‘壹’ 澳大利亚的地质灾害防治
地质灾害对于澳大利亚的大部分地区来说是城市的重要威胁。历史上大的地质灾害有:1997年7月的Thredbo滑坡,造成18人死亡;1996年9月的Gracetown悬崖崩塌,造成9人死亡。据不完全统计,1842年以来,总共有18次致人死亡的滑坡灾害,共造成83人死亡。
澳大利亚东海岸的伍伦贡(Wollongong)市,位于悉尼南面大约80km。如今,伍伦贡市是新南威尔士州人口增长最快的地区之一。1887年以来,在伍伦贡市有478次滑坡的记录,造成至少2人死亡,200座以上的建筑物被损坏,多处市政设施被毁。从1989~1996年,滑坡对铁路造成的损失每年达到2500万元。在伍伦贡广阔的区域内,强降雨易于诱发滑坡。1998年8月的暴雨过程造成了148处滑坡,损失达1亿澳元。
澳大利亚地球科学机构(Geoscience Australia)和伍伦贡大学、伍伦贡市政府一起合作对这一区域进行滑坡灾害及风险评估。研究的重点在于预测将来滑坡出现的区域,同时进行现在滑坡发育区以及预测滑坡发育区的风险估算。研究得出以下的潜在发育区识别方法:对已经发生的滑坡的自然条件的总结,利用GIS技术,找出具有相似自然条件的地区就是潜在的滑坡发育区。通过对滑坡影响的住房、人口、市政设施的估算,可以计算出滑坡所造成的损失。
澳大利亚于1994年启动了全国的国家环境地质填图协议(NEGMA)计划,进行灾害分布图、灾害风险图、地下水脆弱性图、土地管理图、多目标环境地球化学图和地质生态图的测图,用于灾害风险评估。
这些研究成果可以为城市规划和紧急事务管理提供决策依据,以便进行科学规划,制定减灾和防灾措施。
‘贰’ 澳大利亚地质填图历史
澳大利亚地质调查局(AGS)是世界久负盛名的地质调查机构,负责组织澳大利亚的地质调查工作,并为联邦政府有关地球科学决策提供支持服务,包括为国内外矿业投资者提供支持服务等。
第二次世界大战结束后,澳大利亚于1946年成立了澳大利亚矿产资源、地质与地球物理局(BMR)。
1992年8月,澳大利亚地质调查局(AGS)成立,并接管了BMR的全部职能。其基本职能任务是:地球科学、地质填图、地质咨询或管理。2001年8月,澳大利亚地质调查局被重新命名为地球科学局,成为负责澳大利亚国家地球科学、地球空间科学和地质调查的专门机构,其核心职责是:使用地球科学研究成果和信息为澳大利亚经济、社会和环境服务。
2001年9月,国家填图处在地球科学局成立,其任务是对澳大利亚全国进行填图,以促进国家经济发展。最初填图的比例尺主要是1∶250000,后来改为1∶100000。1992年以后,其填图产品主要以GIS产品发布。2005年,国家填图处与地质灾害处合并,形成了新的地球空间与地球监测处。
澳大利亚的地质调查工作始于19世纪早中期。1823年政府官员詹姆斯·麦克布里安在新南威尔士地质调查工作中于巴特斯特以东的鱼河附近发现了金矿,由此拉开了地质调查和寻找金矿的序幕。1841年,调查人员在新南威尔士州的格伦·奥斯蒙德发现了铅矿。19世纪50年代,由于发现更多金矿,在澳大利亚东南部地区掀起了找金热潮。
19世纪后半叶,随着地质调查活动的开展,相继发现了一批矿床,如塔斯马尼亚的比斯科夫山锡矿、昆士兰州罗克汉普顿附近的摩根山铜和金矿、新南威尔士州的布罗肯山地区银铅锌矿、西澳的库尔加迪和科尔古里地区金矿和南澳的艾恩诺布和铁贵族地区的铁矿等。
进入20世纪直到第二次世界大战结束,由于种种原因,澳大利亚地质调查力度不大。但第二次世界大战结束后,当时的澳大利亚矿产资源、地质与地球物理局(BMR)开始了一系列的地质填图工作。最初开始填图的面积为7.7×106km2,填图比例尺为1英尺代表4英里,后来转变为1∶250000,共填制了540多幅图。
20世纪70年代初期,澳大利亚的系统填图工作接近完成。因此,工作重点转向大陆架和大陆坡的地质填图。大陆边缘调查的重要成果是在横跨澳大利亚的大陆边缘上获得了18.5×104km长的横断面。陆上地质工作集中在对矿化区地质、地球物理和地球化学的详细研究上,以期将矿床数据和地质成果结合起来。
1978年,BMR的主要工作转向对澳大利亚大陆和其周围海域的地质了解上。随后,BMR转向战略研究,降低了对地质调查和填图的重视,而海洋石油研究成为高度优先的工作。
20世纪90年代初期开始国家地球科学填图协议(NGMA)。目前,澳大利亚全国已基本完成了1∶100000的地质填图,一些州还相继开展并部分完成了1∶50000和1∶25000的数字地质填图。
‘叁’ 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,成就显着。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。
‘肆’ 当前澳大利亚地质工作概况
(一)澳大利亚矿产资源简况
澳大利亚是世界上最发达的矿业国之一,在矿产勘查、开发、生产、选矿和环境管理的技术方面处于世界领先地位。目前,澳大利亚矿业占GDP的6.4%。矿产品出口522亿澳元,占产品出口的64%、商品出口的48%、商品和服务总出口额的36%。澳大利亚矿业直接就业人员10.3万,占全国总就业人数的1%,另外,制造业中有30.1万人间接依赖于矿业部门。私人勘查投资17亿澳元,其中石油勘查占55.5%,金勘查占23.4%,基本金属占8.9%。澳大利亚矿业在世界矿业供应格局中占据重要地位,其所生产的矿产品80%用于出口。澳大利亚私人部门新投资的16%集中在矿业部门。矿产和能源部门占澳大利亚总财富的25%。来自于矿产和能源部门的财富所占比例,澳大利亚是其他20个最富的国家的2.5倍。
按照产值计算,澳大利亚矿产部门规模居世界第三(次于美国和南非)。澳大利亚是世界上最大的铝土矿、氧化铝、金刚石、钛铁矿、金红石和锆石生产国;世界第二大锌矿石生产国(次于中国);第三大铁矿石(次于中国和巴西)、镍(次于俄罗斯和加拿大)和金(次于南非和美国)生产国;第五大铝和煤炭生产国。澳大利亚拥有全球最多的铀资源,铀资源占全球总量的40%,占世界产量的18%。澳大利亚地质和采矿技术服务居于世界领先地位,全世界的矿山60%使用澳大利亚的有关软件。
澳大利亚固体矿产总约400个矿床,其中200多个在西澳州。西澳州占澳大利亚金产量的70%,镍产量的100%,绝大部分的铁矿石和金刚石、铝土矿、矿物砂、锰、钽、锂等也产自西澳。西澳州还生产全澳石油产量的60%,天然气产量的65%。
澳大利亚能源资源丰富,可以对区域能源安全起重要作用。目前澳大利亚石油尚需进口,依存度约40%,但如果其大力发展油气产业,将在全球能源市场上发挥更重要作用。据分析,澳大利亚未发现石油资源量约为50.3亿桶,凝析油60.35亿桶,天然气114万亿立方英尺;经济证实资源量,石油11.68亿桶,凝析油15.54亿桶,天然气87万亿立方英尺,液化石油气13.23亿桶;次经济证实资源量,石油4.09亿桶,凝析油7.07亿桶,天然气52万亿立方英尺,液化石油气4.93亿桶。2003~2004年澳大利亚生产原油1.29亿桶,凝析油4530万桶,LPG2920万桶,天然气332.22亿立方英尺。澳大利亚工业旅游资源部认为,澳大利亚的油气潜力仍然很大,原因在于:目前澳大利亚1600×104km2的沉积盆地(包括海上)仅打石油探井9000口,而美国墨西哥湾面积还小于澳大利亚西北陆架盆地,但钻井已有60000多口。澳大利亚的石油勘查活动主要集中在海上。海上石油产量占澳石油产量90%以上。主要分布在西澳州的Bass海峡、Carnarvon盆地、Bonaparte盆地(帝汶海),陆上石油主要分布于澳中部Copper盆地。
(二)澳大利亚地质工作管理体制简况
法律规定,澳大利亚矿产资源所有权有的属联邦政府,有的属州政府。在澳大利亚联邦体系中,联邦和州政府在资源勘查和开发方面拥有不同的权限和职责。
联邦政府主要负责制定国家政策,包括财政、货币和税收政策,外国投资指南,移民政策、竞争政策、贸易和关税、公司法、国际协定和土着人事务;州政府则主要负责管理和配置矿产和石油的财产权,主要负责土地管理,日常作业(包括环境、职业健康和安全),征收权利金等。
在具体权利的划分上,联邦政府负责:①财政政策和投资体制;②降低勘查风险(通过两个途径,一是开展地学项目,二是加强矿业权管理改善土地准入条件)。州政府负责:①配置矿业权;②地学项目;③勘查和开采的管理,包括环境和安全;④权利金征收。地方政府则负责审批与采矿项目有关的建筑计划以及地方基础设施建设等。需要注意的是,如在土着地区从事矿产资源勘探和开发活动,有关矿业公司必须事先与土地所有人协商并签订土地准入协定。
联邦和州政府在矿产资源勘查开发方面共同承担以下4方面职责:①建立良好的宏观经济环境;②采取措施取消或减少降低矿业竞争力的制约因素;③通过以合理成本生成和分发地学信息,降低勘查的商业风险;④确立勘查、开发、项目审批、安全和环境评价的管理框架。
在具体矿产资源方面,联邦政府①拥有3海里以外海域矿产资源的所有权,对这些矿产资源实行日常管理;②拥有北部地方铀矿产的所有权,对此实行日常管理;③其他矿产资源由州政府所有,但联邦政府可以通过环境保护、安全等方面的规章实施控制和影响。
联邦政府和州政府均不直接参与商业性的勘查和开发。
在联邦层次上,由澳大利亚工业旅游和资源部负责全国地质工作和矿产资源管理。澳大利亚联邦政府工业、旅游和资源部是2001年在原澳大利亚工业、科学和旅游部的基础上更名组建的。澳大利亚联邦最早负责矿产和能源的部门是1950年3月成立的澳大利亚国家发展部,后来澳大利亚于1973年成立了矿产和能源部,负责澳大利亚全国的矿产和能源的开发与管理,该部于1979年与国家发展部合并组成澳大利亚国家发展和能源部,1983年澳大利亚又单独成立了联邦资源和能源部。1987年该部与联邦初级产业部合并组建成初级产业能源部;1998年初级产业能源部与澳大利亚工业、科学和旅游部合并组成工业、科学和资源部。2001年又更名为澳大利亚工业、旅游和资源部。澳大利亚联邦工业旅游和资源部的演变历程,揭示了其自然资源管理体制的两个发展趋势:一是从单门类资源分散管理向多门类自然资源的集中统一管理方向演变;二是向资源管理与产业管理适度联合的方向演变;三是向资源管理与生态管护、资产管理融合的方向演变。
各州政府通过其矿业能源部(名称不一,但功能类似),按照各州的矿业法(或矿产资源法),对矿产资源勘查开发活动进行管理。各州/地方管理矿产资源的机构可见表3–1。
表 3-1 澳大利亚各州政府负责矿产资源管理的部门
澳大利亚地质工作运行机制畅通。澳大利亚联邦政府和州政府均不直接参与商业性矿产勘查,公益性地质工作与商业性矿产勘查分体运行,但相互呼应:公益性地质工作为商业性矿产勘查服务,商业性矿产勘查的实践为公益性地质工作形成了新的需求和市场。
政府不参与商业性矿产勘查,但在商业性矿产勘查中,政府起着很关键的作用,主要包括①以法律为主要手段,保障商业性矿产勘查活动的有序运行:a.探矿权的有效保障;b.商业性矿产勘查的低准入门槛和低进入成本;c.商业性矿产勘查活动合理的退出机制;②以地质调查为主要手段,为商业性矿产勘查提供有效服务:a.公益性地质调查促进商业性矿产勘查;b.市场经济国家地质调查局在矿产勘查方面的工作;c.地质调查为商业性矿产勘查提供的主要服务手段是信息服务;③以财政、税收、金融等政策调控措施为主要手段,弥补商业性矿产勘查市场内在固有的缺陷:a.在税收设计上充分考虑商业性矿产勘查和矿业活动的特殊性;b.特殊情况下对商业性矿产勘查实行某些财政补贴措施;c.发展矿业资本市场,鼓励商业性矿产勘查工作;④以规范探矿权市场为主要手段,对商业性矿产勘查活动实施适度监管:a.鼓励行业自律;b.打造诚信环境;c.充分利用信息化手段。
澳大利亚商业性矿产勘查运行的市场环境好,勘查商业文化发育。首先,将商业性矿产勘查作为矿业的组成部分。澳大利亚将采掘业三分为:石油天然气工业、矿业和采石业,它们的市场运作方式、资源管理模式差异很大。矿业特指对固体矿产,包括煤和铀的勘查采掘加工。矿业的运作由矿产勘查、预可行性研究、可行性研究、矿山建设、矿山生产和闭坑复垦6个阶段组成。商业性矿产勘查是矿山生命周期的起点,是矿业最重要的组成部份。澳大利亚的矿产勘查(Exploration),一般说来仅指战略选区、野外踏勘、靶区确定、靶区证实、确认矿床的存在,和中国的概查、普查阶段的工作有一定的对比性。这是矿业投资成功率最低,风险最高,回报最不确定的阶段,这决定了商业性矿产勘查市场运作的模式。预可行性研究(Pre-feasibility Study)和可行性研究(Feasibility Study)则包含了中国详查、勘探阶段的工作,例如,系统和加密的钻探工程、计算资源量/储量,矿区水文地质勘查,选矿试验等。
(三)澳大利亚地质调查机构及其演变
澳大利亚的公益性地质工作,在联邦政府,主要由工业旅游和资源部下属的澳大利亚地质调查机构——澳大利亚地学局(GA)负责。各州的公益性地质工作,则由各州矿能部下辖的地质调查局进行(表3–2)。
表 3-2 澳大利亚各州政府负责公益性地质调查的部门
澳大利亚地质调查机构仍然在不断变革中,从其历史沿革看,地质调查工作的内容在不断发生变化,但以服务为核心的宗旨未发生变化。澳大利亚地质调查机构(GA)的前身是1946年组建的矿产资源、地质和地球物理局(BMR)。BMR的主要任务是:开展系统的地质填图和地球物理填图,确保明智的矿产勘查。对770×104km2的国土面积,按照1英寸∶4英里的比例尺(后改为1∶25万)进行填图。BMR还在巴布亚新几内亚设立了办事处并且开展当地的系统填图工作。
20世纪70年代初,系统的填图工作接近完成,此后BMR开始对大陆架及大陆坡进行填图。“大陆边缘调查”项目,开展了18.5万测线千米的调查。陆上的调查则相对集中于特点矿化区详细的地质、地球物理和地球化学研究,并努力使地质数据与矿产、矿床数据一体化。
1978年,BMR的工作重点转向大陆架及海区,对区域地质调查和地质填图的重视程度有所下降。当时政府的需求主要是海上石油的研究,因此,BMR重点开展海上石油调查以支持联邦政府制定相关政策。20世纪80年代,BMR又新开展了遥感及地下水调查工作。同时开展地质灾害评价等项工作。
20世纪90年代初,BMR与各州政府签订了“国家合作地质填图协定”,旨在利用新技术开展陆上第二轮地质填图。这些图件是数字化的,包括许多信息层,并且一般是基于GIS系统的。
1992年BMR更名为澳大利亚地质调查机构(AGSO)。AGSO的定位是:提供地学信息,支持澳大利亚的石油和矿产的勘查开发。同时,地学信息在社会经济发展其他各个领域的作用开始显现。
2001年8月,AGSO再次更名为澳大利亚地学局(GA),由此,在地学信息获取及服务方面,在服务的广度和深度上得到进一步拓展。GA的目标是,利用地学研究和信息,服务于澳大利亚的经济、社会和环境福利,为资源开发、环境管理、安全和社区福利的明智决策服务。就澳大利亚地学局当前的主要任务来说,大致可以归纳为如下几点:①进一步和不断地提高国家的地质研究程度。②开展矿产能源(包括能源和水资源)评价。③对由自然地质作用和认为地质作用诱发的环境地质和灾害地质问题开展系统的调查和研究,阐明危及社会发展和人类生存的各种地质作用产生的原因及发展规律,以便对地质灾害做出科学预测,并且采取有效措施保护环境免受损坏。④研制为地质调查(尤其是地质填图)、矿产勘查和环境地质工作等所需要的新的先进技术方法,如钻探方法、物化探方法、遥感技术、深海探测技术、地质实验技术和各种测试手段以及测绘技术。⑤系统收集和储存各种地质(包括矿产资源)信息,建立各种地质数据库,为政府决策、规划和管理,为社会公众事业以及地质工作提供服务。
的确,信息的提供对商业性矿产勘查而言至关重要。矿业公司对成矿远景所具有的理解力取决于可得的地质知识、技术能力和地质方面的独创性和观念。所有远景评估,均基本上取决于能够为成功勘查和发现提供一个框架的地学数据资料、概念和知识。澳大利亚AGSO(GA的前身)的T.G.鲍威尔曾指出,“如果一个国家想在勘查投资方面积极发展并保持竞争力,与远景相关的现代水平的信息就是至关重要的”。在澳大利亚,地质调查机构一直在并将继续在决定寻找什么和到何处去寻找方面发挥重要作用。澳大利亚着名经济地质学家R.伍德尔称,“在产生勘查项目的阶段,构想有用的概念模型的能力仅为可得和可靠的地质、地球化学和地球物理数据资料的密集度以及我们对地球作用过程的物理和化学的理解程度所限制……大部分数据资料的来源……由政府地质调查机构和大学汇集的宝贵的国家地学数据库”。澳大利亚AGSO的T.G.鲍威尔指出,对澳大利亚地质调查机构政绩要求的涵义在于信息服务的质量和层次、范围,不在于地质调查机构本身出了多大的成果,更不在于找到几个矿。
国家对澳大利亚地学局有一套系统的绩效评估机制并且相应地建立了评估指标。其主要的成果体现是:“通过运用一流的地学研究和信息,提高澳大利亚获取经济、社会和环境福利的潜力”。主要包括5个评价指标,见表3–3。
澳大利亚地学局有一系列的、规定详尽的职业道德规范和章程。
澳大利亚地学局,目前现有员工639人。其中,正式员工543人,合同员工96人。2004年,新聘用员工106人(其中正式员工36人,合同员工70人),退休、离职73人(其中正式员工37人,合同员工36人)。639人中,男性451人,女性188人。工资分19个级别,最高工资15万澳元,最低2.7万澳元。
表 3-3 澳大利亚地学局绩效指标
澳大利亚地学局2004~2005年国家预算10105.5万澳元,其他来源的收入为979.7万澳元。国家财政预算占澳大利亚地质调查机构总经费的91.2%。
澳大利亚各州的地质调查局,除西澳州100多人外,员工一般为20~50人不等,6个州和北部地方,合计估计为300~400人。这样,澳大利亚全国从事公益性地质调查工作的总人数约为1000多人。
澳大利亚2003年制定了《国家地学战略规划(National Strategic Plan for theGeosciences)》,主要由澳大利亚地学局执行。规划的重点工作和任务分4个方面:教育、研究、可持续性、财富创造。值得重视的是,最近其研究重点之一是二氧化碳鏊合,一方面,可以缓解环境压力;另一方面,澳大利亚试图将此作为一项重要的资产对待。
目前澳大利亚全国地质人员总数,估计为5000~6000人,2001年的统计数字为5067人,其中一半以上从事矿产资源勘查开发,1303人从事商业服务,366人从事工程地质,425人就职于政府管理部门。目前地学大学新生,大约每年600~800人,并且就读地学的大学新生的数量,与澳大利亚每年矿产勘查支出水平呈现直接的相关关系。
据M.Matthews2003年在堪培拉的《Policy Intelligence》上的报道,在澳大利亚,政府每1澳元的在地学研发方面的投资,将使地下资产的价值增加180澳元。
州地质调查局对解决本州范围内的重大地质问题和矿产勘查起关键作用。
以下我们以西澳大利亚州工业和资源部下辖的地质调查局为例来说明州地质调查局的功能。西澳州地质调查局的职能是:“通过提供高质量的地学产品,使西澳州成为国际矿产和石油勘查的重点地区”;主要任务是:“研究西澳州地质框架,揭示西澳州成矿潜力和石油潜力,提供高质量空间地学信息、区域地质、地球物理、地球化学图件和报告产品;为政府决策服务,为矿产勘查提供支持,满足社会多元化的需求,包括城市规划和土地利用”。西澳州地质调查局目前员工145人,是各州地质调查局中规模最大的。
西澳州地质调查局目前执行的主要项目包括:①石油系统研究和石油勘查数据;②矿产资源评价和矿产勘查数据;③区域地学填图;④科学、技术和野外支持(包括岩心库)。
西澳州地质调查局目前提供的在线地学数据库包括:①交互式地学数据和图件(GeoVIEW.WA);②矿产勘查数据(WAMEX);③石油勘查数据(WAPIMS);④矿山和矿床数据(MINEDEX);⑤航空物探信息电子交换(MAGIX)。正是因为公益性地质调查服务到位,使西澳占全球矿产勘查总支出的10%,占全国矿产勘查投资的60%。
‘伍’ 地质灾害易发区国内外研究现状
4.1.1 国外现状
由于研究的地域范围不同和对地质环境认识的差异,国内外研究者对地质灾害易发区的理解也有不同。
国外对地质灾害敏感性评价类似我国的地质灾害易发程度评价。美国灾害敏感性评价以地质、地形条件和以往发生的灾害空间分布情况为依据进行评价(Nilsen,1977;Shek,1977;Carrara,1983,Brabb,1984,Brand,1988;Cross,1998等)。美国地质调查局在《美国国家滑坡减灾战略——减少损失的框架》(2003)中认为,可供规划和决策使用的滑坡编目和滑坡敏感度图对全国滑坡多发区是绝对必要的。
欧洲国家在阿尔卑斯山较多地开展了滑坡敏感度和危险性评价,并把评价结果应用于滑坡灾害的减灾管理。意大利P.Aleollt(2000)采用GIS技术对意大利北部阿尔卑斯山前缘的Piedmont地区的滑坡、洪水、雪崩、山谷口堆积等灾害的敏感性、危险性及总的风险进行了区划性制图研究。A.Car-rara,M.Cardinali和F.Guzzetti等(1991)利用GIS技术将统计模型应用于意大利中部某小型汇水盆地的滑坡敏感性和危险性评估。亚洲国家,如日本、韩国在一些滑坡地质灾害多发区也开展了滑坡敏感度和危险性评价,H.Haruyama和H.Kawakami(1984)利用数学统计理论对日本活火山地区由降雨引起的滑坡灾害进行了敏感性和危险性评价,Saro Lee对韩国的一些地区分别应用多元统计和神经元网络模型进行了滑坡灾害敏感性和危险性评价。一些国家,如澳大利亚直接开展斜坡地质灾害风险评价,其中敏感性和危险性评价是其基础,如M.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,把斜坡灾害的敏感性、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Cairns地区进行了斜坡地质灾害的敏感性、危险性和风险评价。Mario Mejia-Navarro和Ellen E.Wohl(1994)在分析哥伦比亚的Medellin地区滑坡、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技术将两者合成制作了风险评价分区图。
4.1.2 国内现状
进入21世纪以后,在原有研究的基础上,我国在全国范围内有计划地开展了全面的地质灾害调查与防治,积极吸取国际地质灾害防治研究的先进方法,并公布实施了《地质灾害防治条例》,将地质灾害易发区的研究纳入了国家法制的轨道。
1)1999年以来,在全国地质灾害严重区开展了以县(市)为单元的“县(市)地质灾害调查与区划”工作。调查灾种为崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝等,截至2005年,共进行了700个县(市)地质灾害的调查与区划工作。中国地质环境监测院已完成545个县(市)信息系统的集成和综合研究。
在各调查县(市),根据野外调查的结果和地质环境资料,结合灾害点和灾害隐患点的密度,划分地质灾害易发区并编制“地质灾害分布与易发区图”是其主要任务之一。《县(市)地质灾害调查与区划实施细则》明确指出“地质灾害易发区”是指容易产生地质灾害的区域。基于地质灾害现状,地质灾害易发区可划分为高易发区、中易发区、低易发区和不易发区四类。
2)从2002年开始,各省陆续开展了分省地质灾害防治规划工作,主要依据1∶50万环境地质调查和县(市)地质灾害调查成果,对省内地质灾害易发区进行了初步划分,22个省编制了分省地质灾害易发区图(1∶50万~1∶200万)。
3)张梁等(2002)将地质灾害易发区表述为地质灾害危险性评估,并认为地质灾害危险性(易发程度)评估就是研究不同地层单元组合、区域地质构造单元特征、地形地貌条件下的区域地质灾害规律,以及气象、人类活动方式条件下的区域地质灾害诱发规律和时间活动规律。前三类因素是决定地质灾害区域分布规律的背景因素组合,这些因素具有空间上的分布规律,而且随时间的变化性极小,属于稳定型的控制因素,是地质灾害易发程度的背景条件。后两类因素属于地质灾害的触发因素,随时间的动态变化较大,它们与背景条件的组合状况决定了地质灾害的时空规律。
4)岑嘉法(2003)认为,地质灾害易发区是指地质环境条件脆弱,具备发生地质灾害条件,容易产生地质灾害的区域。如在地球内动力作用强烈地区(高地震烈度区、活动断裂区、区域构造交会处等)、地球外部营力作用强烈带(如暴雨中心区、河流侵蚀带、岩土体松散分布区等),以及人类工程经济活动剧烈地区(如人口密度大,工业、农业、城镇、交通建设强度大区)等。只要有触发因素,即可产生地质灾害。该区的确定,主要通过较大比例尺的环境地质与灾害综合调查后实际圈定,经济建设与工程安排应尽量避免在易发区内。如果需在易发区内建设,要进行工程项目地质灾害危险性评估工作。对工程建设作出地质灾害现状、工程建设可能诱发或加剧地质灾害的预测和综合评估,并提出地质灾害防治措施对策。现进行的县(市)地质灾害调查与区划,就是要实地圈定地质灾害易发区范围。
5)刘传正等(2003)提出的“潜势度”是某一地区在没有任何降雨、地震、人类活动等情况下发生地质灾害的潜在条件的量化指标,具体是指地质灾害基础因子(地形地貌、地表植被、地层岩性和地质构造)与响应因子的综合表现,并编制了三峡库区地质灾害潜势度、危险度等图。
6)全国山洪灾害防治规划编写组和水利部长江水利委员会进行的山洪灾害易发程度评价,是利用各省(区、市)1∶50万或1∶100万泥石流、滑坡分布图,以泥石流、滑坡的“线密度”和“规模”所反映的“可能成灾点”的多少进行评价,即“可能成灾点”越多,灾害易发程度越高;“可能成灾点”越少,灾害易发程度越低。在参考相关部门成果及进行实地调查的基础上,以小流域为单元,划分出了泥石流或滑坡灾害高易发区以及中易发区和低易发区。各区的划分具体指标如表4.1所示。
在上述工作的基础上,编制各省(区、市)1∶50万或1∶100万山洪诱发的泥石流、滑坡灾害易发程度分布图。该图除反映泥石流、滑坡灾害的易发程度以外,还通过编绘地形坡度分区和地层岩性分区,标示地貌区划和区域构造形迹,综合反映了由山洪诱发的泥石流、滑坡灾害易发程度区划与地形地貌、地层岩性及地质构造的相互关系。从而可以通过图件,分析出不同区域地质背景与地形地貌条件下,泥石流、滑坡灾害高、中、低易发区的分布规律。并以此进行逆向校核、修正,使泥石流、滑坡灾害易发程度区划图更为科学、合理、可靠。
表4.1 山洪诱发泥石流、滑坡灾害易发程度分区标准
7)2003年11月,我国国务院公布了《地质灾害防治条例》(中华人民共和国国务院令第394号),并规定2004年3月起施行。该条例要求“实行地质灾害调查制度”,并在此基础上编制地质灾害防治规划,规划所包括的5项内容之一就有“地质灾害易发区、重点防治区”。2004年颁布的《地质灾害防治条例释义》进一步明确指出,地质灾害易发区,是指具备地质灾害发生的地质构造、地形地貌和气候条件,容易或者可能发生地质灾害的区域。地质灾害易发区必须经过地质灾害基础调查才能划定。易发区是一个相对的概念,并且可按照灾害种类划定,不同灾种其易发区范围不同。
‘陆’ 地质灾害的种类及成因
一、地质灾害的定义
(一)定义
地质灾害是指由于地质营力或人类活动而导致地质环境发生变化,并由此产生各种危害或严重灾害,使生态环境受到破坏、人类生命财产遭受损失的现象或事件(汪新文主编,1999)。地质灾害按成因可分为两类,一类是自然地质灾害,如地震,火山喷发,滑坡,泥石流;另一类是由于人类活动引起的地质灾害,如地面沉降等。
(二)特点
地质灾害与气象灾害、生物灾害一样是自然灾害的一个主要类型,具有突发性、多发性、群发性和渐变影响持久的特点,并且容易造成较大的人员伤亡和巨大的经济损失(段永侯等,1993)。地质灾害中以突发性、群发性小型土质滑坡、崩塌为主。直接诱发因素是集中性强降雨;山区切坡建房、修路等工程活动是产生崩塌、滑坡、泥石流的重要因素;群众防灾意识淡薄、避灾自救知识缺乏是造成人员伤亡的主要原因。而地震、火山喷发这样的地质灾害发生的频率相对来说比较小,但是它的破坏性是巨大的。
二、地质灾害的种类及成因
(一)地震
地震是岩石圈在内力作用下突然发生破裂,地球内能以地震波的形式强烈释放出来,从而引起一定范围内地面震动的现象。引起地震的原因很多,据此可以分为构造地震、火山地震和冲击地震,人类活动引起的地震还可以称为诱发地震(宋春青和张振春,1996)。构造地震是构造变动特别是断裂活动所产生的地震,约占全球地震总数的90%。其中大多数又属于浅源地震,因此对建筑物的破坏程度很大,波及的范围很广,常引起生命财产的重大损失,汶川地震就属于此种类型。
人们根据地震的活动地区,在地理上划分出几条主要的地震活动带。环太平洋地震带,约80%的浅源地震都发生在这一带内;地中海—南亚地震带,带内亦发生破坏性地震以及很少的深源地震。此外,还有北极—大西洋海岭地震带、东太平洋海隆地震带、西印度洋地震带、东非地堑地震带等次要地震带。
(二)火山喷发
火山喷发是地幔物质在地球内部动力的作用下不断运动,当岩浆中气体成分游离出来使内压力增大到一定极限时,岩浆就会顺地壳裂隙或薄弱地带喷出地表,形成火山喷发。根据火山通道的形状可分为裂隙式喷发和中心式喷发。裂隙式喷发是岩浆沿一个方向的大断裂或断裂群上升,喷出地表;中心式喷发则是喷发物沿火山喉管喷出地面,平面上成点状喷发。
人们根据火山的活动性,将火山划分为死火山、活火山和休眠火山三种。如今,地球上已发现的活火山共有523座,其中有455座在陆地上,有68座位于海底(李克,2005)。死火山大约20000余座。这些火山在地理分布上有一定的规律性,他们大多集中在几个主要的火山带上。如环太平洋火山带、大洋中脊火山带、阿尔卑斯—喜马拉雅火山带、东非裂谷火山带。
火山喷发形成典型的火山地貌景观,有火山锥,如海南琼山马鞍岭,山西大同火山锥;火山口;火山湖,也叫火口湖,如吉林延边长白山天池;堰塞湖,黑龙江五大连池和镜泊湖;火山溶洞;火山瀑布等。
(三)滑坡
滑坡是指斜坡上的土体或岩体在重力的作用下和其他因素的影响下,沿着一定的软弱面整体的向下滑动。滑坡经常发生在粘土质为主的土层或泥质岩及变质岩的分布区。俗称“走山”、“垮山”、“地滑”、“土溜”等。滑坡的形成与气象水文、地层岩性、地质构造、地形地貌、外营力改造和人类工程活动等因素密切相关。松散土体和高陡的斜坡是形成滑坡的内因,河流冲刷及淘蚀是产生滑坡的外因,人类工程活动和降雨是发生滑坡的主要诱发因素。
另外,产生滑坡的基本条件是斜坡体前有滑动空间,两侧有切割面。例如中国西南地区,特别是西南丘陵山区,最基本的地形地貌特征就是山体众多,山势陡峻,沟谷河流遍布于山体之中,与之相互切割,因而形成众多的具有足够滑动空间的斜坡体和切割面,广泛存在滑坡发生的基本条件,滑坡灾害相当频繁。
(四)泥石流
泥石流是在山区的沟谷中,因暴雨、洪水等充足的水源激发的含有大量泥沙石块的特殊的洪流。泥石流具有暴发突然,运动快速,来势凶猛,破坏力强,成灾率高等特点。泥石流的形成有三个必备的条件:①地势陡峻,山高沟深,流域面积大;②有大量的松散的物质;③在短时间内有充沛的水量。泥石流粘度大、容量高、具有重大冲击力,具有很大的破坏性,在我国的南方地区,暴雨、洪水过后经常会出现这种地质灾害。
泥石流发生机制是陡峭的河床堆积物由于暴雨而饱和,进而在其表面产生水流,堆积物失去力学的稳定性而开始滑动形成泥石流。另外,崩塌土块在其运动过程中,破坏了结构,而又有水的供给也可以形成泥石流。泥石流的发育过程与气候环境的变化有关,如冰川的消融,冰体填充山谷,阻塞成湖,山坡重力侵蚀加剧;与季风在一个地区的盘踞时间的长短有关;与一个地区的植被繁盛也有关系;泥石流还与区域地质构造运动的强弱、地势起伏和岩石软硬有关。
(五)地面沉降
地面沉降,又称为地面下沉或地陷,它是在人类工程经济活动影响下,由于地下松散地层固结压缩,导致地壳表面标高降低的一种地质现象。
地面沉降主要发生于大型沉积盆地和沿海平原地区的工业发达城市及油气田开采区。其特点是涉及范围广,下沉速率缓慢,往往不易被察觉;在城市内过量开采地下水引起的地面沉降,其波及的面积大;地面沉降具有不可逆特性,就是用人工回灌办法,也难使沉降的地面回复到原来的标高。近年来,在软土等不良工程土体较发育地区,由于人类工程活动造成的基础不均匀沉降现象成为影响大型工程建设的主要原因之一。因此地面沉降对于建筑物、城市建设和农田水利设施危害极大。
三、中国的主要地质灾害
中国是一个面积广阔、资源丰富的国家,面积广阔又决定了中国的地形地貌、地质构造以及气候条件的复杂性。因此中国的地质灾害分布广泛,类型多样,发生频繁。中国常见的地质灾害有地震、崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降、水土流失、土地沙漠化等。
(一)中国地震灾害的分布特点
中国处在世界两个最活跃的地震带上,东濒临环太平洋地震带,西部和南部是欧亚地震的经过区域,因此中国的地震灾害比较频繁同时它也是中国主要的地质灾害。
(1)中国地震分布特点是东少西多,地质构造特点是以东京105°为界分为东西两部分。中国西部地区是世界上大陆地震最活跃、最强烈和最密集的地区。环太平洋地震带对中国台湾及其附近海域影响最大。
(2)华北区、台湾地区地震多发的成因是该区处在亚欧板块与太平洋板块的交界带,地壳活动强烈。西南地区地震、滑坡、泥石流多发的成因是由于印度洋板块和亚欧板块的挤压碰撞。
(二)崩塌、滑坡、泥石流的分布特点
中国泥石流的分布明显受地貌、地质和降水条件的控制,集中分布在阶梯状地形的过渡带上,尤其是沿大断裂、深大断裂发育的河流沟谷两侧(冯天驷,1998)。其中云南、四川、甘肃、陕西、西藏等地区是中国泥石流的多发地区。同时西南地区也是中国崩塌、滑坡等发育的主要地区。
(三)地面沉降分布特点
地面沉降活动主要发生在中国东部地区,尤其以沿海城市和华北平原等地区最严重。在该区域内,发生地面沉降的城市或地区有的是孤立存在,有的则是密集成群或断续相连,形成大面积的地面沉降带。
(四)水土流失的分布特点
水土流失是指:在水力、重力、风力等外营力作用下,水土资源和土地生产力的破坏和损失,包括土地表层侵蚀和水土损失,亦称水土损失。
20世纪90年代末全国水土流失总面积356万平方千米,占国土面积37%,其中:水蚀165万平方千米,风蚀191万平方千米,在水蚀和风蚀面积中,水蚀风蚀交错区水土流失面积为26万平方千米。水土流失分布范围广、面积大。西部12省(区、市)(桂、蒙、陕、甘、宁、青、新、川、贵、滇、藏、渝)占国土面积70.78%,土壤侵蚀(均指微度以上侵蚀,下同)面积107万平方千米,占全国土壤侵蚀面积的82.61%,水土流失最严重,分布面积最大;中部10省(冀、晋、辽、吉、黑、皖、赣、豫、鄂、湘)占国土面积24.28%,土壤侵蚀面积49万平方千米,占全国土壤侵蚀面积的14.64%,水土流失较严重;东部10省、市(京、津、沪、苏、鲁、浙、闽、台、粤、琼)占国土面积8.13%,土壤侵蚀面积9万平方千米,占全国土壤侵蚀面积的2.74%,流失相对较轻。
(五)土地沙漠化分布特点
中国现有荒漠化土地共计262万平方千米,约占国土总面积的27%。广泛分布在中国西北、华北、东北等地区,以新疆、甘肃、青海、内蒙古、宁夏、陕西、山西、河北等省(区)最严重。全国荒漠化面积和荒漠化程度不断地增加。荒漠化不仅使中国的耕地面积不断减少而且对中国的环境造成严重的破坏,使中国的旱灾、沙尘暴等灾害不断地严重(国土资源部地质环境司、宣传教育中心,2003)。
‘柒’ 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。
‘捌’ 最近发生的地质灾害
巴西的泥石流,日本、伊朗的地震,澳大利亚的洪灾,印尼、日本的火山爆发,还有很多国家的雪灾
,比如美国纽约、中国南方冰冻。 约热内卢1月22日电
巴西里约州政府22日宣布,已有794人在1月11日以来的洪水和泥石流中遇难,此外还有430人失踪。 自去年12月25日起,热带低压“塔莎”为澳大利亚带来持续大量降雨,形成了澳50年来最严重的洪灾。1月13日,澳大利亚第三大城市、昆士兰州首府布里斯班遭遇洪峰过境,水位高达4.46米。肆虐澳大利亚数周的洪水已经导致超过22人死亡 12月21日报道
据英国媒体报道,伊朗东南部克尔曼省侯赛因阿巴德市12月20日晚发生里氏6.5级地震,截至目前已造成至少7人死亡,部分山区的房屋受损。 2011年2月5日...日本东部千叶县附近海域5日上午发生里氏5.2级地震,东京都及东部地区多个县有较为明显的震感,目前尚无人员伤亡的报告。
2011年1月29日...近日日本火山印尼火山相机火山喷发。1月26日,日本雾岛新燃岳火山喷发发生大规模喷发,喷发出来的浓烟高达1500米。
‘玖’ 地质灾害调查
进入20世纪以后,在社会变革和科技进步的双重驱动下,全球经济进入快速发展阶段。与此同时,自然灾害发生频次不断增加,环境污染日益扩大,成为威胁经济社会发展的重大问题。据联合国国际减灾战略机构统计,重大地质灾害从1900~1909年的40次增长到2000~2009年的358次(图6-3)。为了应对日益增多的自然灾害所带来的巨大挑战,20世纪80年代末,联合国大会上通过关于成立国家减灾委员会的决议,提出“国际减轻自然灾害十年”计划,由此推动各国政府把减轻灾害列入国家发展规划。针对地质灾害,专门成立了国际滑坡研究组等组织,实施全球地质灾害编图计划。2000年联合国通过了国际减灾战略,成立了相应的国际减灾战略机构,继续推进各国的减灾行动。2005年1月,第二届世界减灾大会在日本神户召开,与会专家学者们一致呼吁加强区域综合减灾能力建设,提高应急管理水平,从而实现区域的可持续发展。目前,各个国家的地质调查部门均把地质灾害的调查、监测和防治作为其重要的工作内容。
图6-3 1900~2009年世界地质灾害发展趋势示意图
美国地质调查局长期致力于滑坡、地震、火山等地质灾害的研究和预警预报工作。经过长期的积累与努力,美国地质调查局成为世界公认的滑坡灾害权威机构,设有国家滑坡信息中心,负责滑坡灾害研究并提供实时灾害信息。2000年,美国地质调查局制定了《国家滑坡灾害减灾战略》,确定了美国减轻滑坡灾害的重点工作方向,包括滑坡过程与发生机制研究、灾害填图与评估、实时监测、信息收集传输与解译、指导与培训、公众教育、灾害防治、应急反应与救灾9大方向[8]。目前,正在执行滑坡灾害项目2005~2010年规划,强调采用新的机理模型和监测技术来研究滑坡灾害。挪威地质调查局和挪威岩土工程研究所等机构联合开发建立国家滑坡灾害数据库,对挪威境内的滑坡进行登记入库,包括灾害分布图、危险性分区图、滑坡历史数据、灾害评价资料等。从2004年开始,挪威地质调查局负责进行全国的滑坡灾害填图。澳大利亚1994年启动的国家环境地质科学填图协议,把灾害调查、灾害风险评估作为其中一项重要的内容。澳大利亚地球科学机构与地方政府合作进行滑坡灾害调查与评估工作,重点对发生滑坡的区域开展灾害预测,对滑坡易发区进行灾害风险评估。日本泥石流灾害发生频繁,不得不投入大量的人力、财力进行泥石流灾害研究,取得了显着的成效。近年的研究工作重点强调利用先进技术建立泥石流原型综合观测系统,同时进行一系列规模大小不一的模拟实验,开展泥石流产生、搬运和堆积机理的理论研究[9]。
近年来,国外地质灾害调查的主要研究集中在以下几个方面:
(1)地质灾害数据库及灾害的风险填图。例如,意大利建立了GEOS数据库,收集的数据包括岩石、古今滑坡、对人造建筑的损害、土壤最易过饱和和滑动的地区、河道特征等。根据需要,可以绘制各种1∶10万至1∶25万比例尺的图件,如脆弱性图、洪水多发区图等。加拿大启动了自然灾害填图项目,目的是提供加拿大自然灾害的背景信息,包括历史事件数据和风险图等。美国编制了自然灾害风险图,表明了易受各类自然灾害危险的地区。
(2)地质灾害预测和预警系统。在进行灾害预警系统研究中,广泛采用了现代化的技术方法。例如美国采用GIS技术确定各个地区对地震灾害的脆弱性,并实时监控地质活动带获取相关数据。
(3)先进技术在地质灾害调查中的应用。例如,采用遥感技术对中小流域地质灾害进行区域性评价,查明地质灾害时空分布规律,结合地面调查划分地质灾害危险性等级。同时将灾害危险性等级与土地资源的可利用性联系起来,使地质灾害研究成果更容易为公众所接受,扩大成果的应用服务。
(4)灾害系统和灾害链的研究。研究表明,各种地质灾害的发生有着成生联系,往往会发生连锁反应,例如大洪水常伴生有滑坡、泥石流、地面塌陷等灾害。由于灾害的共生性使灾害事件和灾害系统非常复杂,对单一灾害的研究往往不能解决实质性的问题,各国加强了对地质灾害系统的研究。