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1地質災害。地質災害,是因為自然地質的變化,作用,或者是人為因素導致的地質環境惡化,從而對人類的生命以及財產造成的損失,人們稱之為地質災害。地質災害,來自于自然,可以說是一種不可抗的災害,預測以及治理都相對困難,一旦災害發生,所帶來的后果也是十分嚴重的,所以,我國政府在這個方面一直重視,但是因為,經濟基礎以及技術水平的制約,目前為止,也不能對地質災害進行全面的防預。面對大自然的力量,人類所能做的就是盡最大的努力,減少災害所帶來的損失,全面分析地質環境,對其各種運動規律都分析掌握透徹,這樣就能夠對可能出現的災害有所預測,并有針對性的制定相關防治措施,地質災害的種類有很多,其中比較常見的為泥石流,山體滑坡,地面塌陷,地震,土地退化等等。
2地質環境。從廣義上講,地質環境就是指巖石、水以及大氣等物質所構成的體系,那么從狹義來說,則是巖石團與其所產生的風化物,地球在不斷變化和運動過程中,其地質環境也是在不斷更改的,因此,地質環境,就是地球演化的結果,巖石團與水圈以及大氣圈等進行作用,相互交換能量,從而形成了目前人們所看到的地質環境。它們是最后一次造山運動與冰期后形成的。地質環境是再一個相對開放的環境中發生的,其中會有水圈,生物圈以及大氣圈等進行參與,各個圈層的相互作用與影響,形成了最終的地質環境。所以說,從地質環境中能夠分析出地質運動的規律,從而對可能發生的地質災害進行科學預測,減少損失。
二、地質災害與地質環境的關系
通過對地質災害與地質環境之間的關系,能夠看出,想要有效控制地質災害的發生,首先就是要對地質環境的規律進行全面分析和掌握,只有建立在這個基礎之上,制定防治措施,才能夠取得更好的治理效果,具體分析如下:
1地質災害總是發育在一定的地質環境中。地質環境是地球自身運動與人類活動的相互作用的結果,而地質環境在不斷演變過程中,會帶來不同程度的地質災害,尤其是在近些年來,我國的地質環境變化比較快速,人類改造自然的速度以及強度都在增加,追求經濟效益的腳步越來越快,因此,地質環境的變化速度,也超過人們的想象,并超出了環境本身所能承擔的范圍,這樣的結果,就是地質災害頻發,地質災害的發生必然是在一定的地質環境中,它不可能脫離地質環境而獨立存在,地形、地貌以及地質構造一起構成了地質災害的發生的條件,它們的變化以及相互作用,成為了地質災害發生的誘因。
2地質災害影響地質環境質量的優劣。按環境學的定義,所謂環境質量一般是指:“在一個具體的環境內,環境的總體或環境的某些要素,對人類的生存和繁衍以及社會經濟發展的適宜程度?!睂Φ刭|環境而言,環境質量就是指構成地質環境的各要素對人類的生存和發展的適宜程度。如前所述,如果地質環境的改變超過了地質環境的自適應能力,就會產生某種地質災害。從地質災害的危害程度來看,地質災害的發生給人類社會的發展造成難以估量的損失。在中國這樣一個地域遼闊、地質條件復雜、氣候因素繁多的國家,每年地質災害造成的損失是以百億元計的??傮w來說,地質災害的影響主要體現在兩個方面:一方面影響人類的生命財產安全,另一方面是間接地影響整個人類經濟與社會的健康發展。從地質環境保護角度來說,地質災害的產生與發展,影響了反映地質環境質量優劣的地質環境各要素對人類生存和發展的適宜程度。地質災害越嚴重,發展速度越快,危險性越大,對地質環境質量的影響也就越大。
三、地質災害防治與地質環境保護
進行地質災害的綜合防治,必然要遵循地質環境發展規律,在災害發生之前,采取可持續的防預措施,減少其發生的幾率,或者是在災害發生之后,在第一時間內采取治理措施,減少災害所造成的損失,這兩者就是人們常說的“防”與“治”。只有采取防治結合的手段,才能受到更好的治理效果。防止受災對象與致災作用遭遇的方法也有兩種,一是防止將擬建工程設施(含居民點)放進有致災作用存在或有其發生危險的危險區,這是“避”;二是將已處于致災作用威脅之下的人、物、設施撤離危險區,這是“撤”。
現有資料及存在的問題
本次研究工作收集了武山礦區詳勘報告以及大量剖面圖、平面圖、水文地質圖等圖件,讀取鉆孔數據資料169個。在對資料進行整理后發現,建立該礦區水文地質模型存在如下困難:①巖體穿越泥盆系到三疊系所有地層,在GMS中建模存在一定難度;②鉆孔分布不均,主要是探礦鉆孔,分布在礦體附近;③礦區南部缺少鉆孔控制,僅有的少量鉆孔且深度也不夠。
解決方案
在GMS中,建立Solid模型一般采用“horizon”方法,“horizon”指的Solid實體中出現的每個地層上界面,自下而上依次編號,故在層序正常地層中應用廣泛。而研究區中心出現大型侵入巖(γ),使原有的正常層序地層被打亂。針對這種情況,將武山巖體(γ)假設為某一沉積地層,厚度在沒有巖體出現的地方湮滅,以這種方式嘗試在有巖體出現地方建立水文地質模型的可行性。考慮到Q覆蓋了所有地層以及巖體,定義其horizonID為最上層8,而武山巖體穿越除了Q以外的其他沉積地層,將其horizonID設置為7,其余地層的horizonID自老至新依次設置為1~6,按照這種horizonID設置再按步驟建立水文地質結構模型。另外,根據現有資料,在深入研究礦區地質構造、地層厚度及展布的基礎上,依據剖面圖、地質圖等資料,虛擬鉆孔78個,從而解決鉆孔分布不均以及深度不夠的問題。圖1為武山礦區分布的247個鉆孔。
建立水文地質結構模型
本文采用前述的第一種方法建模,即在Bore-hole模塊中建立水文地質結構模型。具體方法是:將地表高程設為模型上邊界,以-610m水平作為下邊界;插值計算的空間步長為100m,插值方法選擇naturalneighbor;執行HorizonsSolid命令,并勾選Representmissinghorizonsimplicitly選項,最終生成武山礦區水文地質結構體(Solid),建立的水文地質結構模型見圖2。
關鍵詞:工程地質巖土工程
1.工程地質學科的爭議
教科書對工程地質學的三種定義:①工程地質學是研究與工程有關的地質問題的科學;②工程地質學是研究人類工程活動與地質環境相互作用的科學;③工程地質學是研究人類工程建設活動與自然地質環境相互作用和相互影響的一門地質科學。
從以上三種定義的實質中均不難看出,工程地質學強調的工程和地質的關系,研究的是人類工程活動與自然地質環境的相互作用。但是,近年來工程地質學科卻正在經歷著前所未有的挑戰,工程地質學被異名為巖土工程學,工程地質勘察被稱之為巖土工程勘察。工程界有此呼聲,學術界有此呼應,一些大專院校也紛紛效仿,甚至工程地質這個專業在高校也被取消了。一時間,似乎工程地質已經成了守舊傳統,巖土工程才是先進時髦的,才是可以適應市場經濟并與國際接軌的。這是近年來分歧最大的爭議。
這些年來工程地質勘察的不景氣以及市場競爭的不規范化,工程地質勘察隊伍增加了巖土工程的業務是完全必要的,但將巖土工程作為工程地質的救世主,則值得商榷了。
根據筆者的理解,巖土工程是一項工程應用技術,是針對地質體的工程缺陷實施的工程措施而進行的一系列設計和施工過程的總稱。巖土工程的任務是“處理”地質體的工程缺陷,使之滿足工程建筑物對地基的工程要求,因此又有“巖土工程處理技術”的別名,說明巖土工程的確是一項實實在在的工程技術。確立工程地質學是一門獨立的學科,盡管也僅僅是本世紀初的事,并不象數學、物理學、天文學等等著名學科那樣歷史悠久,然而,之所以將工程地質定義在“學科”這樣的高度上,是因為她具備學科的一些基本特性和基本理論,這就是地質學的基本特性和基本理論,換句話說,工程地質學的基本理論就是地質學(當然更包括數學、力學、化學等等),因此,又將工程地質學界定為地質學的一個分支學科或應用學科,這是符合實際的。工程地質學的最新定義也是較為全面的:研究人類工程活動與地質環境相互作用的科學。顯然,工程地質與巖土工程盡管有相似之處,但也有天地之別。如果將巖土工程界定為工程地質學科的一個分支,好象還說得過去;而反過來用巖土工程來代替工程地質,則實在有些牽強附會。
1997年6月20-27日,國際工程地質學會在希臘召開了一次學術討論會,會上決定將本學會名稱改為:國際工程地質學與環境學會。我國組團15人參加,王思敬任團長。隨后國內也有人提出工程地質學會改名,以便與國際接軌,但一直未獲通過。在近幾年的中國地質學會工程地質專委會會議上,學科和學會更名問題的交鋒一直也沒有停止過。我國工程地質界的前輩專家學者們多數也不同意更名,認為如此嚴肅的基礎性應用性學科,沒有必要放棄自己的傳統風格,我國的工程建設任務十分繁重,工程地質學科的研究和發展前景仍然是艱巨和光明的。
2.工程地質工作的任務
在工程建設中,工程地質工作的任務十分繁重,也異常艱巨,主要任務是:①選址,選擇在地質條件上相對最優的工程建筑地區或場地;②評價,闡明工程建筑區或場地的工程地質條件,進行定性和定量的工程地質評價,準確界定工程地質問題;③預測工程建筑物興建和運用過程中地質條件的可能變化,為研究改善和防治工程地質缺陷的措施提供依據;④調查工程建筑物所需的天然建筑材料等。
3.工程地質專業的尷尬
工程地質專業是工程建設的基礎性專業,沒有這個專業,一切工程建設均將成為空中樓閣,這是常識性問題,我們在這里反復強調好象有些多于。然而,現實確讓這一基礎性專業處于一個十分尷尬的境地,主要表現在:
①工程地質專業本身的特殊性、復雜性和實踐性;
②專業不景氣,社會地位和經濟地位與工程地質專業不相適應,工作環境、工作條件的局限,擇業行為中的浮躁動機,專業本身的局限性;
③規程規范存在的問題;
④工程地質勘察技術的局限性;
⑤相關專業對工程地質專業的輕視;
⑥長官意志,某些決策者對工程地質專業的無知或輕視;
⑦世人對工程地質專業的不了解與不理解。
4.在工程建設中的地質教訓
由于地質問題而嚴重影響工程建設的實例太多,教訓太深刻,順手拈來幾個實例:
①云南漫灣水電站左壩肩順層滑坡和建材問題;
②貴州天生橋二級水電站廠址、隧洞等問題;
③貴州東風水電站右壩肩和帷幕線上的巖溶問題;
④烏江彭水水利樞紐前期工作重復問題;
⑤雅礱江錦屏二級水電站巖溶地下水問題;
⑥軟弱夾層的遺漏對工程建設的重大影響,葛州壩、西津溢洪道等。
5.工程地質在工程建設中的決定性作用
任何地質條件下都可以建工程,對嗎?這個問題也是這些年來工程界的一個熱門話題,筆者認為答案是否定的。
①陜西東莊水庫灰巖壩址滲漏嚴重不能建壩;
②小浪底滑坡性質界定對設計的影響;
③天生橋二級水電站移民區是否滑坡對移民安置的影響;
④堤防工程中的堤基垂直防滲引起的環境地質問題,有時可能是決定性的;
⑤地質邊界條件和地質參數對工程設計的影響。
6.相關學科在工程地質中的應用
①系統工程在工程地質中的應用;
②計算機技術在工程地質中的應用;
③遙感、物探、GPS等;
④水工設計施工與工程地質的關系。
清晰的工程概念是地質師所必需的。潘家錚院士對地質師的要求:應該有系統地學習水工建筑物的基本設計理論,計算方法,以及地基缺陷的影響,各種處理的措施,各種成功和失敗的經驗;最好補一些數學、力學、水力學、巖土力學、巖石試驗、有限元分析和計算機應用等方面的基礎課。五十年代初,由于我國水利水電工程地質專業人才奇缺,一批設計師改行從事工程地質專業的學習和工作,后來大都成為工程地質專業的優秀專家。實踐證明,地質師的工程概念清晰,地質工作會得心應手;反之則可能事倍功半。
7.工程地質要面對現實著眼未來
汪恕誠部長最近講話強調:不能老修改設計,因為搞招投標尤其是國際合同,修改設計就意味著被索賠。修改一個設計,似乎節省了某一個工程量,而索賠量比這個還大,大量修改設計怎么得了?汪部長的這段講話似乎在批評設計,實則是水利水電工程地質的一個千載難逢的新的契機。
如何理解汪部長的這段話?我們認為首先要搞清楚為什么修改設計,水利工程因為地質問題而修改設計的可以舉出若干例子來。
修改設計往往賴地質,我們當然可以理直氣壯地說:前期地質工作投入不夠,工程地質條件不清楚,地質基礎資料不準確,工程地質分析出力不夠或分析工作的深度不到家,工程地質問題的界定不明確或界定有錯誤,學術技術問題得不到廣泛的討論和爭論,工程地質問題的真理有時往往掌握在少數人手里。
很明顯,要想不修改設計,地質工作必須做到家,基本的地質工作量必須保證。作為地質師,既要尊重事實,堅持真理,實事求是,還要努力學習,開拓進取,勇于創新,更要勤于實踐,不迷信權威,不違心唯上。工程地質專業的形象靠地質師們去樹立,去維護;工程地質專業在工程建設中的地位也只有靠地質師們自己去爭取
1.1崩塌崩塌災害在長興島發育較為廣泛,崩塌災害主要為西部基巖海岸和島陸大型采石場,累計面積大約為2.7km2。崩塌災害易發區的巖石多為灰巖和頁巖,垂向裂隙,極為發育明顯,巖體的坡度多大于80°,極易發生崩塌。長興島大部分采石場土石方開挖后,相關部門都沒有及時地進行山體修復,因此發生崩塌災害的風險較高。
1.2海水入侵海水入侵主要分布在長興島北部、東部和南部的島岸。嚴重海水入侵區分布在東井子附近島岸,海水入侵面積約774hm2,最大海水入侵距離為2.4km。表層水樣分析結果顯示,東井子附近地下水總礦化度達3426.2mg/L,氯離子含量1018.5mg/L。輕度海水入侵區順長興島的北部、東部和南部島岸分布,面積共約4940hm2,其中北側最大入侵距離為5km,南部海水入侵距離相對較小,最大為2.3km,西部東山村附近島岸的海水入侵面積約477hm2,距離最大為1.3km。
1.3海岸侵蝕海岸侵蝕災害主要分布在長興島西部的砂質海岸。小礁附近侵蝕海岸順岸長度約1.4km,發育0.5m左右的侵蝕陡坎,但不發育灘肩,岸灘物質以中粗砂為主,含大量的礫石,磨圓較差。王家窩棚附近侵蝕海岸順岸長度約1.0km,北部砂質海岸原有的約80m的防浪墻已被破壞,海灘物質粗化嚴重,以礫石質粗砂為主,夾大量的磨圓極差的礫石。南部砂質海岸岸灘物質侵蝕程度相對較弱,但同樣存在物質粗化的現狀,岸灘物質以細中砂為主,含大量的磨圓中-差的礫石。
1.4滑坡滑坡在長興島北端西北島村附近海岸發育,滑坡體沿岸長度約170m,陡崖坡度大于80°,崖下有房屋,房屋距離崩塌最大距離10m,最近處僅距離2m,無其他防護措施,危險級別較高。
1.5地質災害綜合特征長興島共發育崩塌、海水入侵、海岸侵蝕和滑坡4種典型災害類型。崩塌災害發育13處,主要分布在北部和西部的基巖海岸,海島陸域采石場。海水入侵災害分布在長興島島岸,累計面積約62.9km2。海岸侵蝕發育兩處,累計長度約2.4km,分布在長興島島西部和北部的岬灣砂質海岸?;聻暮Πl育1處,位于長興島北端的西北島(圖2)。
2地質災害防治區劃
基于長興島海岸侵蝕、崩塌、滑坡和海水入侵4種典型海島地質災害的特征分析,繪制了長興島地質災害防治區劃圖。全島劃分為4個災害防治區,包括東山至丁家圈海水入侵防治區、大礁至西北島海岸災害綜合防治區、鮑魚肚子至西八岔溝海水入侵防治區和高腦山—地藏庵村—東升村長興島中部海島崩塌防治區。東山至丁家圈海水入侵防治區內發育的災害是海水入侵,區內嚴格禁止審批圍海養殖池塘,引導、轉移近岸圍海養殖工程,減輕海水入侵災情。大礁至西北島海岸災害綜合防治區內發育的災害包括海岸侵蝕、海岸崩塌和滑坡,區內嚴格禁止濱岸、濱海采砂,開展沙灘修復與養護,遏制海岸侵蝕進一步加劇,加固裂隙發育的海蝕崖,種植根系發達的植被,減緩、防止海岸崩塌、滑坡災害的發生。鮑魚肚子至西八岔溝海水入侵防治區內發育的災害是海水入侵,且是長興島最為嚴重的海水入侵區,區內嚴格限制地下水開采,引導海岸圍海養殖工程向淺海轉產、轉移。高腦山—地藏庵村—東升村長興島中部海島崩塌防治區內發育的災害是崩塌,加強區內采石場的管理,積極開展廢棄采石場的綠地修復工程。
3結論與建議
(1)礦井防治水工作發展良好。由于煤礦是現代經濟發展的重要能源物質,因此隨著市場經濟的不斷延伸,煤礦行業正向著事業性行業發展,但是由于過渡開采,無節制無計劃的索取,大部分的淺層煤礦資源均以枯竭,為了保證工業生產能夠順利推進,很多煤礦已經開始鄉下開采更深層次的煤礦資源。深部開采工作不但要求更加高超的開采技術,還改變了地下環境,其中防治水工作是深層煤礦資源開采的重點,通過有效的防治水工作能夠延長礦井壽命。因此在防治水工作上各部門都投入了大量的資金,以此減少能源開發所帶來的不利影響。
(2)煤礦開采區的環境問題得到了重視。長期不合理的開采,影響了煤田開采區域的環境,尤其是當地居民的生活?,F代社會是以節約以及環保作為社會發展的基礎的,現代資源開發應當是以友好性開發作為基礎的,環境保護已經成為了各行各業發展的前提條件。在煤田開采區環保工作中,國家加大了投入,并針對不同的環境狀況提出了不同的環保工作計劃,從而保證環境經濟共同發展、協調可持續發展。
2煤田地質勘查中的水文地質問題
(1)水資源缺乏影響經濟發展。我國水資源豐富地區相對煤炭資源較少,相反,煤炭資源豐富的地區水資源相對匱乏。據統計,我國北方占有90%以上的煤炭資源,但是只有30%的水資源,而在陜、晉、寧等煤炭儲量豐富的地區,水資源占有量少于10%。很多煤炭生產地用水都需要依靠水利工程或者小流域水資源,當地的實際用水需求無法得到滿足。改革開放后,我國煤礦地區的水文地質研究工作發展受到了限制。水資源的缺乏不但影響了當地居民的生活,更會阻礙煤礦行業的發展。
(2)水害事故不斷。我國的煤田行業發展迅速,在經濟飛速發展的當前由于對煤礦資源的需求量不斷提高,因此各地都大量進行煤炭資源的開發。但是我國北方煤田地區大部分都含有含水層,而淺層煤礦開采完全后,很多煤礦企業都開始向著深層煤礦資源著手開發。但是隨著開采深度的增加,水害事故頻發。由于含水層下含有豐富的煤礦資源,因此很多煤礦企業不惜冒險向下開采,但是由于對水文地質勘查工作的不重視,因而導致了開采過程中發生各類水害事故,威脅了工作人員的生命安全。隨著能源供需矛盾不斷突出,煤礦開采深度的增加是必然的趨勢,但是在近20年中,我國有超過200座礦井遭受了水害,死亡人數更是多達1000余人。這是由于對地下環境認識不足所致,煤田地質勘查工作不到位提高了開采風險系數。同時威脅著當地居民的生命財產安全。另外,水害頻發也降低了煤礦資源的開采效率,縮短了礦井的使用壽命。還會影響后期水文地質工作的開展,因此,必須通過規范的開采行為切實有效的降低水害的威脅。這就需要充分重視并開展水文地質勘查工作,豐富水文地質資料。
(3)環境污染問題。水文地質條件會極大的影響到礦區周遭水環境以及煤田地區的生活生產用水,受到煤田開采行為的影響,煤田地下水位會有所上升,但是淺水區水位仍舊不足,受到淺水區水量開發影響,在煤田開發地區的路面便會出現沉降現象,這進一步加重了缺水問題。依照相關數據,在過去的五年間,我國由于不規范的開采行為導致的礦區周圍環境地面沉降面積已經超過了60萬km2,并且,煤田這一數字還在增加。煤礦開發事業不斷發展的同時卻犧牲了當地的環境。尤其是我國的西部地區,本身環境就相對較為惡劣,加之水資源匱乏,進一步影響了經濟的發展。
3如何解決水文地質問題
(1)將水文地質勘查作為煤礦開采的基礎和前提。隨著工業的不斷發展,對于煤炭資源的需求也越來越大,大部分的煤炭開采企業過分重視產量而忽視了水文地質勘查在開采中的重要地位,給當地的生態環境以及居民的日常生活造成了直接的影響??茖W合理的開采應該是建立在水文地質勘查的基礎上,只有清楚了解當地的生態環境、水文狀態,才能在開采過程中規避很多的風險,提高開采的質量和效率,減少開采的工作對自然環境的危害。當代的煤礦開采企業想要實現自身的健康發展,必須堅持以水文地質勘查作為基礎和前提,這樣才能在保證經濟利益的同時,減少對環境以及生態的污染,實現人與自然和諧相處,符合社會發展的需要。
(2)重視勘查研究以及應用。先進的水文地質勘查技術和方法是實現煤炭行業健康長遠發展的基礎,所以現代煤礦企業想要健康長久的發展,就需要新的勘查技術以及先進的勘查方法,并將之應用于實際的生產中,依靠科學的力量提高勘查的精度以及勘查的效率。水文地質勘查研究主要包括對開采地區生態環境狀況的了解,開采中可能出現地質問題的處理方式以及勘查技術的研究、水文地質勘查水平以及礦區煤礦資源分布狀態等,提高該方面內容的研究可以大大提高煤炭資源的開發效率以及煤礦資源的利用率。
(3)勘查標準的創新?,F在我國使用的大部分勘查的標準和規范都是在幾十年之前制定的,為我國的水文地質勘查做出了巨大的貢獻,但是隨著社會的不斷進步和發展,其中很多的內容與實際情況已經有很大的出入,無法真正發揮相應的指導作用?,F今的煤礦開采企業應該在科學技術的支持下不斷進行創新,根據發展的實際需要制定相關的勘查標準,提高勘查的質量和效率。在注重水文地質勘查工作的同時,還要采取規范的開采方式,降低煤礦開采的風險系數。
4水文地質勘查工作相關注意事項
(1)設計問題。煤田開采中需要依照實際情況配套制定水文地質勘查方案,首先需要注重水文地質勘查的準備工作:收集完善的資料并進行實地的考察,確保信息獲取的完整、真實。將收集來的所有資料進行整理分析,并整合勘查結果,判定勘查結果數據的有效性。同時還需要對勘查工作進行審查,保證所有的勘查環節符合規定。
(2)工程布置注意事項。鉆孔工程中應當按照需要進行鉆孔的布置,盡可能減少工程量,保證水文孔符合設計需求,所有的鉆孔度應當同煤田內部結構保持一致,按照實際的資源分布狀況進行設置。在抽水試驗中更要注意水位變化,通過直線法來獲取相應的數值。