环境地质灾害
1. 地质灾害、环境保护与人类生存
正常年景,全球自然灾害的经济损失是600亿美元,12000人丧生,而且有不断增加的趋势。有关的经济损失1990年为470亿美元,1992年630亿美元,1994年650亿美元,1995年达1800亿美元(因日本阪神大地震)。中国每年都因地质灾害而损失500亿~600亿元和近万人丧生。
地质灾害是在自然或人为因素作用的影响下形成的对人类生命财产造成损失的地质作用。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、泥石流是最常见的地质灾害。
崩滑流分布在中、日、美、印、瑞(士)、秘鲁、哥伦比亚等国,日本5584处,总面积1433km2(表6.21)。瑞士20世纪已有5000人死于此种灾害,美国在70年代就因此而损失10亿美元,20世纪最大的两次崩滑流都发生于安第斯山区,共死亡4.8万人,摧毁小城市2座。中国也属崩滑流特别发育的国家,灾点达41万多处,有特大型崩滑点191处,泥石流149处,较大型的崩滑、泥石流点7473处,在川、藏、甘、滇等地共有10余万条山沟有泥石流发生。全国有70余座县城处于这种灾害的威胁之下,崩滑流多在山区发育,影响总面积173.52×104km2,占我国国土面积的18.10%。其危害极其严重,造成人员伤亡,毁坏村镇、农田道路和基础设施,特别是对铁路交通的破坏尤甚,每年都有发生,平均每年经济耗费达7000余万元,仅1981年宝成铁路修复费用就高达3亿元。对电力设施的破坏也是惊人的,1989年云南漫湾电站滑坡损失10亿元。
地震灾害是对人类威胁最大的地质灾害。1900~1990年全世界共有260万人死于地震,其中万人以上的27次。中国处在全球两大地震活动带交接处,震灾特别严重,20世纪来共死于地震115万人,占总死亡人数的44.2%。全球死10万人以上的8次大震,4次发生在中国,1976年唐山地震就死亡24.3万人。最近发生在张北地区的6.2级地震中有50人死亡,1000多人受伤,而且地震常伴以火灾、海啸、滑坡、风暴、洪水、雪崩等,加重灾情(表6.22),地震虽可预报,但短期预报的成功率不高,所以震灾有突发性,隐蔽性的特点。中国地震活动频次高,强度大,城市受灾率高,全国Ⅶ级以上高烈度区面积达312×104km2,70%的百万人口以上大城市位于此区,特别是一批重要的城市如北京、天津、西安、太原、呼和浩特、昆明、乌鲁木齐、银川、拉萨、汕头则位于8级的高烈度地震区,至20世纪末,中国都是处于地震活跃期,加强地震预报,作好工程选址论证,可避免一些不必要的人员和财产损失。
表6.21国内外部分典型“滑崩流”状况
表6.22全球典型地震及其损失情况表
表6.23全球部分火山活动及其危害一览表
表6.24中国地面沉降情况
(据段永侯等,1993)
火山活动造成的地质灾害不如地震影响大,全球共有850座活火山,每年有60座左右喷发,3.6亿人口受到威胁,本世纪共约10万人死于火山灾害,经济损失200亿美元(表6.23),本世纪伤亡最大的火山喷发发生在印尼的马提尼克岛,毁灭了圣皮埃尔城,死亡3万人,中国火山活动较少,危害较小,火山喷发前一般都有明显征兆,通过监测和观察,可以作出准确预报,避免或减轻经济损失及人员伤亡。
地面塌陷多为天然成因人工诱发,分岩溶塌陷,采空塌陷和黄土塌陷。中国岩溶塌陷分布于碳酸盐岩区,如滇、黔、桂、川、湘、粤、鄂、冀、辽等省区,共有岩溶塌陷点2841处,面积332.8km2,其中自然成因仅30.4%,其余为人为因素诱发,多为矿坑输水或人工抽水造成,而且其比例越来越高,表现为突然、点多、影响范围不同,发育具连续性、重复性、分布集中,危害较大。安徽省每年直接经济损失436.8万元,辽宁省5000万元,云南1000万元,全国估计在1.2亿元,中国采空区塌陷主要发生在近20多年,多因采矿方案不合理,造成全国每年塌地约70km2,直接经济损失3.17亿元,吉林采10000t煤塌地约1hm2。黄土湿陷主要发生于西北几省,每年经济损失250万元。总之,中国地面塌陷灾害有日渐加强的趋势,主要是人口压力大,工程项目多,地下水使用和排放不当,采矿的施工管理不严格。因此,健全法制,加强监管,合理开发,是最根本的治理措施。
地面沉降及地裂缝,多因过量开采地下水引起,也有因地壳运动和石油开采引发。河北平原有区域性整体沉降特点,有的连片达几千至上万平方公里;地裂缝分布规律性不强,长度数十至数百米,宽度几厘米至数十厘米不等,垂直落差多在几十厘米以内,主要由于抽排水,采矿,新构造运动,岩土体变形等因素造成。在西安、太原等地地裂缝与地面沉降同时出现,相互叠加,其危害尤大(表6.24)。城市的高精度监测,科学地制订城市采用地下水的模型,以防为主,可减轻损失。
土壤侵蚀又称水土流失是一种累进性的地质灾害,它改变地表面貌,使肥沃表土流失,后果极其严重。全世界每年有270×108t土壤流失,丧失地力的耕地达500×104~700×104hm2。美国每年流失土壤30×108t,原苏联5×108~6×108t,中国50×108t,其中含氮磷钾4000×104t。中国水土流失面积180×104km2,约占国土面积18%,原苏联50年代末在中亚掀起的垦荒种粮运动留下了破坏表土,得不偿失的恶果,几十年过去了也未恢复,重复了美国19世纪中叶至20世纪初叶变中西部牧场为农场的错误。中国水土流失以大兴安岭—贺兰山—龙门山—横断山脉以东最烈,其中黄土高原水土流失面积达43×104km2,侵蚀模数8000t/(km2·a),表层沃土每年冲蚀0.1~2cm,水利工程使用年限极短,有的水库4年内即为泥砂填满,每年向黄河输泥沙14.2×108t,占黄河总泥砂量的91%。水土流失与植被发育程度关系密切,植被的破坏是促成水土流失严重的直接原因。水土流失造成的经济损失,全国每年平均96亿元,水土流失导致可耕地减少,地力贫化、土层变薄、蓄水能力降低,也造成湖泊、水库、河道淤塞,减低经济效益,造林绿化、退耕还林,搞小流域治理,定会收到较好成效。
土地沙漠化是人类面临的又一挑战,全球干旱、半干旱面积占陆地的1/3,由于过度放牧和开垦每年有2100×104hm2旱地沙化,其中6000×104hm2完全沦为沙漠,直接威胁着3000×104hm2的可耕地,而中国现有沙漠面积15.33×104hm2,占国土面积15.9%,每年仍以沙漠面积的1.32%的速度增加导致生态环境极度恶化,我国60%的贫困县集中分布在沙漠区的附近,每年因风沙造成的经济损失高达45亿元人民币,沙漠化的加剧则是由于人为的不合理耕作和气候干燥多风的共同影响造成。我国三北防护林带的营造已经开始对抵御风沙发挥日益明显的作用。
土地盐碱化是因不合理灌溉、海水入侵等因素造成。全世界14.7×108hm2耕地中有3.8×108hm2(26%)有不同程度的盐碱化。美国每年因此而损失1%耕地。中国盐碱化土地多分布在西北、华北地区,共8.18×104hm2,约占总耕地面积8.5%,每年因此而造成的经济损失25亿元人民币。因科学普及,近年来中国土地盐碱化发展已得到遏制。
其他地质灾害如海水入侵,水土环境异常(地方病)地下水水质变异(污染)和水位上升,坑道突水,瓦斯爆炸,煤层自燃,河湖及水库淤积,河海塌岸,冷浸田、水库渗漏、胀缩土、冻土冻胀融陷,砂土液化等虽是影响较局部的灾害,但若处置不当,也会造成严重的经济损失和人员伤亡。
地质灾害是各类灾害中发生频度高,影响范围广,经济损失大的事件,自古以来,人类一直在与自然灾害的斗争中生存和发展,20世纪以来,随着经济飞速发展,人们向自然界的索取不断加大,地质历史时期逐渐形成的生态环境平衡遭受到越来越严重的破坏,灾害类型越来越多,破坏性也越来越大,造成的经济损失也越来越严重,也就引起了社会的普遍关注。科学技术的发展,使人们对地质灾害的监测,预防和治理也有了高新的技术手段,地震、火山的预报工作已有了长足的进步,海水倒灌、地面沉降的治理已日益成效显著,滑坡、泥石流的监测也使不少生命财产免受劫难;沙化和洪水也逐步减少了对人类的威胁。1998年,中国长江和松花江遭到了百年不遇的洪水的袭击,但中国人民战胜了洪水,减轻了损失,这就给世人提供了战胜自然灾害的经验。
2. 地质环境与地质灾害
随着经济的快速发展,生态环境变化日益引起人们的关注。自然灾害不断发生,使人类的生存和发展受到了严重的威胁。监测环境、保护环境和防治灾害,提高人类生活质量,成为当代地球科学研究的重要前沿领域。为此,国土资源部加强了对造成环境变化的自然作用与人为作用影响的综合研究,建立和开发了区域性环境监测预警系统,不断提高对环境变化和自然灾害的预测能力。
洞庭湖地区地质环境调查及治湖对策研究
运用考古学、第四纪地质学、新构造运动理论,综合研究了洞庭湖区地壳沉降,确认湖区内存在不均衡的地壳沉降,进而进行了合理沉降分区,为规划防洪工程及蓄洪垸区的布置指明了方向。运用遥感与计算机技术,准确计算出洞庭湖的湖泊面积、湖容量与湖边界等基础数据;采用综合打分法对洞庭湖区防洪工程基础稳定性作出了评价;建立了东洞庭湖、南洞庭湖湖底高程变化量与泥沙淤积厚度及地壳沉降量的平衡方程,预测了2010年和2034年湖区的空间形态特征和泥沙淤积特征;首次建立了洞庭湖地区综合地质环境概念模型,认为现有的洞庭湖湖域由于被防洪大堤所圈定,当城陵矶水位达32米以后,调蓄洪功能主要取决于防洪大堤高度与城陵矶水位的差,即“杯子原理”,差值越大,湖蓄洪能力越强。本次研究将洞庭湖区洪涝灾害综合治理划归为8个治理区,并提出了平垸行洪、动态蓄洪、疏浚
河道等具体治理规划方案。
九寨沟上季节海(枯水期)
3. 环境灾害有哪些
环境灾害是由于人类活动影响,并通过自然环境作为媒体,反作用于人类版的灾害事件。这权种灾害不限于各种自然现象,同时包括那些被打上人类活动烙印的类似事件以及有损于人类自身利益的社会现象;它也不同于一般环境污染现象,在某种程度上具有突发性,而且在强度与所造成的经济损失方面远远超过一般环境污染,对人类身心健康与社会安定的影响不亚于自然灾害。另外,环境灾害不同于自然灾害,是因为它不仅具有灾害的共性,还具有特性,在于它的发生不仅取决于自然条件,在很大程度上更是人为因素造成的。探索环境灾害的发生、发展与演变的客观规律,研究其成因机理与致灾过程,并据此确定科学有效的防灾、减灾和抗灾对策,最终将达到减轻环境灾害所造成的损失、造福人类的目的。
4. 地质灾害与环境
纵观风化和重力地貌,特别是重力地貌,由于它们所具有的特性,它们的发生对人类活动和建设工程有着不可低估的负面影响。它们发生的结果,就是对农田、道路及工程设施直接破坏,对人民的生命和财产造成重大损失。此外,它们的发生还可产生次生灾害,如滑坡体将江河堰塞,江河水流无法下泄,积水增加,达到一定量时就会冲破滑坡体形成的松软的临时堤坝,形成洪峰,对江河下游造成极大的危害。
例如,1963年意大利北方某水坝发生震惊世界的大滑坡而导致毁坝事件,其滑动土体达3×108m3,几乎填满了坝高265m的水库,洪水倾泻冲毁了4个村庄,酿成3000人死亡。又如我国湖北的长江新滩1985年6月12日发生巨型滑坡,滑坡体土方总量达3×107m3,将整个新滩镇摧毁,翻没大小船只70多条,迫使长江封航。2007年5月10日湖北巴东县清太坪镇木竹坪村清江支流(小地名大坦坪)发生大面积滑坡(图3-11),该滑坡体位于巴东县清太坪镇木竹坪村二组,其下部抵清江支流桥河西岸,后缘高程约600m左右,沿岸长达约1500m,约800×104m3的山体和12户18栋86间民房坠入清江中,导致清江支流桥河水域被截断,清金线交通中断,大小船舶停航,灾情涉及清太坪镇6个村,41个组,1506户,5678人。损失惨重,造成直接经济损失达4600余万元。
对风化和重力地貌,特别是重力地貌的孕育、发展方向、变形体量和影响区域及可能产生的结果进行科学的、认真细致的研究,将有利于相关部门为防灾减灾做出正确决断。
图3-11 巴东县清太坪镇木竹坪村清江支流发生大面积滑坡
5. 环境地质灾害增多指什么
近20年来,由于森林被大规模地砍伐,促使滑坡、泥石流等环境地质灾害成倍增加,使人民的生命和财产受到不应有的损失。最典型的例子是辽宁省凤城市虎沟村。过去,这里有茂密的森林10多万亩,人均森林面积800亩,森林看不到边,植物数不清楚,野葡萄、野梨、野核桃、猕猴桃、山里红等野果应有尽有,还有五味子、野山参等四五十种名贵药材。山中还有老虎、豹子、狗熊、狐狸、野猪、獾子、狍子等30多种动物。从20世纪60年代起,村民们开始大规模砍伐这里的森林,一直砍了近30年,树砍光了,野兽也跑走了,人们还不住手。可是,在1998年8月11日下午,下了一场百年不遇的特大暴雨,冲击着被砍完了的树林而呈光秃秃的山坡,酿造了一场该地从来没有过的翻天覆地的泥石流,荡平了整个虎沟村,这是自然对人们过度砍伐森林的报复,这时候的忏悔和流泪是毫无用处的,虎沟村已经一去不复返了。破坏了的环境,像泼出去的水,永不复原。恢复虎沟村的生态环境,至少需600万元以上,是村民们30年来砍树收入的6倍。其实即使投入多少钱,也永远恢复不了当地的原始状态了。
类似虎沟村的例子很多,如湖南省邵县潭溪镇光明村,在50年代以前也是原始林带,古树参天,经历年砍伐,终于在1998年6月发生虎沟村式泥石流,光明村变成了黑暗村,荡然无存。
由于森林、草原和湿地被毁,近年来我国的尘暴也日趋频繁,从1957~1998年发生过38次,影响的范围也越来越大,经济损失也令人吃惊,仅1998年4月16日发生的1次尘暴就损失3亿元。
由于人类过度砍伐热带雨林,破坏了森林环境,一种千百年来安定地生活在乌干达怖露厉等热带雨林土壤的嗜肉细菌——怖露厉菌被迫改变了原有习性,向人类进攻,细菌从损破的皮肤进入人体,几天内感染皮肤就溃烂发臭、疼痛异常,皮肤、血管、肌肉组织坏死剥落,使人死亡。此种环境病目前无药可治,使病者和医生都心惊胆战。只能在皮肤被感染后,迅速进行外科切除手术,方可保命,它是森林派向人间的可怕杀手,是人类破坏森林环境的报应,全世界已有6000余人被感染过,中国有过一例。
6. 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。
7. 地质环境与地质灾害
地质环境与地质灾害是直接与人类社会生存与发展相关的地学问题,始终是地学研究的主要方向之一。
人类生活在地质环境之中,而地质环境是受自然因素和人类活动的作用和影响不断变化的。由于近代人口急速增加,人类自身的发展对自然的开发、改造、破坏活动空前增强,致使人类的生存发展面临地质环境恶化的严重威胁,地质灾害亦因人类的活动而不断加剧。因此,研究地质环境在自然因素和人类活动的作用影响下发生的变化及其规律,地质灾害发生的原因、预测、防治地质灾害的发生,成为地学界重要的研究方向,当代科学的一个前沿领域。
环境和环境保护,是当今国际社会共同关心的大事,继1972年6月在瑞典斯德哥尔摩发表《联合国人类环境会议宣言》之后,1992年6月在巴西通过了《里约环境与发展宣言》和《21世纪议程》等重要文件。我国于1993年编制并公布了《中国21世纪议程》,把环境保护作为一项基本国策,成为国民经济与社会发展规划的重要组成部分。地质环境是广义环境中的基础部分,地质环境问题是环境问题中的重大问题。
我国由于地质环境条件及人为因素引发而发生的地质灾害,在世界上是属于最为严重的国家之一。由于我国地处环太平洋和欧亚地震带交汇地带,因此是构造地震多发区;有记载的地震达8137次,破坏性地震1004次,20世纪发生7级以上地震达80次,造成巨大的人员伤亡及经济损失。崩塌、滑坡、泥石流灾害在山区频繁发生,据初步统计,我国发生变形量大于100×104m3,死亡人数大于10人和直接经济损失大于100亿元的特大型崩塌51处、滑坡140处、泥石流149处;较大型的崩塌2984处、滑坡2212处、泥石流2277处;中小型的则更多,有迹可辨的达41万多处。地面沉降、地面塌陷、地裂缝、海水入侵、地下水污染、水土流失、土地盐渍化及土地沙化地质灾害十分普遍,一方面与水文循环有关触发了地质灾害,另一方面由于不当的兴修水利、地下水过分开发、地下矿山无序开采、工业废水任意排放、过度采伐森林等人为造成的地质灾害。另外,人类的固体废弃物对地质环境亦造成了很大的污染,例如我国每年工业固体废弃物约有6×108t,城市生活垃圾约有1×108t。可见,地质环境恶化威胁人类的生存与发展。地质灾害摧毁着人类的文明。开展对地质环境的研究,提高对各种地质灾害的孕育、发生、发展、演化及时空分布规律的认识,科学地进行预测、预报,提出防、冶的对策,保护地质环境是地学界义不容辞的重要任务。
8. 地质环境与地质灾害
随着经济的快速发展,生态环境变化日益引起人们的关注。监测环境、治理环境和保护环境,提高人类生活质量,已成为当代地球科学研究的重要前沿领域。自然灾害的频繁发生,给人类的生存和发展构成了严重威胁。为了预防和减少自然灾害的发生,迫切需要加强对环境变化的自然作用与人为作用影响进行综合研究,建立和开发区域性环境、监测预警系统,提高对环境变化和自然灾害的预测能力。环境地球化学与农业和人类健康
在全国范围内将岩石、土壤、水、水系沉积物等区域地球化学资料较系统地应用于农业-食物-人体健康研究,通过物质流和能量流在不同圈层内和各圈层间的传递与演化,探索在岩石圈、生物圈和水圈中地球化学与农业和生命科学相结合的新理论与新方法,编制了《中国生态环境地球化学图集》。以硒为突破口,研究了植物和人体中不同形态硒的分布和分配。研究表明,生物体中硒主要与有效态硒丰度关系密切。通过补硒的对比试验研究,发现无机硒是人体补硒的廉价途径,可以替代目前昂贵的有机硒补硒法。在江苏启东,通过补硒,肝癌发病率由41.9/10万降至29.0/10万,下降了30.8%。通过补硒,可以阻抗乙型肝炎表面抗原——澳抗携带者诱发癌变,对肝癌高发病家族有预防效果。
云南楚大公路魏家箐左边坡防沉工程
9. 地质环境治理和地质灾害治理是一回事吗
不是同一回事抄:
首先概念袭不同,地质环境是指由岩石圈、水圈和大气圈组成的环境系统。而地质灾害是指自然地质作用和人类活动造成的恶化地质环境,降低了环境质量,直接或间接危害人类安全,并给社会和经济建设造成损失的地质事件。
地质环境是地球本身的环境,并不一定会带来灾害,人类是为了更好地利用地质环境去治理。比如说将山丘改成梯田,将低洼处填平都属于地质坏境治理。
地质灾害是指危害人类安全、带来财产损失的灾害。因此治理还带有减小灾害的目的。比如说滑坡、泥石流的治理。
地质环境和地质灾害有一定的相似处,即都是为了更好地发展。但不是一回事。
10. 主要环境地质和地质灾害问题研究现状
从广义上讲,环境地质问题包括地质灾害在内。为了便于区分,把地质作用造成的灾害如火山活动、地震等作为自然地质灾害;而人类活动诱发的地质灾害,如地面沉降,地下水污染等则纳入狭义的环境地质问题的范畴。当然,自然规律是十分复杂的,有些地质灾害是两种作用,即地球的内、外动力作用,再加上人类活动的作用造成的。如地裂缝、滑坡等。因此这只是相对的区分,并不是在任何情况下都能截然分开的。
1)大江、大河开发中的环境地质问题
在大江、大河兴建水利枢纽工程,使地质环境(岩土体环境、地应力环境、水环境)发生变化,导致库岸崩塌、滑坡、浸没、水库渗漏、淤积甚至可能诱发水库地震等及其它次生地质灾害发生。目前世界上已有100余座水库发生了诱发地震。研究多围绕灾害的成因机制、预测评价进行。中国的长江、黄河,巴西的亚马逊河、美国密西西比河、俄罗斯伏尔加河等的开发中,都曾有各自不同的环境地质问题发生。近年来开始重视对工程兴建后造成流域内生态地质环境的变化。在第30届国际地质大会上交流了这方面的研究成果。中国学者提出在江湖整治和长江中下游防洪中一个重大的环境地质问题是:洞庭湖地质环境系统由于受到构造沉降、沉积物的淤积和人为围垦因素的相互作用,很可能湖区将会继续逐渐缩小,以致消失。黄河三门峡水库淤积造成环境恶化,无法达到原设计效益,虽然后来采取泄洪排沙等措施,但已造成很大的影响。这是个沉重的教训。
2)核废料处置的环境地质问题
核能的利用在各国能源结构中的比例近年来有所上升。现实的地质问题就是核电站的选址及核废料的处置库选址。对于后者,尤其是高水平放射性废物处置库的环境水文地质、工程地质条件要求很高。德国、中国、瑞士、日本等国都开展了这方面的研究工作。他们提出除了考虑场址的地壳构造稳定性,介质的低透水性和一定的对核素吸附滞留能力外,对地震的影响也要考虑。
高放核废物的泄漏主要原因是和地下水接触。在处置后长达104~106a内高放核废物仍保持其有害性质。在此期间北半球有可能经历几次冰河期,地表水、地下水及其物化性质都将发生变化,对此英国学者作了重要的探索。Boulton G.S利用过去几次冰河期的数据建立了冰河作用下岩石水力学和地球化学模式,重现了冰河期地表水加速入渗,地下水流速及物化性质的变化,并探讨了处置库主岩在冰河作用下的长期特性。King-ClaytonLouisa M等和瑞典合作,研究了今后100ka内北欧四次冰河对一个假设的瑞典南部深度为500m的核废料处置库的安全影响,进行了预测性的探讨。这里涉及到全球和当地的海平面变化,冰盖厚度、永久冻土厚度的变化以及地形变化等问题。美国新墨西哥州WIPP(Waste Isolation Pilot Plant)开展了军用超铀废物处置库的研究。处置库主岩为岩盐,深度300m左右,重点研究不同地质概念模式对处置库性能预测的影响。
低渗透性介质一般选择结晶岩、粘土和蒸发岩等。比利时、韩国学者对粘土的主要特性(如吸附性)以及处置的可行性和安全性进行了研究。中国从80年代中期开始研究高放核废物的处置。
3)地质资源、矿业开发的环境地质问题
采矿活动不仅造成地表破坏,引起地面沉降、塌陷或边坡崩塌、水土流失等灾害,还因废渣、尾矿堆放造成土壤和水以及大气的污染。捷克西部波希米亚地区因采矿引起土壤、水和空气的污染。从发电厂排出的废物酸化了土壤和地表水,每燃烧1t煤就会向大气释放60kg的SO2。1987年捷克全国就有2.9×106t排放物,此外还有各种痕量金属,结果之一是本地的云杉完全枯萎,另一结果是当地地表水中铍的含量增加。溶解法开采铀已引起了严重而复杂的环境问题。乌兹别克斯坦地质科学院开展了对KEMIN采矿联合体的多金属矿、稀有金属及稀土矿周围地区被重金属污染的研究。一些西方发达国家如加拿大80年代便开始重视矿业开发环境的研究,如减轻酸性排水和发展生物工程技术,从废水中除硒、铜等,取得成效。美国、加拿大、澳大利亚等国还制定了相应的矿业环境法规以加强环境管理。德国学者指出,当今采矿搬运量为17.8km3/a,远远超过先前全球河流搬运物4.5km3/a。这说明人类采矿活动对环境影响是原来风化作用的4倍。据不完全统计,中国因采矿塌陷造成环境破坏的城市近40个。因采矿产生的大量废水、废液未经处理自然排放,处理率不到5%。固体废物、尾矿的治理量也很低。矿山环境恶化趋势尚未得到有效遏制。
工业区排放的大量工业废气,尤其是SO2,NO2等与水汽结合,降落成为含硫酸、硝酸腐蚀性很强的“酸雨”(pH<5)。它不仅使地表水水质变坏,土壤酸化,还渗入地下污染地下水。世界现有三大酸雨区:北美酸雨区、欧洲(北欧)酸雨区以及中国西南华南酸雨区。前两地区正在治理。中国SO2年排放量约1800×104t,超过美国现在水平(1600×104t),雨水中pH值已低于4.5。据1995年的分析观测资料,我国酸雨面积逐渐扩大,已占国土面积29%,出现频率也在上升,个别南方省市还有年平均pH<4.0的地区。
4)城市建设的环境地质问题
城市建设牵涉到土地利用、地下资源开发、水资源(主要是地下水)利用和环境污染等环境地质问题。香港、加德满都和麦德林等城市,由于在不稳定斜坡上大量建筑,发生滑坡和其它块体运动,遭到很大损害。
现在世界各大城市如何安全处理大量的固体废弃物(垃圾)、有毒废液和工业废料已成为一个重要问题。一些主要城市每天垃圾产生量东京高达3×104t,纽约、巴黎也各有1.4×104t和0.9×104t,不过这些都经过处理。北京日产垃圾量1.2×104t,只有部分处理,这就成为污染水源、土壤和大气的重要来源。
当前侧重研究的问题有:垃圾填埋场的选址,垃圾淋滤液的控制与调查,污染水晕的阻渗墙设计,废液含水层注射以及废物综合利用等方面。国外在城市垃圾填坑设计和运转方面防治环境污染的对策,主要采取冲洗-减缓法和包容方法,即填坑顶底部有盖层和垫层。第30届国际地质大会交流了对地质环境污染指数因子的研究,如澳大利亚利用泻湖深部特殊沉积物(底栖有孔虫)查明了人为污染来源。日本学者利用地质污染单元的概念,将地质环境污染划分为地下空气污染、沉积介质污染和地下水污染。由于有机物污染在治理上难度较无机物更大,现研究重点已逐渐由“无机污染”转向“有机污染”,如研究地下水中非水相有机重液监控和有机物在含水层中的转化程式等问题。
城市水源污染问题也日益严重。墨西哥城、圣保罗的饮用水源面临工业废物的污染。第30届国际地质大会上,英、俄、南非、中国学者介绍了城市环境地质问题及评价方法,城市规划中的土地利用、评价、水资源开发、地震等方面的研究现状。会议认为目前大城市建设规划只注意了地表条件,对于深层次的地质环境问题和地质灾害问题重视不够,导致许多环境与灾害问题未能及早发现和治理。在城市地质研究中值得重视的是地质信息如何及时提取表述,以便规划和决策者使用。这方面荷兰De Mulder E.F.Jyz研制的“地下市政信息系统”(MUIS),存入了有关地质、环境及市政建设数据和图形信息,使用很方便。国际地科联地学环境委员会组织了国际城市地质工作组以推动城市地质学和城市地质工作的进展。
5)不合理的土地利用和水资源开发引起的环境地质问题
人类过度垦殖、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达到了惊人的程度。全球每年有600×104hm2土地变成沙漠,经济损失每年约423亿美元。中国荒漠化总面积已达国土总面积的8%。到80年代中国每年有2100km2沦为沙漠。据专家调查统计,中国北方土地沙漠化的成因类型中,有89.7%是由于过度放牧、开垦和樵采,有9.6%是由于水资源利用不当造成的。水土流失在欧洲各国中,以西班牙最严重,造成植被减少,农业产量降低,流入河中泥沙增多,导致洪水爆发频率及严重程度的增加。中国水土流失面积达179万km2,每年流失土壤总量达50×108t。黄河每年的泥沙携带量50年代为16×108t,实际上现已达到19.7×108t。这绝大部分是黄河上、中游水土流失造成的。
由于人类对地表水与地下水资源开发缺乏统一协调和综合利用,使①有限的水资源严重浪费,大水漫灌,造成大面积的土壤盐碱化。如中国西北地区因此形成的土壤盐碱化面积达113×104hm2。新疆1/3以上耕地不同程度地发生盐碱化,宁夏灌区也存在类似问题。②流域上游大量消耗水资源、兴建水库等,造成下游水量减少,甚至河流断流、湖泊干涸、水质恶化、沙漠化、荒漠化现象扩展、地下水补给减少、泉水枯竭。如著名的黄河下游断流已由1995年的122天延至1997年的226天。新疆的罗布泊湖现已全部干涸,成为一片荒漠。据统计,近30年来全疆沙漠面积扩大了3.4万km2,使333×104hm2土地和草原被沙漠所吞没。
6)超采水资源(主要是地下水)造成的环境地质问题
超采地下水引起水位大幅度下降,导致水井变干,水质恶化,地面沉降,在沿海地区发生海水入侵等。中国长江三角洲平原及河北平原的区域性地面沉降就是由于大面积超采地下水造成的。前者在5000km2内的累计沉降量约1m。地处三角洲腹地的苏锡常地区已沿沪宁线形成沉降洼地,地面沉降量大于0.3m的面积超过1000km2。地面沉降发展过程与地下水开采强度有关,其沉降量与地下开采量大小呈同步变化趋势。河北平原以农业用水为主。70年代以来大量开发利用深层地下水,现累计沉降量超过0.1m的区域面积已达3.6万km2。城市地面沉降影响损失更为突出。上海地区已下沉1~2m,天津50年下降了2.7m。地面沉降造成地裂缝、洪涝积水、工程破坏等危害。世界上不少城市,如休斯敦、威尼斯、曼谷、雅加达和加尔各答等,位于河流三角洲和滨海平原,都有严重的地面沉降。
沿海城市由于超采地下水还受到海水入侵的灾害。主要表现在淡水资源日益短缺和地下水环境逐渐恶化。如中国,位于渤海的辽东湾、渤海湾、莱州湾,黄海的胶州湾、海州湾,都受到海水入侵的灾害。其中尤以山东莱州湾最为严重,入侵面积1995年已发展到970km2。研究的内容侧重海水入侵规律、水-岩作用及其数值模拟和水资源的开发、管理等。
7)主要地质灾害问题
地质灾害灾种繁多,危害严重且突发性强的有地震、火山喷发、岩崩、滑坡、泥石流、地面塌陷、岩溶灾害,还有煤矿突水、瓦斯爆炸等。
(1)地震灾害。从地质角度当前主要侧重研究其区域活动构造(特别是大陆内部的活断层),古地震,破坏性大地震的地震地质构造以及与地震危险性评价有关的地震地质问题等热点。在第30届国际地质大会上探讨了1995年日本阪神大地震的地震构造、地面断层、活动断裂、海下和城区活动层等问题,反映了在大城市附近的强破坏性地震的最新研究动向。
地震预报近期在国际上的新进展突出表现在空间技术的应用,从方法、机理到实际震例。地震前兆观测还引进了地热观测,地气(Hg、He等)观测等新技术方法,反映了在地球物理、深部气体地球化学等方面探索地震前兆的工作。地震预报的分析研究方法运用遗传算法、神经元方法、非线性理论等取得良好效果。俄罗斯提出多种前兆综合时空动态图像的分析方法,地下水应力场研究,以及地下水形变场的动力学研究都有较高的水平。
在地震灾害方面正在执行两个大型的国际合作计划:“全球地震危险性评估计划”(GSHAP)和“全球地震灾害图计划”(WSRM)。印度、尼泊尔、巴基斯坦、中国协调合作研究喜马拉雅地区地震灾害定量分析时,建立了跨国家的地区级数据库,并规划了方法,这在以往研究中是不多见的。据陈祺福研究,关于全球地震损失估计的研究在科学上的重要突破主要表现在:发展了地震危险性评价的面源、潜在震源模型;提出了估计面源模型参数及其不确定性的新方法;得到了地震发生概率和超越概率之间关系的公式;用GDP作为表示社会财富的宏观指标体系;首次得到了GDP-地震动-损失关系曲线;发展了估计未来地震灾害损失基于GIS的计算机算法。
(2)火山活动。第30届国际地质大会反映了以中国吉林长白山天池近代火山活动为例的最新研究进展,如该火山喷发的年代学,喷发的物理过程及动力学,深部岩浆囊探测及大喷发触发机制,火山喷发气候效应等。
(3)海平面上升。全球性气候变暖导致全球性海平面上升,而沿海地带首当其冲受害:低地淹没,风暴潮和海蚀加剧,咸水入侵,河口生态环境发生变化。如淤积、倒灌、污染程度加重,沿海防御工程抗灾能力降低,需要提高设计标准。经过实地考察及有关资料综合分析预测,中国学者对中国沿海三大三角洲地区,到2050年海平面可能上升的幅度作出评估:珠江三角洲地区50~60cm,长江三角洲地区60~80cm,天津地区70~90cm。沿海城市如上海、天津由于超采地下水形成的地面沉降幅度远大于海平面上升率,因此相对海平面的上升还要叠加上地壳下沉的幅度。
(4)滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害。这类地质灾害突发性强,造成损失很大。据中国统计每年发生的滑坡数以万计,泥石流沟有一万多条,多集中在中部南北带。40年研究结果表明,在时间上1954~1960年,1963~1975年,1980~1985年均为频次高发期。泰国南部的山麓地带由于花岗岩岩石风化形成1~10m厚的砂砾质土,坡度达35°以上,1988年发生大规模滑坡及泥石流,损失达2.5亿美元。
当前在研究地区性滑坡及实例方面,对于其形成机制、稳定性分析、预测及控制措施问题,较广泛采用模型模拟及数值模拟的方法。在灾害区划方面运用了遥感及地理信息系统(GIS)。在空间预测方面有采用人工神经网络方法的。在滑坡发生时间预测方面不少研究论文采用离散元分析、离散元与时序分析相结合的方法。在滑坡发生时间预报方面有用滑坡变形功率的新理论准确(仅差22h)预报甘肃永登黄泗滑坡的实例。黄泗滑坡总体积近6×106m3,居民因预先撤离,无一伤亡。这在世界滑坡预报史上是一个极为罕见的成功实例。