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中国地质灾害研究现状论文

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中国地质灾害研究现状论文

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。

6.1.1 历史与现状

(1)1991年原地质矿产部组织开展的以省为单位的全国地质灾害现状概查

1991年原地质矿产部组织实施了以省为单位的全国地质灾害现状概查,主要以收集资料和各省(区、市)上报的资料为主,较全面地对全国地质灾害类型与现状进行了总结。调查内容包括地质灾害的类型、发生的重点区域、对国家和人民生命财产造成的损失以及地质灾害发育特征和分布规律等。根据收集整理的成果和万余个典型地质灾害点资料,汇编并出版了《中国地质灾害》,编制出版了《中国分省地质灾害图集》。

(2)1992~2003年期间,原地质矿产部部署1∶50万环境地质调查

1992~2003年,原国家计委和原地质矿产部组织开展了省(区、市)级(1∶50万)地质灾害调查与编图,圈定滑坡等地质灾害危险区;1996年为减灾防灾、提升国土整体的调查研究程度和水平,把此项工作扩展为以地质灾害为主的环境地质调查,这是我国第一轮较全面地在全国开展的地质灾害的调查。调查的主要目的是在概略查明各省(区、市)地质环境条件的基础上,重点调查人类工程活动与地质环境的相互作用和影响,初步查明开发利用自然环境遇到的和引发的各种主要地质灾害、特殊不良地质环境条件和环境地质问题的发育特征和分布规律,作出现状评价和发展趋势预测,提出防治对策建议,为国家制定减灾、防灾、国土开发与整治、经济建设和社会发展规划,以及地质环境监督管理,提供宏观决策依据;保护地质环境,减少灾害损失,促进经济建设与地质环境的协调发展。

(3)1999年国土资源部启动县(市)地质灾害调查工作

从1999年开始,作为国土资源大调查计划的组成部分,国土资源部启动以县(市)为单元的地质灾害调查工作。这项工作强调遵循“以人为本”的原则,专业人员与地方结合,大力推行群测群防体系。基本做法是采取专业调查和发动群众查险、报险相结合的办法,不强调按比例尺布线与布点。根据已掌握的情况和群众报险线索,以乡镇、村庄、重要交通干线和工程设施为重点,逐步进行现场调查并注意发现地质灾害隐患点、危险点。对隐患点、危险点综合分析后,划出地质灾害易发区和防治区,初步建立起群测群防预警体系,包括:建立减灾防灾领导责任制;建立临灾避险群防体系;编制地质灾害防灾预案;建立汛期地质灾害险情速报制度等。

1999年在进行10个县的地质灾害调查试点的同时,启动了三峡库区(包括宜昌市、巫山县等在内的)19个县(市)的地质灾害调查,为大规模的地质灾害防治工作提供了示范。截至2004年底,全国已经完成616个县(市)的地质灾害调查工作,为地方各级政府和国土资源管理部门组织地质灾害“群测群防”和防治管理,为县、乡级地方政府行使减灾职能,提供了重要依据。

县(市)地质灾害调查,是新一轮的地质灾害调查,它注重减灾防灾实效,是普及地质灾害防治知识,建设具有中国特色的地质灾害防灾预警体系的重要工作,已成为我国地质灾害调查工作的新模式。

(4)大江大河流域的地质灾害调查

如长江流域环境地质调查,黄河流域环境地质调查等。“七五”期间,开展了1∶20万三峡工程库区环境地质调查,1∶20万攀西、六盘水、岷江流域、沱江流域环境地质调查,1∶10万嘉陵江、大渡河等部分干流环境地质调查,1∶10万小江流域地质灾害调查,对滑坡、崩塌和泥石流等地质灾害的分布规律及其形成特征进行了系统的调查工作。

(5)重点经济地区较大比例尺的地质灾害调查工作

各省(区、市)根据自身的具体特点,有针对性地开展了较大比例尺的地质灾害调查工作。

1)城市地质灾害调查。上海市从20世纪60年代初就开始了以防治地面沉降为重点的城市地质工作,系统地进行了地面沉降调查和长期监测。江苏省从20世纪70年代起,先后围绕南京、南通、常州、苏州、无锡等10个中心城市,开展1∶5万水文地质、工程地质和环境地质综合勘查工作,分析研究了各中心城市地面沉降、地裂缝、地面塌陷的起因、现状、发生发展特征与规律。

2)矿山地质灾害调查。20世纪80年代以来,在华东地区开展了不同比例尺的矿山地质调查工作,如兖滕—两淮能源开发区环境地质论证、两淮煤田煤炭开采环境地质调查等工作。辽宁、黑龙江等省先后在矿业城市开展了矿山地质灾害调查。

3)其他类型地质灾害调查。长江三角洲地区地下水资源与地质灾害调查评价;鞍山西部隐伏岩溶塌陷地质灾害勘查;黑龙江中俄界河1∶5万塌岸地质灾害调查。

(6)重大工程区地质灾害勘查

三峡库区开展了大比例尺的地质灾害勘查与治理工作。

6.1.2 调查成果的应用

(1)为规划和防灾预案的编制提供依据

地质灾害调查成果,成为全国各省(区、市)编制地质灾害防治规划和汛期地质灾害防灾预案的重要依据。

(2)为重大工程部署和城市安全提供基础资料

地质灾害调查成果为重大工程,如水库移民选址,铁路、公路和输电、输气管线的选线,大江大河安全,城市规划,基础设施建设,提供了基础资料。

(3)为地质灾害监测和防治提供依据

县(市)地质灾害调查工作,基本查清了地质灾害多发县(市)、乡、村所在地地质灾害隐患点的分布,建立了地质灾害群测群防体系,建立了地质灾害调查信息系统,为合理地部署地质灾害监测网提供依据。

(4)为提高公众防灾意识作出贡献

通过地质灾害调查,特别是县(市)地质灾害调查,提高了公众,特别是地质灾害高发区公众的防灾意识,提高了对地质灾害认识的普及率。

6.1.3 存在问题的分析

地质灾害调查工作,为我国地质环境保护、国土资源规划开发提供了基础资料。但是,随着国民经济的高速发展和城市化比率的不断提高,三峡工程、西电东送、南水北调工程等需要提供大量基础性、先导性的地质调查数据,我国的地质灾害调查工作已越来越不适应社会发展和国家重大基础设施建设的需要。存在的主要问题有以下几方面:

(1)调查的对象和内容与国民经济建设、社会发展结合不够

以往的地质灾害调查,偏重传统的自然属性研究,与人类工程活动及经济建设结合不够,服务领域较窄,在土地利用、城市规划、重大工程建设、生态环境保护等方面的服务工作相对薄弱。

(2)调查工作不规范,调查的精度和广度存在较大局限

过去开展的区域性地质灾害调查,一般为中小比例尺,调查精度不能满足社会经济发展的需要。

1∶50万全国地质灾害调查,开始于“八五”,至2003年基本完成,历时12年,技术落后,各省调查程度不一,灾害规模分级标准不统一,绝大部分省份没有建立相应的调查数据库,给全国的数据汇总和综合分析带来困难。

县(市)地质灾害调查,遵循“以人为本”的原则,注重对地质灾害隐患点的调查,淡化了对地质环境的调查。同时,县(市)调查从全国角度来看,比较分散,很难形成全面的认识和评价。

区域性地质灾害调查工作精度较低,比例尺小,缺乏重点地域的重点调查研究成果。

(3)调查的技术方法、标准的局限

在技术方面,没有形成系统的标准和评价体系,工作程度偏低,工作中获得的大量原始信息资料,相当部分未能建立数据库,信息的社会化和开发利用程度低。

(4)调查的时效性的局限

在科学认识上,没有按照地质灾害发生的客观规律,结合人类社会经济发展的要求,有计划地开展地质灾害调查工作。

地质灾害调查落后于地质灾害发展的速度,由于原有的工作方法、思路和成果的表达方式陈旧,调查成果的信息化、网络化、社会化程度低,大多未与当地社会经济发展现状和发展方向相结合,或未考虑如何为社会经济发展服务,从而影响成果向社会生产力的转化,难以满足政府和社会的实用性、实效性需求。

地质灾害的调查评价滞后于生态环境保护、城市规划、土地综合利用、地质环境的合理开发利用、地质灾害防治的需要。

(5)没有建立地质灾害调查制度

没有建立地质灾害调查制度,对地质灾害调查的责任、周期、比例尺、内容等方面没有明确的规定。

6.1.4 开展地质灾害调查需求的分析

(1)我国地质灾害分布广泛,危害严重,地质灾害动态变化,需要开展地质灾害调查

我国是世界上地质灾害最为严重的国家之一。全国仅大大小小的崩塌、滑坡灾害危险点就有百万处以上,每年还会出现几万至十几万处新的危险点。近年来因崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等地质灾害,平均每年有1000多人死亡,经济损失高达数十亿元,已经成为我国大部分地区经济社会发展的一大制约因素,引起了党和政府、社会公众的极大关注。经过十几年的努力,地质灾害调查工作取得了显著成绩。但由于以往基础工作薄弱,对潜在的地质灾害隐患情况底数不清,无法进行有效的灾害预报预警,从而使防灾工作处于被动状态,因此,开展适当比例尺的全国地质灾害调查和大比例尺的地质灾害多发区的地质灾害调查是十分必要的。

由于人类活动和自然条件的演变,地质灾害也是动态变化的,为认清地质灾害的分布规律,确保国家减灾方案的科学性和准确性,要求反复开展地质灾害调查。

(2)贯彻“以人为本”、“全面、协调、可持续”发展的需要

《中国21世纪议程》提出了可持续发展的战略目标,要实现可持续发展,避免人员伤亡,基础就是建立在对我国地质环境和地质灾害的全面认识上。国土整治与开发、重大工程和国民经济社会发展布局,工业化进程的加快和城市化水平的迅速提高,为确保生产、生存、生活的安全,必须开展系统的地质灾害调查工作。

(3)地质灾害监测预警和减灾工程的需要

为达到防灾减灾、保护资源环境、促进经济社会可持续发展,国家将采取一系列的地质灾害监测预警和减灾工程行动。为科学、有效地开展地质灾害监测,实施减灾工程计划,必须开展相应精度的地质灾害调查。

(4)国家编制修订地质灾害防治规划及其他规划的需求

《地质灾害防治条例》第十一条规定,国务院国土资源主管部门会同国务院建设、水利、铁道、交通等部门,依据全国地质灾害调查结果,编制全国地质灾害防治规划……县级以上地方人民政府国土资源主管部门会同同级建设、水利、交通等部门,依据本行政区域的地质灾害调查结果和上一级地质灾害防治规划,编制本行政区域的地质灾害防治规划……地质灾害调查是国家编制修订地质灾害防治规划的依据,同时也是指导各部门(行业)协调行动的依据。

国外滑坡灾害研究现状论文

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。

由于人口的增长,可供利用的土地不断减少,城市化向不稳定地区扩张,滑坡等地质灾害造成的损失不断增加。当决策者面临灾害防治和减轻决策时,不仅需要对过去灾害事件的“静态”环境的空间表征,更需要具有“预测性”的空间表征。这意味着管理决策者需要知道未来灾害的发生概率和可能的发生地点,以便采取适当的防灾措施和制定减灾计划。为此,从20世纪80年代后期开始,世界各地广泛开展了滑坡危险性评估以及滑坡风险评估与区划研究等工作。

一、滑坡灾害危险性评估

Cross于1996年采用滑坡敏感性指数(LSI)(Landslide Susceptibility Index)作为定量化指标进行滑坡灾害危险性区划,并在英国Derbyshire地区进行了实践。FinlayP.J. 和 Fell Robin(1997)从滑坡灾害风险辨识和可接受滑坡风险水平出发,对澳大利亚和香港的滑坡灾害进行了研究,其成果包括滑坡灾害的调查、土地开发原则、滑坡灾害的分类、滑坡灾害造成的生命财产损失可接受概率等。Finlay P.J., Mostyn G.R.&Fell Robin(1999)用统计学原理,对香港1984-1993年间的3000多个滑坡灾害记录数据库进行了统计分析研究,建立了机遇滑坡灾害几何条件的预测滑坡灾害水平运动距离的多元回归模型。 Conor G.Smyth & Stephen A. Royle (2000) 以Niteroi城市为研究对象,研究了湖泊承灾体城市居民的易损性,分析了滑坡致灾因子及其影响,并提出了相应的滑坡灾害风险管理措施。Fausto Guzzetti(2000)建立了意大利1279-1999年间滑坡灾害导致生命死亡的数据库,对致命滑坡的发生频率及其致命率的评估进行了系统的研究。Piyoosch Rautelal 和 Ramesh Chandna Lakhera(2000) 利用GIS和遥感技术对印度的Giri 和 Tons River (in Himachal Himalaya)流域的滑坡灾害进行了风险评估研究。B.Temesgen 和 M.U. Mohammmed(2001) 利用GIS和遥感技术研究了滑坡灾害与致灾因子之间的统计关系,并用风险系数(0-1)来评估滑坡灾害风险。 Ragozin等在2000年提出了应用于滑坡灾害风险评估的危险性指标和易损性指标以及相应的表达式。Johnson等2000年在澳大利亚一项为城市发展规划服务的崩塌、滑坡、泥石流灾害预测中,把地质灾害危险性、易损性和风险评估作为一体,以GIS软件为技术平台,分别采用了平面和三维评估系统,对Cairns地区进行了崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害的危险性分析和风险区划研究。P. Aleollt(2000)采用了GIS技术对意大利北部阿尔卑斯山前缘地区的滑坡、洪水、雪崩、山谷口堆积等灾害的危险性及总的风险进行了区划性制图研究。A.Ragozin(2000)从理论上研究了滑坡灾害风险评估中的危险性、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,提出用给定地区的面积、滑坡发生面积、滑坡数量和时间之间的关系建立定量模型。

Suzen等人提出了运用滑坡种子元(seeds)图和统计百分位(percentile)图的新概念进行区域滑坡危险性评估。其主要原理是,运用统计学方法,估计影响滑坡稳定性的各因素的相对贡献率。种子元是指未被扰动的地貌单元(地带),它用来确定滑坡边界;而百分位类型的划分则用来将连续变量转化为类级离散变量。他们将这一方法应用到土耳其的Asarsuyu集水流域的滑坡灾害危险性评估。在GIS环境下生成岩性、到断层线段距离等13个影响边坡稳定性的变量图。分别将13个影响变量图与滑坡灾害分布图相叠置,获得“种子元”和“滑动元”的属性数据库。根据各影响因素中不同百分位类别中滑动单元的数目以及未滑动(种子) 元的数目,计算出各影响因素的权重。

Bonham提出了基于统计学的Bayesian方法的数据驱动权重模型(weights ofevidence modeling),将其应用到找矿领域。Van Westen进一步将该模型应用到滑坡灾害危险性评估领域。数据驱动权重模拟方法的主要原理是利用滑坡历史分布数据,建立滑坡分布与各影响因子之间的统计关系,即根据在各影响因子不同类别中滑坡分布的统计情况来确定各影响因子对滑坡灾害的贡献率(权重)大小。与专家知识模型相比,该类模型对权重的确定更加科学和可靠,避免了专家的主观性所带来的不确定性。最后,利用另一时期的滑坡分布历史数据对评估结果进行检验和成功率预测,调整不合理的边界,使评估结果更加具有可信度。基于贝叶斯(Bayesian)统计方法的数据驱动权重模型较其他统计方法更加严谨,充分考虑了滑坡影响因素之间的关系,以及各影响因素与滑坡灾害的关系;并进行影响因素的独立性分析,找出最关键的影响因子。在此基础上再计算各影响因素的权重。

Carrara(1989)利用多变量或“黑箱”模型,在意大利的一些地区开展了滑坡危险性定量评估编图工作,预测实际和潜在滑坡的失稳事件。作为一种“预警”工具,这种编图可用于选择“危险性大”、需进一步详细调查的场所。所采用的主要方法包括:①根据专家经验和知识进行直接的估计;②将代表斜坡不稳定因素的图层按一定的权重进行叠加获得“指数”主题图;③利用多变量模型,通过统计方法评估实际/潜在的斜坡不稳定性,以确定滑坡危险性概率水平。应用这些方法的基本假设条件是:在统计训练样本地区滑坡失稳的产生条件与整个研究区的环境条件相同。统计分析中的基本单元是“具有地貌意义”的斜坡单元(面积大小不等)。影响滑坡失稳的各种影响因子之间的运算都是在GIS环境下的基本网格单元上进行。利用判别分析方法,将稳定性斜坡单元和不稳定性斜坡单元分成不同类别,在此基础上将其转换成概率。最后将得到的滑坡危险性预测概率图与实际/编目的滑坡图进行对比,获得“可靠性”程度的检验。不幸的是,在许多案例分析中往往这样的可靠性检验实际上没有任何意义。因为进行预测分析所使用的滑坡数据就是实际的滑坡数据,即进行预测建模的数据与验证模型的数据没有分开,是同一组数据。

Mark和Ellen(1995)对美国加利福尼亚州数千条泥石流记录的数据库和5个滑坡要素图层进行了回归分析。在分析中假定暴雨触发泥石流的条件与1982年加州暴雨事件相同。对滑坡重现的研究使用了模拟技术,选用了10m精度的DEM数据。他们利用一组浅层泥石流数据(200多个泥石流)的分布和频率来模拟泥石流的触发区、滑动体积、沉积区以及最大物质运移距离,划分出泥石流高、中、低危险区。用另一组历史滑坡数据对模拟预测结果进行了验证。

Carrara和Guzzetti(1995、1999)在以前的研究基础上,将基础编图单元划分为三种:网格单元、独特条件单元、斜坡单元,对三种危险性模型进行了对比分析:I-对斜坡单元进行判别分析;II-对独特单元进行了条件分析;III-对独特单元进行判别分析。在危险性模型(I)中,使用了40个因素用于建立判别函数,将266个斜坡单元划分为稳定地区(滑坡面积不超过2%)和不稳定地区。65%的单元数据集为训练数据,其余35%的单元数据集用于检验。结果表明,三种危险性模型划分单元的“正确率”分别是83.8%、82%、75%。

Liener等(1996)提出了SLIDISP的滑坡危险性评估程序,利用通过岩土调查获得的安全系数来确定滑坡易发区。在瑞士的研究区,根据安全系数确定滑坡临界坡度,大于临界坡度的地区为滑坡易发区,对不同滑坡类型和土壤估计出不同的临界坡度,编制称为SLM的滑坡危险性图。经验证发现,这种方法的准确率达到86%。然而该方法的缺陷是,不能进行滑坡预测,因而不能说明未来滑坡事件的可能发生位置及其与几个参数图层(或参数组合)之间的关系,从而无法对危险性指数进行检验。

Guzzetti等(1999)对滑坡危险性评估现状进行了全面的评述,指出:“滑坡危险性预测图的可靠性和危险性评估的标准没有规范可循”。尽管他对此没有提出任何有关的建议,但他注意到,“滑坡危险性预测模型不易用传统的科学方法进行检验,检验滑坡预测图的唯一方法是时间。针对这些挑战,其解决途径可能是通过新的科学实践处理不确定性难题。”

Clerici等(2002)提出了基于条件概率和GIS的滑坡敏感性评估的程序,编写了宏语言用于处理繁杂的空间数据计算。他们考虑了5个与滑坡发生相关的环境因素:地质、土地利用、坡度、降雨量、层状地层/地形坡度关系。5个要素图进行了叠加后将整个研究地区划分为无数个“独特-条件多边形”。每个多边形是均质的,即其产生滑坡的环境条件相同。空间数据库的分辨率是5m×5m,共有1300万个单元。假定滑坡密度等于滑坡敏感性。计算每个多边形的滑坡密度后再进行分类,最后划分为5个敏感性等级。滑坡敏感性图由2131个独特-条件区组成,其中1542个独特-条件区至少受到一个滑坡的影响。共考虑了6种不同类型的滑坡,但没有将它们区别计算。因此,所产生的敏感性图是一种“一般”性的概略图。关于用于预测的统计分析方法以及进行验证所使用的技术在文献中作者都没有提及。

Dai和Lee(2002)利用逻辑分析方法对香港的Lantau岛进行了斜坡不稳定性预测评估,还研究了滑坡的物质活动行为特征,但遗憾的是,同样没有对预测结果进行检验评估。

Gritzner等(2001)尝试将历史滑坡数据随机分为两组,一组用于预测,一组用于检验,但遗憾的是,他们的分组不是根据滑坡的历史发生时间进行的,然而这种分组评估和验证思路是正确的。

Disperati等(2002)利用由Chung和Fabbri(1993)提出的统计技术,对意大利中部的一个研究区开展了滑坡危险性区划研究。他们使用了1∶10000空间数据库(包括滑坡、陡崖、物质位移范围等数据,还包括岩性、坡度和坡向、高程、土地利用等滑坡影响要素图层)。在预测建模中,随机选取了一组训练数据集,将不同的滑坡影响因素进行了组合叠加,得到滑坡危险性预测图。利用剩余的一组数据集通过生成的预测率曲线(prediction-rate curves)对预测图进行了检验。尽管预测结果并不理想,但毕竟他们的工作在使用系统程序开展滑坡危险性空间定量预测并检验和解释其预测结果方面向前迈出了重要的一步。

Park等(2002)分析和研究了滑坡危险性编图中的空间不确定性。他们对空间预测模型中的影响要素图层的边界模糊性进行了表征。用预测率曲线来解释和验证了不同要素组合和不同空间不确定水平下的预测结果。

表2-1和表2-2概述了在过去30多年里,世界各地关于滑坡编目和危险性空间分析研究的主要情况。在区域尺度的滑坡空间分析研究中,广泛使用了统计方法进行滑坡敏感性分析(如Baeza和Corominas,2001;Carrara,1989;Fernandes等,2004;Griffiths等,2002)和危险性评估(如Guzzetti等,1999;Asch等,1992),最近还使用了模糊模型(如Ercanoglu和Gokceoglu,2002;Pistocchi等,2002)和概率预测模型等先进的统计方法(Pistocchi 等,2002)进行滑坡敏感性分析。

岩石滑坡空间分析主要包括岩石塌落和(大规模)岩石滑动(表2-3)。一些岩石滑坡的编目给出了其空间分布的信息,还有一些编目利用统计方法和经验模型对岩石塌落进行了空间分析(如Dorren和Seijmonsberegen,2003;Mei,2001;Wieczorek等,1998)。还有一些研究人员(如Guzzetti等,2002a)开发了数值模型模拟岩石滑坡的空间运动模式。

世界各国广泛开展了泥石流的流域、区域和国家尺度的调查(表2-4)。主要是泥石流发生的空间分布编目以及在显著的触发事件(如暴雨、地震等)作用下发生的滑坡分布情况。普遍采用了统计技术以及数值方法评估泥石流敏感性和危险性(如D’Ambrosio等,2003;Lorente等,2002)。除了流域和区域尺度外,一些国家(如美国和瑞士)还开展了国家尺度的泥石流编目和敏感性空间分析。

世界各国还广泛开展了土体滑动的空间分析研究(表2-5)。主要包括深位滑动和浅层转换滑动。对于场地尺度的浅层转换滑动,主要应用无限平衡滑坡稳定性分析模型,用以估计坡体的安全系数(FoS)和失稳概率(如Dietrich等,1995;Montgomery 等,2000;Wu和Abdel-Latif,2000)。Moller等(2001)开发了基于水文响应单元和土壤力学响应单元的一种无限滑坡模型。启发式(heuristic)专家评判方法主要用于区域和国家尺度的研究。这种研究为进一步使用先进模型的研究奠定了基础。

从国家尺度的研究来看,Paige-Green(1985)基于专家判断给出了滑坡危险性的分类。Jones和Lee(1994)概述了英国滑坡编目的信息。Guzzetti等(1994)对意大利进行了滑坡的综合编目。Dikau和Glade(2003)根据岩性和坡体的几何特征进行了国家尺度的滑坡敏感性编图。尽管国家尺度的分析所提供的信息是粗略的,但它们为进一步开展区域滑坡风险分析奠定了基础,例如,结合风险承灾体(风险元素)和相关的社会—经济属性,可以开展区域滑坡风险评估。

表2-1 世界不同地区滑坡编目(流域和区域尺度)

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表2-2 世界各地滑坡空间危险性分析概览

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表2-3 世界各地崩塌、岩质滑坡空间评估概览

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表2-4 世界各地泥石流危险性空间分析评估概览

表2-5 世界各地土体滑坡空间分析评估概览

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二、滑坡灾害风险评估

联合国减灾组织-UNDRO于1982年提出了风险概念。此后有不少研究人员(如Brabb,1984;Einstein,1988;Fell,1994;Hearn和Griffiths,2001;Leoneo等,1996;Leroi,1996;等)将这一概念引入滑坡灾害领域。由Cruden和Fell(1997)编辑出版的滑坡风险评估国际研讨会论文集,首次全面介绍了滑坡风险研究的情况。此后,陆续出版了滑坡风险研究的案例(如Cardinali等,2002;Dai等,2002;Finlay等,1999;Guzzetti,2000;Hardingham等,1998;Hearn和Griffiths,2001;Michael-Leiba等,2000)。

目前普遍采用的是滑坡工作组风险评估委员会(IUGS,1997)和由澳大利亚岩石力学协会的Fell(2000)提出的滑坡风险定义。大多数滑坡风险研究主要采用的是自然科学的方法,而关注社会对滑坡灾害事件的应对战略或受影响社区的弹性能力相关的社会科学研究与洪水或地震等自然灾害相比还十分有限。以下列出了最近10多年来滑坡风险研究的重要成果。

Mario Mejia-Navarro和Ellen E.Wohl(1994)在分析哥伦比亚的 Meddllin 地区地质灾害危险性和土地及生命易损性的基础上,利用GIS技术将二者合成产生了风险评估分区图。R.Anbalagan和Bhawani Singh(1996)在前期关于山区滑坡灾害评估和区划制图研究的基础上,提出了风险评估制图的新方法;风险评估矩阵(RAM)。Jefferies等在1996年提出了用Bayesian方法进行风险概率的评估。

Mejía -Navarro和Garcia(1996)开发出IPDSS,即综合规划决策支持系统(Integrated Planning Decision Support System),它是基于GIS平台和图形用户交互界面的滑坡灾害危险性、易损性和风险评估的综合信息系统。滑坡危险性(敏感性)评估是根据影响滑坡的要素图层(如地形、坡面、基岩、地表和构造地质、地貌、土壤、土地覆被、土地利用、水文、降雨量、行洪道分布图以及以前灾害的历史数据)按一定的权重叠加完成的。权重是根据多变量统计分析及专家知识得出的。同样地,IPDSS系统没有将物质运动划分为不同的时段,因而无法表征滑坡发生地与其影响因素之间的关系,也就无法验证预测模式。尽管IPDSS相比以前的研究前进了一步,除了危险性评估,还进行了易损性评估和风险评估,但在整个评估过程中,其属性表征和选择随意性大。

Cardinali等(2002)通过航片解译和野外调查,编制并分析了多时段滑坡编目图。他们将调查限制在过去60年正在发生物质运动以及过去发生过物质运动的地区,重点研究各种失稳类型的演化和分布。通过以下战略开展滑坡危险性、易损性和风险性评估:①确定研究区范围;②编制多试点滑坡编目图和分类图;③确定滑坡灾害带(单相和多相滑坡的影响范围);④滑坡危险性评估;⑤识别并编制承灾体图,并评估其对于不同滑坡类型的易损性;⑥滑坡风险评估。假设条件是研究区内未来发生的滑坡可能会出现在已发生过滑坡的邻近地区或发生在同一坡体上或同一水系流域中。出于经济的考虑,作者只进行了局部滑坡危险性评估(占研究区面积的21.4%,980个滑坡影响带中的210个影响带,面积为20km2),没有对整个研究区或汇水流域进行区域滑坡危险性评估。滑坡危险性区划也只限定在可能会发生物质运动的地区。将估计的滑坡频率等级和观测到的滑坡强度等级进行交叉后得到不同危险性等级,将其归并后重新划分为4个相对等级。在编制的1∶10000的概略图上,表征了11种承灾体,针对每种滑坡类型的不同滑坡强度,划分出3个易损性等级。该项研究特别让人感兴趣的是,对过去60年内的物质运动进行了航片解译,将滑坡的演化过程进行了时间对比分析。但该项研究还存在3大缺憾:①没有给出滑坡危险性水平的定量化绝对值;②对滑坡危险性评估/预测结果没有进行检验;③没有使用一致性的空间单元和空间覆盖。

Lerio(1996)对法国上世纪70年代以后,特别是在1982年7月13日颁布自然风险规划法(PER)以来的滑坡风险性评估与编图进行了全面的评述。根据PER法律的要求,在法国普遍开展了1∶5000到1∶10000的滑坡风险性编图工作,并将编制的图件作为灾害防治和灾后补偿的依据。灾害风险评估与编图主要回答以下问题:①物质运动的类型是什么?②潜在不稳定地区在哪里?③什么时候会触发灾害的发生?④灾害影响范围有多大?⑤灾害与环境的关系是什么?是自然原因还是人为因素造成的?⑥灾害引起的损失有多大?Lerio总结出3种可供使用的编图方法:①专家评估(具有主观性,需要进行解释和运用统计技术);②回归分析(利用已发生滑坡地区可靠的空间数据库,建立物质运动模式与其环境因素的关系,据此推测其他类似地区滑坡发生的可能性,主要用于较大区域的分析);③机械分析(基于确定性稳定性模型,预测滑坡发生概率,主要用于场地尺度的滑坡评估与预测)。Lerio指出:“几乎所有的风险图都没有将时间概念综合进去,而灾害的预防投资将需要基于大量历史数据的可靠的灾害时空预测模型。

Leone等(1996)提出了损失函数,作为构建易损性框架的一部分。为此,收集和对比分析历史滑坡及其相关数据是至关重要的。必要的表征是将研究区划分为若干个空间区块,不同区块其滑坡发生概率不同。

Glade(2001)在德国Rheinhessen地区开展了区域滑坡风险评估。将不同土地利用划分为不同的风险因素,因生命风险在该地区很小,所以在该研究中忽略了生命风险分析。对每类风险因素(不同土地类型)进行了货币价值的折算(表2-6)。将滑坡灾害信息与风险因素的易损性相结合,构成风险矩阵。以此划分滑坡风险的不同等级。90%地区划分为低风险区,8%地区为中等地区,2%为高风险区,0.2%为非常高风险区。尽管所得出的滑坡风险图不能用于当地政府的详细规划目的,但所确定的滑坡灾害易发区无论是对当地政府还是地区政府用于确定“热点”地区的详细分析,无疑都具有很大价值。

表2-6 不同潜在损害价值(欧元)的风险因素(Glade等)

Glade和Jensen(2004)在冰岛fjord西北地区Bildudalur开展了崩塌灾害风险分析研究,确定了建筑物的易损性和人员伤亡的风险概率。尽管历史上没有崩塌灾害的伤亡记录,但这种研究还是为当地政府对危险岩石的恰当管理提供了可靠的依据。在研究中将确定的崩塌路径转换为危险带区划,再与潜在的损失价值和相关的风险因素相结合,确定了风险水平。在后果分析中,不仅考虑了研究区任何地点的易损性、影响的时空概率,还考虑了崩塌灾害的季节影响概率。在GIS环境下,将这些成果以图件的形式表征出来。最后确定的风险不仅包括个人生命风险,还包括社会生命风险。崩塌灾害的个人风险很低,范围是1.1×10-5/年至5.6×10-5/年;92%地区属于低风险,8%地区属超低风险区;然而社会风险则变化在1.6×10-3/年至2.1×10-5/年,4%地区属超低风险区,27%地区为低风险区,58%地区为中等风险区,11%地区属高风险区。所计算的生命总风险水平,即年死亡率为0.009。

表2-7概述了世界不同地区开展的各种空间尺度的滑坡风险评估。一些研究基于编图程序进行了滑坡危险性和风险区划(如Espizua和Bengochea,2002),另一些研究提出了泥石流(如Liu等,2002)等不同类型的滑坡风险评估的经验公式,还有一些研究利用概率方法进行滑坡风险评估(如Chung和Fabbri,2002;Rezig等,1996)。尽管在许多出版的文章中,“风险”一词出现的频率很大,但真正意义上的滑坡风险研究并不多。滑坡风险研究还处于探索阶段。

表2-7 世界各地地质灾害风险空间评估概览

续表

地质灾害泥石流研究论文

范文一:甘肃省城市建设地质灾害防治研究甘肃省境内泥石流、滑坡发育的基础主要是其特殊的自然条件。陡峭的地形、充足的松散土石和突发性水源是泥石流、滑坡形成的三大条件,另外地震作用也是造成滑坡的因素。甘肃地处黄土高原区,境内主要以黄土为主,而黄土由于结构疏松,孔隙大,渗透性强,具强压缩性和自重湿陷性,垂直节理发育,特别是极为发育的顺坡向卸荷节理,使边坡稳定性降低,易发生滑坡和造成严重的水土流失,大量滑坡、崩塌等重力堆积物受暴雨形成的坡面流及洪水的冲刷,源源不断地为泥石流提供固体物质。 通过计算泥石流、滑坡作用强度和危险度,将城市分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级和Ⅳ级四个危险等级。经过对甘肃省灾害防治历史和治理现状的研究,提出存在问题,得到泥石流、滑坡灾害的发展趋势,强调防治的可能性和必要性。 根据对城市的分级,危险度高的Ⅰ级和Ⅱ级的城市应采取治理体系为主,预防体系和管理体系为辅的综合控制对策;危险度不高或较低的Ⅲ级和Ⅳ级的城市应采取预防体系与管理体系为主,治理体系为辅的控制对策;对于威胁城市安全的巨型滑坡和规模巨大的泥石流沟则采用躲避对策。 城市泥石流、滑坡防治规划的最基本原则是预防为主,重点治理。对于不同类型的泥石流、滑坡建立不同的治理模...范文二:分析地理信息系统的开发工具及其在地质灾难探究中的应用进展地理信息系统在地质灾难探究中的应用进展 目前,国内外利用地理信息系统,主要用于探究国土和城市规划、地籍测量、农作物估产、森林动态监测、水土流失、地下水资源管理〔4〕和矿产资源勘查〔10〕、潜力评价及开发〔11〕等众多领域。GIS在地质灾难探究中的应用大致有以下几个方面摘要:(1) 地质灾难评价和管理利用地理信息系统的各种功能,建立地质灾难空间信息管理系统[12,13,14,管理地质灾难调查资料,显示并查询地质灾难的空间分布特征信息,评价地质灾难的危害程度,分析地质灾难和影响因素之间的关系,提出减轻和防治地质灾难的办法,对将来可能发生的地质灾难进行猜测〔15,16〕。戴福初等利用GIS对香港地区的滑坡灾难进行历史滑坡编录,分析滑坡的时空分布特征和动态和静态环境因素之间的相关关系,对滑坡灾难风险进行评价和危险区域划分〔17〕。(2) 地质灾难的危险度区划评价由于各种地质因素本身的不确定性,以及地质因素之间相互功能的复杂性,在收集大量的基础地质环境资料前提下,利用GIS对这些基础资料进行有效地处理来提高数据的可靠性,通过选取合适的评价猜测指标〔18〕,运用恰当的数学分析模型〔19,20,21〕,对探究区进行地质灾难危险性等级的划分,从而为地质灾难的管理及防治和预警决策提供依据。(3) GIS和专家系统的集成应用GIS和专家系统的集成应用中,GIS所起的功能主要是管理时空数据,进行空间分析;专家系统所起的主要功能是利用专家知识和空间目标的事实推理判定灾难的危险度〔22〕。二者的结合将使专家经验得到推广,减少野外和室内手工作业工作量,使区域地质灾难的动态管理成为可能。4 结语(1)地理信息系统技术已经广泛渗透到了多种学科领域,从比较简单的、单一功能的、分散的系统发展到多功能的、共享的综合性信息系统,并向多媒体GIS、智能化、三维、虚拟现实及网络方向发展,新兴的地理信息系统将运用专家系统知识,进行分析、预告和辅助决策。(2)地理信息系统的开发工具,从专业开发工具的组成结构上,可以归纳为集成式GIS、模块化GIS、组件式GIS和网络GIS等几个主要类别。其中组件式GIS在系统的无缝集成和灵活方面具有优势,代表了GIS系统的发展方向。(3)地理信息系统在地质灾难探究中的应用方兴未艾,尤其在地质灾难评价和管理、地质灾难的危险度区划评价和GIS和专家系统的集成应用方面进展很快。以上希望对您有帮助!另外这有个地质灾害论文的网址,可参阅:

同志啊,这种论文网上还是很多的,不用那么懒吧。相关论文很多,自己下载整理一下对你也有好处啊。以下仅供参考中国地质灾害 我国地质灾害可划分为10大类31种: 1、地震: 天然地震、诱发地震 2、岩土位移: 崩塌、滑坡、泥石流 3、地面变形: 地面塌陷、地面沉降、地裂缝 4、土地退化: 水土流失、沙漠化、盐碱(渍)化、冷浸田 5、海洋(岸)动力灾害:海面上升、海水入侵、海岸侵蚀、港口淤积 6、矿山与地下工程灾害:坑道突水、煤层自燃、瓦斯突出和爆炸、岩爆 7、特殊岩土灾害: 湿陷性黄土、膨胀土、淤泥质软土、冻土、红土 8、水土环境异常: 地方病 9、地下水变异: 地下水位升降、水质污染 10、河湖(水库)灾害: 淤积、塌岸、渗漏 (一)地震 1、分布发育概况 进入20世纪以来,在我国境内(包括台湾及临近海域)发生大于或等于8级的巨大地震共9次;发生大于或等于7级的地震约80次,其中1949~1990年发生了52次。 我国的构造地震分布非常广泛,除浙江、贵州两省外,其余各省都有6级以上地震发生。水库诱发地震自60年代以来,目前至少以在11个省的15座水库发生,其特点是与水库蓄水有明显关系。 地震在我国大陆地区具明显的西强东弱、西多东少的发育分布规律。如本世纪以来发生的9次大于或等于8级大地震,除2次8级发生于台湾临近海域外,其余均发生于西部省份。我国地震烈度Ⅶ度以上的地区主要分布于西部地区,东部地区除了台湾外,Ⅶ度以上地区的面积相时少得多。 地震在空间分布上表现了不均一性,往往呈带状分布。近100年发生的地震表明,地震基本上是围绕这26条活动断裂系发生的。我国地震活动的周期性和重复性呈现出成群分布,活跃高潮与低潮相互交替的活动格局。东部一个周期长约300年左右,西部为100~200年左右,台湾为几十年。 2、危害状况 地震灾害以突然、隐蔽为特点,一旦成灾,极易造成巨大的人员伤亡和重大的经济损失。1901~1980年间,我国地震共死亡61万人,其中死亡人数在千人以上的地震即达31次。1949年以来,地震就造成死亡27.4万人,伤残76.5万人,居群灾之首,同时地震还造成倒房600万间,直接经济损失数百亿元。我国的地震活动,不但频次高,强度大,而且城市受灾率高。据统计,全国Ⅶ度以上的高烈度区的面积达312万km2,全国70%百万以上人口的大城市位于烈度为Ⅶ度或高于Ⅶ度的高地震烈度区内,特别是一批重要的城市如北京、天津、西安、太原、兰州、呼和浩特、昆明、乌鲁木齐、银川、拉萨、汕头都位于基本烈度为Ⅷ度的高烈度地震区内。 地震不但可以直接摧毁城镇工程设施,给人民生命财产带来巨大损失,而且还可以引发滑坡、崩塌、火灾等其它灾害,加重了地震灾害的损失。 (二)崩塌、滑坡和泥石流 1、发育分布基本情况 全国共发育有特大型崩塌51处、滑坡140处、泥石流149处;较大型崩塌2984处以上、滑坡2212处以上。泥石流2277处以上。 从总体看,我国西部地区尤其是西南诸省区长期处于地壳上隆过程之中,地震活动频繁、地形切割剧烈、地质构造复杂、岩土体支离破碎,再加上西南地区降水量和强度较大、西北地区植被极不发育,因而崩滑流发育强烈,如云南、四川、贵州、陕西、甘肃、宁夏等省区;其它地区新构造运动一般相对较弱,其中华北、东北地区的降水量相对较小,中南、华东大部分地区植被发育较好,因此,这些地区的崩滑流发育强度一般不及西部地区。崩滑流灾害危害较大的省区有:四川、云南、陕西、宁夏、甘肃、贵州、湖北、辽宁、北京、河北、江西和福建等。 在地域上,可基本上划分为15个多发区,它们是:(1)横断山区、(2)黄土高原地区、(3)川北陕南地区、(4)川西北龙门山地区、(5)金沙江中下游地区、(6)川滇交界地区、(7)汉江安康~白河地区、(8)川东大巴山地区、(9)三峡地区ⅲ(10)黔西六盘水地区、(11)湘西地区、(12)赣西北地区、(13)赣东北上饶地区、(14)北京北郊怀柔-密云地区、(15)辽东岫岩-凤城地区。 2、主要危害 近十年来,全国由于崩滑流造成的人员死亡已近万人,平均每年达928.15人。全国有 400 多个市、县、区、镇受到崩滑流的严重侵害, 其中频受滑坡、崩塌侵扰的市、镇60余座,频受泥石流侵拢的市、镇50余座。较为严重的有重庆、攀枝花、兰州、东川、安宁河谷等。全国几条山区干线铁路如宝成线、成昆线、宝兰线都受到了崩滑流的严重危害。

地质灾害易发区划分按灾种将易发级别相同的评价单元合并连片,并根据地质环境条件对边界加以修正,即可圈定出地质灾害易发区。碎屑岩区和碳酸盐岩夹碎屑岩区划分出...www.wsdxs.cn/html/Place

地质工程与地质灾害学报

不是《工程地质学报》是我国工程地质学科综合性的高级学术期刊。1993年批准创刊发行。现为季刊,大16开本,每期112页,国内外公开发行。《工程地质学报》刊宗旨是加强学术交流,促进工程地质科学的了理论、应用和技术的发展,使工程地质学科更好地为国民经济建设服务。《工程地质学报》着重于理论研究和工程实践的结合。学报主要介绍当前规划、设计和在建国家重点工程的工程地质和地质环境实例及其论证;讨论理论进展和方法创新;讨论在土木、水电、铁路、公路及矿山建设、城乡规划、地质环境和灾害治理,以及能源和工业采掘等方面的新技术和经验。适用于科研工作者、高校师生和专业工程技术人员参阅。

难。这一权威的刊物审核比较难,通过率比较低,全国基本为百分之36.4,职称和学历都有要求。中国地质灾害与防治学报创刊于1991年,是经原国家科委正式批准,由中华人民共和国国土资源部主管,中国地质灾害研究会主办,中国地质调查局、国土资源部地质环境司、中国地质环境监测院、中国科学院力学研究所等9单位协办,反映地质灾害学科,并向国内外公开发行的学术性刊物。

中国地质灾害与防治学报 [1003-8035] 本刊收录在: 中国科学引文数据库(CSCD)来源期刊(2009-2010)提示: CSCD扩展库(E)本刊收录在: 中国科学引文数据库(CSCD)来源期刊库(2013-2014)提示: CSCD扩展库(E)主题分类:Earth Sciences: GeologyEnvironmental Sciences: Natural Disasters & Industrial Accidents非中文核心。

简单地说,核心期刊是学术界通过一整套科学的方法,对于期刊质量进行跟踪评价,并以情报学理论为基础,将期刊进行分类定级,把最为重要的一级称之为核心期刊。 核心期刊应指专业核心期刊,即属于某专业或行业的核心性刊物。确定核心期刊的标准可以概括为以下几项,其一主办机构的权威性,其二文章作者的权威性,为了避免马太效应,还要看其三,文章的被引用率及文献的半衰期(测定文章内容新颖性的指标,一般科技文献半衰期较短,社科文献则较长)。 地质类的期刊: 采矿技术 地层学杂志 地理科学 地质与勘探 地质灾害与环境保护 工程地质学报 中国地质 地球科学 水文地质工程地质 物探与化探 世界有色金属 国土资源情报 工程勘查 等等

地质灾害论文文献

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深埋隧道工程的灾害地质问题论文

摘要 :在进行深埋隧道工程施工过程中,由于洞程较长,洞深埋设较大,地质条件较复杂,在施工时,如果处理措施不当会出现高地温、岩爆、高压涌水等问题。鉴于此,以实际工程为例,对深埋隧道工程主要存在的灾害地质问题进行了分析和探讨,保证了施工的顺利进行,以期为类似工程提供参考与借鉴。

关键词 :深埋隧道工程;灾害地质;高压涌水

1工程概况

太行山高速公路邯郸东坡隧道位于武安市岭底村南、七水岭村东、涉县东坡村东北处。隧道为分离式特长隧道,隧道工程总施工长度为3134m。左幅为ZK38+624~ZK41+740,长3116;右幅为K38+642~K41+776。最大埋深为176m。本文以此工程为例,对深埋隧道工程主要灾害地质问题进行分析和探讨。

2深埋隧道中的高地温难题

深埋地下隧道的工程中,地质问题是需要进行探索和研究的关键领域,最先要通过预测天然地温,一旦地温超过30℃一般将其称之为高地温。高地温不仅会恶化深埋隧道作业的环境,还会严重降低工人的劳动生产率,甚至会对现场施工人员的生命造成极大危害。此外,对深埋隧道施工材料选取的难度也相应增加[1]。然而,地温值是随着地下工程埋深在不断变化的,但地下工程的最大埋深和地温值的增加关系不是呈线性的,因为造成这种深埋隧道中的高地温问题的原因主要是地下水活动以及近期岩浆活动中放射性生热元素含量较高等。

3深埋隧道与岩爆的高地应力问题

在深埋地下隧道的工程中,其中一个突出的地质难题就是岩爆问题。地下隧道工程埋得越深,其地应力就会越高。深埋隧道工程和近地表工程的不同之处除了具有较高的水平构造应力外,最主要取决于围岩出现的高地应力。它不仅在硐侧壁引起高压应力,还导致硐顶部出现高拉应力,这样会导致硐室围岩不稳定,埋下隐患。由于高地应力的存在,一些黏性土含量较高,而硬岩含量较低的围岩就会产生被塑性挤出的可能。高地应力不断释放,地下隧洞就会发生变形,往往会出现隧洞短时间内突然变小的异常现象。就好比从掌子面距离正洞30m开始,洞身变形的长度有40m,起初的支架保护结构破坏就会非常严重,通过测量计算,隧洞拱顶的下沉在10~20cm之间,隧洞的拱脚和边墙也出现不同程度的挤压和移位,甚至还有混凝土开裂的情况[2]。这时就需设计一套科学有效、刚柔结合、综合治理的施工方案。为克制高地应力,考虑使用约1万根超长锚杆,要求总长超过11×104m,把地下隧洞中的断面改成环形成拱,做到先柔后刚、先放后抗的设计要求。岩爆受影响的原因有地震爆破,也有相邻岩爆或机械等外因动力的振动,但其中影响岩爆的最基本原因是岩石的结构特征。经过大量的数据分析发现,岩石颗粒排列呈定向排列还是随机排列,岩石是胶结连接还是结晶连接,是钙质胶结还是硅质胶结,这最终关系着岩爆烈度的强弱。例如:(1)随机排列的花岗岩、闪长岩等岩石的岩爆烈度,会比片麻岩、花岗片麻岩、糜棱岩等具有定向排列的围岩颗粒更强一些;(2)结晶连接的深层岩浆岩石中的岩爆烈度比胶结连接的沉积岩强;(3)具有硅质胶结岩石的天生桥二级水电站引水隧洞比关村坝的隧道中钙质胶结岩石的爆烈度强。

4深埋隧道中的高压涌水难题

深埋地下隧道的施工过程中,除了高地温以外,涌水问题也成为隧道运营中亟待解决的又一难题。由于地质条件复杂,隧道通过的地段会挖掘出很多水流量大的地质单元,一般就会出现涌水量大或水头压力高的情况。地下水水压在深部岩体中极高时,就会导致岩体水力劈裂。这就说明在高水头压力的作用下,在岩体的突水点附近,岩体断续裂隙、裂缝是朝着某个方向的,受网状交织的构造裂隙影响,经过融合后发生扩展的裂隙、空隙最终张裂开来。随着隧道深部岩体涌水量越来越大,地下水水压越来越高,会导致深埋隧道工程围岩水力劈裂。一旦出现水力劈裂的情况,就会迅速连通裂隙,空隙的张裂程度就会越来越大,涌水的渗透力会越来越强。再加上动水压力的影响,裂隙会再扩展,而使在裂隙面上的充填物发生剪切变形和位移。不论是在深埋隧道工程中还是在浅埋隧道中,容易发生的地质灾害主要表现为断层破碎带,岩体不整合接触面和结构不利组合段造成的塌方、地震,还有瓦斯爆炸、有害气体以及溶岩塌陷、泥屑流等[3]。其中,瓦斯爆炸主要指甲烷CH4在相对封闭的煤系构造地层中,由冲击波的产生、剧烈的氧化作用而导致的爆破,其灾害性极强。

5基岩裂隙水

5.1基岩裂隙水的含义

只有储存在坚硬岩石裂隙中的非可溶性地下水,才被统一归纳在基岩裂隙水的`传统范畴中,根据含水介质的基础特征,可以将地下水分为空隙、裂隙、岩溶3种,但并非在地下水、岩石以及岩石中的空隙这3者之中产生对应关系。贮水空隙系统具有双重空隙介质,在地下水勘探中,关于贮水空隙类型还探索到了新的领域。基岩裂隙水主要存在于受符合地质构造条件的属坚硬或半坚硬的岩石所控制的以裂隙为主的贮水空间,是具有运动、富集规律的地下水。不管是溶蚀裂隙地下水在可溶性岩石中的部分,还是孔隙裂隙水中的半坚硬岩石,都属于基岩裂隙水,而它与其他类型地下水的基本区别,关键在于是不是受地质构造因素的严格控制。岩石含水的裂隙有成岩裂、构造裂和风化裂,主要是依照它的成因来划分的。如果非要与风化裂隙水和成岩裂隙水作比较,那么水源集中、水量较大的必定是构造裂隙。

5.2基岩裂隙水的特点

由于主控因素作用,不同的蓄水构造中分布、富集基岩裂隙水的基本规律和决定主控的因素也基本相同,具有独特的分布和运动规律。我国基岩裂隙水富集的基本特色理论就是蓄水构造系统,其主要特点如下。(1)基岩裂隙水具有复杂多样的埋藏和分布形态。将储存、运移基岩裂隙水的空间和通道,叫做岩石裂隙。基岩裂隙的大小和基岩裂隙的形状,以及控制埋藏和分布裂隙发育带的产状,都是受地质构造、地层岩性、地貌条件等影响的。埋藏、分布不均匀的基岩裂隙水,大多具有不规则的含水层、多种多样形态、分布呈带状的特点[4]。比如用脆性和塑性这两种地层做比较,会产生较强的赋水性。若裂隙发育在褶皱构造中,像褶皱轴、转折、背斜倾伏等处,富水段的形成就会比较容易,而压性断裂破碎带中的赋水性是比较差的。(2)复杂的基岩裂隙水中,由于储存空间中不均匀的介质,埋深程度不同的同一含水层,其地下水的运动状态也各有不同。对于岩石中所要形成和分布的空隙,最基础的因素是地质构造,主要表现在:岩石裂隙的发育和裂隙水的储存都是受地质构造和地层岩性所影响,其中,基岩裂隙水的运动规律也被地质构造所牵制。由于地下水面的不同,即便是在基岩相同的裂缝水中,也是有时而出现无压水,时而出现承压水的情况[5]。层流、管道流、紊流、明渠流水是在岩石裂隙、溶洞的特殊形态作用下形成水运动的不同状态,因此,基岩裂隙水的不均一性以及强烈的方向感,是导致裂隙岩体的透水复杂多样、不具有规律性的根本原因。

6结论

在深埋地下隧道的工程中,比较突出的几大地质难题包括高地应力及岩爆问题、高压涌水突水问题、高地温问题等。此外,还有像地震震害、瓦斯有害气体爆炸以及涌水突泥、围岩塌方、岩溶塌陷、泥屑流等。于是,在这个复杂的、系统的深埋隧道工程中,关于灾害地质的研究,对隧道工程能否顺利开展是关键的一步,在隧道工程施工前应按照隧道工程的各方面具体情况,采取有效、有针对性的防御措施。

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[3]孙赤.锦屏二级深埋隧道大理岩段突水破坏机理研究[D].成都:成都理工大学,2014.

[4]王洪新.土压平衡盾构刀盘开口率选型及其对地层适应性研究[J].土木工程学报,2010(3):88-92.

[5]武力,屈福政,孙伟,等.基于离散元的土压平衡盾构密封舱压力分析[J].岩土工程学报,2010,32(1):18-23.

范文一:甘肃省城市建设地质灾害防治研究甘肃省境内泥石流、滑坡发育的基础主要是其特殊的自然条件。陡峭的地形、充足的松散土石和突发性水源是泥石流、滑坡形成的三大条件,另外地震作用也是造成滑坡的因素。甘肃地处黄土高原区,境内主要以黄土为主,而黄土由于结构疏松,孔隙大,渗透性强,具强压缩性和自重湿陷性,垂直节理发育,特别是极为发育的顺坡向卸荷节理,使边坡稳定性降低,易发生滑坡和造成严重的水土流失,大量滑坡、崩塌等重力堆积物受暴雨形成的坡面流及洪水的冲刷,源源不断地为泥石流提供固体物质。 通过计算泥石流、滑坡作用强度和危险度,将城市分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级和Ⅳ级四个危险等级。经过对甘肃省灾害防治历史和治理现状的研究,提出存在问题,得到泥石流、滑坡灾害的发展趋势,强调防治的可能性和必要性。 根据对城市的分级,危险度高的Ⅰ级和Ⅱ级的城市应采取治理体系为主,预防体系和管理体系为辅的综合控制对策;危险度不高或较低的Ⅲ级和Ⅳ级的城市应采取预防体系与管理体系为主,治理体系为辅的控制对策;对于威胁城市安全的巨型滑坡和规模巨大的泥石流沟则采用躲避对策。 城市泥石流、滑坡防治规划的最基本原则是预防为主,重点治理。对于不同类型的泥石流、滑坡建立不同的治理模...范文二:分析地理信息系统的开发工具及其在地质灾难探究中的应用进展地理信息系统在地质灾难探究中的应用进展 目前,国内外利用地理信息系统,主要用于探究国土和城市规划、地籍测量、农作物估产、森林动态监测、水土流失、地下水资源管理〔4〕和矿产资源勘查〔10〕、潜力评价及开发〔11〕等众多领域。GIS在地质灾难探究中的应用大致有以下几个方面摘要:(1) 地质灾难评价和管理利用地理信息系统的各种功能,建立地质灾难空间信息管理系统[12,13,14,管理地质灾难调查资料,显示并查询地质灾难的空间分布特征信息,评价地质灾难的危害程度,分析地质灾难和影响因素之间的关系,提出减轻和防治地质灾难的办法,对将来可能发生的地质灾难进行猜测〔15,16〕。戴福初等利用GIS对香港地区的滑坡灾难进行历史滑坡编录,分析滑坡的时空分布特征和动态和静态环境因素之间的相关关系,对滑坡灾难风险进行评价和危险区域划分〔17〕。(2) 地质灾难的危险度区划评价由于各种地质因素本身的不确定性,以及地质因素之间相互功能的复杂性,在收集大量的基础地质环境资料前提下,利用GIS对这些基础资料进行有效地处理来提高数据的可靠性,通过选取合适的评价猜测指标〔18〕,运用恰当的数学分析模型〔19,20,21〕,对探究区进行地质灾难危险性等级的划分,从而为地质灾难的管理及防治和预警决策提供依据。(3) GIS和专家系统的集成应用GIS和专家系统的集成应用中,GIS所起的功能主要是管理时空数据,进行空间分析;专家系统所起的主要功能是利用专家知识和空间目标的事实推理判定灾难的危险度〔22〕。二者的结合将使专家经验得到推广,减少野外和室内手工作业工作量,使区域地质灾难的动态管理成为可能。4 结语(1)地理信息系统技术已经广泛渗透到了多种学科领域,从比较简单的、单一功能的、分散的系统发展到多功能的、共享的综合性信息系统,并向多媒体GIS、智能化、三维、虚拟现实及网络方向发展,新兴的地理信息系统将运用专家系统知识,进行分析、预告和辅助决策。(2)地理信息系统的开发工具,从专业开发工具的组成结构上,可以归纳为集成式GIS、模块化GIS、组件式GIS和网络GIS等几个主要类别。其中组件式GIS在系统的无缝集成和灵活方面具有优势,代表了GIS系统的发展方向。(3)地理信息系统在地质灾难探究中的应用方兴未艾,尤其在地质灾难评价和管理、地质灾难的危险度区划评价和GIS和专家系统的集成应用方面进展很快。以上希望对您有帮助!另外这有个地质灾害论文的网址,可参阅:

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