摘要:近70年来,云南省地质灾害防治与研究不断进步,在这个地质灾害易发高发的高原山区省份,有效遏制了地质灾害的蔓延。该文对云南省地质灾害应急处置、调查(勘查)、监测预警、工程治理及搬迁避让等工作进行了分类总结评价,记述了各项工作的历史,总结了防灾减灾成效及经验,介绍和评价了重要的基础研究和技术创新成果,指出了存在的问题,最后针对存在的问题提出了可行的对策建议。
关键词:地质灾害;滑坡;泥石流;崩塌;岩溶塌陷;地裂缝;地面沉降;云南
云南极大部分地区地质环境脆弱,山高坡陡、土石松散、点暴雨多发,加之地震频繁,人类活动影响加剧,滑坡、泥石流、崩塌、地面塌陷等地质灾害易发高发,是国家投入地质灾害防治经费最多的省份,地质灾害防治历史悠久、实践丰富。历经了四个发展阶段:1950年后,随着资源开发和工程建设的快速增长,地质灾害有所加剧,各级政府在自然灾害救助和各类工程建设中,逐步加强了地质灾害应急救灾及工程建设安全防范工作;1987年,云南省政府决定由省计委负责全省泥石流、滑坡防治的协调管理,由此进入了城镇地质灾害重点治理及应急救灾并重阶段;2000年,云南省国土资源厅成立,全面履行地质灾害防治管理职责,进入了地质灾害系统防治阶段;2013年,在国家投资的大力支持下,云南率先开启了地质灾害综合防治体系建设的新阶段。研究地质灾害防治历史、防灾减灾及科技成果、工作经验及存在的问题,有助于发扬成绩、解决问题,推动地质灾害防治的创新和发展。为便于前后衔接和参考利用,本文根据新建应急和自然资源管理机构的地质灾害防治职责划分,按地质灾害应急处置、调查(勘查)、监测预警、工程治理及搬迁避让四大主体工作分项展开评述。
1地质灾害应急处置
应对和认识地质灾害的实践起始于地质灾害应急处置,主要工作包括灾情调查、险情监测、应急避险和排危。
1.1应急调查
最早的应急调查记录是1951年云南省林业厅对大盈江洪水灾害进行的调查,涉及山洪-泥石流灾害。之后,当发生重大地质灾害、地震灾害,省内地矿、交通、水利、安监等部门的专业技术队伍及省内外科研单位,在上级的安排下,均积极开展了地质灾害应急调查。如1965年11月22-24日,禄劝县马鹿塘乡普福村委会发生特大型滑坡,滑坡体积达4.5×108m3,掩埋了5个村庄,444人遇难,223户1004人搬迁。云南省地质局水文地质工程地质队派专家进行了应急调查,中国科学院也派出调查组进行了详细调查研究。1970年1月5日,在通海、峨山间发生7.7级地震,引起特大滑坡、崩塌等地质灾害。云南省设计院与中国科学院工程力学研究所联合开展了不良地震效应及危害调查研究。1974年5月11日03:25,大关、永善两县交界处发生7.1级地震,触发了特大地质灾害。省内应急调查组和中国科学院成都地理研究所共同进行了地震次生地质灾害调查。1987年,云南省计委国土整治农业区划办公室统一负责全省泥石流、滑坡防治的协调管理,逐步建立管理制度,规范管理程序,对重大地质灾害事件,及时调派专业技术队伍开展应急调查。2000年8月云南省国土资源厅成立后,完善政策、制度、组织管理体系,经费保障较充分,加强了地质灾害应急技术支撑体系建设。2013年云南启动地质灾害综合防治体系建设,省国土资源厅组建了由省级专家组、7个片区专家组、遥感航拍组及地勘资质单位的73个应急调查小组构成的地质灾害应急技术支撑队伍,对重大地质灾害事件实行全面的应急调查。
1.2应急监测
地质灾害应急救援和处置期间,为应急工作提供技术指导和安全警示的短临监测预警,主要靠人员目视观测明显反映致灾地质体运动特征的地表标志运动变化情况,实时进行评判和预测预警,如山坡地裂缝发展及地面形变、位移、松动土石的活动和掉块、侵蚀拉槽、建筑裂缝及建构筑物倾斜、位移、地下水出露点流量及浑浊度变化、沟谷洪水涨落及漂浮物、水色、含砂石情况等,采用简单的钢卷尺、地质罗盘、跨裂缝贴纸条、拉线或安装报警仪等器具进行监测。即便如2014年鲁甸6.5级地震中的特大型地质灾害应急处置,所实施的应急监测预警也是如此。牛栏江红石岩右岸崩塌和左岸滑坡堵江形成堰塞湖,甘家寨滑坡阻断了昭-巧公路,灾情均为特大型,险情重大。在巨大的滑坡体上应急开挖泄流槽、搜救被埋人员、抢通保通公路中,布置了滑坡后缘、对岸、左右两侧的监测预警点,安排专人轮流值守,红石岩堰塞体上布置武警战士监测施工现场安全状况,发现险情征兆及时通过对讲机和鸣哨报警。云南省地质灾害综合防治体系建设,为国土资源管理部门及技术支撑单位和各片区专家组配置了部分先进的监测设备仪器,但熟练使用和充分发挥作用尚需假以时日。开展地质灾害应急工程治理的隐患点,应急监测预警是较为规范和精确的。如1988年9月7日至1989年2月20日,长时间连绵阴雨,元阳县老城区(新街镇)多处滑坡发生加速蠕动,部分进入剧滑。损毁大量房屋和公共设施,造成人员伤亡,灾情、险情巨大。服务于应急救援及滑坡应急治理,采取了在滑体上布设标桩、滑体外稳定地段设置测站构建放射状监测网,使用经纬仪和水准仪监测地表空间位移;在勘探孔内分段安放测斜仪,监测地下岩土体位移。同时辅以巡查监测预警,保证了应急抢险安全进行。
1.3应急避险及排危
在地质灾害临发前和灾后应急处置中,因转移避险安全保证程度高,实施速度快,多为首选方案。对于已有的群测群防点,如无意外情况,执行既定的应急预案。而新发生的地质灾害点,则需应急专家组快速调查论证,确定安全的撤离路线及临时避险场所。在云南地质灾害应急处置中,也有部分实施了应急排危。如1989年1月18日,元阳县老城区1号滑坡进入剧滑阶段,损毁房屋16幢,破坏了基础设施及国防公路,险情特别重大。在省应急指挥部指导下,在滑坡的首部按照1:0.75的坡比削坡减载,削方运至山坡下方的5号滑坡趾部反压稳坡。同时还采取了开挖截排水沟、填塞敷盖各处裂缝的防治水措施。这些措施快速完成后,滑坡的活动基本停止。彝良5.7级地震、鲁甸6.5级地震在洛泽河谷、牛栏江河谷等峡谷谷坡上,产生了许多松动危石,在余震和降雨作用下,落石、崩塌时有发生[1-2]。对威胁村寨集镇、公路桥梁的高陡斜坡上分布的松动危石,经专家核查确定,按专家意见对危险性大的危石进行了应急排危。较小危石采取人工撬动使其倾伏或滚落到旁侧沟洼内、台坎上等方法;较大的采取底部填塞、打木桩加固、在近坡侧挖坑将竖立的危石牵拉卧倒于坑中等方法;对于巨大的危石、岩质陡坡上的松动岩块,主要采用弱震动浅孔控制爆破拆解。由于地震应急处置阶段人员均暂住在建筑区外的帐篷板房临时安置点避震,应急排危处置危石隐患的安全风险和代价远低于平时。为了降低鲁甸6.5级地震红石岩大型堰塞湖的溃决风险,国家防汛抗旱指挥部和云南省人民政府组建的牛栏江红石岩堰塞湖排险处置指挥部,部署实施了在堰塞体上开挖泄流槽;上游德泽水库下闸拦蓄洪水;扩大淹没在堰塞湖内的红石岩水电站引水隧洞泄流量等应急措施。经过爆破联通的电站泄水通道,下泄流量从80m3/s增加到300m3/s[3],堰塞湖库容增速明显减缓,加之立秋后降雨量渐减,偃塞湖水位最终未上涨至堰塞体顶面。应急阶段在堰塞体上开挖泄流槽既危险也并非堰塞湖应急处置必需的措施,实际上自由冲刷拉槽泄流平稳解除堰塞湖险情的实例占据多数。
应急处置和观察研究,对云南的地质灾害特征和成因有了确切的认识,滑坡、泥石流、崩塌是主要的地质灾害类型,降雨是地质灾害主要诱发因素,有70%的滑坡、崩塌和90%的泥石流发生在雨季,80%的地质灾害与人类活动有关,强烈地震常会触发巨大的次生地质灾害[4]。
2地质灾害调查(勘查)
早先的地质灾害主要是工程建设中发生的各类动力地质作用造成的危害。因而地质灾害调查及勘查评价最初是由各个职能管理部门、工程建设单位、科研院所组织实施的以服务社会、保障工程安全建设为出发点的专题调查或勘查。1987年后,随着地质灾害的陡然增加,在原地质矿产部的推动下,地质灾害的概念引入云南并付诸防治与研究的实践,由此地质灾害调查研究进入了规范及系统的专题调查评价与区域调查评价并行发展的新阶段。
2.1工程地质勘查
在各类工程地质勘查及矿床开采技术条件勘查等规范中,对滑坡、泥石流、危岩和崩塌、地面塌陷、地面沉降、地裂缝、突水与渗漏、活动断裂、场地和地基的地震效应等不良地质作用和地质灾害均有专门的勘查评价要求,工程地质勘查投入的勘测试验方法齐全、控制程度和定量化计算精度高,虽然工民建等工程地质勘察的空间范围局限,但总体上仍是对水工环地质条件及地质灾害隐患观测研究最规范和深入的工作[5-6]。同时,也为地质灾害的防治提供了有效的工程地质分析原理、勘查设计技术方法、技术标准和经验,成为21世纪初国土资源部发布的地质灾害勘查规范的主要依据。1950年代起,云南工程地质勘查以地质现象观测描述、系列编图和定性评价为主。到了1980年代,工程地质勘查开始向系统化、信息化、定量化分析预测阶段发展。反映工程地质勘查历史进程的重要实例如:1957-1964年,为了有效防治泥石流灾害对东川铁路支线的严重危害,建成并保证铁路支线正常运营,铁道部第二勘测设计院进行了线路工程地质勘测,并对东川泥石流连续进行了7年的调查及实地观测实验,对大白泥沟、小白泥沟、老干沟等13条泥石流沟设站观测。1964-1970年,鉴于1958年成昆铁路北段施工进度受严重的地质灾害阻碍而延宕,国务院责成地质部调集了云南、贵州、广西、安徽、山东等省区的水文地质工程地质队,对沿线进行工程地质及地质灾害调查、勘查和治理,铁道部属科研和勘测单位也实施了多方法勘查和科研。1980年后,随着遥感、物探和原位测试技术的发展以及计算机的普及,在铁路工程地质勘测的不同阶段,普遍采用了遥感、地面调绘、物探、钻探、原位测式、室内试验等多种手段实施综合勘查评价,为铁路特别是特长隧道、特大桥、高桥等大型工程设计及地质灾害防治提供了详实的地质依据。1980年以来,随着金安桥、景洪、糯扎渡、观音岩、小湾、向家坝、溪落渡、白鹤滩、乌东德等大型、巨型水电站的兴建。对地质环境的改造空前巨大,如小湾水电站高拱坝建设开挖边坡高达700m,其它水电站工程区500m左右的边坡也不鲜见。工程地质勘查及地质灾害防治工程设计标准随之提高,促使勘查技术不断进步,新型测量、物探、钻探、试验设备以及各类工程地质制图、边坡稳定性计算、数值模拟分析预测等软件的引进及开发,大大提升了对高边坡工程地质特性及稳定性勘查评价的精度和认识水平,为地质灾害防治工程实践提供了丰富的工程地质勘查经验和技术手段[7-8]。
工程地质科研成果是地质灾害防治的重要理论依据。铁道部第二勘测设计院针对西南铁路建设中突出的岩溶问题,于1970年成立岩溶研究组,先后完成了“岩溶洞穴顶板安全厚度研究”、“铁路沿线岩溶地面塌陷及防治研究”两个课题研究。陕西省地质局第二水文地质工程地质队在铁道部第二勘测设计院、国家地质总局水文地质工程地质局、云南水文地质工程地质大队等单位帮助下,对1974年前山区铁路工程地质勘查及地质灾害和重大工程地质问题处置的研究成果、技术方法和经验进行了系统总结,出版了专著《山区铁路工程地质》,分章论述了滑坡、错落、崩塌及危岩落石、岩堆、泥石流、岩溶、含膏盐地层、断裂破碎带8类地质灾害及不良工程地质问题的特征、形成条件及产生原因、工程地质勘查与治理等研究成果和经验[9]。1974-1986年,为了解决膨胀土地基、边坡变形对建构筑物的危害问题,在中国建筑研究院地基研究所的组织和领导下,云南省设计院、86215部队、个旧市建筑设计室等单位联合组成“云南膨胀土研究第一协作组”,在蒙自地区开展膨胀土研究,并在全省膨胀土分布区进行重点调查研究,查明了云南省膨胀土的分布,研究了工程地质分类,并重点对蒙自地区的地质条件、土体特性,房屋变形及建筑施工等方面进行了大量的、系统的研究,取得了切实的成果。基本解决了该地区膨胀土地基的处理问题,使房屋的损坏率由94.6%降低到16.2%。于1986年1月编写提交了膨胀土研究报告[10],并在此基础上编制了云南膨胀土地区建筑技术规定草案[11],为国家规范编制提供了重要的参考依据。
2.2专题调查评价
1980-1990年代,服务于碧江县撤县、知子罗原县城搬迁避让及元阳、耿马、镇沅、西盟县城等县城的全部或部分搬迁避让新区选址规划,开展了区域地质环境调查评价或工程地质勘查,查明了地质灾害隐患,评价了地质灾害危险性,提供了地质灾害防治规划和应急预案编制依据[12-14]。但有部分农村地质灾害搬迁避让项目,未做地质灾害危险性评估及工程地质勘查,导致搬入新址为地质灾害隐患区,兴建过程中即诱发或加剧了地质灾害。
在降雨、地震和人类工程活动作用下,地质灾害隐患点始终处于动态变化之中。2011年6月,国务院发布决定,要求地质灾害易发区县级人民政府对重点防治区域每年开展汛前排查、讯中检查和讯后核查,及时消除灾害隐患。云南省随之建立了相关制度,各级国土资源管理部门依托技术支撑单位,认真组织开展“三查”工作,对威胁学校、医院、寺庙、村庄、水库、尾矿库、生命线工程等的重要地质灾害隐患,全面进行实地排查。对新发现的隐患点,发放“两卡”,及时纳入群测群防体系,对紧急险情组织应急转移避险或排危处置,“三查”工作对于地质灾害应急预案和防治规划修编提供了动态依据。
1999年11月1日,云南启动了建设用地地质灾害危险性评估。这项工作属于地质灾害风险评价的范畴,是预防为主方针的贯彻落实。云南省国土资源厅在执行国务院颁布的《地质灾害防治条例》(国务院令第394号)第二十一条“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”的要求时,考虑云南94%的山区多易于发生滑坡、泥石流、崩塌灾害,剩余的平坝区又常存在覆盖型岩溶及软土、饱水粉砂或粉土,易于产生地面塌陷、地裂缝、地面沉降灾害[15-17],故要求所有建设项目均需进行地质灾害危险性评估,使这项工作覆盖面非常广泛。建设项目地质灾害危险性评估,指明了地质灾害隐患及险情,提出了防灾措施建议,防灾减灾功效明显。同时,通过具体的致灾地质作用性质、规模和建设项目社会经济属性及特征的研究,也深化了对工程建设诱发地质灾害的方式、强度和规律的认识,提高了评估和防范地质灾害风险的技术水平。
2.3区域调查与规划最早的区域调查是国家统一部署的1:20万区域水文地质普查,《区域水文地质普查规范(试行)》[18]明确
包括了滑坡、崩塌、流石流、岩溶塌陷等地质灾害调查要求。云南省地矿局于1974-1982年普查完成1:20万图幅42个,面积30.64万km2,占全省的77.77%(图1)。在完成普查的图幅中,对滑坡、泥石流、崩塌、岩溶塌陷等地质灾害进行了初步调查。
1986-1990年,云南省地矿局承担地矿部计划项目“云南省地质灾害调查及对策研究”。以卫片和重点地区航片解译进行普查,逐县选择2~5个典型点抽样调查,受灾城镇工矿详细调查,重要或典型灾点进行工程地质勘查。共发现各类地质灾害点6517处,包括:崩塌2714处、滑坡1121处、泥石流2382处、岩溶塌陷300处。这是云南首次全面开展的地质灾害调查研究。
1999-2002年,云南省地质调查院牵头完成了国家地质调查计划项目:西南岩溶石山地区滇东-攀西片区地下水资源勘查与生态环境地质调查(1:25万),云南境内调查面积13.91万km2;2003年至今,云南省地质调查院及云南省地质环境监测院持续开展云南岩溶水文地质及环境地质调查(1:5万),已完成调查面积4.50万km2(图2),建立了调查成果空间数据库。云南岩溶面积占国土总面积的28.14%,而岩溶塌陷仅占地质灾害点的1.38%,且区域上分布零星,宏观和微观上均呈“点状”特征。通过高原岩溶发育和岩溶水径流系统分带规律的研究,查明了形成高原岩溶塌陷发育特征的原因在于:①高原强烈隆升,大部分区域基岩裸露,覆盖型岩溶平坝面积小,土层较厚,粘性土层占比大,土体固结度高,不易产生区(带)性的大规模岩溶塌陷;②江河深切,垂直岩溶发育,形成巨厚的垂向径流带,地下水埋藏普遍较深,多数水、气流变化波及不到覆盖层;③岩溶发育不均匀,各向异性突出,岩溶洞、管发育,但孤立分散,地下岩溶率总体并不高[19-21]。认清了溶蚀垮塌堆积体的工程地质特性和成灾机制,沿峡谷谷坡溶塌体分布广泛,其表面钙华敷盖,岩块呈石牙形态零星凸出,整体貌似基岩斜坡,实则为松散块石组成,钙华胶结结构强度低,透水性强,不生根,易崩滑。2010年9月1日隆阳区瓦马乡河东村大石房村民小组后山滑坡就是修路切坡致溶塌体蠕动失稳,最后因暴雨触发而形成。
云南省地质灾害防治与研究历史评述相关期刊推荐:《地质灾害与环境保护》(季刊)创刊于1990年,由成都理工大学主办。 本刊主要刊登由地球内部动力和外动力以及不合理的人类工程活动引起的地质灾害,如滑坡、崩塌、岩溶塌陷、地裂缝、地面沉降、土壤沙漠化、海水入侵等地质灾害方面的治理与环境保护方面的研究成果。
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