Ⅰ 苏-锡-常地区地裂缝灾害研究
宗开红
(江苏省地质调查研究院,江苏南京,210018)
【摘要】进入20世纪80年代以来,苏-锡-常地区国民经济持续高速发展,但对地下水资源的超量开采,破坏了均衡的地质环境,诱发了一系列地质灾害,如地面沉降、地裂缝、渍害等等,尤其地面不均匀沉降——地裂缝灾害的迅速发展,破坏性大,给社会造成了不安定因素和负面影响。本文着重讨论地裂缝的形成机制,以期能对地裂缝灾害进行更好的预测,达到减灾防灾的目的。
【关键词】苏-锡-常地区地裂缝研究
苏-锡-常地区自改革开放以来,地方经济突飞猛进,目前已经成为我国东部沿海经济最为发达的地区之一。但是,相对苏-锡-常地区经济建设的高速发展,环境保护明显滞后,尤其是对地质环境的保护意识的淡漠,长期超量开采地下水资源,引发了区域性地面沉降地质灾害。
苏-锡-常地区地面沉降主要发生在最近30年中,中心城市区稍早,外围县市区稍晚,时间上与地下水开采史基本一致。20世纪80年代中期以前主要发生在3个中心城市及锡西地段,80年代中期以后,随着地下水开采区的扩大和开采强度逐年骤增,地面沉降问题也迅速扩大至区域(图1),发生程度也越来越严重化(表1)。
图1苏-锡-常地区地面沉降发展变化图
现状中累计沉降量大于200mm的区间面积近6000km2,约占苏-锡-常平原地区总面积的1/2,而500mm等值线已连片圈合了3个中心城市,面积超过1500km2。
与此同时,在区域性地面沉降发生、发育过程中,由于存在特定的地质环境背景条件(基岩潜山、古埋藏阶地、含水砂层分布不均等)及人为开采地下水的方式、方法不合理,导致了在苏-锡-常地区的局部地方,发育了地面不均匀沉降地质灾害,在地表则以地裂缝的形式表现出来。它破坏了地表建筑物及地下管线等掩蔽工程,严重影响了地方经济的可持续发展。
表1苏-锡-常地区地面沉降发展变化情况统计一览表
苏-锡-常地区地裂缝最初发生于20世纪80年代末期,鼎盛发育期为20世纪90年代,本世纪初的几年间,亦陆续有发生。
1地裂缝分布发育特征
苏-锡-常地区地裂缝的分布发育,无论在空间上、时间上均是有规律可循的。
1.1空间分布特征
(1)平面特征
苏-锡-常地区地裂缝地质灾害的平面形态则呈线条状,或直或曲,或呈雁行式排列。大多在主裂缝两侧分布发育一定宽度的裂缝带,一般宽度小于100m,地裂缝延伸从数十米到千余米不等。
(2)剖面特征
苏-锡-常地区地裂缝地质灾害的剖面形态,一般不甚清晰,大多呈裂缝两侧上下错移,在地表形成陡坎状或阶步状地裂缝;亦有的呈“V”字形开裂状,地表裂缝宽度一般在2~80mm左右,裂缝可见深度一般均在20~40cm左右。经对无锡市石塘湾因果岸地裂缝灾害进行剖面开挖及进行物探面波(SWS)测量显示,开挖剖面中裂缝的深度达3m(图2),面波勘探成果揭示,裂缝两侧相同第四系地层遭切割影响的深度可达36m之深;根据三维地震勘探成果的分析,地裂缝的影响深度可达基岩面,影响深度达到60~80m。
(3)方向特征
苏-锡-常地区地裂缝地质灾害分布发育的方向性比较明显,大多呈 NE向或 NNW向分布;亦发育一些呈环状分布发育的地裂缝灾害,经对裂缝的发育方向进行玫瑰花图统计分析,方向性不太明显(图3)。
图2无锡石塘湾因果岸地裂缝剖面素描示意图
图3常州大学城南周村地裂缝发育方向玫瑰花图
1.2时间发育特征
经对苏-锡-常地区地裂缝发育的时间进行统计,其与区内地面沉降灾害发育的高峰期具有明显的相关性。本区地裂缝始发于1989年,在以后的近20年中,几乎每年均有地裂缝灾害的发生,鼎盛期在20世纪90年代,尤其是1995年,本区有6处地方发生地裂缝灾害,本世纪初有减缓的趋势。
1.3不同地质环境背景条件下产生不同类型地裂缝
不同的地质环境背景是地裂缝产生的内在因素。因此,在有埋藏山体、古埋藏阶地、埋藏基岩陡崖分布发育的地区,通常发育线状地裂缝,具有一定的延伸性,如江阴市长泾—河塘—无锡张泾杨墅里地裂缝带,即属该类型地裂缝。在地下水主采层以上的第四系沉积物,存在明显的沉积差异的地区,受地下水疏干因素的影响,多形成半环状发育、与土层结构差异有关的地裂缝,如常州市漕桥地裂缝灾害。在第四系沉积物中主采含水砂层不太发育或发育较差的地区,人们通常采取上下含水层综合开采的方法抽取地下水资源,进而在局部地区地下水水位形成局部的降落漏斗,使得局部地区的水力坡度变陡,在地表产生以环状为主的地裂缝灾害,如常州大学城南周村地裂缝灾害即属该类型。
1.4地裂缝具持续性发展的特点
苏-锡-常地区地裂缝发生发展,在一定时间内具持续发展的特点,它们一般均在汛期或雨季初现,一旦形成后,沿裂隙面继续跌落加剧,是不稳定的发展状态。据野外调查,苏-锡-常地区目前仍有5处地裂缝具有进一步发育的特点,15处地裂缝则处于相对稳定的发展阶段,5处则已处于稳定阶段。
2地裂缝形成机制研究
苏-锡-常地区地裂缝形成的主要影响因素有:客观存在的地质背景条件(基岩面起伏特征、基岩岩性、古埋藏阶地、第四系地层结构的差异、含水层的结构特征等)及人类为了发展经济而对地下水资源的无序、过量开采所产生的破坏作用。不同类型地裂缝的形成机制,是不同影响因素,在不同地区、不同的地质背景条件下共同作用的结果。
2.1 潜山型
主要是第四纪地层差异、古基底起伏变化和区内超量开采地下水等外在因素的综合作用造成地面沉降。长期超量开采地下水,引起含水砂层及地下水储集层中的水头下降,造成地下含水砂层本身及上覆土层释水压缩,出现地面沉降;当土层本身的结构差异或沉积基底起伏等环境地质条件不均一时,在土层压缩造成地面沉降的过程中出现明显的地面差异沉降,在土体内形成侧向张应力;当侧向张应力达到或超过土体的极限抗拉强度时,则在地表以地裂缝灾害的形式表现出来(图4)。
图4基岩潜山型地裂缝形成地质模式图
2.2地下水综合开采型
地裂缝发生带附近分布有集中开采的深井,开采量较大,开采方式以第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ承压含水层均作为取水资源进行开采。由于Ⅱ、Ⅲ承压含水层不甚发育,富水性差,区域Ⅱ、Ⅲ承压含水层水位已降到-60~-70m,深井主采层则以近地表的第Ⅰ承压含水层为主,导致区内地下水含水层上下贯通,尤其是浅层水(潜水、第Ⅰ承压水)水位急剧下降,形成以深井为中心局部的水位降落漏斗(图5)。这是因近地表的软土层和I承压含水砂层压缩、变形所致,I承压含水层具有埋藏浅、颗粒细、渗透性差等特点,强烈开采作用下,粉粒随地下水流失,砂粒重新排列,形成的水位降落漏斗形态较陡,水力坡度较大,往往容易形成地面不均匀沉降地质灾害。
图5地下水综合开采型地裂缝形成地质模式图
2.3土层结构差异型
地裂缝发育区近地表第四系沉积结构明显,尤其在地表硬土层之下发育厚度不均一的高压缩性软土层(淤泥质亚粘土层),而淤泥质亚粘土层的液化指数、天然孔隙比、渗透系数相对较大。当降水偏少的年份来临时,地下水开采层越流补给条件差,加之长期过量开采,造成地下水水头急剧下降,促使高压缩软土层压密释水,形成塑性变形,造成地面持续沉降,最终诱发地裂缝灾害(图6)。
图6土层结构差异型地裂缝形成地质模式图
2.4埋藏阶地型
与基岩潜山型地裂缝的形成机制具有相似性,其主要是古埋藏阶地或基岩陡崖(具线状分布特点)、第四纪地层差异和区内超量开采地下水等外在因素的综合作用造成地面沉降。长期超量开采地下水,引起含水砂层及地下水储集层中的水头下降,造成地下含水砂层本身及上覆土层释水压缩,出现地面沉降;在埋藏阶地或基岩陡崖的边缘部位,土层压缩造成明显的地面差异沉降,并具线状分布特点,则在地表以线状分布的地裂缝灾害的形式表现出来(图7)。
图7埋藏阶地型地裂缝形成地质模式图
2.5岩溶型
目前苏-锡-常地区发育的该类型地裂缝其形成机制与潜山型地裂缝具有相似性,其主要是基岩隆起(基岩岩性必须是以具有可溶盐特征的灰岩地层)、岩溶发育、第四纪地层差异和区内超量开采地下水等外在因素的综合作用造成地面沉降。长期超量开采地下水,引起含水砂层及地下水水位下降,造成地下含水砂层本身及上覆土层释水压缩,出现地面沉降;在岩溶发育区,土层失水并压密,造成上覆松散堆积物垮落,诱发地面产生不均匀沉降,尤其在岩溶塌陷的边缘部位,在地表容易产生环状的地裂缝灾害(图8)。
图8岩溶型地裂缝形成地质模式图
3基于GIS的地裂缝易发区划分
目前,GIS空间分析手段,已越来越多地应用于地质环境的定量或半定量分析评价。苏-锡-常地区地裂缝研究运用Arc/Info手段,对区内地裂缝发育的空间特征进行了模拟。
3.1因子的确定
地裂缝灾害易发区的划分,主要依据基岩面的起伏形态、第四系沉积物分布的厚度差异性、地下水位、地下水含水层的空间特征、地面沉降等5方面因子,它们在地裂缝的发育过程中作用明显。
3.2评价模型
基于GIS的评价模型,其数据表达式为:
地质灾害调查与监测技术方法论文集
式中:I——危险指数,表示各影响因子综合作用的叠加结果;
Wi——第 i项因子的权重;
Ci——第 i项因子的量化赋值;
n——影响因子的个数。
3.3评价程序
GIS辅助下的地裂缝空间分布区划流程见图9所示。
Arc/Info中的空间叠加实际上是图层的叠加,一切空间分析都是以数字地图为对象进行的。经过多次调整,苏-锡-常地区地裂缝评价分区模型如下:I=0.33×C基岩+0.12×C第四系+0.19×C地下水位+0.16×C含水层+0.2×C地面沉降
根据影响因子综合影响总分值的由高到低,对评价结果进行定性分类,分类在原则上反映灾情的现状严重程度,并作相应的面积统计,统计情况见表2。
图9基于GIS的地裂缝灾害评价流程
表2评价结果分区统计结果
3.4 各级地裂缝灾害易发区的地质背景分析
由评价结果可见,苏-锡-常地区地裂缝地质灾害发生区和潜在危险区主要集中分布在常州戚墅堰以东、吴县黄埭以西的中部块段。该块段内的第四系基底相对二侧隆起,基岩面埋深较小,其起伏变化区间恰恰又在Ⅱ、Ⅲ承压含水砂层发育深度内,客观具备发生地裂缝灾变的特定地质环境条件,但不同等级区的地质背景又因地而异。
3.5 地裂缝灾害易发区带的圈定
根据上述模型运行结果以及目前的认识程度,初步确定地裂缝灾害易发区的划分原则主要依据基岩面(潜山、埋藏陡岩)的起伏形态、第四系沉积物的分布及厚度差异性、孔隙承压含水砂层厚度发生明显差异变化的线型边界(大多为古河道的边界)等条件综合确定。初步圈定出6个地裂缝地质灾害易发区带和可能存在地裂缝地质灾害隐患的地段(图10)。
(1)横林地裂缝地质灾害易发区带
大体以横林镇为中心,沿 NE构造线走向,西南至湖塘桥、马杭、戚墅堰,为江南断裂控制的特定条带区,面积约30km2。
(2)横山桥地裂缝地质灾害易发区带
横山桥地处芳茂山山前地貌变化部位,基岩面由裸露转向陡跌,推测有埋藏型断层崖控制中更新世古河道,两侧地面沉降明显不均匀发生,为易发生地裂缝灾变的区带。
(3)无锡—苏州古河道南侧基岩岸线地裂缝地质灾害易发区带
区带北西—南东向延伸较长,西起锡山贾巷,往东南大体沿京杭运河,经无锡市区一直延至苏州浒关的条带内。该带是苏-锡-常地区极需警视的地裂缝地质灾害易发区带,目前已发现的贾巷和毛村园二处地裂缝灾点均在该区带内。
(4)江阴南部古河道南界地裂缝地质灾害易发区带
分布锡山境内的堰桥、长安、厚桥、安镇间为基岩断块隆起,受其影响,推测潜山、断层崖较发育,是环境地质背景条件变化较大的区带,实为区内地裂缝易发区带。石塘湾秦巷、堰桥、河塘及长泾等地已发现的地裂缝均在该带中。
图10苏-锡-常地区地裂缝地质灾害易发区分区图
(5)东亭地裂缝地质灾害易发区
在锡山新市区(东亭)西郊一带,从已形成地裂缝地区的勘探结果显示,可能与岛状残留分布的潜山有关,也可能与浅部地层因素有关,但诱发原因仍与超量开采Ⅱ承压地下水有关。
(6)张家港塘桥地裂缝地质灾害易发区
在张家港东南部塘桥、塘市、西张等乡镇地区,从迹象反应,地面沉降已严重发生,但不均匀,在多处已见有地裂缝灾变问题。
(7)查桥地裂缝地质灾害易发区
位于吼山西侧山前平原北东向展布的条带区间,现状中已多处发生,并有进一步严重化发展趋势。
4地裂缝灾害防治对策
地面沉降和地裂缝等地质灾害给苏-锡-常地区经济和社会的持续发展构成了严重制约,必须采取切实有效的措施加以防治和治理。地质灾害防治必须贯彻“以防为主、防治与避让”相结合的方针,进一步加强领导,提高认识,按照国家和省地质灾害防治管理规定,科学规划,强化管理,把地质灾害造成的损失降低到最低限度。从勘察已得知,区内地裂缝灾害,主要是地面沉降严重发生以后所显示的灾变形式,所以,最根本的还是需从控制地面沉降着眼。在地面沉降重度发生区,应该深入研究各种影响因素,对地面沉降不均匀发展趋势做出科学合理的评价。
尤其在被初步圈定为地裂缝地质灾害易发区内,进行城镇建设和工程项目建设,也必须列为可能的地质灾害灾情之一,进行认真的危险性评估。在已发生的地裂缝灾区,应查明形成原因,准确圈定危险区,布设监测网点,并落实具体的避让措施。
5结语
本文的研究成果是江苏省地质调查研究院三角洲项目组集体工作的结晶,在此,向所有参与项目工作的老师、同仁表示衷心感谢!
Ⅱ 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。
Ⅲ 张子敏的科研项目
煤矿瓦斯灾害治理技术,张子敏—个人排名1,国际合作,2005-2007,90万.
煤与瓦斯突出诱发机理研究张子敏—个人排名1,教育部高等学校博士学科点专项科研基金,2007-2010,6万.
瓦斯地质规律与瓦斯预防信息平台 张子敏—个人排名1,河南省科技成果转化,2007-2009,万.
平顶山矿区瓦斯综合治理与保护开采技术研究 张子敏—个人排名1,平顶山煤业集团公司重大攻关,2004-2007,150万.
中国煤矿瓦斯灾害地质控制机理研究 张子敏—个人排名1,国家自然科学基金重点项目,2006.1-2009.12,160万.
平顶山矿区主采煤层地质灾害规律及可视化研究 张子敏—个人排名1,河南省科技厅,2001.9-2007.3,50万.
新密矿区瓦斯地质规律与瓦斯地质图编制 张子敏—个人排名1,郑州煤业集团重大攻关,2004-2006,90万.
皖北煤电集团孟庄等6矿瓦斯地质规律和瓦斯预测研究 张子敏—个人排名2,皖北煤电公司委托项目,2005-2006,30万.
祁东矿瓦斯地质规律与瓦斯地质图编制 张子敏—个人排名2,横向合作,2004-2005,30万.
煤矿瓦斯突出区域预测瓦斯地质方法研究 张子敏—个人排名3,国家科技部,2001-2003,万.
平顶山一矿戊8煤层、丁6煤层瓦斯地质规律和瓦斯预测研究 张子敏—个人排名1,平顶山煤业集团,2002-2003,万
平顶山十矿戊9-10煤层、己15煤层瓦斯地质规律和瓦斯预测研究 张子敏—个人排名1,平顶山煤业集团,2001.6-2003.6,万.
矿井瓦斯地质信息动态管理及决策支持系统研究 张子敏—个人排名3,省教育厅攻关,2002-2003,万.
煤矿瓦斯信息综合决策支持系统 张子敏—个人排名2,省科技厅攻关,2001.9-2004.9,19万.
新密矿区瓦斯地质规律与突出危险性区域预测 张子敏—个人排名1,国家“十五”科技攻关专题,2005-2006,90万.
煤层气低渗富集区地面开发关键技术 张子敏—个人排名2,国家高技术研究发展计划(863),2007-2009,597万.
构造煤形成的力化学作用机制及地球化学标志 张子敏—个人排名2,国家自然科学基金,2008-2010,40万.
煤溶剂萃取法代油燃料制备技术 张子敏—个人排名2,河南省自然科学基金,2006-2007,0.5万.
晋城市地方煤矿瓦斯危险程度预测及防治技术研究 张子敏—个人排名2,山西省重大科技攻关项目,2002-2005,54万.
鹤壁矿区突出矿井彩色瓦斯地质图编制 张子敏—个人排名1,横向合作,2005-2006,30万.
天安八矿高突厚煤层高产高效瓦斯治理技术研究 张子敏—个人排名1,横向合作,2005-2006,26万.
寺河矿、成庄矿瓦斯地质规律和预测研究 张子敏—个人排名1,横向合作,2005-2007,70万.
煤矿瓦斯灾害的地质构造作用机理 张子敏—个人排名4,国家重点基础研究发展计划“973”,2005-2010,560万.
泥浆介质取芯过程煤芯瓦斯非等压解析特征研究,张子敏—个人排名2,国家自然基金,2005.1-2007.12,21万.
瓦斯预测与治理张子敏—个人排名4,教育部创新团队,2007-2009,300万.
国家“十一五”科技重大专项课题 中国重点煤矿区瓦斯赋存分布规律和控制因素, 张子敏—个人排名1 ,纵向合作,2008-2010,2200万.
国家“十二五”科技重大专项课题 中国重点煤矿区瓦斯(煤层气)赋存规律和控制因素,张子敏—个人排名1 ,纵向合作,2011-2015,4600万.
欧盟科研基金项目矿井和煤层中瓦斯的回收并转换成能源,张子敏—个人排名1,纵向合作,2011-2013,12.9万欧元.
Ⅳ 肖长来的科研项目
1986年~2001年,先后参加几十个项目的专业技术和科研工作,其中主持(担任项目负责人)项目28项(任高级职称后有14项),作为主要参加人员的有24项,其它项目有13项。负责编写 “引松入长工程”(长春市供水与环境工程)(1990-1993)、前郭灌区(1991-1994)、洮儿河灌区(1989-1991)、珲春市城市供水(1993-1994)、松原市城市供水(1990-1992)、哈达山水利枢纽水库区(1996-1998)、松江河梯级水电站松山水库(1999-2000)、秦家屯油气田地面建设工程(2000)、长春龙家堡机场(1999-2000)、埃塞俄比亚ADIGUDOM流域(1999-2000)、刚果(金)KAKOBOLA水电站(2001)等国内外大中型项目的水文地质、工程地质和环境地质报告29份,其中独自编写22份,编写英文报告6份;其中有2项成果获吉林省水利水电勘测设计研究院优秀成果一等奖。2001年10月调入吉林大学以来,主要从事水资源调查评价、地下水数值模拟技术等方面的科研工作,同时利用专业优势和特色积极为国民经济建设服务,完成了多项重大工程建设的水文地质工作,取得了良好的效果。一、2002年以来承担和参加的主要项目: 1.吉林不二蛋白有限公司新厂区水源勘察与评价,前郭县水利钻井队,2002.10~2002.11,项目负责人 2.吉林市第二松花江水污染室内模拟扩散试验研究, 吉林市水资源管理办公室,2002.10~2003.3,项目主要参加人 3.吉林省磐石市城市供水水文地质勘察与评价, 吉林化学集团工程勘测公司, 2002.5~2003.12,项目主要参加人 4.松嫩平原地下水资源及其环境问题专题研究,中国地质调查局,2003~2005, 副项目负责人 5.吉林省洮儿河扇形地地下水资源调蓄与利用研究,吉林大学创新基金,2003.12~2005.12,项目负责人 6.吉林省中部地区水资源保护对策研究(20010406), 吉林省科技厅, 2002.9~2005.6,子课题负责人 7.吉林省西部地区生态环境建设水资源优化配置研究(20020401), 吉林省科技厅, 2002.9~2005.6,子课题负责人 8.鸡东县地下水信息管理系统研究,鸡东县水资源管理委员会,2005~2008,项目负责人 9.吉林省引嫩入白供水工程(地下水资源量评价)(吉林省“十一五”重点水利工程)(YN20060328),白城市水利局,2006-2007,项目负责人 10. 哈达山水利枢纽工程地下水资源评价(HDS20060629),吉林省松原市哈达山水利枢纽工程管理局,2006-2008,项目负责人 11. 地下水管理模型中处理互馈协变关系的理论和方法(批准号:40672157),2006年度国家自然科学基金(面上项目),2007.1-2009.12,项目主要参加人 12. 吉林省引嫩入白供水工程洋沙泡水质模拟实验(YN20061221,3L1071624425),白城市引嫩入白工程建设管理局,2007.1~2008.12,项目副负责人 13. 含有协变量的地下水管理模型研究(编号:20050183055),高等学校博士学科点专项科研基金资助项目,2006.1-2008.12,项目主要参加人 14. 白城市引嫩入白供水工程白沙滩泵站嫩江泥沙颗粒分析(YN20070622),白城市引嫩入白工程建设管理局,2006-2008,项目负责人 15. 黑龙江省双城市扩建水源地供水水文地质勘察(SC200707) ,黑龙江省904地质工程勘察院,2007-2008,项目主要参加人 16. 辽宁中部城市群水资源实时监控管理系统研制与示范—专题辽宁中部城市群地下水资源实时预报模型技术研究(2007BAB28B04-03),“十一五”国家科技支撑计划项目,2008-2010,专题负责人 17. 鸡西市水资源调查及编图(JX20080501),鸡西市水资源管理办公室,2008-2009,项目负责人 18. 鸡西市水资源信息系统建设(JX20080502),鸡西市水资源管理办公室,2008-2009,项目副负责人 19.东北小城镇饮用地下水源状况与饮用地下水源地保护对策(2006BAJ08B09-01), 2008-2010,专题负责人 20. 吉林省西部地区高氟湖库底泥氟释放规律研究(20080543),吉林省科技发展计划项目,2008.9-2010.9,项目主要参加人 21. 引嫩入白工程高氟湖库水土中氟的释放规律研究,2008教育部高校博士点专项基金,2009.1~2011.12,项目负责人 22. 松原市龙坑水源水量水质演化特征及预测研究,松原市水政水资源管理办公室,2008.9~2009.12,项目负责人23.长春高新技术产业开发区供水井评估,长春市高新技术产业开发区征地拆迁管理办公室,2010.10-2011.12 ,项目负责人24.长白山天然矿泉水形成机理分析(吉林省科技厅重点攻关项目,No. 20100452),长白山天然矿泉水靖宇水源保护区管理局,2010.11-2012.12,项目负责人25.吉林省西部土地整理生态环境风险评估及防治对策研究(吉林省科技厅项目之子课题),吉林省环境科学研究院,2010.5.20-2011.6,项目负责人26.吉林省整体推进农村土地整治示范建设重大工程水土资源供需平衡分析,吉林省土地整理中心,2011.6-2011.12,项目负责人27.长春市地铁一号线一期工程抗浮水位研究,北京城建勘测设计研究院有限责任公司,2011.7.13-2011.8.20,项目负责人28.白城市洮儿河冲洪积扇地下蓄水工程项目建议书,白城市水资源管理办公室,2011.3-2011.6,项目负责人29.新立城水库高压喷射灌浆板墙防渗机理研究,吉林省瑞海水利水电工程有限公司,2011.9-2012.6,项目负责人30.辽宁猴山水库地下水环境影响专题,中国水电顾问集团北京勘测设计研究院, 2011.12-2012.5, 项目负责人二、负责主持的工程项目
1.1988.1~1988.12,吉林省地下水开发利用,独自编写了:a.吉林省地下水开发利用工作大纲,档案编号ND22/JLS88-1; b.吉林省两部地下水资源量差对比分析报告,ND13-0932/ JLS1-265; c.吉林省水文地质分区图说明书,ND13-0932/JLS1-266;d. 吉林省地下水资源分布图说明书,ND13-0932/JLS1-264; e.吉林省地下水可开采资源分布图说明书,ND22-0932/JLS1-267。所独自编写的工作大纲被松辽水利委员会作为标准大纲在东北四省区交流,成为其它省区开展此类工作的参考依据。2.1988.8~1989.5,长春市交通银行大厦基坑排水(降水)工程设计与施工,编写了“长春市交通银行大厦基坑排水(降水)设计书”,所有计算编写为Basic程序并采用计算机完成,基坑排水效果良好,满足了用户要求。这是吉林省水利勘测设计院第一项基坑排水工程(降水工程),总产值33万元。3.1988.12 吉林省前扶经济开发区水利规划,编写了“吉林省前扶经济开发区地下水规划专题报告”。4.1989.5, 梅河口市金矿香炉碗子脉矿供水水文地质勘察,作为第一编写人,通宵加班,完成了“梅河口市金矿香炉碗子脉矿供水水文地质勘察报告”,满足了甲方迫切需要。5.1990.1~10,吉林省柳河县水文地质编图,编写了“吉林省柳河县水文地质调查报告”,并独自编制了柳河县水文地质图(比例尺1:10万, 精度1:20万)。6.1990.4, 哈尔滨市万家灌区水文地质勘察,编写了“哈尔滨市万家灌区水文地质勘察工作大纲”,ND42-0942-0932/JLS34-11。7.1990.10 ,引松入长工程地下水资源评价,按院要求完成,获吉林省水利勘测设计院优秀设计一等奖(1991年)。8.1990.12 长春市小井种稻地下水开发利用规划,与苏玉明共同主持,编写了工作大纲。9.1991.12~1992.3,引松入长工程前部输水工程初设地质勘察报告及附图翻译(汉译英)(约3万字),由汪发武、李同斌及何新民校核,建议并亲自用计算机将译文打印为英文稿,这是吉林省水利设计院第一份自己打印、出版的英文地质报告。10.1993.3 ,吉林省松原市城市供水规划地下水资源评价(水文地质),完成“吉林省松原市城市供水规划地下水专题报告”。11.1992.9~1993.4,前郭灌区第二灌区改善配套工程水文地质勘察,编写了“前郭灌区第二灌区改善配套工程(可研阶段)水文地质勘察报告”。12.1993.4~1993.7,引松入长工程老爷岭隧洞岩土工程报告(标书附件)及附图附表翻译(汉译英),用当时最先进的WordPerfect5.1软件将英文稿制成软盘,提供引松入长办公室、世界银行审查、使用,满足了用户要求。13.1993.7 吉林省松原市龙坑引水工程可行性研究水文地质,编写了可研总报告中第三章“水文地质条件与地下水资源评价”。14.1992.2~1993.12,前郭灌区第二灌区改善配套工程中日合作现场调查,作为中方调查团成员之一,负责水文地质专业工作,与日方调查团有关专家一起完成了该灌区的现场调查工作,并用计算机的有关软件(如WPS,Lotus1-2-3)完成了“前郭灌区第二灌区改善配套工程水文地质简要说明书”,绘制了地下水位过程线等大量的专业图表,受到中日双方专家的好评。15.1993.11~1994.4,吉林省珲春市城市供水规划水文地质综合评价,编写了“吉林省珲春市城市供水规划水文地质报告”,所有计算均采用电子表格软件Lotus1-2-3(V3.1) 完成,编制了有关图表,所有图件均采用AotoCAD及DPM软件完成,满足了省水利厅和设计院的迫切需要。16.1994.5~1994.6,长春市供水与环境工程施工图阶段源水输水管线工程地质勘察报告及附图翻译(汉译英),与王洪敏、王沁涧共同完成,采用Word Perfect5.1版软件将英文报告制成软盘交引松办,供世界银行专家使用。17.1994.1~1994.8,前郭灌区环境水文地质影响回顾评价,编写了“吉林省前郭灌区环境水文地质影响回顾评价报告”,采用模糊数学方法和本人提出的均值化综合污染指数法进行水质评价,首次全面系统评价了灌区建设40多年地下水与环境的相互影响,取得了良好的评价结果。18.1994.6~1994.12,吉林大学南校区供水水文地质勘察与施工,编写并打印了“吉林大学南校区供水井竣工技术报告”。19.1995.1~1995.6,水文地质数值法软件开发,编制并完善了水文地质数值法(有限元法)软件,编写了“水文地质数值法(有限元)软件使用说明书”。20.1997.4 吉林省长春市供水与环境工程(引水部分)16.1标段输水管线(D1—D3改线段)施工图阶段工程地质勘察报告及附图翻译(汉译英)。21.1996.1~1997.10,哈达山水利枢纽预可研阶段工程地质勘察(水库区),编写了“哈达山水利枢纽预可研阶段工程地质勘察报告(水库区)”。22.1996.1~1997.10,哈达山水利枢纽可行性研究阶段工程地质勘察(水库区),编写了“哈达山水利枢纽可行性研究阶段工程地质勘察报告(水库区)”。23.1998.7~1999.5,长春市广播电视中心基坑降水工程设计与施工,编写设计报告并负责现场施工,降水效果良好,受到业主及建筑施工单位的一致好评24.1999.1~1999.3,长春新建龙家堡机场飞行区详勘阶段水文地质勘察,编写水文地质勘察报告及洪水调查报告及制图25.1998.5~2000.3,吉林省西部干旱半干旱地区水资源综合评价及合理开发利用研究,省科委重点攻关项目,参加标书编制并中标,编写了实施方案,参加了地下水研究的全过程,编写了报告中的地下水部分(A4纸210页),通过省科委专家组的鉴定。26.1999.05~2000.08 ,埃塞俄比亚Tigray省Adigudom流域农业与水资源综合研究,为我院与中国农业工程规划研究院和北京嘉和信投资顾问有限公司联合投标的国际项目,负责水文地质专业,到国外现场工作110天,编写了一期水文地质报告27.2000.08~200.09,吉林省公主岭市秦家屯油气田地面产能建设工程----联合站地质灾害危险性评估,编写了吉林省平原区第一份地质灾害危险性评估报告,通过了国土资源厅专家组的审查。28.2000.12~2001.4,吉林省抚松县松江河梯级水电站松山水库建设用地地质灾害危险性评估,主编了评估报告,并通过了国土资源厅专家组的审查。29.2001.06~2001.09 ,长春龙家堡机场建设用地地质灾害危险性评估,编写了地质灾害危险性评估报告(评估级别为一级评估)。新建长春龙家堡机场工程(民用机场)是一个大型建设工程,是吉林省“九五”期间重点建设工程。成果已经先后通过吉林省国土资源厅和国土资源部组织的专家评审。30.2000.10-12,刚果卡科博拉水电站可行性研究工程地质勘察,吉林省水利厅31.2001.9~2002.4,丰满三期扩建工程永庆反调节水库建设用地地质灾害危险性评估三、作为主要人员参加的工程项目1.1986.8~1987.1,二松流域规划水文地质内业整编,完成“地下水资源模数分区图”(1:50万)和2条水文地质剖面图。2.1987.4~1987.11,松花江流域水文地质内业整编,独自完成该流域水文地质图、地下水资源模数分区图、地下水可开采资源模数分区图(比例尺1:1000 000)3.1989.10~1990.5,洮儿河灌区可行性研究阶段水文地质勘察,作为第二编写人完成了“洮儿河灌区可行性研究水文地质勘察报告”(P22-94,地下水资源计算、评价与开发利用)并绘制主要图件。4.1989.7~1989.9,洮儿河灌区规划水文地质内业整编,作为第二编写人完成了“洮儿河灌区规划水文地质报告”(P20-68,地下水资源计算、评价与开发利用)。5.1990.6~1991.5,洮儿河灌区初步设计阶段水文地质勘察,作为主要编写人完成了“洮儿河灌区初步设计阶段水文地质勘察报告”,获院优秀勘察一等奖。6.1994.4~1994.9,蛟河流域规划水文地质勘察,完成地下水水位统测、取样等工作,校核了“蛟河流域规划水文地质勘察报告”。7.1995.7~1995.8,吉林省防汛指挥大楼基础振冲碎石桩施工,负责现场记录和降水井水位观测与试验。8.1995.9~1995.11,桦甸市城区防洪堤可研阶段工程地质勘察,采用AutoCAD技术完成了所有的工程地质剖面图,采用Excel5.0软件完成了土工试验成果统计与分析,并校核了“桦甸市城区防洪堤可研阶段工程地质勘察报告”。9.1995.11~1996.1,鹤大公路汤河口至弯沟段老岭隧道工程地质勘测,完成了工程地质平面图及剖面图,校核了“鹤大公路汤河口至弯沟段老岭隧道工程地质勘测报告”。10.1992.9~1992.11,引松入长工程初步设计阶段源水输水工程引水管线工程地质勘察,采用AutoCAD10.0版绘图软件绘制了大部分工程地质剖面图(6张),并完成了所有图件的汉译英工作。11.1996.8~1997.3,吉林省哈达山水利枢纽工程可研阶段灌区规划水文地质整编,审查报告及附图。12.1997.4 ,吉林省西部200万亩水田开发工程项目建议书水文地质整编,审查报告及附图。13.1997.6~1997.7,吉林省榆树市引松入榆可研阶段灌区规划水文地质整编,审查报告及附图。14.1997.10~1998.12 ,工程地质计算程序软件包开发,调试程序及校核成果。15.1998.2~3,长春市雾开河(德惠部分)地下水资源评价,负责成果报告及附图审查工作。16.1994.9~1994.10,西藏自治区江当灌区及电站初设水文地质与工程地质勘察内业整编,用AutoCAD软件绘制了大量的地质剖面图及有关表格。17.1994.11,东辽河堤防除险加固工程地质勘察内业整编,用AutoCAD12.0版绘图软件绘制了有关地质剖面图。18.1996.11~1997.2,苏丹新白尼罗河桥喀土穆侧引桥地基处理设计,参加了中英文资料的部分翻译及部分计算工作。19.2000.08~09,吉林省抚松县鹤大公路桦树----大营村段地质灾害危险性评估,审查报告并对报告修改、完善20.2000.06,长春市海外纯净水厂兰家水源地水文地质勘察,审查报告及图件。21.2000.06~07,吉林省碳素厂小南水源地水文地质勘察,审查报告及图件。22.2000.06~07,扶余县拉林河灌区项目建议书工程地质水文地质,审查水文地质报告及图件,校核工程地质报告并绘制工程地质图。23.2000.09~11,松原市查干湖湿地水利工程规划水文地质勘察,审查报告及图件。24.2000.11~12,吉林省松原市松花江干流、第二松花江干流绿化示范段水文地质,审查报告及图件。25.2000.07,吉林省松原市松花江干流堤防可行性研究,参加成果向总院专家组汇报并绘制部分图件。26.2001.3~2001.4,长春市广播电视中心二期工程基坑降水工程设计与施工,审查成果,开挖证明降水效果良好,受到业主、监理及建筑施工单位的一致好评 。
Ⅳ 张淑华的科研项目
1) “波浪力计算的高效高精度间断有限元方法研究”,课题代号:40776053,国家自然科学基金(2008.1~2008.12);项目负责人。
2) “波浪力计算的间断有限元方法”,课题代号:2084//410009,海岸灾害及防护教育部重点实验室开发研究基金(2010.1-2012.12);项目负责人。
3) “超大型浮体水弹性响应分析”,课题代号:2084/40501101,河海大学创新基金(2004.12~2006.12)。
4) “山东省教学改革试点专业项目”。课题代号:1600-812249, 山东省教委(2001.1~2003.12);
5) “河口海岸城市防护工程综合水文灾害最优设计标准研究”。课题代号:40076028,国家自然科学基金项目(2000.11~2001.5);
6) “水利插板冲刷深度研究”。胜利油田(1999.10~2001.12);
7) “抗冰平台半自动式结构振动控制研究”。课题代号:1600-011920, 中国教育部博士点基金(1997.1~1999.11);
8) “波浪、近岸流及海洋工程结构交互作用下的计算机仿真”。课题代号:1600-502097, 青岛海洋大学博士启动基金课题(1998.3~1999.10);
9) “胜利油田防洪防浪水利插板在河口海岸中的工程应用”。中国石油总公司1998.1~1999.12);
10) “青岛前海海岸工程设防标准研究”。课题代号:1600-051943,青岛市建委委托的课题(1998.1~2000.12);
11) “胶州湾海洋环境条件与工程结构相互作用的计算机仿真”。课题代号:1600-121924,青岛市科委委托的课题 (1998.9~2000.12);
12) “大型复杂结构体系的关键科学问题及设计理论研究”中的二级子课题“大型复杂结构选型及工程系统全局优化的设计方法”。课题代号:96-922-03-03, 国家科委“九五”攻关项目子课题(1998.9~2000.12);
13) “近岸带灾害动力环境的数值模拟技术和优化评估技术研究”的子课题“风、浪、潮、流联合概率”。课题代号:96-922-03-03 ,国家科委“九五”攻关项目(1996.1~2000.12);
14) “城市与工程减灾基础研究”中的二级子课题“抗灾结构的优化设计与可靠度”。课题代号:59493300,国家自然科学基金重大项目(1994.2~1997.12);
Ⅵ 开展灾害科学大体系的研究
摘要灾害是人类面临最严重的挑战。本文简要论述了灾害研究的重要意义,提出了有关灾害分类学的轮廓和开展灾害科学大体系研究的设想。
灾害是人类面临最严重的挑战。近年来人类社会发展战略研究表明,尽管存在能源危机、资源危机、环境危机、人口危机,但随着科学技术的发展都会得到缓解。唯独灾害问题,尚未引起人类的重视,类型众多的灾害不时地冲击地球的各个角落,给人类社会带来难以估量的损失。
灾害是地球生态圈各种物质运动的伴生现象,在目前的科学技术和生产力水平上,很多是无法抗拒的。在地质过程中,生物界发生过多次全球性、区域性和局部性的灾难与绝灭。近25000万年来,差不多每隔2600万年就有一次全球性的灾难劫掠。人类的历史实质上是一部灾害史。世界各地区和不同国家浩繁的历史文献中,留下了无数惨痛的受灾记录。《管子》载,“善为国者必先除五害”。中、上古时期的科学,也是在预防灾害,保障农牧业生产的动力下发展起来的。
只要回顾一下灾害的历史,就不难理解人类为什么要把可怕的概念命名为“灾祸”。中世纪火山喷发毁灭了意大利庞培城。估计亚洲-太平洋地区因火山每年平均死亡2500人,经济损失达10亿~15亿美元。这一地区近800年来28次大地震共死亡264.55万人,经济损失达1325亿美元。美国每年火灾、海岸灾害、滑坡、地震、火山灾害损失总值达35亿~40亿美元。估计全球各类灾害年均损失为850亿~1200亿美元,略高于我国1984年全国工农业总产值,这就是说10亿人民全年的劳动总值,还抵偿不了全球一年的灾害损失。这一触目惊心的数字,难道不足以说明防灾、抗灾工作的极端重要性吗?
近两年来,全球性的水、旱、气候灾害,火山、地震活动又进入一个新的活跃期。仅以1986年前10个月为例:1月大风暴雪低温袭击北欧诸国,意大利、西班牙、法国大洪水;2月11日大风暴雪冲击大西洋两岸,2月20日美国加利福尼亚大洪水;3月份全球多处出现几十年来的奇寒低温,非洲大旱、蝗灾,法国出现10年来最严重的干旱、火灾群起,农林减产三分之二;3月底、4月初孟加拉大风暴、洪水、大冰雹灾;4月18日大力神火箭升空爆炸,损失3亿美元;4月20日斯里兰卡大坝决口,孟加拉客轮因大风暴沉没,死亡1200人;4月下旬我国江西内陆强龙卷风暴、冰雹、暴雨,4月底墨西哥连续发生大地震;5月10日我国广东30个县遭受风暴雨涝灾害,7月辽河洪水;继1月19日硫磺岛附近海底火山爆发之后,9月24日意大利埃特纳火山爆发。此外,今年海空罹难事件多、损失重,美国航天飞机失事,苏联核电站事故、非洲火山毒气、飞碟事件等都较突出。如果详细编录,真可以汇集出一本惊心动魄的世界灾害日历。此外,全世界每年的环境灾害、工程灾害和交通灾害也很惊人,估计每年因交通事故要死去大约35万~42万人。美国1980年车祸死亡人数竟大于10年侵越战争的伤亡总数。据笔者估算,自有人类社会以来,人群生命一半夭死于灾难,物质财富也有一半被灾害吞没。纵横血泪,哪能不奋起拭目、檄讨灾害,上祭九朝列祖,后荫万世子孙呢?
现代灾害学就是以当代科学技术的最新成就去研究灾害发生的原因、动力和机制,总结各类灾害的征兆和规律,进行系统的观测、预报,并制定切实可行的防灾对策。灾害是地球岩石圈、水圈、大气圈、生态圈巨系统与地外天文巨系统相互交叉、运动发展的一个侧面。它虽有千重奥秘,但最终将被不断发展的新的科学成就所破译。灾害一般泛指在人类的生存、生产活动中,以现有科学知识难以预料和避免的突然或潜伏的损失。从时间序列上可分为突发性灾害和缓慢性灾害。前者属狭义灾害科学研究的主要领域,后者属于环境科学范畴;但在科学理论体系上灾害学要统观两类灾害,作出全面的科学论证,并要研究如何因势利导、化害为利、开拓祛灾祈福的科学技术前景。
灾害从成因上一般分为:地质灾害,包括火山、地热、地火、地震、构造运动、飞碟冲击;气象-水文灾害,包括超低温、特高温、干旱、雨涝、风灾、潮汐海浪、海空湍流、雷电、暴雨(雪雹)、全球性和区域性的强气象水文异常;天文灾害,包括引力变化灾害、太阳辐射能源灾害,陨击、粒子流冲击、彗星和小行星遭遇、电磁异爆、新星爆发、臭氧层破坏;生物灾害,包括生态突变、病疫、社会灾害与犯罪;工程经济灾害,包括重大工程崩溃、经济灾难、海陆空交通灾害、环境灾害;地表自然灾害,包括错落、崩塌、滑坡、泥石流、冰雪崩溃、海水海况异常、海岸灾害、海啸、沙漠化、水土流失、地陷、地裂、喷沙冒水、恶性沉积、土壤贫瘠化、水质和大气污染、尘暴、粉尘,酸雨、二氧化碳增升、核粉尘与火山粉尘扩散等。对名目繁多的灾害要进行分类学研究,总结不同类型灾害的形成、危害、预测与防御对策。目前,对灾害各论只是在少数学科门类有了初步基础,其他大部分有待总结开拓,以便尽快形成比较全面系统的描述性建树,作为灾害科学大体系中的基础层次。灾害分类学只有在历史灾害考证、灾害历史数据库建设的同时,才能得以健康推进。
在灾害学各论的基础上,逐步建立灾害学的理论体系。由于灾害是地球、天文、生物三大体系综合运动的产物,所以各基础学科都要从灾害观点总结灾害分支学科的理论基础。如地球科学中的地球动力学、灾变地球物理学、地质灾害历史学、历史地理学、地球灾害学;天文学中的灾害天体物理学、太阳系动力学;水文-气象学中的灾害水文学、灾害气象学;生物人体科学中的灾变生物学、灾害生态学、灾害病理学、灾害心理学;经济社会学中的灾害经济学、灾害历史学、灾害社会学等,都是灾害科学大体系研究中的基础学科。在各基础学科理论发展的过程中,进一步提升灾害成因机理学、灾害动力学、灾害群系学、灾害时空规律分析论、灾害数理学、灾害预测论、灾害观测预报学等。这里有大量繁重的理论探索与开拓任务,也需要大量的观测技术建设,包括灾害数据信息的收录、传输、处理,观测仪器、项目的更新,台、站网的建设,决策科技队伍的培训等。
在灾害学研究的同时,为了保障人类生命财产的安全,还要建立防灾、救灾科学体系与实战工程能力,可称为防灾工程学,它属于灾害科学理论的应用阶段。防灾工程应当是一个大系统,包括灾害预测预报、工程防灾措施、防灾社会措施和救援工程几个部分。灾害学和防灾工程学的研究,必然涉及很多学科、很多部门,需要唤起广大的科学家、工程师、社会学家、军事防务系统、国家与地区领导人来共同参与这一工作。
在我国,当前除了继续加强灾害科学的普及宣传以引起各界重视外,还要组织有关专家开展学术交流,逐步转入科研-事业实体建设,至少得有一个研究中心并形成全国灾害科研网络。灾害研究中心要团结国内外专家,依靠国家和地方有关部门,推动灾害科研事业,指导防、测、报、救灾实践活动,争取在近五年构成基础,十年完善齐备,本世纪末具备对付几种主要灾害的能力。同时,还要组织有关专家培养一批博士、硕士研究生,在综合性大学建立灾害学系;要建立健全灾害数据库和观测系统,尽快建立防灾抗灾咨询委员会和决策指挥系统。建议《灾害学》杂志能积极发起组织灾害学学术年会,邀请国内外专家参加,争取早日实现灾害科学研究的国际协作,促成世界灾害研究中心的建立,逐步形成全球性灾害监测、预报和救援系统,造福于当今人类和子孙万代。
———录自:灾害学,1986,创刊号
Ⅶ 当今地质灾害研究的重点与发展趋势
近十年来,地质灾害问题日益受到国际社会的广泛关注和高度重视。联合国已将地质灾害纳入了“国际减灾十年计划”,并成立了国际滑坡研究组等专门组织,实施了“全球滑坡灾害编图计划”。与此呼应,还提出了一些洲际或大区域的地质灾害编图计划。如由日本地调局组织的“东亚自然灾害编图计划”。国际地科联地质环境委员会目前则正在组织编制区域性和全球性地质灾害目录清单,尤其是影响城市地区的地质灾害目录清单,目的旨在帮助和指导主要由一些国际组织如联合国教科文组织等管理的地质灾害防治和减轻方面的特别援助项目计划。一些发达国家如美、英、日等早在70年代便开始了全国性的地质灾害调查与评价,其它一些国家如加拿大、澳大利亚、巴西、俄罗斯、意大利、西班牙、葡萄牙等,从80年代后期始,也分别开展了全国性或区域性的地质调查评价和研究工作。目前我国正在实施新一轮国土资源大调查工作,“地质灾害预警工程”是其中的一项重要内容。从国内外地质灾害研究和工作部署来看,总体呈现以下趋势:①建立地质灾害数据库及灾害风险填图;②地质灾害实时监控与定量评价及其灾害预警系统研究;③注重群发或诱发的灾害系统研究;④建立地质灾害快速反映部队;⑤工作部署重点包括快速发展地区、城市走廊带、工程和交通走廊的地质灾害主题填图及其监测研究计划。
Ⅷ 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。
Ⅸ 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,取得了显著的成效。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。
Ⅹ 王来贵的近期完成的主要科研项目
(1)国家自然科学基金重点项目:与环境协调的煤炭资源开采关键科学问题研究(50434020),主持人,2005-2008。
(2)国家自然科学基金面上项目、国际合作项目:大型煤(岩)试样复杂受力破坏过程红外信息研究(59974012)(5010140093),主持人,2000-2002。
(3)国家自然科学基金面上项目:复杂环境作用下大面积采动地层演化规律研究(50374042),主持人,2003-2005(获得2008年度中国煤炭工业协会科学技术奖获奖项目,二等奖)。
(4)辽宁省自然科学基金项目:矿区城市岩层结构抗震性能研究(2002515) ,主持人,2002-2004。
(5)辽宁省教育厅重大基金项目:矿区城市岩层结构动力稳定性研究(202182055) ,主持人,2003-2005。
(6)高等学校博士学科点专项科研基金:大面积采动地层沉陷过程中水系调整机理研究(20040147003),主持人,2003-2006。
(7)中国科学院武汉岩土所重点实验室基金:岩石破坏过程温度与变形对应特性实验研究(Z110304),主持人,2003-2005。
(8)阜新海州矿区环境地质灾害演化趋势研究,阜新市国土资源局,主持人,2003-2005。
(9)阜新新邱矿区环境地质灾害演化趋势研究,阜新市国土资源局,主持人,2005-2007。
(10)抚顺西露天矿动力滑坡灾害发生机理研究,煤炭科学研究总院抚顺分院,主持人,2003-2007。
(11)辽宁省教育厅重大基础研究(202182055),矿区城市岩层结构动力稳定性研,主持人,2002-2004。
(12)国家重点实验室基金,强震作用下斜坡塌滑机理及评价研究,2008.6-2009.7, 主持人。