二十世纪以来西南地区地质灾害研究历程与展望

铁永波, 葛 华, 高延超, 白永健, 徐 伟, 龚凌枫,王家柱, 田 凯, 熊小辉, 范文录, 张宪政

(1. 中国地质调查局成都地质调查中心, 四川 成都 610081; 2. 自然资源部地质灾害风险防控工程技术创新中心, 四川 成都 611734; 3. 自然资源部成都地质灾害野外科学观测研究站, 四川 成都 610000)

西南地区是我国七大自然地理分区之一,在行政区划上包括重庆、四川、贵州、云南及西藏共五个省、市、自治区,主要包括青藏高原南部、云贵高原、四川盆地及丘陵等地形单元及雅鲁藏布江、怒江、澜沧江、金沙江等流域。

已有研究认为,青藏高原至上新世末以来累计上升约3500 ~4000m,且是一个多阶段的、不等速的非均变过程(李吉均等,1979;钟大赉等,1996;尹福光等,2021)。

受其影响,西南地区的构造隆升和河流下切作用极为强烈,活动断裂发育、地震频发、岩体破碎、地形陡峻,为地质灾害的形成提供了有利场所。

西南地区季风环流复杂,是我国降水区域差异最大、变化最复杂的地区之一,局部大雨及暴雨多发,为地质灾害的发生提供了有力的水动力条件。

在内外动力耦合作用下,西南地区地质灾害多发、频发,成为阻碍区域经济和社会发展的一个突出问题(徐勇等,2021)。在过去的一百余年间,经过几代地质灾害研究学者的大量探索与研究,基本查明了西南地区地质灾害的发育分布规律、提升了对成灾模式的认识水平、破解了诸多地质灾害防灾减灾难题、培养了大批地质灾害调查研究工作者,为西南地区系列国家重大战略实施、城镇建设及山区百姓生产生活安全起到了重要的保驾护航作用。

在新时期生态文明思想的科学自然观指导下,西南地区地质灾害调查评价、监测预警、工程治理、避让搬迁及综合研究力度得到加大,地质灾害防灾减灾取得了显著成效(刘传正,2019;张永双,2021)。

地质灾害的发生、发展是一个复杂的系统过程,对地质灾害的认识也同样要经历一个漫长且曲折的过程。

随着科学发展和对地质灾害的深入认识,人们逐渐意识到了地质灾害发生的复杂性和不确定性,随着成渝双城经济圈、川藏铁路、雅鲁藏布江下游水电站等国家重大战略的规划实施,如何从系统科学视角深化对西南地区地质灾害规律认识,创新科学理论与技术,为国家重大战略实施提供科学的地质安全风险评价与防控建议,是新时期地质灾害调查研究的重点。

因此,系统了解西南地区地质灾害研究历程,以史为鉴,从中总结规律与经验,为未来西南地区地质灾害研究提供科学的决策建议,助力乡村振兴战略与区域地质安全风险防控,是本文撰写的初衷。

西南地区地处印度洋板块和欧亚板块碰撞结合的核心部位,区域构造活动强烈,地表隆升和河流下切使得西南地区高山峡谷发育,特别是高山、极高山区发育的高位远程地质灾害及其链式灾害效应在全球都独具特色。

同时,青藏高原及其东缘、东南缘地区活动断裂众多,如喜马拉雅推覆带、高原南北向地堑系、龙门山断裂带、鲜水河-安宁河-小江断裂带等,是大震—巨震的孕震场所,区内历史上发生过震级超过MS8.0 级及以上地震就多达8 次,强震导致同震地质灾害和震后地质灾害发育并持续数十年,也造就了西南地区地质灾害孕灾背景特殊性。

根据最新地质灾害调查结果,截至2021 年12 月底,西南地区在库地质灾害隐患点共94666 处,约占全国地质灾害点总数的30%(铁永波等,2022)。

从地质灾害数量上看,四川省地质灾害点数量最多,其次是云南省。

从地质灾害类型上看,滑坡55630 处、崩塌16712 处、泥石流17769 处、风险斜坡2490 处、地面塌陷814 处,其它1251 处(表1)。

表1 西南各省地质灾害隐患点数量及其潜在威胁特征统计表Table 1 Statistical of number and threat characteristics of geological hazards in each provinces of Southwest China

为更好地认识西南地区地质灾害发育分布规律,将中型及以上地质灾害进行了统计分析。

从宏观上看,西南地区地质灾害的空间分布规律受区域地质构造、水系及人类活动等控制明显,如川西地区地质灾害主要受活动断裂控制,沿龙门山、鲜水河、安宁河断裂带集中发育,西藏境内地质灾害主要沿金沙江和雅鲁藏布江水系集中发育,重庆境内地质灾害主要集中发育在三峡库区,云南省地质灾害主要集中分布在滇西三江流域(图1)。

从主要灾种类型上看,滑坡主要集中分布在川东、川南、渝东北及滇西地区,这主要受区域性特殊易滑地层控制,如川东红层地区因砂泥岩互层特殊结构而成为滑坡易发的一个重要原因,渝东北的巴东组地层、川南的西格达组地层等都因其特殊结构而成为滑坡易发的一个关键要素。

崩塌主要集中分布在川东、渝东北及黔西等地,前两者主要受红层岩体结构控制,后者主要受碳酸盐岩溶作用影响。

泥石流主要集中分布在川西北及川南(岷江、大渡河、安宁河流域)、藏东南雅鲁藏布江流域、滇西(怒江流域、澜沧江流域),这几个区域泥石流发育除了受强震、冰川侵蚀和岩体强变质作用提供充足物源外,还受太平洋和印度洋暖湿气流影响提供充足的水动力条件。

图1 西南地区中型及以上规模主要地质灾害隐患点分布图Fig.1 Major types of geological hazards of medium and above scale in Southwest China

总体上看,西南地区地质灾害具有几个显著且独特的特点:一是西南地区地质灾害类型多样,除常见的崩塌、滑坡、泥石流三类常见地质灾害外,几乎所有类型的地质灾害在区内皆有发育。

二是高位远程地质灾害及其灾害链效应突出,这些地质灾害主要分布在高山、极高山区或深切河谷区的坡体上部,如在雅鲁藏布江流域的冰岩崩或冰湖溃决引发的滑坡、泥石流堵江灾害链,如2000 年我国西藏自治区波密县境内的易贡滑坡堵塞雅鲁藏布江后形成堰塞湖,坝体溃决后形成的洪水对下游印度及孟加拉国等造成灾害,形成跨国界链式灾害,影响范围及程度都极大;2019 年西藏境内金沙江白格滑坡发生二次滑动后,堵塞金沙江并形成堰塞湖,堰塞坝溃决后,洪水在下游四川省及云南省境内造成灾害,形成跨省界链式灾害。

三是区域性、群发性地质灾害极为典型,主要是因强震引发的地质灾害数量多且持续活跃时间长,西南地区历史强震活跃,导致震区岩体破碎,一次强震引起的地质灾害活跃时间可长达数十年,如四川省汶川MS8.0 级强震使得该区域内泥石流至今依然很活跃,此外,还有2013 年四川芦山县MS7.0 级地震、2014 年云南省鲁甸县MS6.5 级地震等,诱发了大量区域性群发地质灾害,给地质灾害防治带来了极大的难度,这也是西南地区地质灾害成灾机理复杂、防治难度大的主要原因之一。

四是诱发西南地区地质灾害的内外动力条件耦合过程复杂,除了来自区域构造隆升、强震等内动力作用外,西南地区复杂气候环境形成的局部暴雨和持续性降雨、人类工程活动等外动力条件极为活跃,为不同成因地质灾害的形成提供了重要基础,如内外动力叠加作用后的高原冰湖溃决型泥石流、高山以及高山区冰岩崩、深切河谷区斜坡卸荷变形造成的滑坡及链式灾害、库区水位涨落引起的滑坡等,为区内地质灾害成因机制的认识带来了极大的挑战。

二十世纪以来,随着科学技术进步和社会经济发展,特别是遥感技术的应用丰富了西南地区地质灾害早期识别与调查研究手段,地质灾害调查精度也从最初的1∶10 万区划向如今的1∶1 万风险调查评价转变,人们对西南地区地质灾害的认识经历了从不了解到系统把握的过程。

从时间进程上看,西南地区地质灾害调查研究大致可分为初步探索、逐渐提升、系统认识三个主要阶段。

2.1 地质灾害初步探索阶段(1950—1969 年)

新中国成立前,西南地区对地质灾害的关注较少,仅通过一些地方志或相关史料对重大地质灾害事件进行记载,如甘孜州志中就记载了1786 年泸定县摩岗岭滑坡灾害引发次生洪水灾害的事件(甘孜藏族自治州地方志编纂委员会,2009)。

国内对地质灾害的专门研究最早始于二十世纪50 年代,新中国成立后,我国进入了经济全面建设阶段,特别是1950 年始建的川藏公路、1958 年始建的成昆铁路是西南地区标志性的重大工程,在工程前期选线和建设过程中,山区地质灾害问题引起了铁路和公路部门的关注,如1786 年(清乾隆五十一年)四川省康定市境内发生MS7.5 级地震,诱发大渡河右岸摩岗岭滑坡堵断大渡河10 天后形成堰塞湖,随后溃决洪水席卷下游沿途城镇,并造成重大人员伤亡(表1)。针对西南地区的地质灾害,相关学者开展了探索研究,1954 年,马君寿(1954)在《水力发电》上发表了第一篇关于西南地区水电工程建设中的滑坡研究论文《坝址区滑坡问题的处理方法》,1959 年,吕儒仁等(1959)在《科学》杂志上发表了第一篇关于西南地区泥石流研究论文《四川大型泥石流》,这些文章的发表从科学的视角揭开了地质灾害的神秘面纱。

为有效防范地质灾害对工程建设带来的危害,原铁道部在成都组建铁科院西南研究所并成立泥石流防治研究组(王恭先等,1991),针对泥石流防治技术进行专门攻关。

随后,地质、冶金、水利等部门及部分高等院校都相继开展了与地质灾害有关的研究,关于西南地区地质灾害的研究论文先后开始发表,标志着西南地区地质灾害研究进入科学的轨道(马君寿,1954;唐邦兴,1980;王恭先等,1991)。

对西南地区滑坡的系统研究始于60 年代,通过对铁路沿线一千余个中、大型规模滑坡的研究,完成了对滑坡的成因、结构、时代等类型划分,并逐渐拓展到区域性滑坡的分类评价,在此基础上基于土工实验等手段对西南最为常见也最有代表性的降雨、地震诱发型滑坡开展了重点研究,为贵昆铁路、成昆铁路沿线大型滑坡的成因机制分析与防治提供了重要基础,探索了沉井抗滑挡墙、抗滑桩、垂直钻孔群排水等滑坡治理技术方法,为后来滑坡的防治体系构建积累了宝贵经验(王恭先等,1991)。1961 年,中国科学院在云南省东川市建立了西南地区第一个泥石流观测站,开始对泥石流的形成机理及运动过程等开展系统研究,并获得了许多泥石流发生时的一手观测数据,形成了东川蒋家沟泥石流动力学计算经验公式等,为后来的云南蒋家沟泥石流防治工程设计提供了重要参考,也标志着对西南地区地质灾害研究从特征向机理研究迈出了一大步(李椷等,1979)。

表2 二十世纪七十年代以前西南地区发生的部分典型重大地质灾害统计表Table 2 Statistics of some typical geological hazards in Southwest China before 1970s

受当时经济和科技发展水平的限制,对地质灾害还缺乏足够的调查研究经验,故这一时期对地质灾害的研究多针对某一种地质灾害类型或单个地质灾害的形态、性质等基本特征,多以定性评价或一些简单的常规土工实验手段为主,对地质灾害的防治手段也仅开展了一些探索,但这些成果切实解决了工程建设中地质灾害防治中的许多实际问题,形成的许多防治技术、经验公式等仍沿用至今,在今天的地质灾害动力学参数计算与防治工程设计中仍是难以超越的经典(唐邦兴,1980;王恭先等,1991)。

2.2 地质灾害逐渐提升阶段(1970—1999)

新中国成立后,西南地区地质灾害防治越发受到重视,1989 年1 月4 日至8 日,由原国家科委、地质矿产部共同发起和组织的“全国地质灾害防治工作会议”召开,标志着地质灾害防治进入了新阶段。为配合国际减灾十年行动,1990 年,原地矿部、国家计委、国家科委联合向各省(区、市)和有关部门印发了地矿部组织编制的《全国地质灾害防治工作规划纲要(1990—2000 年)》,为全国地质灾害调查研究提供了重要指导。

在此基础上,1999 年国土资源部第4 号部长令颁布实施《地质灾害防治管理办法》,并开始实行建设用地地质灾害危险性评估制度,随后,西南五省市也出台相应的地质灾害防治管理办法,地质灾害的调查评估、监测预警、工程治理等体系建设开始大力推进。

二十世纪70 年代至末期,西南地区铁路、公路及水电站等建设过程中遭遇的地质灾害危害问题凸显,其中以成昆铁路泥石流灾害最为典型。

1981年7 月8 日,四川省甘洛县利子依达沟发生泥石流,冲毁成昆铁路大桥并造成300 余人遇难,146 人受伤,直接经济损失2000 余万元(图2),这些重大地质灾害的发生给铁路和公路的安全运营敲响了警钟(李椷等,1990;杜榕桓,1986)。

1982 年,原铁道部联合多家单位开展了铁路沿线泥石流调查评价、形成机理、监测预警及工程治理等专题研究,并对西南地区铁路泥石流系统摸底建档,这一时期极具特色的铁路泥石流研究取得了系统性的成果,成效显著,《铁路泥石流沟判别、警报、防治、机理的研究》也因其在铁路地质灾害防灾减灾中的很好应用成效获得1991 年“国家科技进步二等奖”(谭炳炎,2005)。

图2 1981 年四川省甘洛县利子依达沟泥石流冲毁成昆铁路(引自中国山洪灾害防治网,1981)Fig.2 The debris flow of Lizi Yida gully in Ganluo County, Sichuan Province destroyed the Chengdu-Kunming railway in 1981

铁路泥石流的研究带动了地质灾害学科研究理论与方法的进步,为半定量化地质灾害危险性评价奠定了重要基础(杜榕桓等,1981;谭炳炎等,1981,2005;陈俊虎等,1982;沈寿长等,1984;易顺民等,1996;殷跃平,1997、1998)。

据统计,1984 年以前,川藏公路全线平均每年断通164 天以上,其中1036 条泥石流沟、419 处滑坡及1525 处崩塌共威胁近3200 千米公路运行安全,成为川藏公路安全运行的最突出问题(谢荣尧,1987;沈寿长等,1996;唐邦兴等,1996;游勇等,1997)。

此外,宝成铁路、陇海铁路等也在不同程度遭受地质灾害破坏。

针对川藏公路和成昆铁路沿线的地质灾害问题(表3),相关部门针对性地成立了专门的地质灾害调查研究机构并开展针对性的地质灾害观测和模拟实验研究(姚一江,1985;陈循谦,1985;吕儒仁;1986;崔鹏,1991;唐川等,1991;谢洪,1992)。

表3 汶川地震诱发的部分典型灾难性同震滑坡统计表Table 3 Some typical catastrophic coseismic landslides induced by Wenchuan earthquake

在这一时期形成了系列地质灾害基础理论方法和针对性的勘察、设计及防治技术标准,区域地质灾害规律研究也得到加强,并基于观测研究成果开展了地质灾害监测预警研究,培养了一批专业地质灾害研究技术力量(杜榕桓等,1987;李鸿琏等,1989;章书成,1990;刘希林等,1993;崔鹏等,1991;殷跃平等,1994;蒋忠信等,1994;唐晓春,1995;杜榕桓等,1995;徐永良,1995;殷跃平等,1996;唐川等,1999)。

地质灾害频发的问题也引起了国土资源系统的重视,1999 年,原国土资源部第4 号部长令颁布实施的《地质灾害防治管理办法》首次以法规的形式明确了地质灾害防治责任,提出了“以防为主,防治结合”的方针,同时开展地质灾害高易发县1∶10万比例尺地质灾害调查与区划及汛期地质灾害排查等工作,如1999 年开展试点县地质灾害调查区划等,为地质灾害群测群防体系的建立奠定了重要基础,这也标志着西南地区地质灾害防治工作进入了一个新的时期。

同时,对区域地质灾害的发育分布规律研究也得到了政府部门重视,在前地矿部“六五”攻关项目中,专门成立“西南西北山地崩滑灾害研究”项目开展专项调查研究,为西南地区地质灾害研究奠定了重要基础(王恭先等,1991)。

随着认识的深入,科学家们意识到了地质灾害影响因素的复杂性特点,并开始尝试从与地质灾害有关的影响因素入手对其进行系统分析,开展了基于多学科理论与方法的融合研究探索,尤其是把区域性规律视为一定自然条件组合下的产物,并与西南地区地质构造、地震、降雨、气候及人类经济活动等内外动力有机地联系在一起,对西南地区地质灾害的发生、发展、分类、分区等,提出了有益的见解(李德基,1996)。

同时,在从定性研究向定量研究方面有了较大的转变,基于力学模型构建和数值模拟的定量研究有了较大进展,基础研究和防治技术的研究也有了飞跃式发展,基于遥感技术的新方法也开始得到应用,开拓了地质灾害预测及评价的方向。

系统性和宏观性是这一时期地质灾害研究的最主要特点,形成了对地质灾害区域发育规律、成因机制、致灾模式、预测预报及工程防治等研究的系统性成果,为深入认识西南地质灾害发育规律及定量评价起到了重要作用。

2.3 地质灾害系统认识阶段(2000 至今)

本世纪以来推动西南地区地质灾害系统认识进程的有三个重大标志性事件:一是以自然资源部门为主的多尺度地质灾害调查评价,系统掌握了区域地质灾害家底,极大地提升了对区域地质灾害规律的认识水平;二是三峡库区地质灾害防治,是地质灾害理论研究与防治技术相得益彰的重要助力,培养了一大批国内知名的地质灾害专家;三是汶川震区地质灾害防治,更新了人们对已有地质灾害的认识水平,极大地推动了特大型地质灾害机理研究与防治技术的进步。

进入21 世纪后,以自然资源部门为主导的西南地区地质灾害系统性调查大范围铺开,对区域性和重点地区的地质灾害规律、机理及防治研究得到极大加强(唐邦兴,2000;崔鹏等,2003,2004;黄润秋,2003,2005;程谦恭等,2004;陈晓清等,2006;陈红旗,2007)。

随着西南地区地质灾害高易发县市1∶10万地质灾害调查与区划工作的推进(国土资源部地质环境司等,2003;乔建平等,2000;唐川等,2001),遥感与GIS 技术在地质灾害调查评价中也得到广泛应用(唐川等,2001;欧敏等,2005;刘洪江等,2005;张东明等,2011)。

到2002 年底,重庆市完成了三峡库区15 个区县地质灾害综合调查与监测预警系统建设、四川省完成了古蔺县等22 个县市地质灾害调查与区划、贵州省完成了大方县等27 个县市地质灾害调查与区划、云南省完成了宁蒗县等22个县市地质灾害调查与区划(国土资源部地质环境司等,2003)。

2003 年国务院公布的《地质灾害防治条例》为地方主管职能部门推进相关工作奠定了重要的法律依据,标志着地质灾害综合防治体系逐步走向规范化。

1∶10 万地质灾害调查与区划基本摸清了威胁到人民生命财产安全的地质灾害分布及特征,为区域地质灾害规律认识及针对性的地质灾害成因机制研究奠定了重要基础(黄润秋,2007;崔鹏,2007;陶云等,2009)。

同时,地质灾害群测群防体系也得到了系统构建。

在这样的背景下,由地方国土资源部门牵头推进地质灾害调查评价、危险性评估、群测群防体系构建、工程防治及避让搬迁等工作进展顺利,地质灾害防治成效凸显(殷跃平,2004;季伟峰等,2007)。

2005 年,基于县市的 1 ∶5万地质灾害较详细调查在全国开展三个试点县工作,其中包括了四川省丹巴县和云南省新平县。

随后,该项工作在西南地区地质灾害高易发县陆续铺开,仅“十三五”期间就完成了西南地区405 个县市地质灾害较详细调查工作。

随着2020 年西藏自治区74 个县市地质灾害较详细调查工作的完成,标志着西南地区地质灾害家底清查工作告一个段落。

三峡库区地质灾害防治是西南地区地质灾害系统防治拉开帷幕的重要标志,自三峡水电站工程开工建设以来,库区地质灾害问题愈发突出,2001年,国务院启动三峡库区地质灾害防治,库区地质灾害工程治理、搬迁避让、监测预警等综合防治措施全面推进,到2019 年底,通过第二期和第三期地质灾害防治,累计工程治理崩塌滑坡465 处,基于3049 处监测预警点的系统监测预警网络基本建成(汪华斌等,1998;张加桂,2001;殷跃平,2002)。

通过三峡库区地质灾害防治,创新了以链子崖危岩等为代表的系列地质灾害防治技术方法和监测预警体系,研发了多种装备,培养了一大批专业人才,对西南地区地质灾害综合防治技术水平的提升具有重要意义(何太蓉等,2004;殷跃平等,2004;陈剑等,2005)。

2008 年5 月12 日发生在四川省的里氏8.0 级汶川大地震是推动西南地区地质灾害系统研究的另一个重要转折点,汶川地震诱发的大量同震滑坡、崩塌等次生地质灾害不仅造成大量人员伤亡与财产损失,还导致震区在未来十余年间地质灾害依旧频发,特别是汶川震区泥石流的高频、大规模等特点颠覆了对传统地质灾害的认识,难以用传统泥石流动力学经验公式进行计算的(殷跃平,2008;黄润秋等,2008;Tang 等,2012;Fan 等,2019、2021;花利忠等,2008;铁永波,2009;谢洪等,2009;许强等,2010;陶舒等,2015;乔建平等,2016)。

在这样的背景下,对震区地质灾害的重新认识和防治被提到了前所未有的高度,针对震后地质灾害研究的一些新理论和新思路在这一时期得到很好的创新和实践,特别是在震区泥石流防治设计标准更新、设计理念创新等方面取得了新的突破,形成了一系列针对震区泥石流的新型防治技术,对震区地质灾害形成机制、成灾模式、物质输移规律及长期灾害效应认识等方面有了系统的认识,在全国乃至全球都产生了极大的影响力,极大地推动了西南地区地质灾害理论研究与防治方法进步(Huang et al., 2013;黄润秋等,2010、2011;殷跃平等,2014、2017;许强等,2010;许冲等,2008、2010;唐川,2010;崔鹏,2011;孙萍等,2011;乔建平等,2016)。

地质灾害在多致灾因素耦合下的致灾过程往往超出人们的预料,特别是一些极具西南特色的高位远程地质灾害及其引发的链式效应充分体现了西南地区地质灾害成因机理的复杂性。

如2018 年发生在金沙江西藏境内的白格滑坡形成链式地质灾害,对下游四川省、云南省境内造成巨大影响,波及范围达数百公里(图3)。

21 世纪以来,对已发现的地质灾害隐患已基本实现风险可控,学者们的目光开始转向隐蔽性强、常规调查手段难实现、成灾范围广的重大地质灾害及其链式效应,近年来取得了较多的进展,特别是遥感技术在高位远程地质灾害的识别与调查方面得到了较好的应用,在地质灾害链分类、成灾模式及动力过程模拟等方面也有了深入的认识(崔鹏等,2021;殷跃平,2000;王成华等,2002;靳德武等,2004;康志成等,2004;陈晓清等,2004;陈宁生等,2006,2010;许强等,2008;刘春玲等,2010)。

相关研究对西南地区重大工程区与重点流域地质灾害风险防范、重大地质灾害早期识别及防治技术研究奠定了重要基础,有力推动西南地区地质灾害从“摸家底”向“控风险”转变,向“类白格滑坡”的跨省界流域链式地质灾害形成机理与风险防范研究转变,极大地推动了学科理论的发展(许强等,2012,2020;游勇等,2012;张永双等,2013,2019,2020,2021,2022;何雨晴等,2016;黄润秋等,2017;殷跃平等,2020;李滨等,2020;崔鹏等,2021;尹云鹤等,2021;刘文等,2021;朱赛楠等,2021)。

这一时期对西南地区不同类型灾害的区域分布规律、成因机制及主要成灾模式的认识水平明显提升,大量的地质灾害原位实验、室内物理模型实验和数值模拟手段的针对性和科学性更强,地质灾害研究从定性向定量转变取得了长足进步,形成了从调查评价-监测预警-风险评估-防控技术融合的地质灾害防控技术体系。

特别是在航空技术飞速发展的背景下,基于多源数据的“空-天-地”一体化技术在地质灾害领域得到广泛应用,InSAR、光学遥感、机载LiDAR 等新技术极大提升了对西南高山峡谷地区地质灾害的识别与调查精度,为西南地区地质灾害调查从高精度向精细化调查迈进奠定了重要基础(许强等,2010;赵聪等,2021;王家柱等,2021)。

图3 金沙江白格滑坡形成链式地质灾害(徐伟摄)Fig. 3 The Baige landslide in Jinsha River forms a chain geological hazard (Photo taken by Xuwei)

经过几代地质人的努力,对西南地区地质灾害的研究已取得了长足进步,在地质灾害理论方法体系构建、应用实践等方面均取得了明显成效,对西南地区城镇、重大工程及百姓的生命财产安全保护起到了极为重要的作用。

随着全国新一轮西南地区地质灾害风险普查工作的全面完成,西南地区已开展400 个县市1∶5 万地质灾害风险普查(其中重庆市41 个、四川省122 个、贵州省88 个、云南省75个、西藏自治区74 个)将对区域地质灾害隐患风险底数有更为系统地掌握,“从注重灾后救助向注重灾前预防转变、从减少灾害损失向减轻灾害风险转变”的防灾减灾理念将为西南地区的高效地质灾害防灾减灾起到重要作用(自然资源部,2021)。

但是,西南地区地质灾害形成及成灾过程的复杂性也是摆在科学家们面前的客观难题,特别是对揭示地质灾害的控灾条件、成因机制及成灾模式,解决“地质灾害隐患在哪里”、“灾害何时发生”等防灾减灾中关注的关键问题,还有很长的路要走,需要从地球系统科学的视角提升内外动力耦合作用下西南地区地质灾害的成因机理认识水平,破解对高位地质灾害调查与识别技术、重大链式地质灾害风险防控技术、地质灾害监测预警模型等方面存在的薄弱环节。

3.1 区域地质灾害的内外动力耦合孕灾机制研究

西南地区地震、降雨、冰川活动、冻融风化及人类工程活动等控灾的内外动力极为复杂,这些控灾因子在时间和空间上还存在多种耦合作用,故对区域地质灾害规律的系统总结与成因机制认识仍存在一定难度,尚未形成系统的区域性总结成果。

一方面要加强西南地区地质灾害规律总结研究并深入分析内外动力耦合作用下的控灾机制,形成不同类型地质灾害成灾模式,为成因机制认识提供基础。

另一方面要加强构建西南地区地质灾害孕灾背景数据库并形成系列图集,在“地质大数据”基础上开展地质灾害分布规律与相关孕灾背景数据的智能挖掘与分析,实现西南地区地质灾害趋势快速研判。

3.2 地质灾害风险动态区划研究

随着西南地区国家多项重大战略的密集部署和实施,如何在地质灾害高易发的西南地区通过科学的地质灾害风险评价为规划选址提供依据意义重大。

目前已初步实现1∶5 万县域尺度地质灾害风险普查,也探索了1∶1 万更高精度的重点区地质灾害风险评价,并初步形成了相应的方法体系,风险评价已向风险管控迈进。

对更大的区域尺度而言,如何根据不同的孕灾背景条件而选取不同的合理指标和模型开展地质灾害风险评价与区划,需要在地质背景分析的基础上探索新的思路。

下一步要加强西南地区多地貌单元、多孕灾背景及多尺度地质灾害风险区划模型构建,形成考虑不同孕灾背景、不同地貌单元的不同精度地质灾害风险评价与区划方法,实现基于地质灾害点数量变化的风险区划结果动态更新,为区域重大战略规划过程中的相对“安全岛”确定提供科学依据。

3.3 高山、极高山区高位地质灾害早期识别技术

随着近年来遥感技术的飞速发展,基于光学影像识别、InSAR 监测、无人机航拍等多源遥感技术已在地质灾害识别与调查中得到广泛应用,很大程度上提高了对西南复杂山区地质灾害的早期识别能力。

但由于西南山区地形地貌极为复杂,许多高位远程地质灾害多发育在高山、极高山地区及高陡河谷坡肩部位,在冰川、冰雪及高寒冻融作用下形成高位远程地质灾害,不但灾害规模大、危害范围广,而且隐蔽性极强,难以通过常规的调查技术对其进行识别与调查,急需在多源遥感技术上实现新的突破。

西南地区未来地质灾害识别的重点对象应聚焦高山和极高山地区的冰岩崩、冰湖、高位滑坡及泥石流物源识别与调查技术创新,除了识别这类灾害的变形特征、确定其分布位置、评价其潜在规模外,还要预测其活动趋势,评估其潜在的链式效应及影响范围,还要在高山和极高山地区地质灾害遥感调查技术和方法上进行思路、技术创新和装备研发,并形成一系列技术规范,为这类地质灾害风险防控决策提供科学参考。

3.4 西南特大地质灾害链风险防控研究

经过自然资源主管部门的多轮调查评价、监测预警、避让搬迁及工程治理等综合防治手段,那些有直接威胁对象的地质灾害风险已基本可控,目前造成重大灾害的往往是链式地质灾害,但由于地质灾害链隐蔽性极强、成因机制复杂,目前尚未形成成熟的调查研究方法,故对这类高位远程地质灾害的机理研究仍是一个难点,在很大程度上限制了对这类灾害的有效防范。

特别是类似雅鲁藏布江这类跨国界流域、金沙江这类跨省界流域的地质灾害链风险防范急需开展深入研究。

从技术层面看,需要加强对特大型高位远程地质灾害的形成机理研究,揭示地质灾害在不同阶段的运动机制规律,提出链式灾害成灾模式,构建链式地质灾害监测预警技术体系,并形成完善的理论方法。

从管理层面看,跨界流域链式地质灾害风险防范需要相关影响的地区之间建立联动防控机制,在地质灾害风险形成前做好相应的防范预案,在灾害风险形成后能实现空间和时间上的灾情信息及时发布与共享。

不管是技术层面还是管理层面的视角,如何实现对地质灾害的多学科交叉研究与风险的多地区联动配合将是下一步攻关的重点方向。

3.5 地质灾害监测预警技术方法创新与预警模型智能优化研究

“十三五”期间西南地区累计建成普适性地质灾害监测预警点5 万余处,“十四五”期间对区域性地质灾害的实时监测“天网”会基本建成,对地质灾害监测预警的准确率提升将会起到重要作用。

但由于西南地区地质灾害孕灾背景极为复杂,不同地区的地质和降雨条件差异性极大,加之不同类型灾害的成灾机理差异,对不同类型地质灾害监测预警技术与设备研发仍存在一些卡脖子问题。

随着地质灾害海量监测数据的获取,如何针对不同地质灾害差异特征建立针对性的预警模型,充分融入人工智能分析技术,实现对地质灾害变形特征的快速分析与预警模型智能优化是下一步要重点攻关方向。同时,要继续加强对崩塌的监测技术研究与设备研发,解决目前崩塌发生时临灾预警时间短而缺乏有效设备的难题。

进一步创新泥石流智能监测预警技术,从传统数理统计分析向智能图像识别方向转变,提高泥石流监测预警的精准度。

(1)西南地区地质灾害数量约占全国总数量的1/3,地质灾害类型多样,主要以滑坡、崩塌、泥石流三类地质灾害为主,是我国地质灾害高易发区,也是我国区域性地质灾害和重大地质灾害频发区,地质灾害孕灾背景复杂、成灾机制多样,为区域地质灾害防治带来极大困难。

二十世纪以来,相关研究形成的西南地区地质灾害防治技术标准及经验公式等在全国其它地方得到广泛推广和应用,引领了地质灾害学科发展与技术进步,在我国地质灾害防灾减灾史上具有举足轻重的作用。

(2)围绕工程建设的地质灾害防灾减灾是推动西南地区地质灾害理论和方法进步的重要动力,从早期的“川藏公路”、“成昆铁路”、“三峡水电工程”,再到如今的“川藏铁路”、“雅下水电工程”等一系列国家重大工程的规划实施,地质灾害研究都聚焦重大工程防灾减灾而开展,地质灾害研究也经历了从解决实际问题到理论与应用并重,从早期对地质灾害的初步认识到如今的系统掌握,并形成了在不同时期对不同工程建设防灾减灾的系列思路与技术,也为如今地质灾害综合防治体系的更成熟和完善奠定了重要基础。

(3)西南地区地质灾害防灾减灾已开始从地质灾害救助向地质灾害风险防控转变,在地质灾害防治技术方面也形成了基于光学遥感解译、InSAR 监测、机载LiDAR 测绘、地面调查、地下探测等手段的“空-天-地”一体化综合调查体系,推动西南地区地质灾害防灾减灾进入新阶段。

据不完全统计,“十三五”期间累计建成5 万余处地质灾害监测预警点,群测群防员数量多达10 万余人,庞大的地质灾害防治体系建设取得了显著成效。

但随着乡村振兴等国家重大战略的实施,山区城镇与工程建设对地质环境的扰动不可避免,西南地区仍是未来全国地质灾害防治的重点地区,加大区域性地质灾害系统防治和重点工程区地质灾害综合治理是今后防灾减灾的重点。

致谢:论文撰写过程中得到了重庆市地质环境监测总站、四川省国土空间生态修复与地质灾害防治研究院、贵州省地质环境监测院、云南省地质环境监测院及西藏自治区地质环境监测总站的大力支撑,博士研究生卢佳燕、鲁拓、宁志杰,硕士研究生李光辉、向炳霖、杨昶、李果等参与了论文中的文献收集与整理及图、表编制与统计工作,在此一并感谢。

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