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    泰晤士河是英国伦敦的母亲河,但在19世纪中期以后,河流污染严重,生态环境不断退化。从19世纪中期至今,英国政府与社会对其开展了长期治理。在治理过程中,以英国环境研究理事会及英国地质调查局为代表的地球科学研究机构做出了卓越贡献,提供了大量基础数据和地球科学认识。泰晤士河的治理,形成了在法律、机构、资金、产业、科研、技术等多方面的经验,可为我国江河污染治理和生态修复提供借鉴。

    工业革命以来的严重污染

    泰晤士河全长约346千米,为英格兰最长河流,全英国第二长河,也是全世界水面交通最繁忙的都市河流和伦敦地标之一。泰晤士河流域面积13100平方千米,占英国国土面积的5.4%;形成了许多城市,除去伦敦之外,还有牛津、雷丁和温莎等,是全国经济发达地区,人口占全国的1/5。泰晤士河是伦敦的主要水源,占总供水的2/3。直到18世纪,泰晤士河水产丰富、野禽成群、风景如画,是著名的鲑鱼产地。

    泰晤士河整个流域的大规模污染主要由工业化引起的人类活动增加所致,且随着社会发展,污染的类型和分布不断变化。

    英国地质调查局的泰晤士河流域三维综合建模

    1780年代,抽水马桶开始流行可看作是污染的开始。因为泰晤士河是伦敦居民的主要水源,污染使伦敦市霍乱相继爆发,导致1832年死亡5275人,1849年死亡18036人,1854年死亡11661人。

    1878年9月3日,“爱丽丝公主号”沉船事件发生。船上800名乘员中有 650人溺毙,这一事件让英国社会高度关注排污口以下河段的污染问题。

    战后即上世纪50年代,合成洗涤剂的广泛使用导致附着在水体表面的污染物难以被降解,河水溶解氧(DO)几乎为零,形成严重污染,几乎没有鱼类能生存。甚至发生了停靠在泰晤士河码头船体的镀层被污水腐蚀而变黑事件,造成了恶劣的国际影响。

    泰晤士河污染所导致的严重后果,迫使英国政府经历了一百多年的治污历程。

    实施全流域治理修复

    泰晤士河流域的治理修复过程可分为三个阶段:转移污染、流域修复和监测巩固。

    1. 转移污染——隔离排污,终端处理

    1848年英国议会通过了《都市排污法》,测量、设计并改进了伦敦下水排污系统。建立起“隔离式”排污系统方案。方案从1834年就已提出,但政府部门间的博弈和讨论不断,一直无法实施。

    直到1858年夏,泰晤士河“恶臭”大规模爆发,迫使在河边工作的英国议会和政府迅速行动,通过一项法案以“改进下水排污系统,尽最大限度防止污水直排泰晤士河”。从1858年到1885年,伦敦泰晤士河相继建成隔离排污系统,加上排污口污水处理,基本奠定了英国泰晤士河水污染治理的“隔离排污、终端处理”的百年规划理念,影响直至今天。

    2. 流域修复——统一管理,系统治理

    1955年至1975年,泰晤士河开始了第二阶段的治理,主要是将治理的范围扩展到了全流域,并采取了系统方法进行修复。这一时期,英国水资源经历了从地方分散管理到流域统一管理的历史演变。

    从1960年代起,英国对河段实施统一管理,把泰晤士河划分成10个区域,合并了200多个管水单位,建成一个新的水务管理局——泰晤士河水务管理局,实现了全流域统一管理的可能。

    这次治理秉承全流域治理的理念。大伦敦地区的180个污水处理厂缩减合并为十几个较大的污水处理厂,各类下水和污水处理设施合理布局,升级改造污水处理设施技术,并采取了对河流充氧的措施来提高河流的溶解氧。 目前,泰晤士河全流域建设污水处理能力几乎与给水量相等。沿岸的生活污水须经处理后才能排放,污水处理费计入居民的自来水费。

    到上世纪80年代,河流水质已恢复到17世纪的原貌,达到饮用水水源地的水质标准。鱼类绝迹百年后,多种鱼重返泰晤士河。

    3. 监测巩固——全域监测,科技助力

    1975年后,泰晤士河的治理进入了巩固阶段,水资源全流域管理的方法不仅解决了污染治理资金不足的难题,而且促进了城市经济的发展。在此阶段,英国政府一方面不断投资对污水处理设施进行技术改造,如对污水的处理已采用超声波监测控制、污泥密度和包膜电极监测溶解氧等新技术,此外遥测技术也得到使用。另一方面严格控制工业污水的排放,对沿河两岸的工矿企业严加监督,规定除了经过净化处理的水以外,将任何东西排进泰晤士河都是非法的。此外政府利用科研机构开展了全流域多要素的水质监测,并实施了生态净化。

    经济转型和产业升级也是治污的有力措施。近年来,随着英国产业的升级改造和大伦敦区的经济模式转换,重污染工业企业相继关闭,代之以各类文化和服务机构,大大缓解了泰晤士河的污染压力。今天泰晤士河已经重现昔日的碧水蓝天。

    针对一直以来下水道雨污不分流导致的问题,英国政府宣布将耗资20亿英镑,于2020年前在伦敦地下80米处修建一条长达32千米的排污水道,进一步改善污染物在河道外的输送条件。

    环境科研机构的重要作用

    英国环境研究理事会(NERC)下属的各科研机构,如英国地质调查局(BGS)和生态水文中心(CEH)与全国环境保护机构合作,在泰晤士河流域开展了大量的调查研究工作,有力地支撑了系统治理和生态恢复。

    1. 调查监测——提供治理所需的地球科学基础数据

    BGS在泰晤士河口开展钻探,测量汞异常,以确定污染程度和深度,并对防洪和排污进行河道调查,内容包括人居环境调查、河道周围地形图测制、水文调查、水位和河道容量调查等。

    BGS通过河流栖息地调查,形成了流域基底数据,包括地质、地形、水质、水流量等;通过水生微生物分析,揭示季节、年份变化。同时,为了保障城市建设需要,BGS还开展了多个图幅的 1∶2.5万砂石资源调查。

    NERC和环保机构合作开展了水源地监测,在饮用水水源区、重要物种区、娱乐水域、营养敏感区、保护区内布置了上千个监测点,从源头和末端进行水质监测。

    2. 研究评价——深入研究地上地下水相互作用和污染物的运移机理

    BGS研究了地下水-地表水相互作用,通过地下水体、基本流量、硝酸盐、过渡区域、观测站数据、洪泛区、水质、气候变化等因素的分析,揭示泰晤士河流域的地下水体化学状况、灰岩含水层水质量等。

    CEH在上游对影响水资源的土地利用、气候因素、人为磷输入源进行研究,并通过历史水位和全球变化引起的海平面上升模拟,积极评估防洪设施的防洪水平,为达千年一遇水平,确定需加固的区段。

    3. 模拟预测——以三维地质建模和时序分析支持水管理的科学决策

    BGS建立了伦敦地区和泰晤士河流域三维地质模型,包含基本构造、地层、城市地下空间、地质灾害、土地利用、含水层特性数据、水位数据、钻孔地球物理数据、海岸和海洋等数据,从而构建跨学科、多要素、面向决策的整合科学研究基础。

    BGS使用过去120年的降雨、径流、蒸散等数据进行水流模拟,形成基于时间序列分析的预测成果。

    CEH通过藻类和磷集成模拟的流域研究,对一系列缓解和适应战略的成本效益进行了评估,认为最有效的策略是将化肥用量减少20%,同时对废水进行高标准处理。其结果可使水质接近欧盟水框架指令的指标。

    CEH通过区域气候模式获得的降雨量和潜在蒸发量,模拟了泰晤士河流域未来流量的变化。

    4. 支持修复——机构主动作为,助力保护修复

    NERC的各科研机构主动参与并实施伦敦各河流行动计划(2009),恢复和改善伦敦的各条河流,改善洪水管理;改善野生动物栖息地,支持可持续发展;帮助城市适应不断变化的气候,为伦敦人提供更好的生活。

    我国可以从中借鉴什么

    1. 建立权威的流域管理机构对流域实施统一管理

    1960年成立的泰晤士河水务局,被赋予流域管理机构的权力后,治理产生了立竿见影的效果。这种大胆的体制改革被欧洲称为“水工业管理体制上的一次重大革命”。从泰晤士河流域的治理经验来看,一个强有力的具有综合决策和协调手段的流域管理机构是整治流域水污染的基本条件。

    我国当前应改变流域用水、管水、治水等工作的分散局面,解决无权过问行政及经济方面受到制约的局面,可成立治理专门委员会,对流域进行统一规划与管理,提出水污染控制政策法令和标准,并建立相关治理项目。

    2. 加快完善水污染治理相关法律法规

    从泰晤士河的治理历程来看,逐步完善水污染防治相关法律法规发挥了举足轻重的作用。内容涉及水资源保护、污染源管理和控制、水环境管理、水质监控等方面。其中,《污染控制法》明确了对各种违规行为的处罚规定,对污染城市河流及其他水环境的行为,起到令行禁止的作用。

    我国可在目前水资源保护标准上,充分考虑水环境保护、水资源管理和水污染防治三者的历史依存关系,坚持水资源开发利用和水环境管理监督职能应完全分开的原则,适时出台一些法律。

    3. 重视科技创新,以地球系统科学引领规划治理

    在泰晤士河治理过程中,科学技术的支持作用非常突出,特别是泰晤士河的第二次治理是在有关科学研究的前提下实施的。科学研究帮助水务局制定了科学合理、符合生态原理的治理目标,根据水环境容量分配排放指标,并及时跟踪监测水质变化。在此过程中,英国环境研究理事会和英国地质调查局发挥了专业优势,提供了十分有价值的地球科学数据和知识。

    我国在水污染治理中既要持之以恒,同时也需要科学的研究与规划。尤其是要发挥中国地质调查局的地球系统科学优势,持续不断地提供调查、监测数据,深入研究地表水和地下水的关系,适时提供关于流域的研究评价成果,为治理和修复提供地球系统科学解决方案。

    4. 建立资金保障机制,开辟多种融资模式

    为了解决资金缺口问题,泰晤士河采取了多种融资方式,这些融资方式成功的一个主要特点是市场化运作。如泰晤士河水管理局通过向排污者收取排污费,并发展沿河旅游娱乐业,仅1987年~1988年,其总收入就达6亿英镑,这不仅满足了水环境治理的需要,还向政府上交盈利2亿英镑。我国可充分调动政府、企业与社会的积极性,为私营部门进入污染治理领域创造制度与政策环境,从而造就多元化融资模式。

    5. 加快促进沿岸产业结构的转型升级

    泰晤士河在治理过程中并没有强迫关闭沿岸企业与工厂,而是提高了排污相关指标。全面实行“污染者付费”原则,并制定了相关法律,加快促进沿岸产业结构的转变。因此,我国可探索构建政府部门与流域企业的和谐关系,引导、鼓励其实现转型升级、绿色发展,从源头上减少污染,并在治理中加强政府管理。

    6. 掌握先进的污染处理技术和生态防治措施

    泰晤士河在治理过程中结合了工程治理措施与生态防治措施,采用了先进的污水处理技术,以及如芦苇床处理系统为代表的湿地污水处理工艺,以实现人工净化加自然净化的效果。我国也应该应用这些污水处理技术,引进或探索适合于我国气候条件的生态净化措施,寻找可检测污染物水平的化学、生物指标。

    (作者单位:中国地质调查局发展研究中心)

     

    地球科学机构在泰晤士河流域治理中的支撑作用

    莱茵河是欧洲的重要航道及沿岸国家的供水水源,对欧洲社会、政治、经济发展起着重要作用。19世纪下半叶以来,莱茵河流域工农业快速发展造成了严重的环境与生态问题,莱茵河一度被称为“欧洲下水道”和“欧洲公共厕所”。莱茵河流域各国直面问题,汲取教训,制定治理目标并开展有效行动,历经多年努力,整个流域实现人与自然和谐相处。莱茵河流域管理被誉为国际流域管理的典范。梳理和总结莱茵河流域管理的发展历程、经验与做法,有助于为我国流域治理与国土空间管制提供借鉴。

    工业化城市化阶段莱茵河流域出现的主要问题 

    1850年以后,莱茵河沿岸人口增长和工业化加速。二次世界大战后,随着工业复苏和城市重建,莱茵河流域工业化再度加速,莱茵河周边建起密集的工业区,以化学工业和冶金工业为主。伴随着一个多世纪的工业化进程,莱茵河流域先后出现了严重的环境污染和生态退化问题,主要表现在以下方面。

      

      图1 莱茵河流域综合治理历程(引自王思凯,张婷婷等.莱茵河流域综合管理和生态修复模式及其启示.长江流域资源与环境, 2018,27(1):215-224) 

    一是废弃物任意排放,水土污染严重。

    自1850年起,随着莱茵河沿岸人口增长和工业化加速,越来越多有机和无机物排入河道,氯负荷迅速增加。二次世界大战后,随着工业复苏和城市重建,莱茵河水质更加恶化。1973~1975年监测数据表明,每年大约47吨汞、400吨砷、130吨镉、1600吨铅、1500吨铜、1200吨锌、2600吨铬、1200万吨氯化物随河水流入下游荷兰境内。

    二是生态环境快速退化,生物多样性受损严重。

    河道污染和不适当的人类活动造成了生态环境退化。18世纪与19世纪之交,由于水力发电、航运发展和河道渠化,同时机械工具过度捕捞,鱼类大量减少。至1940年鲑鱼几乎从全莱茵河流域绝迹。水生动物区系种类数量大幅度减少,种类谱系以耐污种类为主。

    三是流域洪水问题突出,经济损失不断增大。

    莱茵河流域洪水问题十分突出。1882~1883年、1988年、1993年和1995年发生了流域性大洪水。由于流域内土地开发利用、水利和航运基础设施建设的发展,天然洪泛区域不断减少,洪水最高水位、时段洪峰流量一涨再涨,沿河堤防和其他防洪工程并不能提供百分之百的安全保证,沿洪泛区受堤防保护的居民区和工业区的危险性加大,潜在的洪灾损失普遍增大。

    四是土地开发无序,次生灾害突出。

    20世纪,由于西欧人口剧增,为增加粮食产量,莱茵河两岸的土地被大规模开垦。人们在大量的灌木林地中开挖沟渠,降低水位以适合农作物生长。流域的各种自然风貌也因此被改变,排水使得大片土地沉陷并低于海平面,加上海水位上涨,致使防洪形势十分严峻。

    为了改善通航条件,采用工程措施裁弯取直和束窄河道。由于被束缚在很窄的范围内,且取直以便通航,河道水流的流速加快,河床冲蚀严重并伴随下切,水位下降,引发周边地区水位下降,森林、农田缺水,使四周湿地的生态系统大受影响。旱年,在德国境内的莱茵河段是多支叉的呈“辫子状”的游荡性河流,大量支流构成非常复杂的河系。由于洪泛区不断改变,在此区域居住十分危险。

    莱茵河流域综合治理历程与主要措施 

    从20世纪50年代开始,相关国家启动了莱茵河流域治理,经历了污水治理初始阶段、水质恢复阶段、生态修复阶段、提高补充阶段(图1)。

    (1)污水治理初始阶段

    1950年,瑞士、法国、卢森堡、德国和荷兰五国联合成立了保护莱茵河国际委员会(ICPR),并于1963年签订《莱茵河保护公约》,首要目的是解决莱茵河日益严重的环境污染和水污染问题。流域内各国通过委员会进行合作,但并没有明确各自在控制污染扩大方面的义务,因此在污水治理初始阶段没有取得比较明显的成效。

    (2)水质恢复阶段

    1986年,瑞士发生的重大莱茵河污染事件终于唤醒民众、企业和政府,流域内各国开始着手开展莱茵河的综合治理。各国开始采取了一系列积极措施防止水质恶化。

    (3)生态修复阶段

    在水质逐渐恢复的基础上,ICPR又提出了改善莱茵河生态系统的目标,既要保证莱茵河能够作为安全的引用水源,又要提高流域生态质量。从生态系统的角度看待莱茵河流域的可持续发展,将河流、沿岸以及所有与河流有关的区域综合考虑。

    (4)提高补充阶段

    2001年,“莱茵河2020计划”发布,明确了实施莱茵河生态总体规划。随后还制订了生境斑块连通计划、莱茵河洄游鱼类总体规划、土壤沉积物管理计划、微型污染物战略等一系列的行动计划。2000年后,这些行动计划已经从当初迫在眉睫的挑战转向更高质量环境的创建和生态系统服务功能的开发上来。

    莱茵河流域综合治理措施与做法主要包括:

    (1)建立流域多国间高效合作机制

    莱茵河流经多个国家,多国之间合作是流域治理成功的重要保障。莱茵河流域合作治理的核心机制是1950年成立的ICPR,经过60多年发展,已成为全球流域治理领域的一个多国间高效合作的典范。ICPR具有多层次、多元化的合作机制,既有政府间的协调与合作,又有政府与非政府的合作,以及专家学者与专业团队的合作。它不仅设有政府组织和非政府组织参加的监督各国计划实施的观察员小组,而且设有许多技术和专业协调工作组,可将治理、环保、防洪和发展融为一体。

    (2)树立一体化系统生态修复理念

    在欧洲工业化进程中,莱茵河沿岸各国都对其进行了大规模的开发,采取了大量的工程措施,如筑坝、河道疏浚,以及裁弯取直、截断小支流等。这些改造使得原先自然的、动态的、难预计的河流转变为静态的、可以设计的人工河道,以方便管理和获取各种利益。河流空间因此遭到蚕食,引发许多不良结果。而对这些不良结果的治理依然是通过引入和采取新的工程性措施,如此便形成了恶性循环。长此以往,莱茵河已变得面目全非。意识到过多的人为作用对河流自然发展规律的破坏,莱茵河流域治理开始探索河流的动态和一体化治理,即注重工程和非工程措施的结合,以及源头控制、分散治理。观念上的转变引导治理措施和治理目标的改变,更加注重维护、恢复河流的自然特性,且更注重其生态恢复,从而为各种生物提供了生存环境。

    (3)推进流域基础地质、环境地质与生境调查

    根据流域治理需要,莱茵河沿岸各国开展了基础地质调查、水文地质调查与填图工作。法国、德国等国家1∶10万、1∶5万地质填图已基本完成。在基础地质填图基础上,各国开展了水文地质、自然灾害等环境地质调查与填图工作。德国联邦地球科学与自然资源研究所牵头,自1960年开始经过50余年的努力,编制完成了1∶150万欧洲水文地质图系。1982年,欧共体环境总司组织编制了1∶50万欧洲地下水资源图系,由38幅、148张图件组成,覆盖了比利时、德国、丹麦、法国、爱尔兰、意大利、卢森堡、荷兰和英国等9个国家。2013年,在对1∶150万欧洲水文地质图进行矢量化的基础上,Cornu等人编制了欧洲地下水生境分布图,反映与生物相关的地下水流、含水层孔隙大小和渗透性的空间变化。

    (4)分阶段编制并联合实施流域治理规划

    20世纪80年代以来,ICPR在国际合作框架下,签署了一系列有关莱茵河流域治理的协议。签约国家协调一致,共同采取行动,对莱茵河环境改善和流域管理起到了巨大作用。1976年,各成员国签署了控制化学污染公约、控制氯化物污染公约,要求各成员国建立监测系统和水质预警系统,控制化学物质的排放标准。1987年通过的“莱茵河行动计划”,从河流整体生态系统出发来考虑莱茵河治理,并将鲑鱼的重新回归作为治理效果的重要标志,以此提出“鲑鱼2000行动计划”。1998年,“莱茵河洪水管理行动计划”获得通过。2001年,莱茵河部长会议通过了“莱茵河2020计划”,包含4个方面的治理目标:生态系统改善、防洪、水质及地下水保护。

    (5)建立量化指标体系和各种生态修复模式

    莱茵河规划和治理在欧盟框架下统一实施,在目标上达成统一,并制定了许多量化考核指标。在“莱茵河行动计划”中,主要目标包括污染控制和改善生态环境等部分,就是以珍贵鱼类重返莱茵河(“鲑鱼2000”)为实现生态目标的重要标志,即到2000年让鲑鱼回到莱茵河。对于上述目标,每个国家都采取了相应的措施。其它还有许多需要各国共同参与、公众能够直观感受到的恢复性指标,如使莱茵河兰德平原到2020年受到洪水危害的程度与1995年相比减少25%等。

    (6)建立完善的监测预警体系

    为了确保水体保护与治理的有效性,保护莱茵河委员会在莱茵河及其支流建立了水质监测站,从瑞士至荷兰共设有57个监测站点,通过最先进的方法和技术手段对莱茵河进行监控,形成监测网络。每个监测站还设有水质预警系统,通过连续生物监测和水质实时在线监测,能及时对短期和突发性的环境污染事故进行预警。ICPR和莱茵河水文组织(CHR)于1990年共同开发了“莱茵河预警模型”,对莱茵河水质进行实时监测,防止突发性污染事故。

    (7)建立流域信息互通平台

    ICPR致力于推动行动计划的有力实施,同时注重各国间的密切合作与协调。其所建立的“国际警报方案”是莱茵河沿岸各国的信息互通平台,当发现污染物时,在瑞士、法国、德国和荷兰设置的7个警报中心能够及时沟通,迅速确认污染物来源,并发布警报。

    对我国的启示 

    一是以流域为单元开展自然资源与生态环境调查评价。

    流域自然资源与生态环境调查评价是推进流域治理的基础。根据污染治理、灾害防治和水、土地等自然资源管理的需要,开展污染物、地表水、地下水、土地、生态系统等调查评价,摸清自然资源分布与生态环境变化状况;以土壤、包气带、含水层为重点开展基础地质、水文地质、生态地质综合调查,建立近地表圈层三维地质框架。

    二是建立全流域统一的监测体系。

    莱茵河综合治理面临的第一个挑战是建立一个从瑞士到荷兰的统一监测体系,需要对不同国家的监测站、检测物质和分析方法进行对比并统一意见。针对我国流域的实际情况,应分别在干流、支流、湖泊、河口、近海等不同水域设置监测站点,包括水质状况、水文动态以及生物情况,全流域采用统一科学的综合监测方法,及时信息共享,掌握上下游动态,并实时在网上公布。

    三是研究制订流域综合规划与治理行动方案。

    莱茵河流域生态环境治理是一部历经百年的人类与河流关系史,教训极为深刻。我国流域开发建设应做好顶层设计,重视流域生态安全,统筹处理好产业布局、人口集聚与生态环境保护的关系,优先支持沿江城市环保基础设施适度超前发展。在控制污染物总量排放的前提下,探索激发微观主体保护流域生态环境的积极性。研究流域发源地在全球气候变暖过程中的生态环境变化,并及时采取应对措施。

    四是加强河流生态保护与修复。

    目前,我国各大流域上下游、干支流、左右岸和水陆之间,开发建设缺乏统筹,生态空间不断被挤占,导致河流连通性降低、生态系统割裂,河流的生态系统服务价值在不断降低。在过去的20多年中,莱茵河治理已经从治理污染、关注防洪效果、提高航道保证程度,到逐步重视生态环境保护和生态系统的修复。在近期的所有规划和行动计划中,保护湿地、在三角洲地区开辟自然保护区、拆除支流上的大坝或设置鱼道等具体的措施和内容,更多地从人与自然和谐的角度采用综合性的措施恢复河流生态系统。

    五是建立高效的跨行政区全流域协调机制。

    为了打破部门和地域之间的分割状况,在整个流域尺度上建立行政区间协调机制,着力在航运、水电开发、水利工程建设以及水资源分配等方面开展区际协作,解决水、土、生物等资源类型的开发利用与生态环境管理中存在的冲突,强化流域开发管理的区域协调,减少省际之间流域纠纷事件发生,实现流域开发共建共享。探索建立流域开发管理省(市)协作组织,不定期召开流域事务协调对接会议,建立长江流域共同开发管理的合作框架,积极落实各方达成的合作共识。

    六是鼓励企业和公众参与。

    流域综合治理,需要政府和企业、公众的合作与共同努力。整合现有的流域合作管理机制并建立相应的开发交流平台,让公众能够更便捷的获取流域管理的政策法规以及水文、生态和环境监测报告等公开信息。同时,参与决策过程,监督各地的执行情况,成为流域管理的重要一员。可以学习德国的经验,颁布《环境信息法》,既保证了公众享有参与和监督的权力,还规定了公众参与环境安全管理的详细途径、方法和程序。□

    (作者单位:中国地质调查局发展研究中心)

    莱茵河流域综合治理经验与启示

    近日,为准确把脉需求、精心服务国土资源中心工作,地调局水环中心主管业务领导及项目负责人赴山西省太原市和阳泉市,就“汾河流域采煤塌陷区地质环境调查”项目与山西省国土资源厅有关领导和山西省地质环境监测中心的领导和专家进行了深入交流,并进行了现场实地踏勘。

    “汾河流域采煤塌陷区地质环境调查”是地调局水环中心承担的2016-2018年地质调查二级项目。该项目拟在收集分析采空区已有资料的基础上,查清山西省采煤塌陷区地面塌陷的范围、规模、强度,以及塌陷区土地、房屋建筑、基础设施等破坏情况,探索采空区探查技术方法,查明采煤沉陷区工程地质条件,科学评价采矿地面塌陷影响区的土地适宜性,研究分析采矿地面塌陷发育规律,研究并总结土地恢复治理模式及综合整治对策,分析评价其成本效益,开展矿区国土综合利用区划,为矿山土地恢复利用与经济社会转型发展提供决策依据。2016年该项目拟开展阳泉矿区地面塌陷调查工作。

    此次调研,与山西省国土资源厅、山西省地质环境监测中心有关领导和专家围绕项目目标任务、预期成果和组织实施等进行了热烈讨论,对实施该项目的重要性和紧迫性达成了共识。同时,地调局水环中心技术人员现场查看了阳煤集团一矿煤矸石治理工程,听取了阳煤集团领导对煤矸石治理的方法和经验;赴阳泉市盂县路家村镇苗家庄村进行了地面塌陷的实地调查。

    通过与山西省国土资源厅、山西省地质环境监测中心及盂县路家村镇政府的深入交流对接,项目组更加明确了开展“汾河流域采煤塌陷区地质环境调查”的工作方向,其成果将更好为山西省地方采煤沉陷区环境地质保护与治理提供服务。

    对接交流

    听取阳煤集团煤矸石治理经验讲解

    实地调查盂县路家村镇苗家庄村地面塌陷情况

    汾河流域采煤塌陷区地质环境调查项目进行对接、调研...

    长汀县曾是我国南方红壤区水土流失最为严重的县份之一,自1983年开始水土流失规模化治理,特别是21世纪初以来,水土流失治理取得显著成效;水土流失面积从21世纪初的105.66万亩下降到36.9万亩,水土流失率从22.74%降低到7.95%,低于福建省平均水平,长汀成为水土流失治理的示范县。当前长汀人民按照“进则全胜,不进则退”的批示要求,推进水土流失的精准治理、深层治理。

    为助力长汀水土流失的精准治理、深层治理,自然资源部中国地质调查局南京地质调查中心与福建省自然资源厅共同出资、共同部署,开展了水土流失治理综合地质调查。自2019年7月部署工作以来,项目组对水土流失分布现状、水土流失地质成因模式、水土流失区土壤地球化学特征等开展调查评价,取得了阶段性成果。为进一步深化地质工作对水土流失治理的支撑作用,南京地调中心于2019年10月16-18日在长汀县召开“水土流失治理综合地质调查方法研讨会”。自然资源部中国地质调查局、福建省自然资源厅、南京地调中心、长汀县政府领导和相关部门代表、生态地质、水土保持、植物等方面的专家参加了研讨。研讨会以现场考察与研讨相结合形式召开。

    与会专家、代表对项目组前一阶段取得的成果给予肯定,对地质工作进一步深化服务水土流失提出了建议。专家们肯定了长汀县水土流失治理工作现阶段的相关成果,提出长汀水土流失治理要充分发挥习近平总书记“进则全胜,不进则退”的指示精神,坚持“精准导向”和“需求导向”,注重“五个结合”——与当地治理经验结合、调查与研究结合、多学科结合、点与面结合以及阶段成果与长远工作计划结合做好综合地质调查工作。

    长汀县人民政府提出了建立水土流失治理示范基地及创建水土流失科普教育窗口等五点需求。

    本次研讨会总结了长汀水土流失治理综合地质调查工作的阶段成果,分析了地质工作支撑“精准治理、深层治理”差距,提出了“精准导向”和“需求导向”的要求和“五个结合”的措施,将有力推进水土流失综合地质调查方法技术。

    长汀罗地废弃矿区复垦项目

    长汀中细粒花岗岩水土流失

    聚焦长汀水土流失精准治理 推进综合地质调查

    金沙江白格滑坡——堰塞湖全景

    编者按 自然资源部部长陆昊曾在自然资源部地灾监测预警科技创新研讨会上指出,经过多年技术攻关和群防群测工作积累,我们在地质灾害风险调查和隐患排查方面取得了明显成效,下一步要综合运用合成孔径雷达测量、高分辨率卫星遥感、无人机遥感、机载激光雷达测量等多种新技术手段,进一步提高全国地质灾害调查评价精度……最大限度保障人民群众生命财产安全。可见,科技创新在地灾监测预警中的作用至关重要,本期结合我国部分地区地灾防治工作经验,对当前我国地灾防治领域新技术新方法进行报道。

    科技创新,提升地灾防治能力的永恒话题

    范宏喜

    不久前,2018年全国地质灾害防治技术工作总结及经验交流会在北京举行。依靠“科技创新”这个强有力的抓手,利用3年时间,坚决打赢“显著提升地质灾害防治能力与水平”这场硬仗,通过经验交流与新技术新方法研讨,来自全国各省(区、市)地质灾害防治技术支撑单位的百余名代表,不约而同的得出了这一结论。

    寻找短板与不足

    “灾害点有哪些?灾害点在哪里?什么时候滑动?能否提前2小时甚至3小时做出预报?”只有解决了这些难题,才能促进地灾防治能力的提升。对此,自然资源部地质勘查行业管理司司长于海峰讲到2019年地质灾害防治任务时强调:一是要进一步摸清地质灾害隐患的底数,并适时进行更新。要进一步强化对隐患点动态变化的认识,做好“一库二图三规划”工作。二是要重点解决综合治理与移民搬迁中的关键技术问题,做好移民选址中的地质灾害勘查、评估和防治等排危除险工作。三是要加强信息化建设,建成建好地质灾害监测网,使监测预警产品向一体化快速部署,向空投化、便携化方向发展,大力提高地质灾害预警预报的专业性和时效性。

    中国地质调查局副局长王昆表示,地灾防治在地质调查工作中占据着重要的位置,我们要为提高地灾防治能力做好技术等方面的支持与保障。一是中国地质环境监测院(自然资源部地质灾害防治技术指导中心)要服从调遣,深入现场,按照有关要求做好地质灾害防治技术指导。除此之外,中国地调局还有分布于全国各地的直属队伍,承担着为地灾防治提供技术支持和支撑的任务。二是要依靠科技创新提升地质灾害防治能力。继续提高群测群防体系的科技含量,发挥移动互联网、人工智能等手段,下大力气解决视线外、无人区,人员无法第一时间到达灾害现场的监测预警和预报难题。三是加强各级地质灾害防治技术支撑单位、地质勘查单位和技术研发企业的合作与交流,相互学习借鉴并共同得到提升。

    自然资源部地质灾害防治技术指导中心常务副主任、首席科学家殷跃平认为,当前地灾防治工作面临“五新”。一是机构新,在地灾防治工作中要服从应急管理部的调度和部署,按照自然资源部的重要职责和任务要求做好工作。二是问题新,突发地灾由之前的地震灾区滑坡、泥石流,远程高位滑坡、泥石流,到今年连续发生的大江大河流域性灾害链滑坡,带来了一系列新问题和新思考。三是思路新,要以解决实际问题为导向、从技术逻辑转向行政逻辑等思想,作为今后开展各项工作的根本遵循,努力满足地质灾害防治工作中的行政指挥需求。四是技术方法新,要在地灾可能发生的时间、地点、成灾范围和影响程度预警预报方面下更大功夫,高度重视专业监测设备的研发应用,学习、借鉴和引进国外先进的防治理论和技术方法。五是事业圈新,要高度重视与设备研发企业、特别是企业监测技术人员的合作、探索与交流,实现地灾防治能力与水平的显著提升。

    探索防灾减灾好路径

    四川是全国地灾最发育的省份,2018年汛期,四川遭受了自1981年以来最严重的暴雨洪涝灾害,有11个市(州)超历史极值,导致雨区、震区、灾区“三区”叠加,其中7月份的一周之内曾两次发布地灾红色预警。

    四川省自然资源厅地质环境处处长胡涛介绍,2018年四川省灾情险情呈现“一高三低”,全省发生地灾灾(险)情3894起,是常年平均值的1.8倍,处于历史高位水平 ,因灾死亡失踪人数仅为多年平均值的6.2%,同比年均因灾死亡率降幅达98.5%,汛期没有发生1起因地灾造成的群死群伤事件,有18个市(州)实现“零死亡”。7月19日,凉山州盐源县桃子乡玻璃村特大型滑坡,成功转移437人、避免281人伤亡,受到自然资源部的通报表扬。

    胡涛表示,从这起特大型滑坡的成功避险中得到了3点启示:一是各级政府高度重视,逐级传递防灾压力,并做到了防范监测到位、主动避让到位、后期管控落实到位。二是各级各地不断完善地灾预警信息发布机制,打通预警信息传递的“最后一公里”,将地灾预警信息及时传达到点到人。三是市(县)均落实了一对一的汛期驻守技术支撑单位,加大对基层的技术指导和帮扶,健全防灾体系。下一步要完善地灾调查评价机制,强化专群结合的常态化排查机制,探索构建空天地一体化的隐患动态发现机制,探索建立地质灾害风险评估与管控制度。完善地质灾害监测预警机制,深化专群结合、人技结合的地质灾害群测群防制度,推广点面结合的专业监测预警体系建设,推进地灾大数据中心建设。把推进防治项目实施、维护公平公正市场环境作为重要举措,把防灾和治灾结合起来,提升综合防治能力。

    贵州省建设地质灾害防治1155工程,构建了空—天—地一体化的监测体系。贵州省自然资源厅副厅长肖才忠说,1155工程是指数据“聚通用”一台多网,即云上贵州专网区、云上贵州公网区、自然资源部信息系统,再连接到国土专网、地灾专网、政务外网和互联网。群测群防体系“一体五位”包括乡镇分管领导、国土所长、村干部、专业技术人员和专职监测员。综合防治体系的“五台融合”,是调查评价平台、监测预警平台、项目管理平台、能力建设平台、指挥调度平台。防治管控体系的“五级管理”分别为省级、市级、县级、乡级、村级。

    空—天—地一体化的监测体系,空:利用无人机航拍、LiDAR等先进技术和手段对地质灾害高易发区和重大地质灾害隐患点进行扫描,建立三维数字模型,分析判断其发展趋势。天:自2016年以来,贵州省每年投入资金1500余万元,探索利用合成孔径差分干涉雷达(InSAR)技术进行地质灾害隐患早期识别试验,2018年实现全覆盖,目前已发现变形点648处,经专家现场核实,确认地灾隐患点125处。地:引进瑞士先进技术联合开展重大地灾隐患监测示范 。

    贵州将地灾自动化监测列为2018年省政府的“十件民生实事” 之一,省财政十大绩效目标考核内容。已累计建成137处自动化监测站点,安装各类专业监测设备1270余台(套)。对重大隐患点和险情采用地基雷达、GNSS等进行自动化应急监测。

    2018年,贵州省投入资金1.2亿元,组织27个资质单位,全面完成88个县(市、区)高位隐蔽性地灾专业排查,共排查原有及疑似隐患点11.12万处,排查出新增隐患点1899处。

    地灾监测预警新技术呼之欲出

    针对地灾防治及监测预警新技术、新方法等关键问题,会议就国土卫星遥感监测、边坡雷达技术现状、北斗云物联网监测实践、InSAR技术智能化、“类壤土基质”技术应用、“专群结合”监测预警体系信息传递等内容开展交流研讨。

    基于SAR、InSAR技术的智能化异常形变监测,是地灾早期识别和隐患排查的新技术之一。其中的合成孔径雷达干涉测量技术,运用单次观测,通过分析地面目标的反射信号,准确地测量卫星和地面目标之间的距离,雷达重复观测期间目标发生移动,卫星通过同一片区域,重复进行观测,两次观测期间的移动变形量来测量地面形变。具有鲜明的技术优势:一是观测不受限,可全天时、全天候观测,能进行广域监测,可发现新的地质灾害区域。二是响应速度快,最快平均每4天一次,紧急情况下可每4小时拍一次,并能提供目标形变的历史变化序列。三是观测精度高,缓慢形变精度可达毫米级,快速形变精度可达分米级以上,能提供灾害点治理前后的变化数据。四是海量观测点,观测密度最高可达上万个/平方公里,通过持续动态监测,能提供目标变化的趋势性信息。五是普查范围广,卫星单景拍摄成像面积广。

    边坡雷达是一种先进的边坡监测手段,相比其它监测方法具有全天候、大范围、高精度、无接触等优点,适用于已知的、重大的滑坡体监测。而提高滑坡预报准确率是边坡雷达技术的发展目标。

    针对目前市场上体积大,安装复杂的专业监测产品,北斗云产品向集成化、快速安装、便携化方向发展,同时开发直升机、无人机投放产品。研发生产的高精度北斗、阵列式深部位移计、智能裂缝计等全系列地质灾害监测设备、智能水质分析设备、监测预警云平台、INSAR分析技术等,形成了空天地一体化的监测预警新技术新方法体系。

    在“专群结合”监测预警体系信息传递方面,已构建的感、传、知、用的物联网系统,可全面用于河长制、城市内涝、地质灾害、水库监测预警等信息化应用。通过运用物联网、云平台、大数据等相关技术,服务地质灾害监测预警。

    以自然的方式恢复自然的“类壤土基质技术”,运用类壤土基质技术,在岩(土)表面形成理想的土壤结构,选取最合适的植物种类,确保后期植物群落的乔灌木比例,用木本植物的根系——“绿色锚杆”的作用实现恢复自然,使用先进的施工工艺,将“修复”升华为 “恢复”,使地质灾害隐患点成为一道亮丽的“风景”。

    智慧地矿为地灾防治提供技术支撑

     田伟平 王泽 罗会江

    四川,是地灾多发地区,作为地灾防治工作主力军的四川省地矿局一直奋战在灾害的最前沿,探索了一些成功的防治和治理经验。

    专业支撑,群防配合

    “科技地矿、智慧地矿为地质灾害防治提供了支撑和保障”,这是该局909队副总工程师黄晓明最深的感受。2018年入汛以来,川西地区遭遇持续强降雨袭击,北川、安州、江油等区县不断传来险情、发生灾情,909队工程技术人员充分利用现代化科技手段开展防灾救灾。在北川陈家坝,因地质队员精准监测预测、专群结合信息传递等,强降雨诱发的泥石流灾害未造成人员伤亡和大的财产损失,灾后恢复建设中,无人机、三维激光等先进技术手段的应用也发挥了重要作用。

    每到汛期,川西地区在强降雨等极端天气下,滚石、山洪、塌方、滑坡、泥石流等次生地质灾害频发。四川地矿局一批专业队伍始终冲在第一线,承担了全省2/3以上的排查和治理任务。

    “群防是基础,预警是手段,治理是保障”,909队副总工程师叶晓华说,“地方各级政府都十分重视地灾防治工作,建立起以地方政府为主导、当地百姓为主体、地质队员为专业技术指导的群防体系,当地百姓熟悉环境、专业地质队员熟知地灾特性等优势,从而实现了在灾害发生前组织百姓避险避让。同时,近年来,在高危地段加配安装红外线、雷达等高科技预警警报系统,使群防更为科学高效”。

    先进技术提高防灾治灾水平

    在地灾治理方面,该局地灾治理团队因地制宜,不断探索新技术新方法,取得了不少成果经验。广元凤凰山公园滑坡应急抢险治理微型桩技术应用、重庆巫山铜鼓滑坡应急抢险钢轨桩技术应用、巴中某中学后缘边坡治理钢管桩技术应用等都是快速处置滑坡灾害险情的成功事例。该队技术人员在实践中发现,对锚孔、深基坑等钻探、掘进工艺的改进,能明显提高灾害防治的效率和时效;改进钻具、精准施策可以解决复杂地质条件下的施工难题……在909队目前正开展的樟木口岸地质灾害防治工程施工中,在孤石、漂石发育的堆积体层,该队工程技术人员应用新技术一次性成孔65米深孔全孔根管施工,数十天完成深孔钻探51个,工程效率大大提高,实现了快速处置灾情的效果。

    “5·12”特大地震后,在棉竹文家沟的山顶留下了8000多万立方米松散物源,在2010年的特大暴雨中引发了特大泥石流,给山下的清平乡造成毁灭性破坏。四川地矿局的地质专家在设计治理方案时反复思考,抓住泥石流成因的关键因素,设计了水石分治的方案,使雨水和物源在工程的作用下实现分离,水经滤网栅后从引水隧道流走,从而化解了灾害的发生,至今当地没再发生过泥石流。

    不断创新,地灾监测呈多样化

    如今,无人机、三维激光扫描仪、卫星遥感等高科技智能化装备在高山峡谷的地灾防治中派上大用处,可以清晰掌握高陡险峻区域的地形地貌情况。同时,专业地质队伍广泛引进了一批便捷、轻巧、高性能的先进机械设备,既满足了狭窄场地、条件艰难区段的作业需求,工作效率也明显提高了。

    四川地质工程勘察院(简称四川省地勘院)在近年来的地灾预防过程中,运用无人机倾斜摄影技术、三维全景实现混杂现实技术、InSAR遥感监测技术等以及自主研发的三维实景管理平台、管道地质灾害监测预警平台等,地灾监测方法日益呈现多样化、三维立体化。通过采用多种有效方法结合对比校核,以及从空中、地面到灾害体深部的立体化监测网络,进一步加强了地质灾害预防的综合判别能力,促进了地灾评价、预测能力的提升。

    在剑阁县地灾监测项目中,由于受到无人机架次、现场实际环境及硬件等诸多原因的限制,无人机倾斜摄影获得的初始模型出现了漏洞,同时,现场的监测设备在场景中也无法真实体现。四川省地勘院通过创新采用同源多角度纹理匹配技术对场景进行重建及修饰。同时,将建模成果、监测点位的矢量、多媒体等数据导入自主研发的三维实景管理平台中,实现了对现场情况及监测点数据的实时获取,为监测现场的管控决策提供了及时的数据支撑。

    在管道地灾监测方面,该院自主研发的管道地灾监测预警平台,以管道为中心,应用现代传感、通信和分析技术,结合监测、预警、应急处置等各功能子模块为一体的专业技术。通过接收现场监测数据,利用开发的功能模块,实现与图形库的集成,实现对监测数据的实时动态分析与预警,并可以针对预警结果提出相应的响应机制,形成地质灾害综合信息一体化应用。该系统于2018年5月正式投入试运行,运行至今共发布预警信息341次。

    金沙江白格堰塞湖位于川藏交界处西藏昌都市江达县波罗乡宁巴村,地质技术人员从2015年2月22日遥感影像对比中发现,滑坡体上部分区域变形下滑呈加剧趋势,但整体未发生剧烈的位移变化。在此基础上,四川省地勘院技术人员结合工作区地形地貌、地层岩性、D-InSAR变形解译特征等信息综合判定,沿堰塞湖上下游圈定出20余处山体潜在变形靶区,为前方地灾应急排查小分队提供数据支持。

    目前,该局越来越多的单位正积极谋划用边坡雷达技术、InSAR技术智能化、北斗云物联网监测实践等最前沿科学技术武装队伍,购置一批先进地灾治理设备,加快科技地矿、智慧地矿队伍建设力度和进程,在地质灾害防治中发挥更大的作用。

    聚力赋能 做强地灾防治 ——聚焦地灾防治新技术新方...