主要环境地质和地质灾害问题研究现状

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• maggie13050

  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、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。美国新墨西州WIPP（Waste Isolation Pilot Plant）开展了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、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、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化了土壤和地表水，每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。一些西方发达如加拿大80年代便开始重视矿业开发环境的研究，如减轻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。

  区排放的大量废气，尤其是SO₂,NO₂等与水汽结合，降落成为含硫、腐蚀性很强的“雨”（pH＜5）。它不仅使地表水水质变坏，土壤化，还渗入地下污染地下水。世界现有三大雨区：北美雨区、欧洲（北欧）雨区以及中国西南华南雨区。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，我国雨面积逐渐扩大，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、地下开发、水（主要是地下水）利用和环境污染等环境地质问题。、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（）、有毒废液和废料已成为一个重要问题。一些主要城市每天产生量东京高达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：填埋场的选址，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。国外在城市填坑设计和运转方面环境污染的对策，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。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。墨西城、圣保罗的饮用水源面临废物的污染。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的“地下市政信息系统”（MUIS），存入了有关地质、环境及市政建设和图形信息，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为沙漠。据调查统计，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开发缺乏统一协调和综合利用，使①有限的水严重浪费，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、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（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，建立了跨的地区级库，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综合分析预测，中国学者对中国沿海三洲地区，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。

  浏览 482赞 84时间 2021-12-22