城市浅层地热能开发地质环境问题研究

本文就浅层地热能开发利用过程中出现的生态环境和地质环境问题从客观因素和人为因素进行了详细的研究,借助土壤温度的测试和地层冷热平衡的监测,分析在地源热泵运行过程中造成的热污染、地下水位下降、地面沉降、地下水质恶化污染等问题。研究认为长期利用地源热泵开发利用系统,如设计不合理或地下水回灌率低,将破坏地层的冷热平衡。北方地区供暖期大于制冷期时,地层温度将逐年下降,N2O和CH4会集中释放,造成生物生长速度缓慢。地下水源热泵运行时,如地下水回灌困难,将导致地下水资源浪费、水位下降等生态环境问题以及路面塌陷、地面沉降等地质环境问题。供暖期、制冷期运行时间差别较大时,将导致地下水温度的变化,直接影响地下水中污染物的降解,间接影响地下水的水质。抽取、回灌地下水的过程会造成空气中的氧气随之溶解于水中,导致地下水质的变化。通过分析浅层地热能开发利用存在的突出问题和影响因素,可为其科学合理开发利用提供科学依据和技术支撑。

专栏导言

四川省地处青藏高原东缘,受特殊的自然地理、水文气象、地质地貌条件的影响,山洪灾害点多面广,防御任务十分艰巨。全省183个区县中,受山洪灾害威胁的区县高达175个,全省山洪灾害危险区1.8万余处。四川省不仅是山洪灾害大省,同时也是地质灾害大省。四川省地质灾害主要类型为滑坡、崩塌、泥石流,全省地质灾害隐患点2.5万余处。

小流域生态-岩土协同减灾原理与方法初探

随着全球变暖,极端降雨事件增多,导致山区小流域灾害频发,严重威胁人民生命财产安全。小流域防灾减灾形式多样,其中生态工程措施与岩土工程措施相结合协同减灾的方式,不仅能够充分发挥两种措施在不同时间段的减灾作用,而且能够增加整体减灾功效。目前,受限于生态工程措施与岩土工程措施协同减灾原理不明,评估方法缺乏,导致二者无法有机结合并开展综合减灾效益评估。本文在基于自然解决方案的基础上,提出了山区小流域生态-岩土措施协同减灾的原理,即利用生态工程与岩土工程协作,通过坡面防护和沟道调控,形成稳定阶梯-深潭结构的生态工程-岩土工程措施协同减灾原理。在此基础上,结合地理信息系统和最优化原理,给出基于能量消减的小流域生态工程-岩土工程协同减灾功效的定量化评价方法,为规划、设计、物种选择以及生态工程与岩土工程对策的结合提供依据。

基于无人机倾斜摄影测量三维建模的区域黄土滑坡识别及特征分析

【研究目的】黄土滑坡是黄土地区人居与城镇建设安全的重大隐患。滑坡识别是滑坡灾害及其他研究工作的基础,因此基于无人机倾斜摄影测量三维建模从不同维度、不同视角直观快速地识别黄土滑坡并进行特征参数提取,能够为黄土滑坡风险识别及风险管理精细化研究提供技术支撑。【研究方法】以宁夏回族自治区固原市彭阳县红河镇西南部的黑牛沟村为研究区,采用无人机倾斜摄影测量数据获取、三维建模、现场验证结合地统计学分析,开展了区域黄土滑坡识别及其特征参数提取和分析。【研究结果】基于三维实景模型确定并分析研究区沟谷沿线地貌凹陷区是否存在陡壁及其周界形态,结合色调、纹理和微地貌等标志实现了黄土滑坡识别,共圈定了23个滑坡,结合现场验证移除2个非滑坡点,最终确定了21个滑坡;滑坡密集分布在主沟和支沟沟口,多呈对滑的形式出现在沟谷两侧且具有群发性;大型及特大型滑坡占比达到57.14%,滑坡的滑动方向主要以西南(阳坡)、东南(半阳坡)为主,相对高差集中在80~120 m,滑坡体坡形多呈凹形坡,滑坡体坡度主要集中在20°~30°;滑坡体土地利用类型主要为植被,其次为裸地,也有一部分为农田,道路和河流占比极少。【结论】基于无人机倾斜摄影测量构建的三维实景模型可从多维度、多视角精确快速地识别区域黄土滑坡,并分析其相关特征参数,能够弥补当前二维平面遥感影像存在的不足;还能够为滑坡易发性、危险性、易损性及风险评估等相关研究提供数据支撑。

甘肃积石山强震诱发同震滑坡-泥流灾害链联动耦合致灾效应

近年来黄土区强震和极端天气诱发的典型滑坡-泥流灾害链事件呈多发态势,链式地质灾害较单一灾害隐蔽性更强、波及范围更大、破坏程度更高、损失更严重,因此链式地质灾害防控研究一直是防灾减灾的热点和难点。2023年12月18日23时59分,甘肃省临夏州积石山县发生Ms 6.2级地震,震源深度10 km,已造成151人死亡。此次强震诱发青海省民和县中川乡草滩村—金田村滑坡-泥流链式灾害,共造成20人死亡,灾害链致死率占地震遇难总人数的13.5%。灾后通过遥感影像处理解译、文献资料整理甄别、无人机摄影航测、野外详细勘查访问、现场采样分析测试等手段方法,对滑坡-泥流链式灾害开展了较全面系统研究,恢复和重现滑坡-泥流灾害链的启动-滑动-流动-堆积过程,探讨提出“滑源区地表冻结阻隔滞水效应、滑源区沟谷整平回填滞水效应、滑源区台地灌溉渗流饱水效应、滑源区振动液化筛选启动效应、滑源区漏斗收口增速启动效应、流通区土体差异流动分选效应、流通区沟岸坍塌补给增流效应、流通区沟底冰封饱水加速效应、堆积区上游渗水补给增程效应”等9大联动耦合致灾效应。该研究可为链式地质灾害的形成机理与防控提供科学参考。

云南省地质灾害气象风险预警技术改进及应用检验

利用2014—2022年云南省地质灾害数据和气象降水资料,开展有效降水量致灾概率研究,并结合地质灾害易发因子,分区建立了新一代精细化地质灾害气象风险预警模型,并对模型性能开展了应用检验。结果表明:新建的地质灾害气象风险预警模型提高了预警产品的时空分辨率和准确率,应用效果良好。模型能提前较好地反映出区域性强降水过程背景下的气象风险预警等级;对较难预报的局地强降水,也可以通过实时更新的监测预警产品给出风险加强的趋势,提前发出地质灾害气象风险预警信息;能直接客观反映出极端强降水背景下的气象风险高级别预警,起到较好的预警提示作用。

运城盆地表层土壤有机碳储量及潜力研究

通过采样分析,结合山西省黄土高原盆地经济带多目标区域地球化学调查,对运城盆地表层土壤的有机碳密度、碳储量及固碳潜力进行研究,结果表明:运城盆地表层土壤有机碳储量2023年约19.66 Mt,2007年约10.88 Mt,16年增长了8.07%;从土地利用现状来看,表层土壤有机碳密度分布差异较大,水浇地约是旱地的1.94倍。表层土壤有机碳储量增加的原因主要为施肥、秸秆还田、灌溉和轮作制度。粗略估算,运城盆地表层土壤的固碳潜力为37.05Mt。

博山区池上镇地质遗迹特征及地质文化镇建设浅析

2022年10月24日,中国地质学会公布第二批地质文化村(镇)评定结果,池上镇获批挂牌筹建地质文化村镇,建设模式为地质+生态旅游。文章在总结池上镇地质遗迹特征的基础上,以“一带贯通、两核引领、七片协同、多点支撑”为总体思路,利用池上镇特有地质资源,结合当地的红色文化、历史遗迹等人文要素,规划了四条地质研学+旅游主线,设计了地质科普设施、地质文化产品,旨在从地质角度挖掘鲁山、淄河、富锶地下水、齐文化、孝文化相融一体的地质文化故事。

青藏高原盐湖硼、锂同位素变化规律及其对当雄错盐湖资源评价应用

近年,硼、锂同位素地球化学理论和分馏机理的深入,为盐湖体系硼、锂同位素示踪奠定了基础。基于现有大量研究数据,文章系统归纳盐湖体系硼、锂同位素分馏变化特征,总结盐湖演化过程硼、锂同位素组成的变化规律,建立它们的示踪方法。并以此为基础,对西藏典型富硼、锂盐湖−当雄错开展了硼同位素示踪,解决了当雄错与其物源硼同位素特征不符的难题,提出当雄错湖底蕴含大型硼、锂矿床的新认识,并预测了湖底的硼、锂资源量。根据盐湖体系硼、锂同位素地球化学特征,揭示了溶蚀湖的盐湖资源评价意义,为盐湖体系硼、锂同位素示踪和盐湖资源评价奠定理论基础。此外,借助硼同位素地球化学手段建立的当雄错“围岩−地热水−盐湖”的物源补给模式在西藏和全球具有普遍性。

中外地质灾害风险评价研究文献综述

中外学者对地质灾害风险评价研究成果颇丰,有必要进行阶段性整理。搜集1992—2020年CNKI数据库的2308篇和WOS数据库的884篇文章,运用文献计量和传统文献研究方法,全面梳理了包括热点、主题、主要研究团队与机构、历程、对象演变、内涵发展以及评价方法等方面当前已有的研究成果。明确了研究的阶段性划分并发现研究具有主题明确化、维度综合化和方法科学化等趋势,给出几点思考供同侪研究者参考。

甘肃临夏积石山县6.2级地震地质灾害发育特征及危险性评价

2023年12月18日23时59分,甘肃省临夏州积石山县发生Ms6.2级地震,诱发了大量崩滑地质灾害,严重威胁人民生命财产安全。基于震区现场实地调查成果,开展地震诱发加剧地质灾害的发育特征、危险性评价研究,提出防灾减灾措施建议。根据实地调查统计,此次地震后新增地质灾害隐患点64处,加剧的地质灾害隐患点有63处。新增和变形加剧的隐患点以崩塌为主,滑坡次之;规模等级以小型为主,中型次之。崩滑地质灾害主要集中在黄土丘陵区,以黄土陡坎地带切坡建房、切坡修路为主。利用GIS技术的加权信息量法评价积石山县域地质灾害易发性。结果显示,高易发区、中易发区、低易发区、非易发区占比分别为5.45%、9.83%、32.70%和52.02%,其中高易发区主要分布在积石山东部黄土丘陵区的山梁地带。基于区域地质灾害易发性评价,开展地震活动断裂、地震动分布以及不同降雨工况条件(10年、20年、50年、100年一遇)下积石山县域地质灾害危险性评价。结果显示:100年一遇极高危险区较10年一遇极高危险区的增幅最大为18.26%,说明未来区内遭遇极端降雨会显著提高区内地质灾害危险程度。研究认为,积石山地震地质灾害后效应将增强,未来崩塌、滑坡发生频次升高,地质灾害易在降水、冻融条件下形成,需针对性地采取防控措施,有效降低其威胁程度。

面向月面原位资源利用的嫦娥五号月壤样品颗粒形态特征研究

月壤颗粒形态特征对月面原位挖掘、运输、3D打印等具有重要影响,我国自主获取的嫦娥五号样品可为月球科研站建设等提供月壤关键参数信息。以月面原位资源利用过程关注的月壤颗粒形态特征为目标,利用体视光学显微镜获取了同济大学获批的嫦娥五号月壤颗粒样品图像,构建了一套图像处理和颗粒识别方法,并提出方向差异指数表征颗粒表面粗糙程度,实现了自动提取颗粒边缘并计算其粒度和形态指标。结果表明,所研究嫦娥五号样品颗粒粒径范围为4.36~792.30μm,均值纵横比为0.66,均值圆形度为0.806,均值方向差异指数为0.111。小粒径颗粒占比大,10μm以下颗粒占44.19%。颗粒方向差异指数呈近似正态分布,表明大量颗粒表面粗糙程度近似,并存在少量表面较为光滑和粗糙的颗粒。小粒径颗粒大小与纵横比、圆形度均呈负相关,与表面粗糙程度相关性低,大粒径颗粒大小与形态没有相关性。研究还发现嫦娥五号样品比Apollo 11和Apollo 15样品的颗粒的圆形度更小,形态更不规则。

横断山区水电工程扰动灾害及风险分析

水电作为全球公认的清洁能源,但水电站的大量建设会人为的改变流域水文条件,对流域内地质环境的影响也仍未可知,因此亟需查明水电工程与地质环境之间的互馈作用。以我国水电工程密集区——横断山区作为研究区,首次对横断山区内的水电工程及扰动灾害进行系统的研究,通过遥感解译及现场验证,获得金沙江、澜沧江、岷江、雅砻江、大渡河以及怒江6个流域内的水电工程共计162座,水电工程扰动灾害共计2841处,并对灾害空间分布规律进行分析。结合前人研究和团队最新成果,对水库水位抬升及循环涨落作用下的库水作用,水库滑坡特征开展分析,揭示了水库滑坡失稳原因。在此基础上提出了水电工程扰动灾害风险分析方法,对6个流域分别开展风险评价,获得了各个流域在不同规模灾害下的经济及人口风险分区图。本研究可为横断山区及其周边区域未来水电开发提供指导,这对保障区域工程的安全建设具有重要意义。

藏东昌都红层滑坡的地质成因模式

藏东昌都红层紧邻北澜沧江结合带(LCS),是近年来新厘定的红层岩系。为进一步丰富和完善红层及滑坡灾害研究,文章基于翔实的现场调查,从构造地质学角度约束滑坡发育的边界条件,总结归纳了藏东昌都红层滑坡的地质成因模式,并对不同类型滑坡典型案例进行了剖析。结果表明:受区域造山作用影响,藏东昌都红层掀斜,发育大量透入性构造面,导致岩体物理力学性能弱化。藏东昌都红层滑坡的地质成因模式主要包括原生层理型、层理断层型、层理节理型、褶皱节理型和断层节理型等5类。构造面是红层滑坡发育的主控因素,建议在明确研究区构造演化过程及构造框架的基础上,精细刻画滑坡区构造面发育特征。研究成果可为揭示滑坡发育的内在机制及监测预警、工程防治等提供理论支撑。

基于遥感监测的沿运洼地内涝特征与影响因素研究

【目的】探究沿运邳苍郯新平原洼地内涝特征及影响因素。【方法】以沿运洼地为重点研究区域,在内涝影响范围内开展勘测、遥感解译等,分析洪涝前后归一化差异水体指数(NDWI)及归一化植被指数(NDVI)特征,研究沿运邳苍郯新平原涝洼地内涝影响范围变化及其对农作物长势影响,探索水利设施建设等对灾害范围的影响。【结果】(1)受灾作物2004年与2005年NDVI的差值为0.5,未受灾区域2004年与2005年NDVI差值为0.25,受灾作物NDVI显著降低,受灾区域内2005年整年作物生长情况弱于2004年。(2)台儿庄节制闸建成后可降低洪涝对附近农田的影响,有效减少洪涝灾害造成的经济损失。【结论】洪涝灾害对洼地内作物长势影响大于洼地外作物,水利设施建设可以有效减少洪涝灾害造成的经济损失;遥感监测技术是防治洪涝灾害的有效手段。

郯庐断裂转换段新沂地裂缝成生机理及构造意义

新沂地区处于郯庐断裂带转换段的关键部位,自20世纪70年代以来在新沂地区共发现地裂缝灾害点28处。这些地裂缝以群发的形式发育在南马陵山以西、沂河—骆马湖以东的区域内,地裂灾害影响区面积达100 km^(2)。新沂地裂缝与地层结构、地震活动、地下水开采等因素有着千丝万缕的联系,对其研究形成了多种观点。利用实地调查与勘探手段,新近查明了新沂地裂缝的基本特征,它们具有走向一致性、纵向尖灭性、局部群发性等特点,且与邻近断裂(郯庐断裂带次级断裂F3)具有高度一致性,属于区域构造控制型地裂缝。以新沂地区地质构造为原型,构建了逆断层作用下地裂缝成生物理试验模型。试验结果表明,随着逆断层断距加大而依次呈剪裂段、离层段、弯裂段等发展过程。结合新沂地区“地堑地垒地堑”组合结构,新沂地裂缝的成因机制可概括为“跷跷板”构造模型,在构造应力、自重应力、地下水波动等作用下,下沉段受挤压,上升段因抬升而弯裂,从而形成地裂缝。研究新沂地区地裂缝,对揭示郯庐断裂带“北中南”段构造变化和“深浅表”部结构联系具有重要的指示意义。

降雨诱发滑坡的NPR锚索控制机理及临滑预警

为研究降雨滑坡的控制及临滑预警技术,以熊家山滑坡为原型,通过分析边坡变形的时空特征,设计了相似模型试验.以普通预应力锚索(简称PR锚索)和NPR锚索为加固材料,运用高速摄像机、孔压、土压和锚索力传感器,分析了降雨诱发的滑坡规律和锚索控制机理,并结合现场试验探究了滑坡牛顿力变化规律.结果表明:孔隙水压力突降与边坡局部滑塌近似同步;NPR锚索力突降,边坡内部产生局部变形;PR锚索因无法承受大变形被拉断失效,而NPR锚索凭借恒阻大变形特性产生高应力吸能控制功能,促使边坡达到二次平衡状态;NPR锚索在滑坡前表现出明显的“先突增,后突降”的变形-临滑动力学规律;现场试验揭示了滑坡全过程牛顿力演变规律,提前7.5 h发出临滑预警.

川西藏东交通廊道区域工程地质条件评价

区域工程地质条件是重大工程规划建设地质安全的重要保障。川西藏东交通廊道位于青藏高原东部,穿越世界上地形地貌和地质构造最复杂的地区,区域工程地质环境复杂。响应重大工程规划建设的地质安全需求,以川西藏东交通廊道重大线性工程沿线为研究区,在分析区域工程地质环境的基础上,选取9个地质环境因子指标,采用基于GIS的层次分析法,完成了区域工程地质条件评价,将研究区划分为工程地质条件好、较好、中等和差4个等级。结果显示,活动断裂是最不利的工程地质条件因素,其次是地形起伏度和地质灾害易发程度。工程地质条件好的地区远离活动断裂带和深切峡谷,呈块状、条带状分布于活动断裂带及深切峡谷之间。工程地质条件差的地区主要分布于活动断裂带和高山峡谷区,突出表现为距活动断裂较近,尤其是多条断裂相交或近于相交的地区。研究结果能够为川西藏东交通廊道重大工程规划建设地质安全提供科学支撑。

北京延庆泥石流隐患分布规律及演化趋势研究

泥石流是一种具有强烈破坏性的山区突发性地质灾害现象,是北京山区较严重、危害性较大的地质灾害类型之一。北京延庆泥石流灾害的研究主要针对局部或单流域泥石流沟,区域性的泥石流隐患特征、分布规律以及演化特征等研究工作极少。以北京延庆泥石流隐患为研究对象,旨在为延庆山区泥石流灾害预警预报和防灾减灾提供理论依据。通过收集延庆泥石流隐患相关文献资料,实际调查泥石流隐患发育特征,系统分析延庆泥石流灾害的孕灾背景情况,梳理自然地理、地质背景及人类活动之间的内在联系,查明泥石流隐患的沟域和物源特征,研究泥石流隐患所在流域的地貌形态、地形坡度、降雨条件及地层岩性的分布特征,探究泥石流、水石流和发育期、衰退期泥石流隐患的物源分布规律,查清泥石流隐患的物源转化过程,掌握延庆主要处于发育期和衰退期的泥石流隐患演化趋势。研究结果表明:延庆泥石流隐患属于暴雨型-沟谷型-支沟群发型泥石流,泥石流规模大小与流域地形地貌、松散堆积物累积、动态变化以及暴雨情况相关,研究成果可为泥石流调查研究、预测预报和监测预警提供科学依据和技术参考。

基于CNN-BiLSTM-Attention的三峡库区滑坡地表位移预测研究

地表位移预测在滑坡监测预警中具有重要意义,建立稳定可靠的滑坡位移预测模型是关键。本文基于卷积神经网络和注意力机制的滑坡位移预测方法,并以三峡库区黄泥巴蹬坎滑坡为例进行了验证。本文综合分析了该滑坡长达8年的降雨量、库水位和地表位移等监测数据,建立了结合卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)、双向长短期记忆(bidirectional long short-term memory,BiLSTM)网络和注意力机制(attention)的CNN-BiLSTM-Attention深度学习组合预测模型,采用了适应性学习率和正则化技术进行模型训练,提高了模型的泛化能力同时避免过拟合,并与传统LSTM模型进行对比验证。结果表明:相较于传统的机器学习和神经网络方法,该模型在滑坡位移预测精度上取得了显著提升,预测模型拟合优度(R^(2))达0.989,平均绝对百分比误差(MAPE)仅为0.059。