国内地质灾害防治科技研究现状与形势

作者&投稿:钞仁 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
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),Abdulla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10.2 瑞士南部Canton Ticino地区的滑坡实时监测(据www.geodev.ch)

(3)地面沉降监测预测新技术新方法研究
在美国、荷兰、日本等发达国家,地下水水位往往与基岩标、分层标布设在同一孔内同时进行自动化监测(图10.3)。一是可以判明是否是由于过量抽取地下水所致,即地面沉降的形成原因;二是可以与监测到的地面沉降数据进行动态的耦合分析,得出地下水开采量(水位)与地面沉降量的相关关系;再通过水流模型可对地面沉降进行预报预测。同时,作为地下水位的实时监测数据,能够直接成为地下水资源管理的可靠依据。

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。

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。

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。



我国地质灾害监测预警工作现状
答:4)监测工作经费严重不足。地方各级政府尚未建立地质灾害专项资金渠道,仅靠国家补助的部分地质灾害防治专项资金开展工作。每年的监测经费不足以维持正常的监测工作,监测工作日益萎缩,设备陈旧老化、设施破损严重,影响监测成果质量,难以满足准确快速实时监测的要求。表7.2 全国地质灾害监测状况 7.1.3 监测...

广西地质灾害调查及监测的现状与展望
答:【摘要】本文简述了广西地质灾害的发育及分布特征,较详实地论述了广西地质灾害调查与监测的现状,介绍了调查与监测的工作方式方法及取得的效果,指出了广西地质灾害调查与监测工作中存在的问题,并针对问题提出了较为具体的对策意见:加强地质灾害调查与监测工作,掌握地质灾害的分布及规律,及时地发现地质灾害的变化变形迹象,掌...

地质环境监测现状
答:盆地及岩溶山区地下水动态的区域性监控和地下水监测点的实时监控;为各级领导、各部门和社会提供及时、准确、全面的地下水动态信息,满足科学研究和社会公众对地下水信息的基本需求,为优化配置、科学管理地下水资源,防治地质灾害,保护生态环境提供优质服务,为水资源可持续利用和国家重大战略决策提供基础支撑,实现经济社会的...

年全国地质灾害防治工作情况
答:三、地质灾害防治能力得到显著提升 通过加强群测群防、预警预报、科学研究和教育培训等工作,地质灾害防治能力得到提升。 (一)基层地质灾害防治能力得到加强 一是通过开展以县 (区、市)为对象的群测群防有组织、有经费、有规划等的 “十有县”建设,县级地质灾害防治能力得到显著提高。目前,全国 “十有县”总数达到 13...

矿山地质灾害治理现状
答:治理成效较显著的矿山有云南省小龙潭煤矿、楚雄燎原煤业有限公司、华宁向阳煤矿,重庆市天府煤矿,西藏自治区罗布莎铬铁矿区,贵州省盘江火烧铺煤矿、万山汞矿、开阳磷矿,四川省有拉拉铜矿、泸沽铁矿、会东铅锌矿、攀枝花钒钛磁铁矿等矿山。地质灾害治理根据不同的地质灾害类型和经济条件采取了不同的工程防治...

中国地质大学地质工程专业在地灾防治领域的研究成果有哪些?
答:地质灾害与环境相互作用研究:探讨了地质灾害与地表水、地下水、土壤等环境要素之间的相互作用关系,为地质灾害的环境影响评估和综合治理提供了科学依据。国际合作与交流:中国地质大学与多个国际组织和外国高校在地质灾害防治领域开展了广泛的合作与交流,推动了地质灾害防治技术的国际化进程。综上所述,中国...

新疆地质灾害现状
答:这些基础性工作的开展,明显提高了新疆地质灾害的研究程度和防治水平,尤其是开展“县(市)地质灾害调查与区划”工作,普及了地质灾害防治知识,提高了当地政府和群众对地质灾害危害性的认识,建立了地质灾害群测群防网络体系,制定了重要地质灾害隐患点的防灾预案,增强了地质灾害的预警能力,为地质灾害防治工作提供了科学依据。

国内外矿山地质环境保护概况
答:一、国外矿山地质环境保护现状 矿山地质环境保护是生态环境保护的重要组成部分,国外发达国家在矿山地质环境研究与防治方面起步较早,20世纪70年代初已开展了矿山地质环境保护的系统研究,并提出了矿山环境保护及矿山复垦的方法;制定的环境保护法规也较为齐全、系统,对环境保护与防治的要求标准较高,如美、英、法、德及澳大...

山东省矿山地面塌(沉)陷地质灾害现状、趋势分析及其防治
答:摘要 本文通过对山东省矿山开采引发的地面塌(沉)陷地质灾害的现状分析,结合矿产开发规划对其发展趋势进行了分析,提出了相应的防治措施,对于减轻地质灾害和地质环境保护具有重要意义。 关键词 地面塌陷 现状 趋势分析 防治措施 前言 山东省是我国矿业大省、经济大省,全省累计发现各类矿产150种,其中能源矿产11种、金属矿产...

全球地质灾害态势及防治趋势
答:2020-02-04 国际地质灾害防治科技研究现状与发展趋势 2020-02-02 当今地质灾害研究的重点与发展趋势 2020-01-30 当前世界地质工作发展趋势及几点思考 2020-02-03 地质灾害发展趋势初步分析 2020-02-02 地质灾害防治效益分析的国内外研究现状 2020-02-03 年月全国地质灾害灾情及月地质灾害趋势预测 2020-02...