区域地质环境可持续利用评价体系初步研究

区域地质环境可持续利用评价体系初步研究地质灾害是地质环境极端恶化的一种表象。通过简要回顾中国的环境地质工作与存在问题，初步架构了山地区域工程地质环境质量评价——功能区划——工程容量评价——地质灾害风险管理等四阶段递进的研究框架。地质环境质量主要研究地质环境自身的工程属性。功能区划是基于地质环境质量研究提出地质环境的最佳土地开发利用方式或工程类型。针对地质环境与工程建设的相互作用特点，容量研究具体给出某一地质环境功能区对工程规模、数量、作用强度与持续时间的响应能力或包容能力。风险评估主要研究工程建设与运营过程中遭遇地质灾害风险的概率、可接受性和减灾对策。ASystemofGeo-EnvironmentEvaluationBasedontheSustainableLand-UseLIUChuanzheng，ZhangMingxia，LiuYanhui（ChinaInstituteforGeo-EnvironmentalMonitoring,Beijing100081,China）Abstract:Geo-hazardisaphenomenonresultingfromstrongchangeofitsgeo-environment.Itissetupthatevaluationsystemconsistsoffourproceduresbasedonthesustainableuse,i.e.qualityfeatures,functiondivisions,engineeringcapacityandgeo-hazardriskmanagementaboutgeo-environmentofaregionbysimplifiedtorecallenvironmentgeologyworkhistoryinChinaanditsexistingdefects.Qualityevaluationistoappraisesuitableextentofgeo-environmentits-selfforhumanactivity.Functiondivisionistodetermineoptimumlandusemodeorengineeringconstructiontypesforgeo-environmentsbasedontheresultofqualityevaluation.Researchofengineeringcapacityistoestimateengineeringscope,quantity,activestrengthanditssustainedtimeofengineeringconstructioninageo-environmentfunctionarea.Riskmanagementistostudyprobability,acceptabilityandsomecountermeasuresforlossreductionwhenengineeringactivitymeetswithgeo-hazardsinitsbuildingorutilizingprocess.1引言地质灾害与地质环境都是地球表层环境的组成部分，都是随着人类社会的生存与发展而出现和变化的，二者在层次上又是不同的。地质灾害是地质环境极端恶化的一种表象。地质灾害是由于自然或人为作用，多数情况下是二者共同作用引起的，在地球表层比较强烈地危害人类生命、财产和生存环境的岩土体移动事件。地质灾害在成因上具备自然演化和人为引发的双重性，它既是自然灾害的组成部分，同时又属于人为灾害的范畴。地质灾害具有自然属性、社会属性和资源属性等三重基本属性[1，2]。地质环境是地质灾害发生的母体，是人类社会发生发展过程中所依托的地球表层岩、土、水共生的地质系统。地质环境的下垫面是地球演化作用最活跃、最复杂的地壳圈层，上覆面是密切相关的大气圈层，两者伴随人类社会的发展而愈显示其重要性。地质灾害防治与地质环境利用是一个问题的两个方面，是一个事物的两个阶段，都是寻求与人类社会和谐共存的途径，实现趋利避害，兴利防灾，把规范人类自身的行为融入到改造自然过程之中，积极追求地质环境利用的可持续性。2环境（灾害）地质工作反思2.1简要回顾20世纪90年代以来，中国开始了比较理性的以调查评价地质环境为内容，以地质灾害防治为重点和可持续利用地质环境为目标的地质工作。2003年，完成了以省（自治区、直辖市）为单元的全国1：50万环境地质调查，完成了700个县（市）的突发性地质灾害调查工作，并在每个县建立了县、乡、村三级群测群防责任制。到2005年，初步完成以省为单元的全国矿山地质环境调查与评估工作。从1953年地下水动态监测起始，逐渐扩展到长江三角洲、华北平原和汾渭盆地等区域的地面沉降监测预警，控制地下水开采。从零散的个体（如长江三峡新滩滑坡、链子崖危岩体）监测外，到建立长江三峡库区地质灾害监测网和四川雅安地质灾害监测预警试验区等，终于从2003开始在中央电视台向全国发布汛期地质灾害气象预警预报，发挥了重要的警示作用，逐步提高了全社会的减灾防灾意识[3]。重大地质灾害治理，特别是三峡工程库区地质灾害治理及搬迁避让工程等，取得了明显的成绩。2.2问题与反思随着我国社会经济水平的持续快速发展，社会需求与科学利用地质环境和减轻地质灾害的矛盾更加突出，对国家地质工作提出了显然不同于以往的新需求：（1）要求更加主动地为人居环境减灾服务；（2）要求更加主动地为国家重大工程规划、建设与运营安全服务；（3）要求更加主动地为提高社会减灾意识，为和谐社会的建设与发展服务。这就要求科学界负起先导责任，帮助政府、企业和公众实现地质环境利用效益的最大化，地质灾害风险最小化。20世纪90年代前后，中国地学界曾经掀起一个环境地质研究的“热潮”，但面对基础工程建设和市场经济社会快速发展的新局面，结果自然是直接服务于具体工程建设的岩土工程体制得到普遍重视，而具有宏观环境保护意义的工程地质和环境地质研究却很快变得暗淡下来。“短视”的教训很快就表现出来了。在平原地区，典型的上海浦东地区开发只注重基于岩土工程意义的地基处理，而对区域软土的工程地质特征及其释水固结阶段缺乏研究，更未考虑地质环境质量和容量问题，导致过度开发造成的超荷载作用成为上海区域地面沉降的新的动力源。在长江三峡工程库区，大规模的移民迁建工程在规划阶段就缺乏地质环境科学评价依据，简单地决策“就地后靠”，盲目利用地质环境，造成多处移民工程陷入地质灾害困境，如移民城镇因规划很少考虑地质依据而建在滑坡体上或引发新的大滑坡而不得不放弃，甚至发生多次变更和重建（如三峡库首区的巴东、奉节新县城），造成巨大经济损失和公众社会心里恐慌[4]。另外，从地质灾害自然、社会和资源三属性出发，需要从社会学与伦理学角度，研究自然伦理和社会伦理的双重和谐问题。因此，需要研究地质环境开发利用的自然、社会和人文依据，尤其要注意到特殊地质环境区域的弱势人群、生活方式和风俗观念，甚至驻所的季节性迁徙等[5，6]。因此，环境地质研究追求的真正目标就是“工程地质”走出“地基与基础”的局限，“灾害地质”走出“就灾害论防治”的有限目标，或者说竖立“环境地质”理念，脱离狭义“工程地质”与“灾害地质”的技术范畴。3基于可持续开发利用的区域地质环境评价体系3.1基本认识环境地质与灾害地质研究的根本目的是地质环境的可持续开发利用。比较起来，山地丘陵地区地质环境是对人类活动反映最敏感、最剧烈的区域，也是工程地质界和防灾减灾工程界最关注的地区。目前，我国山区城镇地质灾害总体呈加剧趋势，一方面起源于所处的地质环境的自然变化，其次就是人类对地质环境的不合理开发利用的触发或促进。由于地质环境调查评价没有超前进行，地质环境管理理念严重滞后于经济社会活动和工程建设的快速发展，城镇规划、建设与运行过程中自然缺乏应对地质灾害风险的科学对策，盲目规划而无节制地向山要地，最终使急剧扩展的城镇陷入更加严重的滑坡、崩塌、泥石流和地面塌陷等地质灾害的困扰之中。3.2区域地质环境评价体系架构为了逐步走向可持续利用地质环境，实现地质灾害的风险管理，就需要尽快跳出稳定性研究的狭隘视角，积极探索满足山区工程建设规划尺度（1:10,000~1:50,000）的地质环境评价体系与方法，为具体实施不同类型区域的地质环境调查评价提供理论先导和工作指南，目的是在宏观上提供回答地质安全问题的平台。为此，初步提出区域地质环境评价研究的基本框架（图1）。区域地质环境工程容量评价区域地质环境工程容量评价地质灾害防治风险管理研究区域地质环境工程功能区划区域工程地质环境质量评价区域地质环境持续利用研究图1区域地质环境可持续利用研究程序图Fig.1Regiongeo-environmentevaluationsystembasedonthesustainableuse因此，完整的区域地质环境可持续利用研究是一个四阶段递进的研究体系：（1）区域工程地质环境质量评价；（2）区域地质环境工程功能区划；（3）区域地质环境工程容量评价；（4）地质灾害防治风险管理研究。每个阶段都能服务于该区域的开发规划和防灾需求，但工作层次和精细程度的要求是不同的。区域地质环境评价要遵循几个工作原则，以保证评价成果不但“有用”，而且“好用”。（1）目标针对性针对明确的工作目标，即满足地质环境管理的需要和工程规划部署的需要。（2）地质规定性立足于地质环境演化历史和区域地质结构及其成因，全面反映地质体的工程地质特征。（3）实用性根据工程规划的需要合理确定工作精度或评价单元尺寸，使评价结果实用且易于检验。（4）易读性地质研究过程是复杂的，但地质环境评价成果图应是简明的，不但便于工程规划设计人员使用，同时要能够让行政官员看懂。必要时根据需要制作单因子或多因子图层，引导不同层面的人员合理利用地质环境，增强工程防灾避灾风险意识。（5）可完善性充分利用RS和GIS技术，建立功能比较完备的信息系统，并设计随时添加、增删、调用和迭加生成新产品等各项功能。3.2.1地质环境质量评价区域地质环境质量评价的目的是为城镇区域三维空间地质环境的开发利用规划，为山地人居的可持续性生存发展和避免或减轻地质灾害提供科学依据。地质环境质量评价是界定地质环境对人类工程经济活动的满足程度，具体表现为适宜性，比较强调地质环境自身在工程方面的客观属性[7]。区域地质环境质量评价的任务是，在区域地质环境（灾害）综合调查基础上，建立信息系统、选择地质环境因子、编制因子图层、选用计算模型、分析计算结果和进行地质环境质量区划，分区评价提出地质环境对工程建设的适宜性意见。探索区域地质环境质量评价方法体系，形成完整的工作程序。3.2.2地质环境功能区划研究地质环境功能区划的目的是合理规划利用地质环境，确定恰当的开发方式和工程功能布局。地质环境功能区划是在地质环境质量评价基础上，结合区域社会经济发展状况和趋势，进行地质环境功能分区，分别提出适宜城镇建设、基础设施、农村社区、林草、果树、蔬菜与交通等方面的工程功能区划意见。地质环境功能区划的基本原则是满足可持续利用与生态好转的需要。地质环境功能区划工作是地质环境质量评价的具体应用，应结合具体工作区的历史、地理和人文生态位势具体确定。对于不满足规划功能的区段初步提出可行性论证意见。3.2.3地质环境工程容量研究地质环境容量评价是在地质环境功能区划基础上，结合具体的工程类型、规模、建设过程与运营特点，通过界定地质环境对人类工程经济活动方式、规模和强度及持续时间的响应能力，研究确定具体地质环境功能区的包容能力。重点是研究地质环境与工程建设的相互作用关系，按功能区分别评价工程建设容量。要求针对具体工程的建筑类型、规模、建设过程与运营特点开展工作，提出具体功能区的工程承载量和地质敏感性。一个区域工程容量的确定过程也是对地质环境质量评价和功能区划验证和再认识的过程，最终可能修正前两个阶段的结果，或者提出修补或改良地质环境质量，适应某种功能的建议，并测算可能花费的经济、人文与环境代价。3.2.4地质灾害防治风险管理研究地质灾害风险管理是在地质环境质量、功能和容量研究基础上，测算每个功能区遭遇地质灾害风险的概率及其可接受性，并给出一旦发生超出可接受风险等级的地质灾害如何减轻的指导意见。这是合理利用地质环境的最后技术保障。地质灾害风险研究的理论前提是基于滑坡、泥石流等地质灾害具有“可测定的不确定性”，而不同于地震等现象在目前科学水平下仍表现为“不可测定的不确定性”。地质灾害风险评价包括地质体的固有属性风险、环境因素组合风险和人为控制风险能力等三方面，基本要求是选用合理的数学物理模型和因子指标体系综合处理不同方式表述的多因素量值问题。（1）地质体的固有属性风险可以分析与识别；（2）环境因素组合风险则考虑局地强烈降雨、水库水位的急剧变动和人类工程活动的不规范等，是风险概率的主要贡献因素；（3）人为控制风险能力是指在工程设计中自觉防范、主动监测预警和治理地质灾害的能力等。（4）突发因素的干扰可能突破设定风险的承受能力，如强烈地震、剧烈爆炸等。显然，不同的地质环境开发利用方式、强度和持续时间，地质灾害风险的表现模式是不同的。因此，应针对具体的地质环境功能区，结合规划的具体工程类型，进行工程容量评价和地质灾害风险区划，提出风险管理对策，并进一步提出城镇或工程安全运营的地质灾害风险管理与风险控制导则。4结语为了合理地开发利用地质环境，理性地应对地质灾害风险，本文初步架构了区域工程地质环境质量评价——功能区划——工程容量评价——地质灾害风险管理等四阶段递进的研究体系，为开展该领域的研究工作指明了学术方向，意在为开展工程建设规划阶段需要的环境地质工作提供理论先导。另外，本文第一作者领导的研究组使用长江三峡水库139m水位蓄水前的航空遥感数据（2003年4月），结合实地调查，完成了三峡库区巴东复杂斜坡系统的综合地质信息集成，通过编制1:16,000比例尺的工程地质环境因子图系，计算完成巴东斜坡系统工程地质环境质量区划，初步提出巴东扇形斜坡区地质环境功能区划方案，正在探索研究工程容量和地质灾害风险管理的方法[8]。参考文献[1]LiuCZ.Geo-environmentalchangesandstrategytomitigategeo-hazardsinChina.GeologicalBulletinofChina,2005,24（7）：597~602[2]LIUChuan-zheng,LITie-feng,CHENGLing-peng,et.al,Amethodbytoanalysefourparametersforassessmentandearlywarningontheregionalgeo-hazards.Hydrogeology&EngineeringGeology,2004，31（4）：1~9[3]LIUChuanzheng,WENMingsheng,TANGCan,Meteorologicalearlywarningofgeo-hazardsinChinabasedonrainingforecast.GeologicalBulletinofChina,2004,23（4）：303~309[4]LiuChuanzheng,Geologicalhazardsanditsforecast-warningbasedonmonitoringintheThreeGorgesreservoirareaofYangtzeRiver.Science&TechnologyReview,2000,18（11）：60~63[5]ElliottC.Spiker,PaulaL.Gori,NationalLandslideHazardsMitigationStrategy——AFrameworkforLossReduction,U.S.GeologicalSurvey,Open-FileReport00-450,2000,Reston.[6]J.FreemanGilbert,WilliamE.Dietrich,J.MichaelDuncan,et.al,PartnershipsforReducingLandslideRisk—AssessmentoftheNationalLandslideHazardsMitigationStrategy,TheNationalResearchCounciloftheNationalAcademies,2004,TheNationalAcademiesPress,Washington,D.C.[7]LiuChuan-zheng,AnIntroductiononEnvironmentalEngineeringGeology,1995,Beijing:GeologyPublishingHouse[8]ChinaInstituteforGeo-EnvironmentalMonitoring,Beijing,P.R.China，Studyonthecomplex