位移,也要监测其深部位移,这样才能对整体的位移进行判断监测。方法是先在滑坡等变形体上钻孔并穿过滑带以下至稳定段,定向下入专用测斜管,管孔间环状间隙用水泥砂浆(适于岩体钻孔)或砂、土石(适于松散堆积体钻孔)回填固结测斜管;下入钻孔倾斜仪,以孔底为零位移点,向上按一定间隔(一般为0.5m或1m)测量钻孔内各深度点相对于孔底的位移量。常用的监测仪器有钻孔倾斜仪、钻孔多点位移计等。

3.4应力监测

对于滑坡等变形体不仅要监测其位移的变化,还需要监测其内部应力的变化。因为在地质体变形(或称运动)的过程中必定伴随着变形体内部应力变化和调整,所以监测应力的变化是十分必要的。常用的仪器有锚杆应力计、锚索应力计、振弦式土压力计等。

3.5水环境监测

对于崩滑体来讲,除了自然地质条件和人为扰动外,水是对滑坡的稳定状态起直接作用的最主要因素,所以对水环境(含过程降雨及降雨强度、地表水的流量、地下水位、渗流量、渗流压、孔隙水压力、地下水温度等)进行监测十分重要。常用的监测仪器有量水堰、遥测雨量计、测钟、电测水位计、遥测水位计、渗压计、渗流计、电测温度计等。

3.6地震监测

地震监测适用于所有的崩滑监测。地震力是作用于崩滑体的特殊荷载之一,因此对崩滑体的稳定性起着重要作用。当地质灾害位于地震高发区时,应经常及时收集附近地震台站资料;必要且条件许可时,可采用地震仪等监测区内及外围发生的地震强度、发震时间等。分析震中位置、震源深度、地震烈度、评价地震作用对区内的崩滑体稳定性的影响。

3.7 人类相关活动监测

人类活动如掘洞采矿、削坡取土、爆破采石、加载及水利设施的运营等,往往造成人工型地质灾害或诱发产生地质灾害,在出现上述情况时,应予以监测并停止某项活动。对人类活动监测,应监测对崩滑体有影响的项目,监测其范围、强度、速度等。

3.8宏观地质调查监测

采用常规地质调查法,定期对崩滑体出现的宏观变形痕迹(如裂缝发生及发展、地面沉降、塌陷、坍塌、膨胀、隆起、建筑物变形等)和与变形有关的异常现象(如地声、地下水异常等)进行调查记录。该法具有直观性强、适应性强、可信程度高的特点,为崩滑监测的主要手段,也是群测群防的主要内容。适用于所有崩滑体,具有准确的预报功能。

4监测新技术的研究与工程实践

4.1国外监测新技术的研究与应用

发达国家在岩土工程及地质灾害监测领域不但有传统的监测方法和仪器,近年来已将高新技术应用于地质灾害预测、预警工程。美国的PDI公司、Geokon公司、意大利Sisgeo公司、瑞士Leica公司、瑞典Geotech公司、德国Zeiss公司、日本尼康公司等在监测方法的创新和新技术的应用方面都处于领先地位。红外技术、激光技术、微波技术、光纤技术、格区式光栅技术、机电一体化、自动化技术、卫星通讯技术、计算机及人工智能等高新技术在监测技术方法和仪器的开发研究中得到了广泛的应用。可以这样讲,作为岩土工程监测一个分支的地质灾害监测及监测仪器,已经不是传统意义上的大地测量仪器,而是实现了传统方法和仪器与现代高新技术的完美结合,把监测仪器的技术水平推到了一个崭新的阶段,并正在向更高层次发展。国外具有代表性的产品有 Leica公司的TCR1800全站仪、TCR2003测量机器人、Geomos系统、DNA电子水准仪、GPS,Zeiss公司的DiNi12系列电子水准仪、North America公司的钻孔多点位移计、Sicon公司的岩土工程监测系列仪器等。

4.2国内监测新技术的研究与应用

国内水电系统和国土资源部都开展了这方面的研究,如水利科学院、中科院有关院所、国土资源部技术方法研究所等。我所伴随着三峡工程的建设,在国土资源部的大力资助下,也开发了多种岩土工程及地质灾害防治监测仪器,如钻孔倾斜仪系列、应力测量系列、地面位移测量系列等监测仪器、多参数遥测系统等,还承担了科技部“崩滑地质灾害自动化监测系统”项目的研究,为测量仪器国产化做了大量的工作,产品在三峡库区和国家的重大工程中得到了较好的应用。我所近几年研究的成果并形成的产品主要有以下8项:

(1)DMY型激光隧道断面张敛测量系统;

(2)BYT型光纤崩滑体推力监测系统;

(3)DZQX新型多功能钻孔倾斜仪;

(4)崩塌无线自动化监测预报系统;

(5)PSD型微位移变形测量系统;

(6)MS型锚索(锚杆)测力系统;

(7)DHS型地层含水率仪;

(8)岩心定向与取心技术研究。

4.3工程监测实践

在研究开发的同时,我所用自己研究的成果积极参与国家重大基本建设工程的监测工作和三峡库区地质灾害防治的工程监测,取得了较好的经济效益和社会效益。最近几年承担的重大监测工程有:

(1)宝成复线清江大断面双线长隧道变形量测;

(2)成昆铁路电气化改造西昌南马鞍堡隧道变形量测;

(3)北京地铁复八线变形量测;

(4)上海地铁一号线人民广场站变形量测;

(5)青岛地铁试验段变形量测;

(6)成(都)—南(充)高速公路高陡边坡变形及量测;

(7)内(江)—宜(宾)高速公路高边坡变形量测;

(8)丹(东)—沈(阳)高速公路丹本(溪)段全线隧道验收工程;

(9)318国道二郎山—康定段 K2794+860~980滑坡的地面位移、深部位移及应力监测;

(10)奉节县、云阳县地质灾害监测工程。

5监测技术发展展望

(1)地质灾害的发生将更加频繁,危害程度更大,监测工作将受到更多的重视,监测成果应用将产生更大的社会效益。

(2)在我们的上级主管部门——中国地质调查局的支持下,我们的监测仪器研究及运行系统软件开发将会得到更多资助,并使我们的监测手段更加完备,登上一个新的台阶,具有更强的市场竞争能力。

(3)自动化监测和遥测是地质灾害监测的发展方向,但目前实施还有很多困难。

(4)地质灾害具有一定区域性,是一项公益性的事业,更需要政府的引导和支持。

6结语

通过几年的监测工程实践,目睹了不少由于忽视地质灾害的工程安全监测和失效工程而导致生命和财产的损失,也看到不少通过监测成功预报灾害而避免灾害发生的实例。在实行工程质量终生追究制的今天,对地质灾害及相关岩土工程的安全进行长期监测显得尤为重要和迫切。

监测工程是地质灾害防治工程体系的重要组成部分,不能重治轻防,应做到治理、防范、监测并重,有时甚至重于工程治理手段。

在一定时期内对滑坡变形体实施监测工程,可以节省大量的投资。

地质灾害防治工程应建立在科学监测的基础上,以监测指导设计、施工、工程效果评价,以科学的态度面对它,应从过去的凭经验和粗糙的勘察上升到定量阶段,只有这样,才能对滑坡变形体进行深入的认识和科学评价。

监测工作不是可有可无的,它是工程诊断的需要,是从事地质灾害研究和预测必不可少的一项工作。

防范重于救灾,监测胜于治理。

参考文献

[1]殷跃平等.地质工程设计支持系统与链子崖锚固设计.北京:地质出版社,1995

[2]黄润秋主编.高边坡稳定性的系统工程地质研究.成都:成都科技大学出版社,1991

[3]乔建平主编.滑坡减灾理论与实践.北京:科学出版社,1997

[4]唐邦兴主编.山洪泥石流滑坡灾害及防治.北京:科学出版社,1994

[5]国家技术监督局,建设部.工程测量规范.北京:中国计划出版社,2003

[6]国家技术监督局,建设部.工程岩体试验方法标准.北京:中国计划出版社,2001

[7]王永年,殷世华主编.岩土工程安全监测手册.北京:中国水利电力出版社,1999

[8]季伟峰主编.工程地质与地质工程.北京:地质出版社,1999.

⑸ 地质灾害防治的经济效益研究

高兴和1高世乐2

(1中国国土资源经济研究院,河北三河,101149;2大连理工大学,大连,116024)

摘要本文着眼于地质灾害防治活动生产的产品、产品的特殊性以及产品生产活动过程的特殊性,从希克斯-卡尔多补偿检验原理及其推论出发,分析了地质灾害防治资源配置的经济效益本质,提出了适合于包括地质灾害防治在内的经济活动的经济效益定义,为建立地质灾害防治的经济效益评价模型奠下了理论基础。

关键词地质灾害防治经济效益

经济效益被定义为产出与投入之比,或以绝对数形式表示为产出与投入之差。地质灾害防治活动的投入是投资者的投资,减灾投入的产出是什么呢?

1.地质灾害防治活动的产品

在人类的物质资料生产过程中,劳动首先是人与自然之间的过程,是人以自身的活动来引起、调整和控制人与自然之间的物质变换过程。地质灾害防治活动,包括预测地质灾害发生的可能性,兴工动料构筑减灾工程都是引起、调整和控制人与自然之间的物质变换过程。

在地质灾害的定义中,人类的生命和财产遭受了危害,生产和生活活动受到了阻滞,资源和环境受到了破坏,这时成灾区范围内人类的生命、财产、生产及生活活动、资源和环境称为承灾体。我们把按照人们对地质动力运动规律的已有认识,对于有发生崩塌、滑坡、泥石流等地质动力现象之势,且在地质动力现象作用范围内有人类的生命、财产、生产及生活活动、资源和环境受威胁的地质体称为势地质灾害体,可简称为势灾害体。在地质动力现象作用范围内受威胁的生命、财产、生产及生活活动、资源和环境称为势承灾体。势灾害体和势承灾体同时存在就称为势地质灾害。地质灾害防治活动是以提供势承灾体安全为产品的经济活动。我们把通过地质灾害防治活动提供的势承灾体安全称为安全品。

安全品的价值就是势承灾体在受到地质动力作用时最大可能损失的价值,称之为势损失。安全品的价值不是在市场竞争中通过价格得以实现,不论是转移了势承灾体,还是通过防治工程,使势灾害体消失了危害之势,只要势承灾体获得了安全,安全品的价值就实现了。

2.安全品生产活动的特殊性

2.1产品用途的单一性

地质灾害防治活动的劳动对象是客观地质体。人们根据已有的认识,对客观地质体进行勘查,当然首先是可能成灾的区域,尤其是成灾严重的区域。为了保证势承灾体的安全,经过论证,对于极易成灾,且一旦成灾则灾度很高的点要兴工动料建造防御工程,改变地质体应力状态。就过程而言,对客观地质体的认识是勘查过程,这与地质勘察一样。对于兴建工程,地质体改变应力状态这一阶段又类似于建筑业,兴工动料,生产单件性产品。虽然少数减灾工程除了具有减灾功能外,还可以结合具体条件综合开发其他产品,但我们的目的是防止地质灾害发生,遇到这种情况可以分开讨论。

2.2安全品是一种公共物品

势承灾体和承灾体是宽泛的概念,我们不能排除防治区域内任何人及其所有物从地质灾害防治中获得安全,也不会因为区域内多有一个人及其所有物而使另外人及其所有物的安全受到威胁。因此,地质灾害防治活动的产品具有公共物品的属性。安全品的公共性决定了地质灾害防治活动的出资人必为政府,包括中央政府和地方政府。政府出资的方式可以是财政拨款,也可以是政府出面,在一定区域内,按某种规则集资。

2.3安全品生产活动中资金运动的特殊性

工业的资金,从用货币在市场上购进生产要素开始,经过生产过程生产出产品,再用产品从市场交换回货币资金,这样一个过程又一个过程循环运动。其中一个环节受阻,整个资金运动就会停止。事实上,地质灾害防治活动也要连续不断地完成这四个环节,防治活动才能不断地进行下去。我们来分析资金运动过程的特殊性。

2.3.1决定生产过程是否进行的是业主

从事地质灾害防治活动的企业,用货币资金从市场上购进生产要素,获得具有专业知识的劳动力和劳动手段,为勘查活动做准备,这一环节与工业企业没有差别。完成生产准备之后,资金进入生产过程。劳动力与劳动资料结合作用于劳动对象,对客观地质体可能发生地质动力现象的情况获得认识。一般要作出三种选择,一是成灾可能性很小,成灾灾害损失很小,不必采取预防措施;二是成灾可能性较大,灾害损失也较大,但种种原因使得兴建工程,改变客观地质体的应力状态并不经济,这时可选择转移能够转移的势承灾体;三是必须兴建防灾工程。做出决定之前,需要进行方案比选的效益分析。做完选择并实施后,生产过程就结束了,资金进入了产成品状态,这一环节与工业企业也没有差别。但在生产过程进行之前,生产要素进入企业之后,与工业企业不同,劳动对象不像工业企业那样,购进材料加工处理,购进什么材料,从哪里购都由企业自己决定。地质灾害防治企业对自然地质动力现象进行勘查之前要通过国家有关部门的认可才能进行。这是资金运动过程中与工业企业的资金运动在空间位置确定上的差异,是地质灾害防治活动特有的经济关系的反映。

2.3.2产成品没有实物形态

工业企业的生产过程结束,产成品有时要在企业留滞一段时间。产成品一般是实物形态。地质灾害防治活动企业产出的安全品不会在企业留滞,没有实物形态,具有信息产品的特征。

2.3.3“惊险的一跃”在生产过程进行之前

工业企业的产成品要在市场出售换回货币资金。这一环节完成,资金就完成了一个循环,一个产品的物质生产过程也就完成。这一阶段是价值实现阶段,这是一个十分重要的环节,马克思说这是“惊险的一跃”。产品是否适应市场需要,产品的质量性能,产品个别劳动与社会平均劳动的差别,都要在这一环节上表现出来。如果产品不是社会所需要的产品,那么就卖不出去,产成品就完不成“惊险的一跃”。如果产品的质量、性能不高,那么买者就不愿买,或低价卖或销售不畅,完成“惊险的一跃”就很困难。产品的价格要以市场上的价格表现出来。售价与成本之差是产品生产者的利税,如果售价高于成本,那么产成品转化为货币资金,也就大于投入的生产要素成本,否则转化的货币资金或等于或小于投入的生产要素成本,企业就没有利润。地质灾害防治活动企业的产成品是安全品,一经生产出来,立即就被势承灾体的所有者或占有者、使用者直接享用,看不到直接的惊险一跃过程,没有产成品直接转化为货币资金的过程,即不是用产成品直接在市场上交换成货币。但是地质灾害防治活动要继续下一生产过程就必须获得货币资金的补充,谁来补充,这一问题涉及到地质灾害防治活动特有的经济关系:自然地质灾害应由政府再投入货币资金,人类直接诱发地质灾害应由诱发者投入资金。尽管地质灾害防治活动的产成品没有直接的“惊险的一跃”过程,但仍有产品质量和个别成本与社会成本的差别问题存在。显然,对地质动力现象的产生、发展和变化认识结论常与实际不符,则必失信于人,企业要在“惊险一跃”中摔伤。如果减灾投入比承灾体的损失还大,那么减灾企业的继续存在就没有意义,“惊险一跃”之后也就难以再获得出资人的投资了。然而,对于出资人来说,从事地质灾害防治活动的企业对地质动力现象的产生、发展和变化认识结论与实际相符的程度却是投资产生效益的关键之一。因而从事地质灾害防治活动的企业的“惊险一跃”不在产品生产出来之后,而在资金投入之前。信誉程度、企业等级是地质灾害防治效益的分析指标。

2.3.4社会财富总量即时不增

在市场经济中,一般经济活动在“看不见的手”的指挥下,自觉不自觉地从自然界获取物质和能量,增加社会财富。而地质灾害防治活动是动用已经获得的社会物质财富防止更大量的已经形成的社会物质财富损失,其基本出发点和归宿点是如何减少灾害给社会经济和资源带来的破坏与损害。这个特性说明,除非结合其他以经营为目的的工程或间接影响,一般地,地质灾害减灾工程没有资金回流,投入资金的成本都会被安全品的价值即时抵消。

3地质灾害防治活动中资源配置的优化和经济效益再定义

3.1资源配置的优化

资源的有效配置是我们研究经济问题的出发点和归宿点。整个社会的资源配置效率与个体经济行为主体的经济效率不同,对个体经济行为主体来说,少消耗、多产出就可以说是高效率,这对于单个的地质灾害防治工程也一样。可是整个社会的经济系统,如果在特定时间和资源数量给定的条件下,要产生最大社会福利才有高经济效率。

经济学给出了实现帕累托效率的三个充要条件:一是交易的最优条件,对于消费品,每一个人对每一种消费品的边际替代率相等。二是生产条件,对有限的资源,每一生产者使用的各种资源的边际技术替代率相等。三是产品替代的边际条件,对每一种产品和对消费该产品的每一个人来说,产品生产的边际转换率等于消费品的边际替代率。这三个条件也是市场的最优条件。

从这三个条件中我们可以看到社会应该分配给地质灾害防治的资源是多少。但是,我们前面提到安全品,尤其是对纯自然因素可能导致的地质灾害防治生产的安全品近乎纯公共物品,而纯公共物品使得市场失灵。因此,要能在宏观上获得最佳经济效益,仅靠市场去调节,上述三个条件就实现不了。上述三个条件是严格准确的,理论上可以进行测算分析,找到资源投入的最佳量,但是操作起来相当困难。

帕累托效率给出了逻辑严密的经济效率定义,但现实中能够实现帕累托效率的完美政策不多,大多数情况下,公共政策都会使一些人的处境变坏。为解决这一问题,产生了补偿定理。如果不能实现一个人或一些人的福利增加,而任何人的福利不减,事实上还可以有更优的决策。假如政策A实施时资源利用的状态为原状态,引入政策B并实施后的资源利用状态为新状态。如果政策B的实施,使社会净收益大于实施政策A时的原有状态所获得的社会净收益,就可以认为是一次帕累托改进。受益者可以将其增加的福利转移给福利损失者一部分用以补偿其损失,如果在政策B的实施中没有实现福利转移称为潜在的一次帕累托改进,如果福利转移实现了就称为一次实际的帕累托改进。不管是潜在的改进,还是实际的改进都使资源的配置进一步优化了,经济效率提高了,这就是希克斯-卡尔多补偿检验(Hicks-Kaldor Compensation Test)思想。这一思想给出的原则被称为补偿定理。

如果社会净损失必须发生,那么使社会净损失可减少的一次政策改进,也应该是一次帕累托改进。假如政策A实施后的资源利用状态为原状态,此时,不管受损失个体成员各损失多少,社会净损失总和为X1。当改变政策A而实施政策B后,资源利用状态为新状态,在新状态下不管受损失的个体成员的损失如何变化,各是多少,社会净损失总和为X2。如果X1-X2>0,那么政策B就使资源配置进一步优化。从政策A到政策B所受损失增加者的增加损失量可以得到补偿。若这种补偿在政策B实施后没有发生,我们也称之为从政策A到政策B是一次潜在的帕累托改进;若实际补偿发生了,我们也称之为从政策A到政策B的一次实际帕累托改进。以此为准则衡量政策的优劣,无疑是正确的。这个认识源于补偿定理,我们姑且称之为补偿定理推论。

3.2经济效益的再定义

通过上面的分析,按经济效益的通常定义,地质灾害防治经济效益似乎可以理解为投资者投入资源,地质灾害防治企业生产出安全品的势损失与投资者投入的资金之比。但是,在通常的经济效益定义中,投入是对生产产品的投入,产出是生产活动的直接结果,而在上面的理解中,投入没有疑问,可是产出就有问题了。安全品的价值独立于地质灾害防治活动过程之外,并且在地质灾害防治活动之前就已经存在了,因此在理论上说不通,这种理解还存在偏差。

补偿定理及其推论从整体着眼使得资源配置更优,已经不再局限于具体的生产过程,而是对比决策的社会净收益,而且个体资源配置优劣必须以整体资源配置优劣为前提。所以,可以依据补偿定理及其推论,把经济效益定义的内涵和外延扩大。我们把不进行投入,也没有产出的决策称为不作为决策或零决策。至此,我们可以把经济效益定义为:相对于零决策的决策产生的社会净收益。为便于比较,经济效益形式以资金利税率的形式表达为宜。显然,这样的定义包含了通常的经济效益定义。

这样定义的经济效益给出了经济效益评价的方法。获益者可以补偿损失者,即使实际补偿没有发生。净效益最大,也就是收益与总费用之差最大,或总收益与总费用之比最大。由此可见,已有的经济效益定义,用于地质灾害防治,虽然理论上有偏差,但计算式仍然正确。用补偿定理推论来表述地质灾害防治经济效益十分顺畅。就单个地质灾害防治工程来说,把投入资源看成一种损失,没有资源投入时的损失为势损失X1,有资源投入时的损失为X2,两种政策下效益的最低水平为X1-X2≥r(r是在评价区域内与等量资金可以获得的平均利税额),或(X1-X2)/X2≥nR(R是评价区域内的年平均资金利税率,n是地质灾害防治工程的设计寿命年限)。就地质灾害防治的区域经济效益而言,如果把势损失按大小排队,再把减灾投入相应地列出来,那么每一个项目都有一个经济效益。现按经济效益从大到小依次排队,当经济效益小到等于其他行业资源投入的平均的资金利税率时,大于或等于这个经济效益水平以上所有项目所需资源投入之和,即为当期政府应投入的资源数量。政府投入这样的资源量在宏观上能够接近实现帕累托效率。这就是说,向地质灾害防治投入资源的边际利税和是递减的,当边际利税和等于其它产业的平均边际利税和时,能够接近于帕累托效率。如果政策B是从无限多个方案中比选出来的,那么,就类似于用弦位法或牛顿法解方程,其解无限接近精确解一样,其资源配置效果无限接近于帕累托效率。

⑹ 开设地质灾害的综合防治的大学或研究机构有哪些 我想考研,地质灾害的综合防治方向,帮忙推荐一下!

你好,楼主,我在研招网(学信网)查询了一下,总共65个招生单位招收地质资源与地质工程 专业。
如下招生单位招收 地质资源与地质工程 专业,你所说的地质灾害综合防治是 地质资源与地质工程的一个二级学科,一般院校均会涉及这个方向的。考研不难,关键是选好学校,定好复习计划,祝你好运~

2011年全国硕士研究生招生专业目录查询
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(21)辽宁省 (10147)辽宁工程技术大学 否 否 否 否 是
(22)吉林省 (10183)吉林大学 是 是 是 是 是
(23)黑龙江省 (10220)东北石油大学 否 否 否 否 是
(31)上海市 (10247)同济大学 是 是 是 是 是
(32)江苏省 (10284)南京大学 是 是 是 是 是
(32)江苏省 (10290)中国矿业大学 是 是 否 否 是
(32)江苏省 (10291)南京工业大学 否 否 否 否 是
(32)江苏省 (10294)河海大学 是 是 否 否 是
(33)浙江省 (10335)浙江大学 是 是 是 是 是
(33)浙江省 (85302)国家海洋局第二海洋研究所 否 否 否 否 否
(34)安徽省 (10359)合肥工业大学 是 否 否 否 是
(34)安徽省 (10361)安徽理工大学 否 否 否 否 是
(35)福建省 (10386)福州大学 是 否 否 否 是
(36)江西省 (10405)东华理工大学 否 否 否 否 否
(37)山东省 (10423)中国海洋大学 是 否 是 否 是
(37)山东省 (10424)山东科技大学 否 否 否 否 是
(37)山东省 (10425)中国石油大学(华东) 是 是 否 否 是
(37)山东省 (10429)青岛理工大学 否 否 否 否 是
(41)河南省 (10078)华北水利水电学院 否 否 否 否 否
(41)河南省 (10460)河南理工大学 否 否 否 否 是
(42)湖北省 (10489)长江大学 否 否 否 否 是
(42)湖北省 (10491)中国地质大学(武汉) 是 是 否 否 是
(42)湖北省 (11075)三峡大学 否 否 否 否 否
(43)湖南省 (10533)中南大学 是 是 是 是 是
(43)湖南省 (10534)湖南科技大学 否 否 否 否 否
(45)广西壮族自治区 (10596)桂林理工大学 否 否 否 否 否
(50)重庆市 (10611)重庆大学 是 是 是 是 是
(51)四川省 (10613)西南交通大学 是 是 否 否 是
(51)四川省 (10615)西南石油大学 否 否 否 否 是
(51)四川省 (10616)成都理工大学 否 否 否 否 是
(51)四川省 (10619)西南科技大学 否 否 否 否 否
(52)贵州省 (10657)贵州大学 是 否 否 否 是
(53)云南省 (10674)昆明理工大学 否 否 否 否 是
(61)陕西省 (10697)西北大学 是 否 否 否 是
(61)陕西省 (10704)西安科技大学 否 否 否 否 是
(61)陕西省 (10705)西安石油大学 否 否 否 否 否
(61)陕西省 (10710)长安大学 是 否 否 否 是
(61)陕西省 (83306)煤炭科学研究总院西安研究院 否 否 否 否 是
(62)甘肃省 (10730)兰州大学 是 是 是 是 是
(65)新疆维吾尔自治区 (10755)新疆大学 是 否 否 否 是

⑺  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。

⑻ 国内地质灾害防治科技研究现状与形势

10.2.1 研究现状

10.2.1.1 地质灾害调查评价

1991年以来,国家先后在31个省(区、市),开展了以地质灾害现状调查为主的1∶50万或1∶20万区域环境地质调查工作,编制了1∶500万中国地质灾害图系和1∶50万地质灾害图集。自1999年开始,开展了以威胁居民点的地质灾害为对象、以县(市)为单元的地质灾害调查与区划工作,截至2003年底,已完成约157万km2的545个县(市)的调查。基本查明全国各省(市)地质灾害灾种类型和分布。

在地质灾害评价的理论方法方面,晏同珍和殷坤龙(1987)利用二态变量的多元回归模型对汉江河谷安康、旬阳河段进行了滑坡空间预测;黄润秋等(1992)在三峡库区岸坡稳定性预测中应用了逻辑信息模型;许强和黄润秋(1994)以及周平根(1997)还将神经网络方法引入了斜坡和古滑坡稳定性空间预测。模糊数学方法也是目前地质灾害空间预测中理论成熟、应用较为广泛的方法之一。

2001年,成都理工大学完成了国土资源部重点项目“山区流域地质环境与地质灾害评价的GIS系统”,进一步促进了地质灾害危险性区划技术发展,初步实现了小流域崩塌和滑坡地质灾害的危险性区划。

在岩溶塌陷研究方面,中国地质科学院岩溶研究所先后开展了“中国南方岩溶塌陷研究”、“长江流域岩溶塌陷研究”和“中国北方岩溶塌陷研究”等项目,此外,有关单位还开展了“铁路沿线岩溶塌陷及防治”工作,基本摸清了我国岩溶塌陷发育的现状和宏观分布规律,确定了我国岩溶塌陷基本类型。岩溶所在1993年开展了以大型物理模型试验和渗透变形试验进行岩溶塌陷发育机理试验研究。从1997年起,开发了桂林、玉林和六盘水3个城市的岩溶塌陷地理信息系统,并对岩溶塌陷灾害风险进行了评估;2002年,岩溶所完成了“1∶400万全国地面塌陷风险区划”工作。

10.2.1.2 地质灾害监测预报技术

(1)地质灾害气象预警

2003年5月,在中国地质环境监测院主持全国地质灾害气象预警技术工作中,利用滑坡泥石流发生前15日降雨量建立临界过程降雨量预警判据模式图,并结合具体区域进行校正。确定针对特定地区α线(临界发生)和β线(暴发界线)为两条滑坡泥石流发生的临界降雨量线,α线以下的区域地质灾害发生的可能性小(接近α线可能性较大),α~β线之间的区域可能性大,β线以上的区域为警报区(可能性很大),三个区域代表了三个预报等级。在6~7月份的应用证明,对滑坡泥石流灾害的预警作用是明显的。

2002年,浙江省启动了“浙江省突发性地质灾害预警预报系统研究及应用示范”地方攻关项目,四川和浙江两省在探索突发性地质灾害的概率预警方面做了很多探索性工作。

2003年,科技部启动了“降雨诱发区域性滑坡灾害预警预报系统示范研究”攻关项目,在江西上饶地区,应用雷达遥感自动探测技术开展诱发滑坡的暴雨条件研究,并结合滑坡现场地面仪器监测,研究区域性滑坡灾害形成机理和预警预报模型。

(2)地质灾害监测预警

我国在上海、天津、苏州、西安等市已经建立了地面沉降监测预警网络,特别是上海市已经建立了集地下水、分层标、大地水准测量、GPS等常规监测与自动监测相互结合的地面沉降监测预警系统,达到了国际领先水平。

3S技术在三峡地质灾害监测方面取得了较大进展。“六五”至“九五”期间,原地质矿产部和国土资源部在三峡库区进行了多次遥感飞行,并广泛应用于地质灾害的监测预警领域之中,建立了基于遥感技术的有关地质灾害解释标准和规范;在库岸稳定性研究中,利用彩色红外航空照片对崩塌、滑坡进行了解译;2003年4月,中国地质调查局在库区进行了彩色红外航空摄影,获得了二期蓄水(坝前135m水位)前的地质环境本底值,并对地质灾害进行了解译。

1999年1月,国土资源部在三峡库区秭归-新滩段建立了“长江三峡库区崩塌、滑坡地质灾害监测工程试验(示范)区”,初步建立了库区地质灾害GPS基准网,在局部滑坡体上建立了单体监测网,并着重对GPS用于滑坡监测的可行性进行了系统和深入的研究。

1999年,国土资源部完成了“长江三峡库区崩塌、滑坡地质灾害监测工程试验(示范)区”示范工程之“地质灾害信息系统(GGIS)和预测预警系统”的建设。中国地质环境监测院完成了国土资源部2000年科技专项计划“长江三峡地质灾害监测与预报”之“三峡库区地质灾害信息系统(GHGIS)工程化开发”,并运用到库区19个县(市)及重大工程的地质灾害调查(付小林等,2003)。武汉大学完成了“长江三峡地质灾害监测与预报”之直接提取变形量的高精度、快速GPS解算软件开发项目。

从2002年开始,国家相关部门又投资1.5亿元全面系统地建立三峡库区地质灾害监测网络。目前,该项工作正处于实施阶段。

2002年,科技部设立了重点研究项目,由中国地质科学院地质力学所负责开展三峡库区地质灾害预警研究。项目采用雨量监测、地质调查、分维计算方法和GIS自动成图技术对地质灾害进行预测预警。

近年来,我国其他地区的地质灾害监测工作也取得了长足的进步。以四川雅安峡口滑坡为对象,应用GPS技术、钻孔倾斜仪、自动水位观测计、自动位移监测仪、TDR、排桩、自动雨量计等技术,开展了滑坡监测新技术新方法的研究,并采用自动传输技术对数据进行实时传输。在水电、铁路、公路、矿山等部门,已经对数十个乃至数百个单体滑坡位移(包括地表位移和深部位移)和孔隙水压力等指标进行了长时间监测,取得了许多宝贵数据。

在岩溶塌陷监测预测方面,通过进行岩溶塌陷的模型试验研究,得出岩溶水压力变化对塌陷具有重要的触发作用的结论,以此作为衡量塌陷发生的临界条件具有重要的预测意义(蒋小珍,1998)。2000年,岩溶研究所在广西桂林柘木镇建立了岩溶塌陷灾害监测站,主要监测塌陷的触发因素——岩溶管道裂隙系统水(气)压力的动态变化。一年多来的监测结果表明,新塌陷的产生与近一个月的岩溶水气压力的大幅变化有关。

10.2.1.3 地质灾害治理技术

自1992年以来,原地质矿产部进行了一系列地质灾害的调查、评价和防治工作,在地质灾害防治的地质工程理论研究、设计理论和设计方法上均积累了经验。特别是在进行备受世人关注的“长江三峡链子崖危岩治理”中,充分运用了计算机辅助设计技术,并开始进行参数化和智能化设计。在防治工程中,先后对三峡链子崖危岩体、四川万县豆芽棚滑坡、四川汉源滑坡、四川宜宾翠屏山滑坡等进行了预应力锚固防治工程,采用了大吨位预应力锚索、锚拉桩等技术。

1997~2003年,开展了“三峡工程库区移民迁建新址重大地质灾害防治研究”,对迁建区的岩溶及岩溶地质灾害、巴东组泥灰质岩石易滑层位的工程地质特征、工程库岸防护技术、库区人防工程对移民新址的危害、人工高边坡稳定性评价及防护技术方法、弃渣处置加筋土挡墙稳定性进行了深入研究,并初步建立了巫山和巴东县防治示范区,开展了基于治理的滑坡体开发利用的研究,在研究了国内外与滑坡防治设计与施工相关的技术规范和较为成熟的技术方法基础上,结合三峡库区特点,编制了《长江三峡工程库区滑坡防治工程设计与施工技术规程》。

我国在铁路、水电、公路和城市建设中,开展了大量滑坡、崩塌、泥石流治理工程技术的滑坡治理单项技术研究,建立了包括地表排水工程、地下排水工程、削方减载工程、扶壁反压工程、抗滑桩(键)、支撑桩工程、锚固工程和混凝土承重抗滑工程、注浆工程等的技术规程。

铁路泥石流防治中,采用明洞、隧道、渡槽、急流槽、重力拦挡坝及钢轨格栅坝等工程防治泥石流;运用模型试验对大型泥石流沟防治工程进行科学论证,使防治工程方案更加合理。

近年来,我国在公路崩塌和滑坡防治工程实践中,在崩塌和小型滑坡灾害治理工程中,应用了轻型网状防护系统与生物护坡系统相互配合的技术。如喷射厚层种植基材绿化,这是近年来发展起来的一种生物护坡系统,是运用机械将含有植物种子的有机基材喷射到坡面上,使坡面达到迅速恢复自然植被的一种新型护坡技术。它施工工艺简便,绿化效果好,对于坡度大于1∶0.5岩质边坡的治理效果尤为明显。

10.2.2 存在的问题

(1)缺少一套快速调查和评价的高新技术方法

快速调查识别技术(如高精度的遥感图像及其识别技术)较为落后。对地质灾害评价指标体系和技术方法,特别是3S技术的集成应用还有很大差距。

由于地质灾害的孕育发生和发育受多种因素影响和控制,发生的成因机理异常复杂,不仅不同种类的地质灾害(如滑坡、泥石流)控制因素和诱发因素差别较大,即使是同一类型的地质灾害,由于其所处的地质环境条件的差别(如我国的西南地区、东部地区、西部黄土地区等),外界因素(如降雨)诱发其发生的成因机理和临界值也差别较大,多方面的原因致使地质灾害的空间预测与危险性区划显得异常复杂,欲提出统一的具有普适性的地质灾害预测评价指标体系、模型及判据是不现实的,必须针对某一典型地区和各灾种制定不同的评价预测指标体系,选择确定不同的权重,采用不同的预测评价模型和判据,方能客观预测地质灾害。地质灾害评价的3S技术集成应用目前处于起步阶段,还需做大量深入细致的工作。

(2)地质灾害形成机理和诱发机理有待进一步深入研究

我国内地滑坡类型多,降雨型滑坡的成因机理各有特点,我国群发型滑坡和大型滑坡的形成机理还有待进一步深入研究。

绝大多数城市岩溶塌陷的发育都与地下水的活动密切相关,但临界值该如何确定?目前的物理模型试验主要的着眼点是塌陷机理的定性揭示,在观测方法上采用的都是人工方法,根本无法捕捉到塌陷发育过程中触发因素和主要影响因素的连续变化,无法对岩溶塌陷临界触发条件及其与主要影响因素关系进行定量分析。

(3)突发性地质灾害预警预报的准确率较低

受基础数据和滑坡泥石流统计样本数量限制,在空间和时间上预报的准确率均有待提高。特别是我国各地区的基本地质环境条件和相应的临界降雨量的关系研究不够,同时预测预报手段还相对较为落后,目前还基本处于人工预警或半人工半计算机化预警的阶段,离实现地质灾害预测预警过程的自动化、快速化还有较大的距离。

(4)地质灾害的监测技术落后

目前地质灾害的监测技术大多还依靠精度低、效率低、成本高的常规手段,对近年来发展起来的自动化程度高、精度高、相对成本小的新技术、新方法(如高精度全球定位系统GPS、高精度干涉综合孔径雷达遥感INSAR以及激光监测技术等)的推广应用不够。

由于在地质灾害监测方面起步较晚,大多是局限于点上的监测,仅有少量为区域性监测。在地质灾害监测网络优化和计算机网络应用方面,发展缓慢。

滑坡泥石流灾害的监测主要限于位移和孔隙水压力监测,而对有关演化状况的其他指标(如温度、水化学场、地应力、推力等)则很少有人顾及。同时,我国对滑坡泥石流灾害监测网的布置、监测仪器及精度要求等都缺乏统一的标准,使得监测数据可比性和共享性受到一定的限制。

在区域性地面沉降监测中合成孔径雷达干涉(INSAR)技术的应用研究方面还有待深入,利用IN-SAR技术所建立的地面沉降监测网在时间(频率)、空间(基岩标、分层标)、方法、密度等的优化方案和预警预报(模拟预测)方法与信息集成方面,是目前地面沉降监测预警亟须研究的重要课题。

(5)对潜在灾害体的早期识辨差,“灾后”研究普遍

由于现有的地质灾害调查主要是对危害村庄和城镇的,已经具有明显前兆的地质灾害进行的,对与其相关的影响因素分析不够,对地质灾害形成机理研究不够,因而造成对潜在灾害体的早期识辨差,对潜在的地质灾害点的预测能力不足,“灾后”研究较为普遍。

(6)地质灾害防治缺乏一整套标准

缺乏一套地质灾害灾情统计,调查、评价、勘查、设计、施工、治理、应急调查与处置的技术标准。

10.2.3 面临的形势

(1)积极开展地质灾害防治技术研究是我国经济建设和可持续发展的紧迫需求

随着国家西部大开发和可持续发展战略的实施,国家大型工程和规模经济建设的重点逐渐向中、西部地质环境较为脆弱的地区转移,特别是一些工程建设、新城市建设和小城镇建设面临越来越严重的地质灾害频繁发生的威胁。地质灾害对人类活动和生存条件的影响和威胁越来越明显,而人类工程活动诱发的地质灾害也越来越频繁,地质灾害防治已经成为我国经济建设和可持续发展的制约因素之一。地质灾害防治工作迫切需要地质灾害调查、监测预报和治理技术方法提供科技支撑。

(2)现代新技术及计算机和信息技术的发展为地质灾害防治研究提供了充分的技术保障

现代测量技术、信息技术、计算机技术等的快速发展,为地质灾害实时监测、各种信息的集成传输、灾害动态仿真模拟研究、预测预警模型研究、灾害预测预警系统研究和信息快速发布反馈系统研究提供了先进的技术支撑,为地质灾害监测预警和信息管理的研究与发展创造了前所未有的有利条件。

⑼  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。

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