鐵永波, 葛 華, 高延超, 白永健, 徐 偉, 龔凌楓,王家柱, 田 凱, 熊小輝, 范文錄, 張憲政

(1. 中國地質調查局成都地質調查中心, 四川 成都 610081; 2. 自然資源部地質災害風險防控工程技術創(chuàng)新中心, 四川 成都 611734; 3. 自然資源部成都地質災害野外科學觀測研究站, 四川 成都 610000)

0 引言

西南地區(qū)是我國七大自然地理分區(qū)之一,在行政區(qū)劃上包括重慶、四川、貴州、云南及西藏共五個省、市、自治區(qū),主要包括青藏高原南部、云貴高原、四川盆地及丘陵等地形單元及雅魯藏布江、怒江、瀾滄江、金沙江等流域。 已有研究認為,青藏高原至上新世末以來累計上升約3500 ~4000m,且是一個多階段的、不等速的非均變過程(李吉均等,1979;鐘大賚等,1996;尹福光等,2021)。 受其影響,西南地區(qū)的構造隆升和河流下切作用極為強烈,活動斷裂發(fā)育、地震頻發(fā)、巖體破碎、地形陡峻,為地質災害的形成提供了有利場所。 西南地區(qū)季風環(huán)流復雜,是我國降水區(qū)域差異最大、變化最復雜的地區(qū)之一,局部大雨及暴雨多發(fā),為地質災害的發(fā)生提供了有力的水動力條件。 在內外動力耦合作用下,西南地區(qū)地質災害多發(fā)、頻發(fā),成為阻礙區(qū)域經濟和社會發(fā)展的一個突出問題(徐勇等,2021)。在過去的一百余年間,經過幾代地質災害研究學者的大量探索與研究,基本查明了西南地區(qū)地質災害的發(fā)育分布規(guī)律、提升了對成災模式的認識水平、破解了諸多地質災害防災減災難題、培養(yǎng)了大批地質災害調查研究工作者,為西南地區(qū)系列國家重大戰(zhàn)略實施、城鎮(zhèn)建設及山區(qū)百姓生產生活安全起到了重要的保駕護航作用。 在新時期生態(tài)文明思想的科學自然觀指導下,西南地區(qū)地質災害調查評價、監(jiān)測預警、工程治理、避讓搬遷及綜合研究力度得到加大,地質災害防災減災取得了顯著成效(劉傳正,2019;張永雙,2021)。

地質災害的發(fā)生、發(fā)展是一個復雜的系統(tǒng)過程,對地質災害的認識也同樣要經歷一個漫長且曲折的過程。 隨著科學發(fā)展和對地質災害的深入認識,人們逐漸意識到了地質災害發(fā)生的復雜性和不確定性,隨著成渝雙城經濟圈、川藏鐵路、雅魯藏布江下游水電站等國家重大戰(zhàn)略的規(guī)劃實施,如何從系統(tǒng)科學視角深化對西南地區(qū)地質災害規(guī)律認識,創(chuàng)新科學理論與技術,為國家重大戰(zhàn)略實施提供科學的地質安全風險評價與防控建議,是新時期地質災害調查研究的重點。 因此,系統(tǒng)了解西南地區(qū)地質災害研究歷程,以史為鑒,從中總結規(guī)律與經驗,為未來西南地區(qū)地質災害研究提供科學的決策建議,助力鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略與區(qū)域地質安全風險防控,是本文撰寫的初衷。

1 西南地區(qū)地質災害特征

西南地區(qū)地處印度洋板塊和歐亞板塊碰撞結合的核心部位,區(qū)域構造活動強烈,地表隆升和河流下切使得西南地區(qū)高山峽谷發(fā)育,特別是高山、極高山區(qū)發(fā)育的高位遠程地質災害及其鏈式災害效應在全球都獨具特色。 同時,青藏高原及其東緣、東南緣地區(qū)活動斷裂眾多,如喜馬拉雅推覆帶、高原南北向地塹系、龍門山斷裂帶、鮮水河-安寧河-小江斷裂帶等,是大震—巨震的孕震場所,區(qū)內歷史上發(fā)生過震級超過MS8.0 級及以上地震就多達8 次,強震導致同震地質災害和震后地質災害發(fā)育并持續(xù)數(shù)十年,也造就了西南地區(qū)地質災害孕災背景特殊性。 根據(jù)最新地質災害調查結果,截至2021 年12 月底,西南地區(qū)在庫地質災害隱患點共94666 處,約占全國地質災害點總數(shù)的30%(鐵永波等,2022)。 從地質災害數(shù)量上看,四川省地質災害點數(shù)量最多,其次是云南省。 從地質災害類型上看,滑坡55630 處、崩塌16712 處、泥石流17769 處、風險斜坡2490 處、地面塌陷814 處,其它1251 處(表1)。

表1 西南各省地質災害隱患點數(shù)量及其潛在威脅特征統(tǒng)計表Table 1 Statistical of number and threat characteristics of geological hazards in each provinces of Southwest China

為更好地認識西南地區(qū)地質災害發(fā)育分布規(guī)律,將中型及以上地質災害進行了統(tǒng)計分析。 從宏觀上看,西南地區(qū)地質災害的空間分布規(guī)律受區(qū)域地質構造、水系及人類活動等控制明顯,如川西地區(qū)地質災害主要受活動斷裂控制,沿龍門山、鮮水河、安寧河斷裂帶集中發(fā)育,西藏境內地質災害主要沿金沙江和雅魯藏布江水系集中發(fā)育,重慶境內地質災害主要集中發(fā)育在三峽庫區(qū),云南省地質災害主要集中分布在滇西三江流域(圖1)。 從主要災種類型上看,滑坡主要集中分布在川東、川南、渝東北及滇西地區(qū),這主要受區(qū)域性特殊易滑地層控制,如川東紅層地區(qū)因砂泥巖互層特殊結構而成為滑坡易發(fā)的一個重要原因,渝東北的巴東組地層、川南的西格達組地層等都因其特殊結構而成為滑坡易發(fā)的一個關鍵要素。 崩塌主要集中分布在川東、渝東北及黔西等地,前兩者主要受紅層巖體結構控制,后者主要受碳酸鹽巖溶作用影響。 泥石流主要集中分布在川西北及川南(岷江、大渡河、安寧河流域)、藏東南雅魯藏布江流域、滇西(怒江流域、瀾滄江流域),這幾個區(qū)域泥石流發(fā)育除了受強震、冰川侵蝕和巖體強變質作用提供充足物源外,還受太平洋和印度洋暖濕氣流影響提供充足的水動力條件。

圖1 西南地區(qū)中型及以上規(guī)模主要地質災害隱患點分布圖Fig.1 Major types of geological hazards of medium and above scale in Southwest China

總體上看,西南地區(qū)地質災害具有幾個顯著且獨特的特點:一是西南地區(qū)地質災害類型多樣,除常見的崩塌、滑坡、泥石流三類常見地質災害外,幾乎所有類型的地質災害在區(qū)內皆有發(fā)育。 二是高位遠程地質災害及其災害鏈效應突出,這些地質災害主要分布在高山、極高山區(qū)或深切河谷區(qū)的坡體上部,如在雅魯藏布江流域的冰巖崩或冰湖潰決引發(fā)的滑坡、泥石流堵江災害鏈,如2000 年我國西藏自治區(qū)波密縣境內的易貢滑坡堵塞雅魯藏布江后形成堰塞湖,壩體潰決后形成的洪水對下游印度及孟加拉國等造成災害,形成跨國界鏈式災害,影響范圍及程度都極大;2019 年西藏境內金沙江白格滑坡發(fā)生二次滑動后,堵塞金沙江并形成堰塞湖,堰塞壩潰決后,洪水在下游四川省及云南省境內造成災害,形成跨省界鏈式災害。 三是區(qū)域性、群發(fā)性地質災害極為典型,主要是因強震引發(fā)的地質災害數(shù)量多且持續(xù)活躍時間長,西南地區(qū)歷史強震活躍,導致震區(qū)巖體破碎,一次強震引起的地質災害活躍時間可長達數(shù)十年,如四川省汶川MS8.0 級強震使得該區(qū)域內泥石流至今依然很活躍,此外,還有2013 年四川蘆山縣MS7.0 級地震、2014 年云南省魯?shù)榭hMS6.5 級地震等,誘發(fā)了大量區(qū)域性群發(fā)地質災害,給地質災害防治帶來了極大的難度,這也是西南地區(qū)地質災害成災機理復雜、防治難度大的主要原因之一。 四是誘發(fā)西南地區(qū)地質災害的內外動力條件耦合過程復雜,除了來自區(qū)域構造隆升、強震等內動力作用外,西南地區(qū)復雜氣候環(huán)境形成的局部暴雨和持續(xù)性降雨、人類工程活動等外動力條件極為活躍,為不同成因地質災害的形成提供了重要基礎,如內外動力疊加作用后的高原冰湖潰決型泥石流、高山以及高山區(qū)冰巖崩、深切河谷區(qū)斜坡卸荷變形造成的滑坡及鏈式災害、庫區(qū)水位漲落引起的滑坡等,為區(qū)內地質災害成因機制的認識帶來了極大的挑戰(zhàn)。

2 西南地區(qū)地質災害主要研究歷程

二十世紀以來,隨著科學技術進步和社會經濟發(fā)展,特別是遙感技術的應用豐富了西南地區(qū)地質災害早期識別與調查研究手段,地質災害調查精度也從最初的1∶10 萬區(qū)劃向如今的1∶1 萬風險調查評價轉變,人們對西南地區(qū)地質災害的認識經歷了從不了解到系統(tǒng)把握的過程。 從時間進程上看,西南地區(qū)地質災害調查研究大致可分為初步探索、逐漸提升、系統(tǒng)認識三個主要階段。

2.1 地質災害初步探索階段(1950—1969 年)

新中國成立前,西南地區(qū)對地質災害的關注較少,僅通過一些地方志或相關史料對重大地質災害事件進行記載,如甘孜州志中就記載了1786 年瀘定縣摩崗嶺滑坡災害引發(fā)次生洪水災害的事件(甘孜藏族自治州地方志編纂委員會,2009)。 國內對地質災害的專門研究最早始于二十世紀50 年代,新中國成立后,我國進入了經濟全面建設階段,特別是1950 年始建的川藏公路、1958 年始建的成昆鐵路是西南地區(qū)標志性的重大工程,在工程前期選線和建設過程中,山區(qū)地質災害問題引起了鐵路和公路部門的關注,如1786 年(清乾隆五十一年)四川省康定市境內發(fā)生MS7.5 級地震,誘發(fā)大渡河右岸摩崗嶺滑坡堵斷大渡河10 天后形成堰塞湖,隨后潰決洪水席卷下游沿途城鎮(zhèn),并造成重大人員傷亡(表1)。針對西南地區(qū)的地質災害,相關學者開展了探索研究,1954 年,馬君壽(1954)在《水力發(fā)電》上發(fā)表了第一篇關于西南地區(qū)水電工程建設中的滑坡研究論文《壩址區(qū)滑坡問題的處理方法》,1959 年,呂儒仁等(1959)在《科學》雜志上發(fā)表了第一篇關于西南地區(qū)泥石流研究論文《四川大型泥石流》,這些文章的發(fā)表從科學的視角揭開了地質災害的神秘面紗。 為有效防范地質災害對工程建設帶來的危害,原鐵道部在成都組建鐵科院西南研究所并成立泥石流防治研究組(王恭先等,1991),針對泥石流防治技術進行專門攻關。 隨后,地質、冶金、水利等部門及部分高等院校都相繼開展了與地質災害有關的研究,關于西南地區(qū)地質災害的研究論文先后開始發(fā)表,標志著西南地區(qū)地質災害研究進入科學的軌道(馬君壽,1954;唐邦興,1980;王恭先等,1991)。

對西南地區(qū)滑坡的系統(tǒng)研究始于60 年代,通過對鐵路沿線一千余個中、大型規(guī)?；碌难芯?完成了對滑坡的成因、結構、時代等類型劃分,并逐漸拓展到區(qū)域性滑坡的分類評價,在此基礎上基于土工實驗等手段對西南最為常見也最有代表性的降雨、地震誘發(fā)型滑坡開展了重點研究,為貴昆鐵路、成昆鐵路沿線大型滑坡的成因機制分析與防治提供了重要基礎,探索了沉井抗滑擋墻、抗滑樁、垂直鉆孔群排水等滑坡治理技術方法,為后來滑坡的防治體系構建積累了寶貴經驗(王恭先等,1991)。1961 年,中國科學院在云南省東川市建立了西南地區(qū)第一個泥石流觀測站,開始對泥石流的形成機理及運動過程等開展系統(tǒng)研究,并獲得了許多泥石流發(fā)生時的一手觀測數(shù)據(jù),形成了東川蔣家溝泥石流動力學計算經驗公式等,為后來的云南蔣家溝泥石流防治工程設計提供了重要參考,也標志著對西南地區(qū)地質災害研究從特征向機理研究邁出了一大步(李椷等,1979)。

表2 二十世紀七十年代以前西南地區(qū)發(fā)生的部分典型重大地質災害統(tǒng)計表Table 2 Statistics of some typical geological hazards in Southwest China before 1970s

受當時經濟和科技發(fā)展水平的限制,對地質災害還缺乏足夠的調查研究經驗,故這一時期對地質災害的研究多針對某一種地質災害類型或單個地質災害的形態(tài)、性質等基本特征,多以定性評價或一些簡單的常規(guī)土工實驗手段為主,對地質災害的防治手段也僅開展了一些探索,但這些成果切實解決了工程建設中地質災害防治中的許多實際問題,形成的許多防治技術、經驗公式等仍沿用至今,在今天的地質災害動力學參數(shù)計算與防治工程設計中仍是難以超越的經典(唐邦興,1980;王恭先等,1991)。

2.2 地質災害逐漸提升階段(1970—1999)

新中國成立后,西南地區(qū)地質災害防治越發(fā)受到重視,1989 年1 月4 日至8 日,由原國家科委、地質礦產部共同發(fā)起和組織的“全國地質災害防治工作會議”召開,標志著地質災害防治進入了新階段。為配合國際減災十年行動,1990 年,原地礦部、國家計委、國家科委聯(lián)合向各省(區(qū)、市)和有關部門印發(fā)了地礦部組織編制的《全國地質災害防治工作規(guī)劃綱要(1990—2000 年)》,為全國地質災害調查研究提供了重要指導。 在此基礎上,1999 年國土資源部第4 號部長令頒布實施《地質災害防治管理辦法》,并開始實行建設用地地質災害危險性評估制度,隨后,西南五省市也出臺相應的地質災害防治管理辦法,地質災害的調查評估、監(jiān)測預警、工程治理等體系建設開始大力推進。

二十世紀70 年代至末期,西南地區(qū)鐵路、公路及水電站等建設過程中遭遇的地質災害危害問題凸顯,其中以成昆鐵路泥石流災害最為典型。 1981年7 月8 日,四川省甘洛縣利子依達溝發(fā)生泥石流,沖毀成昆鐵路大橋并造成300 余人遇難,146 人受傷,直接經濟損失2000 余萬元(圖2),這些重大地質災害的發(fā)生給鐵路和公路的安全運營敲響了警鐘(李椷等,1990;杜榕桓,1986)。 1982 年,原鐵道部聯(lián)合多家單位開展了鐵路沿線泥石流調查評價、形成機理、監(jiān)測預警及工程治理等專題研究,并對西南地區(qū)鐵路泥石流系統(tǒng)摸底建檔,這一時期極具特色的鐵路泥石流研究取得了系統(tǒng)性的成果,成效顯著,《鐵路泥石流溝判別、警報、防治、機理的研究》也因其在鐵路地質災害防災減災中的很好應用成效獲得1991 年“國家科技進步二等獎”(譚炳炎,2005)。

圖2 1981 年四川省甘洛縣利子依達溝泥石流沖毀成昆鐵路(引自中國山洪災害防治網(wǎng),1981)Fig.2 The debris flow of Lizi Yida gully in Ganluo County, Sichuan Province destroyed the Chengdu-Kunming railway in 1981

鐵路泥石流的研究帶動了地質災害學科研究理論與方法的進步,為半定量化地質災害危險性評價奠定了重要基礎(杜榕桓等,1981;譚炳炎等,1981,2005;陳俊虎等,1982;沈壽長等,1984;易順民等,1996;殷躍平,1997、1998)。 據(jù)統(tǒng)計,1984 年以前,川藏公路全線平均每年斷通164 天以上,其中1036 條泥石流溝、419 處滑坡及1525 處崩塌共威脅近3200 千米公路運行安全,成為川藏公路安全運行的最突出問題(謝榮堯,1987;沈壽長等,1996;唐邦興等,1996;游勇等,1997)。 此外,寶成鐵路、隴海鐵路等也在不同程度遭受地質災害破壞。 針對川藏公路和成昆鐵路沿線的地質災害問題(表3),相關部門針對性地成立了專門的地質災害調查研究機構并開展針對性的地質災害觀測和模擬實驗研究(姚一江,1985;陳循謙,1985;呂儒仁;1986;崔鵬,1991;唐川等,1991;謝洪,1992)。

表3 汶川地震誘發(fā)的部分典型災難性同震滑坡統(tǒng)計表Table 3 Some typical catastrophic coseismic landslides induced by Wenchuan earthquake

在這一時期形成了系列地質災害基礎理論方法和針對性的勘察、設計及防治技術標準,區(qū)域地質災害規(guī)律研究也得到加強,并基于觀測研究成果開展了地質災害監(jiān)測預警研究,培養(yǎng)了一批專業(yè)地質災害研究技術力量(杜榕桓等,1987;李鴻璉等,1989;章書成,1990;劉希林等,1993;崔鵬等,1991;殷躍平等,1994;蔣忠信等,1994;唐曉春,1995;杜榕桓等,1995;徐永良,1995;殷躍平等,1996;唐川等,1999)。 地質災害頻發(fā)的問題也引起了國土資源系統(tǒng)的重視,1999 年,原國土資源部第4 號部長令頒布實施的《地質災害防治管理辦法》首次以法規(guī)的形式明確了地質災害防治責任,提出了“以防為主,防治結合”的方針,同時開展地質災害高易發(fā)縣1∶10萬比例尺地質災害調查與區(qū)劃及汛期地質災害排查等工作,如1999 年開展試點縣地質災害調查區(qū)劃等,為地質災害群測群防體系的建立奠定了重要基礎,這也標志著西南地區(qū)地質災害防治工作進入了一個新的時期。 同時,對區(qū)域地質災害的發(fā)育分布規(guī)律研究也得到了政府部門重視,在前地礦部“六五”攻關項目中,專門成立“西南西北山地崩滑災害研究”項目開展專項調查研究,為西南地區(qū)地質災害研究奠定了重要基礎(王恭先等,1991)。

隨著認識的深入,科學家們意識到了地質災害影響因素的復雜性特點,并開始嘗試從與地質災害有關的影響因素入手對其進行系統(tǒng)分析,開展了基于多學科理論與方法的融合研究探索,尤其是把區(qū)域性規(guī)律視為一定自然條件組合下的產物,并與西南地區(qū)地質構造、地震、降雨、氣候及人類經濟活動等內外動力有機地聯(lián)系在一起,對西南地區(qū)地質災害的發(fā)生、發(fā)展、分類、分區(qū)等,提出了有益的見解(李德基,1996)。 同時,在從定性研究向定量研究方面有了較大的轉變,基于力學模型構建和數(shù)值模擬的定量研究有了較大進展,基礎研究和防治技術的研究也有了飛躍式發(fā)展,基于遙感技術的新方法也開始得到應用,開拓了地質災害預測及評價的方向。 系統(tǒng)性和宏觀性是這一時期地質災害研究的最主要特點,形成了對地質災害區(qū)域發(fā)育規(guī)律、成因機制、致災模式、預測預報及工程防治等研究的系統(tǒng)性成果,為深入認識西南地質災害發(fā)育規(guī)律及定量評價起到了重要作用。

2.3 地質災害系統(tǒng)認識階段(2000 至今)

本世紀以來推動西南地區(qū)地質災害系統(tǒng)認識進程的有三個重大標志性事件:一是以自然資源部門為主的多尺度地質災害調查評價,系統(tǒng)掌握了區(qū)域地質災害家底,極大地提升了對區(qū)域地質災害規(guī)律的認識水平;二是三峽庫區(qū)地質災害防治,是地質災害理論研究與防治技術相得益彰的重要助力,培養(yǎng)了一大批國內知名的地質災害專家;三是汶川震區(qū)地質災害防治,更新了人們對已有地質災害的認識水平,極大地推動了特大型地質災害機理研究與防治技術的進步。

進入21 世紀后,以自然資源部門為主導的西南地區(qū)地質災害系統(tǒng)性調查大范圍鋪開,對區(qū)域性和重點地區(qū)的地質災害規(guī)律、機理及防治研究得到極大加強(唐邦興,2000;崔鵬等,2003,2004;黃潤秋,2003,2005;程謙恭等,2004;陳曉清等,2006;陳紅旗,2007)。 隨著西南地區(qū)地質災害高易發(fā)縣市1∶10萬地質災害調查與區(qū)劃工作的推進(國土資源部地質環(huán)境司等,2003;喬建平等,2000;唐川等,2001),遙感與GIS 技術在地質災害調查評價中也得到廣泛應用(唐川等,2001;歐敏等,2005;劉洪江等,2005;張東明等,2011)。 到2002 年底,重慶市完成了三峽庫區(qū)15 個區(qū)縣地質災害綜合調查與監(jiān)測預警系統(tǒng)建設、四川省完成了古藺縣等22 個縣市地質災害調查與區(qū)劃、貴州省完成了大方縣等27 個縣市地質災害調查與區(qū)劃、云南省完成了寧蒗縣等22個縣市地質災害調查與區(qū)劃(國土資源部地質環(huán)境司等,2003)。 2003 年國務院公布的《地質災害防治條例》為地方主管職能部門推進相關工作奠定了重要的法律依據(jù),標志著地質災害綜合防治體系逐步走向規(guī)范化。 1∶10 萬地質災害調查與區(qū)劃基本摸清了威脅到人民生命財產安全的地質災害分布及特征,為區(qū)域地質災害規(guī)律認識及針對性的地質災害成因機制研究奠定了重要基礎(黃潤秋,2007;崔鵬,2007;陶云等,2009)。 同時,地質災害群測群防體系也得到了系統(tǒng)構建。 在這樣的背景下,由地方國土資源部門牽頭推進地質災害調查評價、危險性評估、群測群防體系構建、工程防治及避讓搬遷等工作進展順利,地質災害防治成效凸顯(殷躍平,2004;季偉峰等,2007)。 2005 年,基于縣市的 1 ∶5萬地質災害較詳細調查在全國開展三個試點縣工作,其中包括了四川省丹巴縣和云南省新平縣。 隨后,該項工作在西南地區(qū)地質災害高易發(fā)縣陸續(xù)鋪開,僅“十三五”期間就完成了西南地區(qū)405 個縣市地質災害較詳細調查工作。 隨著2020 年西藏自治區(qū)74 個縣市地質災害較詳細調查工作的完成,標志著西南地區(qū)地質災害家底清查工作告一個段落。

三峽庫區(qū)地質災害防治是西南地區(qū)地質災害系統(tǒng)防治拉開帷幕的重要標志,自三峽水電站工程開工建設以來,庫區(qū)地質災害問題愈發(fā)突出,2001年,國務院啟動三峽庫區(qū)地質災害防治,庫區(qū)地質災害工程治理、搬遷避讓、監(jiān)測預警等綜合防治措施全面推進,到2019 年底,通過第二期和第三期地質災害防治,累計工程治理崩塌滑坡465 處,基于3049 處監(jiān)測預警點的系統(tǒng)監(jiān)測預警網(wǎng)絡基本建成(汪華斌等,1998;張加桂,2001;殷躍平,2002)。 通過三峽庫區(qū)地質災害防治,創(chuàng)新了以鏈子崖危巖等為代表的系列地質災害防治技術方法和監(jiān)測預警體系,研發(fā)了多種裝備,培養(yǎng)了一大批專業(yè)人才,對西南地區(qū)地質災害綜合防治技術水平的提升具有重要意義(何太蓉等,2004;殷躍平等,2004;陳劍等,2005)。

2008 年5 月12 日發(fā)生在四川省的里氏8.0 級汶川大地震是推動西南地區(qū)地質災害系統(tǒng)研究的另一個重要轉折點,汶川地震誘發(fā)的大量同震滑坡、崩塌等次生地質災害不僅造成大量人員傷亡與財產損失,還導致震區(qū)在未來十余年間地質災害依舊頻發(fā),特別是汶川震區(qū)泥石流的高頻、大規(guī)模等特點顛覆了對傳統(tǒng)地質災害的認識,難以用傳統(tǒng)泥石流動力學經驗公式進行計算的(殷躍平,2008;黃潤秋等,2008;Tang 等,2012;Fan 等,2019、2021;花利忠等,2008;鐵永波,2009;謝洪等,2009;許強等,2010;陶舒等,2015;喬建平等,2016)。 在這樣的背景下,對震區(qū)地質災害的重新認識和防治被提到了前所未有的高度,針對震后地質災害研究的一些新理論和新思路在這一時期得到很好的創(chuàng)新和實踐,特別是在震區(qū)泥石流防治設計標準更新、設計理念創(chuàng)新等方面取得了新的突破,形成了一系列針對震區(qū)泥石流的新型防治技術,對震區(qū)地質災害形成機制、成災模式、物質輸移規(guī)律及長期災害效應認識等方面有了系統(tǒng)的認識,在全國乃至全球都產生了極大的影響力,極大地推動了西南地區(qū)地質災害理論研究與防治方法進步(Huang et al., 2013;黃潤秋等,2010、2011;殷躍平等,2014、2017;許強等,2010;許沖等,2008、2010;唐川,2010;崔鵬,2011;孫萍等,2011;喬建平等,2016)。

地質災害在多致災因素耦合下的致災過程往往超出人們的預料,特別是一些極具西南特色的高位遠程地質災害及其引發(fā)的鏈式效應充分體現(xiàn)了西南地區(qū)地質災害成因機理的復雜性。 如2018 年發(fā)生在金沙江西藏境內的白格滑坡形成鏈式地質災害,對下游四川省、云南省境內造成巨大影響,波及范圍達數(shù)百公里(圖3)。 21 世紀以來,對已發(fā)現(xiàn)的地質災害隱患已基本實現(xiàn)風險可控,學者們的目光開始轉向隱蔽性強、常規(guī)調查手段難實現(xiàn)、成災范圍廣的重大地質災害及其鏈式效應,近年來取得了較多的進展,特別是遙感技術在高位遠程地質災害的識別與調查方面得到了較好的應用,在地質災害鏈分類、成災模式及動力過程模擬等方面也有了深入的認識(崔鵬等,2021;殷躍平,2000;王成華等,2002;靳德武等,2004;康志成等,2004;陳曉清等,2004;陳寧生等,2006,2010;許強等,2008;劉春玲等,2010)。 相關研究對西南地區(qū)重大工程區(qū)與重點流域地質災害風險防范、重大地質災害早期識別及防治技術研究奠定了重要基礎,有力推動西南地區(qū)地質災害從“摸家底”向“控風險”轉變,向“類白格滑坡”的跨省界流域鏈式地質災害形成機理與風險防范研究轉變,極大地推動了學科理論的發(fā)展(許強等,2012,2020;游勇等,2012;張永雙等,2013,2019,2020,2021,2022;何雨晴等,2016;黃潤秋等,2017;殷躍平等,2020;李濱等,2020;崔鵬等,2021;尹云鶴等,2021;劉文等,2021;朱賽楠等,2021)。 這一時期對西南地區(qū)不同類型災害的區(qū)域分布規(guī)律、成因機制及主要成災模式的認識水平明顯提升,大量的地質災害原位實驗、室內物理模型實驗和數(shù)值模擬手段的針對性和科學性更強,地質災害研究從定性向定量轉變取得了長足進步,形成了從調查評價-監(jiān)測預警-風險評估-防控技術融合的地質災害防控技術體系。 特別是在航空技術飛速發(fā)展的背景下,基于多源數(shù)據(jù)的“空-天-地”一體化技術在地質災害領域得到廣泛應用,InSAR、光學遙感、機載LiDAR 等新技術極大提升了對西南高山峽谷地區(qū)地質災害的識別與調查精度,為西南地區(qū)地質災害調查從高精度向精細化調查邁進奠定了重要基礎(許強等,2010;趙聰?shù)?2021;王家柱等,2021)。

圖3 金沙江白格滑坡形成鏈式地質災害(徐偉攝)Fig. 3 The Baige landslide in Jinsha River forms a chain geological hazard (Photo taken by Xuwei)

3 西南地區(qū)地質災害研究展望

經過幾代地質人的努力,對西南地區(qū)地質災害的研究已取得了長足進步,在地質災害理論方法體系構建、應用實踐等方面均取得了明顯成效,對西南地區(qū)城鎮(zhèn)、重大工程及百姓的生命財產安全保護起到了極為重要的作用。 隨著全國新一輪西南地區(qū)地質災害風險普查工作的全面完成,西南地區(qū)已開展400 個縣市1∶5 萬地質災害風險普查(其中重慶市41 個、四川省122 個、貴州省88 個、云南省75個、西藏自治區(qū)74 個)將對區(qū)域地質災害隱患風險底數(shù)有更為系統(tǒng)地掌握,“從注重災后救助向注重災前預防轉變、從減少災害損失向減輕災害風險轉變”的防災減災理念將為西南地區(qū)的高效地質災害防災減災起到重要作用(自然資源部,2021)。 但是,西南地區(qū)地質災害形成及成災過程的復雜性也是擺在科學家們面前的客觀難題,特別是對揭示地質災害的控災條件、成因機制及成災模式,解決“地質災害隱患在哪里”、“災害何時發(fā)生”等防災減災中關注的關鍵問題,還有很長的路要走,需要從地球系統(tǒng)科學的視角提升內外動力耦合作用下西南地區(qū)地質災害的成因機理認識水平,破解對高位地質災害調查與識別技術、重大鏈式地質災害風險防控技術、地質災害監(jiān)測預警模型等方面存在的薄弱環(huán)節(jié)。

3.1 區(qū)域地質災害的內外動力耦合孕災機制研究

西南地區(qū)地震、降雨、冰川活動、凍融風化及人類工程活動等控災的內外動力極為復雜,這些控災因子在時間和空間上還存在多種耦合作用,故對區(qū)域地質災害規(guī)律的系統(tǒng)總結與成因機制認識仍存在一定難度,尚未形成系統(tǒng)的區(qū)域性總結成果。 一方面要加強西南地區(qū)地質災害規(guī)律總結研究并深入分析內外動力耦合作用下的控災機制,形成不同類型地質災害成災模式,為成因機制認識提供基礎。 另一方面要加強構建西南地區(qū)地質災害孕災背景數(shù)據(jù)庫并形成系列圖集,在“地質大數(shù)據(jù)”基礎上開展地質災害分布規(guī)律與相關孕災背景數(shù)據(jù)的智能挖掘與分析,實現(xiàn)西南地區(qū)地質災害趨勢快速研判。

3.2 地質災害風險動態(tài)區(qū)劃研究

隨著西南地區(qū)國家多項重大戰(zhàn)略的密集部署和實施,如何在地質災害高易發(fā)的西南地區(qū)通過科學的地質災害風險評價為規(guī)劃選址提供依據(jù)意義重大。 目前已初步實現(xiàn)1∶5 萬縣域尺度地質災害風險普查,也探索了1∶1 萬更高精度的重點區(qū)地質災害風險評價,并初步形成了相應的方法體系,風險評價已向風險管控邁進。 對更大的區(qū)域尺度而言,如何根據(jù)不同的孕災背景條件而選取不同的合理指標和模型開展地質災害風險評價與區(qū)劃,需要在地質背景分析的基礎上探索新的思路。 下一步要加強西南地區(qū)多地貌單元、多孕災背景及多尺度地質災害風險區(qū)劃模型構建,形成考慮不同孕災背景、不同地貌單元的不同精度地質災害風險評價與區(qū)劃方法,實現(xiàn)基于地質災害點數(shù)量變化的風險區(qū)劃結果動態(tài)更新,為區(qū)域重大戰(zhàn)略規(guī)劃過程中的相對“安全島”確定提供科學依據(jù)。

3.3 高山、極高山區(qū)高位地質災害早期識別技術

隨著近年來遙感技術的飛速發(fā)展,基于光學影像識別、InSAR 監(jiān)測、無人機航拍等多源遙感技術已在地質災害識別與調查中得到廣泛應用,很大程度上提高了對西南復雜山區(qū)地質災害的早期識別能力。 但由于西南山區(qū)地形地貌極為復雜,許多高位遠程地質災害多發(fā)育在高山、極高山地區(qū)及高陡河谷坡肩部位,在冰川、冰雪及高寒凍融作用下形成高位遠程地質災害,不但災害規(guī)模大、危害范圍廣,而且隱蔽性極強,難以通過常規(guī)的調查技術對其進行識別與調查,急需在多源遙感技術上實現(xiàn)新的突破。 西南地區(qū)未來地質災害識別的重點對象應聚焦高山和極高山地區(qū)的冰巖崩、冰湖、高位滑坡及泥石流物源識別與調查技術創(chuàng)新,除了識別這類災害的變形特征、確定其分布位置、評價其潛在規(guī)模外,還要預測其活動趨勢,評估其潛在的鏈式效應及影響范圍,還要在高山和極高山地區(qū)地質災害遙感調查技術和方法上進行思路、技術創(chuàng)新和裝備研發(fā),并形成一系列技術規(guī)范,為這類地質災害風險防控決策提供科學參考。

3.4 西南特大地質災害鏈風險防控研究

經過自然資源主管部門的多輪調查評價、監(jiān)測預警、避讓搬遷及工程治理等綜合防治手段,那些有直接威脅對象的地質災害風險已基本可控,目前造成重大災害的往往是鏈式地質災害,但由于地質災害鏈隱蔽性極強、成因機制復雜,目前尚未形成成熟的調查研究方法,故對這類高位遠程地質災害的機理研究仍是一個難點,在很大程度上限制了對這類災害的有效防范。 特別是類似雅魯藏布江這類跨國界流域、金沙江這類跨省界流域的地質災害鏈風險防范急需開展深入研究。 從技術層面看,需要加強對特大型高位遠程地質災害的形成機理研究,揭示地質災害在不同階段的運動機制規(guī)律,提出鏈式災害成災模式,構建鏈式地質災害監(jiān)測預警技術體系,并形成完善的理論方法。 從管理層面看,跨界流域鏈式地質災害風險防范需要相關影響的地區(qū)之間建立聯(lián)動防控機制,在地質災害風險形成前做好相應的防范預案,在災害風險形成后能實現(xiàn)空間和時間上的災情信息及時發(fā)布與共享。 不管是技術層面還是管理層面的視角,如何實現(xiàn)對地質災害的多學科交叉研究與風險的多地區(qū)聯(lián)動配合將是下一步攻關的重點方向。

3.5 地質災害監(jiān)測預警技術方法創(chuàng)新與預警模型智能優(yōu)化研究

“十三五”期間西南地區(qū)累計建成普適性地質災害監(jiān)測預警點5 萬余處,“十四五”期間對區(qū)域性地質災害的實時監(jiān)測“天網(wǎng)”會基本建成,對地質災害監(jiān)測預警的準確率提升將會起到重要作用。 但由于西南地區(qū)地質災害孕災背景極為復雜,不同地區(qū)的地質和降雨條件差異性極大,加之不同類型災害的成災機理差異,對不同類型地質災害監(jiān)測預警技術與設備研發(fā)仍存在一些卡脖子問題。 隨著地質災害海量監(jiān)測數(shù)據(jù)的獲取,如何針對不同地質災害差異特征建立針對性的預警模型,充分融入人工智能分析技術,實現(xiàn)對地質災害變形特征的快速分析與預警模型智能優(yōu)化是下一步要重點攻關方向。同時,要繼續(xù)加強對崩塌的監(jiān)測技術研究與設備研發(fā),解決目前崩塌發(fā)生時臨災預警時間短而缺乏有效設備的難題。 進一步創(chuàng)新泥石流智能監(jiān)測預警技術,從傳統(tǒng)數(shù)理統(tǒng)計分析向智能圖像識別方向轉變,提高泥石流監(jiān)測預警的精準度。

4 結語

(1)西南地區(qū)地質災害數(shù)量約占全國總數(shù)量的1/3,地質災害類型多樣,主要以滑坡、崩塌、泥石流三類地質災害為主,是我國地質災害高易發(fā)區(qū),也是我國區(qū)域性地質災害和重大地質災害頻發(fā)區(qū),地質災害孕災背景復雜、成災機制多樣,為區(qū)域地質災害防治帶來極大困難。 二十世紀以來,相關研究形成的西南地區(qū)地質災害防治技術標準及經驗公式等在全國其它地方得到廣泛推廣和應用,引領了地質災害學科發(fā)展與技術進步,在我國地質災害防災減災史上具有舉足輕重的作用。

(2)圍繞工程建設的地質災害防災減災是推動西南地區(qū)地質災害理論和方法進步的重要動力,從早期的“川藏公路”、“成昆鐵路”、“三峽水電工程”,再到如今的“川藏鐵路”、“雅下水電工程”等一系列國家重大工程的規(guī)劃實施,地質災害研究都聚焦重大工程防災減災而開展,地質災害研究也經歷了從解決實際問題到理論與應用并重,從早期對地質災害的初步認識到如今的系統(tǒng)掌握,并形成了在不同時期對不同工程建設防災減災的系列思路與技術,也為如今地質災害綜合防治體系的更成熟和完善奠定了重要基礎。

(3)西南地區(qū)地質災害防災減災已開始從地質災害救助向地質災害風險防控轉變,在地質災害防治技術方面也形成了基于光學遙感解譯、InSAR 監(jiān)測、機載LiDAR 測繪、地面調查、地下探測等手段的“空-天-地”一體化綜合調查體系,推動西南地區(qū)地質災害防災減災進入新階段。 據(jù)不完全統(tǒng)計,“十三五”期間累計建成5 萬余處地質災害監(jiān)測預警點,群測群防員數(shù)量多達10 萬余人,龐大的地質災害防治體系建設取得了顯著成效。 但隨著鄉(xiāng)村振興等國家重大戰(zhàn)略的實施,山區(qū)城鎮(zhèn)與工程建設對地質環(huán)境的擾動不可避免,西南地區(qū)仍是未來全國地質災害防治的重點地區(qū),加大區(qū)域性地質災害系統(tǒng)防治和重點工程區(qū)地質災害綜合治理是今后防災減災的重點。

致謝:論文撰寫過程中得到了重慶市地質環(huán)境監(jiān)測總站、四川省國土空間生態(tài)修復與地質災害防治研究院、貴州省地質環(huán)境監(jiān)測院、云南省地質環(huán)境監(jiān)測院及西藏自治區(qū)地質環(huán)境監(jiān)測總站的大力支撐,博士研究生盧佳燕、魯拓、寧志杰,碩士研究生李光輝、向炳霖、楊昶、李果等參與了論文中的文獻收集與整理及圖、表編制與統(tǒng)計工作,在此一并感謝。