喀斯特高原湖泊流域基于自然解决的生态修复方案——以云南九大高原湖泊为例

喀斯特高原湖泊流域由外围向内可分为山区、丘陵区、平坝区和湖泊4个生态地质环境分区。山区主要生态问题是植被退化、生物多样性受损、水土流失、石漠化及地质灾害等;丘陵区主要是植被破坏、山地开垦过度、建材滥采、地貌景观破坏、污染源点多面广、环境地质问题较多等;平坝区主要是国土空间承载量过大、水资源短缺及污染负荷巨大、生态系统破坏严重、工程建筑挤占湿地和损毁植被、自然流场改造强烈、水环境质量差等;湖泊主要是人类活动强度大,农田、村落等严重侵占湖滨缓冲带生态用地,导致生境受损,生物多样性降低,环湖生态屏障功能衰减或丧失,水质污染严重等。根据高原湖泊流域生态地质环境分异特征、水循环及物质传输规律、资源与环境条件,从研究自然演替规律和内在机理出发,分区评价流域生态功能及适宜性,揭示主要生态问题,总结实践经验,探讨基于自然解决方案的思路与原则,构建适应高原湖泊流域资源与环境条件和社会现实的生态修复方案。山区以保护保育提升生态功能为主,丘陵区以人工辅助再生、生态重建提升生态与经济功能为主,平坝区以生态重建和转型利用以消除生态环境隐患、修复生态和恢复土地功能为主,湖泊主要开展水质修复和生态重建等。目前,高原湖泊内完成修复面积593 hm2,基本实现消除地质安全隐患、防治水土流失、恢复植被3大目标任务,稳定和改善云南省九湖流域生态系统功能,提升土地利用价值,维护区域生物多样性。

基于组合权重法的云南省地质灾害灾情年度评价及预测

为合理评价云南省地质灾害灾情年度等级,探寻地质灾害的时序发展规律,并预测未来年份地质灾害灾情等级,本文选取死亡失踪人数、直接经济损失、灾情数量3个影响因素作为权重指标,采用层次分析法与熵权法相结合的组合权重法对1991—2020年地质灾害灾情年度等级进行评价。利用差分自回归积分移动平均模型(autoregressive inte-grated moving average method,ARIMA)和BP(back propagation)神经网络模型2种方法,对2021年、2022年、2023年灾情等级进行对比预测和验证。研究表明:地质灾害灾情年度具有5年的周期性变化特征,BP神经网络预测结果准确性更高,根据BP神经网络预测2023年为较轻灾年,从2019年开始地质灾害灾情年度等级有加重的趋势。

新平新化乡滑坡形成机制及地质灾害风险管控措施

本文以云南哀牢山区新平县新化集镇滑坡为研究对象,在研究区内孕灾地质背景条件的基础上,分析了滑坡的变形破坏特征及其形成机制,结合岩土体试验,对坡体稳定性进行了评价,提出了合理的地质灾害风险管控措施建议。

基于证据权法的昆明五华区地质灾害易发性评价

地质灾害易发性评价是国土空间规划和区域地质灾害防灾减灾的重要依据。为探索适合云南高原低山丘陵区地质灾害易发性评价方法,论文选择云南省昆明市五华区为典型研究区,选择工程地质岩组、距断裂构造线距离、高程、坡度、坡向、坡面曲率、距公路线距离和土地利用类型等8个因素,应用基于贝叶斯理论的证据权法进行地质灾害易发性评价,通过对各因素各分级(分类)综合证据权重的近似学生化检验(Student-T)优化了各因素的分级(分类)方案。采用文中所构建模型评价得出的易发性分区结果表明,89.9%和9.1%的地灾点落入高和中易发区,对比分析显示建模结果与地质灾害发育情况吻合度高,较好地揭示了研究区地质灾害易发性特征,可为昆明市五华区及云南高原其它低山丘陵区地质灾害防治规划提供参考。

滇东南高原斜坡区某拟建铁路岩溶水文地质问题及对策建议

研究区位于云贵高原南缘滇东南高原斜坡区,属珠江源头河段南盘江流域与红河流域的地表分水岭地带,侵蚀切割强烈,地形条件复杂,广泛出露的三叠系中统个旧组含水层组富水性强,岩溶强烈发育,地下河管道、洼地、落水洞等广布。通过野外调查、观测、示踪试验、实验测试等手段,利用水文地质学、岩溶学等理论方法,分析研究区岩溶含水层富水性、岩溶发育强度、大泉地下河及管道分布、地热分布情况,及其对拟建铁路选线的影响,计算隧道涌水量,提出隧道施工尽量避开地下水富集区、岩溶强发育区、大泉地下河主管道径流区、地热异常区、岩溶砂岩地层区等建议措施,减少拟建铁路施工可能面临的岩溶水文地质危害及其对地下水环境造成的破坏,为强岩溶发育区的工程建设提供参考建议。

云贵高原典型串珠状岩溶湿地水文地质演化研究

位于云贵高原面上宣威岩溶断陷盆地北东部的格宜镇,地貌类型为岩溶丘峰谷区,广泛分布碳酸盐岩地层,由于岩石建造和外地质应力的复杂性,在强烈的溶蚀作用下形成了多种多样的地貌形态,既有溶蚀形成的溶洞、洼地、谷地、落水洞等地表岩溶地貌,又有地下河管道等。通过水文地质学、岩溶学方法,对湖泊型串珠状湿地的构造、水文地质、岩溶发育特征进行研究,云贵高原面上串珠状岩溶湿地演化过程经历了地壳抬升期、南地壳稳定期、地壳再次抬升期三个阶段,在新构造运动作用下,由于地壳抬升,侵蚀基准下切等原因,岩溶管道在漫长的时间内垮塌、淤泥堵塞及岩溶发育的不均匀条件下了形成地表串珠状湿地。针对目前湿地面积的不断萎缩、减小问题,提出了具体的保护建议。

云南省地质灾害综合防治体系建设系列专项研究进展

云南省地质灾害综合防治体系建设是国内规模最大、最广泛的地质灾害防治专项,其实施使全省地质灾害发生数量大幅减少,因灾死亡及失踪人数明显递减,防灾减灾成效显著。文章依据12项系列专题研究成果,综述了体系建设实施概况及防灾减灾成效,归纳评述了取得的主要科技成果,重点对高原地质灾害成因、规律认识、特殊岩土控灾机制、易发性分区评价、隐患综合遥感识别、自动化监测预警及信息标准体系建设进展进行了总结,成果可为云南省地质灾害综合防治提供经验借鉴。

半山区滑坡灾害易发性评价-GIS支持下基于CF与Logistic耦合模型

【研究目的】会泽县地处云贵高原半山区,地质灾害频发。以滑坡灾害为研究对象,采用耦合模型开展易发性评价,以期探索适合云贵高原半山区地理环境特点的评价模型。【研究方法】选取地貌、坡度及坡向等12个评价因子,应用确定性系数(CF)与Logistic耦合模型计算滑坡灾害发生概率,基于GIS的自然间断法评价结果等级。通过合理性检验与敏感性检验验证模型。【研究结果】(1)高程、距断层距离、距道路距离、坡度对会泽县滑坡易发性影响较为显著。(2)稳定、低、中和高的面积分别为46.25 km^(2)(0.61%)、3095.41 km^(2)(52.77%)、1296.64 km^(2)(21.94%)和1446.53 km^(2)(21.94%)。(3)确定性系数(CF)与Logistic耦合模型通过合理性检验,AUC值为0.927。【结论】(1)滑坡中-高易发区位于会泽县西南部及东北部部分地区,低易发区及稳定区位于西北部、中部和南部地区。(2)采用CF-Logistic耦合模型开展滑坡灾害易发性评价具有较高合理性和准确性。

云南哀牢山地区地质灾害因子敏感性和易发性评价--以新平县为例

针对地质灾害敏感因子选取和易发性评价问题,为寻求适宜云南省哀牢山区地质灾害易发性评价分区方法,论文选择新平县为典型研究区,选择了工程地质岩组、距断裂距离、高程、坡度、坡向、距水系距离、距道路距离和地类等因子,应用证据权法进行了地质灾害因子敏感性分析和易发性评价。评价结果显示:地质灾害高易发区面积1532.94 km^(2)、灾点占比74.06%;中易发区面积2119.07 km^(2)、灾点占比24.69%。评价结果与历史地质灾害空间分布特征相符,证明了此次所选取的评价因子和评价模型的合理性,支持云南省哀牢山区灾害防治。

基于信息量、加权信息量与逻辑回归耦合模型的云南罗平县崩滑灾害易发性评价对比分析

以罗平县崩滑地质灾害为研究对象,选取工程岩组、坡度、坡向、高程、起伏度、曲率、地貌类型、距河流距离、距断裂距离9个评价因子,基于共线性诊断和相关性分析对其进行独立性检验。然后采用信息量法计算各评价因子分类分级的信息量值,采用层次分析法和逻辑回归法对各评价因子进行权重的定量计算,从而构建信息量、加权信息量和信息量-逻辑回归耦合易发性评价模型并进行对比分析。基于GIS的自然断点法将评价结果划分为非、低、中和高4个等级,并采用ROC曲线对其精度进行检验。结果表明:3种评价模型的AUC值分别为0.757、0.723和0.852,信息量-逻辑回归耦合模型的精度最高,模型结果分区与崩滑地质灾害点的分布较吻合,其非、低、中和高的面积(分级比)分别为771.1 km^(2)(25.55%)、836.6 km^(2)(27.73%)、864.36 km^(2)(28.64%)和545.94 km^(2)(18.08%)。

不同坡度条件下的全风化花岗岩回填土边坡生态防护措施

生态防护措施是治理全风化花岗岩回填土边坡坡面侵蚀的有效手段,以中缅油气管道龙陵段全风化花岗岩回填土边坡为研究对象,通过室内人工模拟降雨试验,在坡长相同的情况下,选择不同坡度(10°,20°,30°和40°),相同雨强(220 mm/h)的4种水土保持措施(工程措施、植物措施、工程+植物措施和工程+耕作措施)来分析坡面土壤侵蚀的变化规律并计算产流率和产沙率,评价其防治效果。结果表明:(1)不同坡度所设置的防护措施均能起到减流减沙的效果,最佳水土保持措施为工程+植物措施。(2)≤10°边坡在裸坡条件下坡体基本稳定,不需要任何防护措施;10°~20°,20°~30°边坡分别在植草(覆盖率100%)和植草+坡面截排水措施下的护坡措施效果较好,>30°边坡必须在有固坡措施的基础上,坡面设置生物措施方能有效治理坡面侵蚀问题。(3)坡度的阈值不是固定不变的,坡面防护措施越复杂,阈值越大;且在不同的防护措施条件下,坡度对坡面累积产沙量影响最大。

云南高原岩溶塌陷发育特征及成因机制

云南高原岩溶塌陷总的特征是由岩溶高原特定的地质环境、岩溶发育、水文地质以及水文气象和人类工程活动等因素综合影响和决定的,文中通过对这些因素及其作用机制的分析,深化了对高原岩溶塌陷基本特征和发育规律的认识。云南高原岩溶塌陷区域上分布零星,地段上呈现“点状”特征,主要集中发育于岩溶断陷盆地、岩溶槽谷(洼)地、岩溶台地或古高原面等特定的岩溶地质环境单元。主要原因是高原大部分区域为裸露型基岩山区,江河深切,垂直岩溶带发育,地下水埋藏普遍较深;盆、谷、洼地等人类聚居区,除边缘地带外,松散土覆盖层厚度较大,且黏性土层占比高,土体固结度也较高;岩溶发育不均匀,岩溶洞、管发育,但总体上地下岩溶率并不高,引发岩溶塌陷的洞、管较为孤立分散。

南方岩溶地区水文地质调查的问题与改进措施

通过南方岩溶地区1∶5万水文地质调查项目检查、评审意见书及记录等大量资料的梳理,参考有关文献、对照现行行业规范及管理要求,归纳分析了部分调查项目存在的问题和不足,主要表现为综合研究工作及成效较差、专题研究联系实际不够、第四纪地质调查较为浅显、钻探控制作用发挥较差且探水成功率低、水资源评价内容不全面。文中联系实际探寻了产生问题的主、客观原因,主要有南方岩溶水文地质条件复杂、物探找水的准确性尚待提高、成果质量及研究程度考核指标不突出、项目成员专业构成和经验不足等。提出基于借鉴前人经验、推广应用新技术、全面理解和执行规范,以问题为导向,改进水文地质调查的措施建议,旨在促进解决当前地质调查中存在的问题,助力水文地质调查的高质量发展。

岩溶高原山区表层岩溶泉绿能与高效开发利用模式

为解决岩溶高原山区缺水的问题,合理开发利用表层岩溶水,开展了水文地质详细调查。查明区内表层岩溶泉出露13个,流量0~67.53 L·s^(−1),动态变化与降水关系密切。文章总结了表层岩溶水“泉-池(窖)-库”优化调控、绿能高效开发利用模式:①在有砂泥岩夹层分布的凹部山岩溶洼地,采用防渗帷幕灌浆,建设悬挂式凹部山水库,积蓄地表水、表层岩溶水形成自流供水;②在湾半孔表层泉处建设蓄水池直接引流利用;③在湾半孔表层泉附近建设水泵站、光伏电站,平水期时通过光伏电站发电,由泵站自动控制抽取表层岩溶水补给凹部山水库,形成地表、地下水优化调控,联合调度调蓄利用25.3万m^(3)·a^(−1),解决了区内13000余人的生活生产用水困难问题。

白鹤滩库区五里坡滑坡蓄水变形机理与潜在涌浪

水库滑坡破坏产生的涌浪会大幅度增加滑坡造成的人员伤亡和财产损失。通过现场调查和数值模拟分析研究了白鹤滩水电站五里坡滑坡的蓄水变形机理与潜在涌浪。结果表明,五里坡滑坡由下部软岩、上部硬岩构成的软弱基座型风化碎裂岩质滑坡,其变形破坏模式为压缩-拉裂-剪断,长期库水升降循环作用下存在整体失稳破坏可能性。进一步数值模拟分析表明,五里坡滑坡在最高蓄水位整体破坏激发的冲击波不会对临近的蒙姑社区和甘葫路造成破坏性影响,但可影响过往船只安全通行。因此,可考虑采用坡体削方等工程措施降低五里坡滑坡潜在冲击波风险。

高陡边坡危岩体运动学参数与防治措施研究

进行危岩体崩塌灾害防治时,对危岩体进行精准辨识并有效还原危岩体滚落时的真实情况是重难点。以昆明市山邑村危岩体为例,采用现场调查、无人机三维倾斜摄影测量技术及三维激光扫描技术,对高陡边坡危岩体进行数据提取,采用RAMMS ROCKFALL软件模拟危岩体滚落时的运动情况,获取危岩体滚落过程中的运动路径及运动学参数。研究结果表明,通过现场调查、无人机三维倾斜摄影测量技术及三维激光扫描技术等先进手段相结合的方法,可对危岩体进行较准确、全面的辨识与分析;可利用RAMMS ROCKFALL软件进行模拟分析,以较真实地反映危岩体滚落时的运动情况,获取落石运动路径、速度、对下方建筑物的冲击等运动学参数,可为防治工程构件布置和设计计算提供参考。

甘肃早子沟金矿典型岩石微观结构特征及其渗透性研究

电镜扫描(SEM)常应用于岩土工程研究,通过对岩石样的细观扫描、微观成像可得到岩石表面形貌的放大图片,来研究岩石的渗透系数。将电镜扫描用于观察矿石的微观结构特征,可以评估矿石的渗透性,为矿山开采和矿井排水等工作提供依据。本文通过对在甘肃早子沟金矿采集的矿井岩石的孔隙裂隙进行电镜扫描实验,获得了该矿井岩石的细观图像;运用MATLAB软件进行编程,对电镜扫描图像进行二值化处理得到最佳阈值Tb;利用Image-Pro-Plus软件对进行二值化处理后的图像孔隙参数进行提取;最后利用COMSOL Multiphysics软件进行数值模拟以观察矿井岩石的渗流通道和连通性。研究结果表明,对早子沟金矿矿井岩石的SEM图像的解析,可与理论计算结果相互印证,从该矿床矿井中采集的不同岩石类型普遍显示出较低的孔隙率和渗透率特性。在孔隙率相近的不同岩石样本中,分形维数可以作为一个有效的指标来区分孔隙结构复杂性。由COMSOL Multiphysics软件对岩石的微观孔隙渗流情况进行数值模拟可知,该金矿岩石样本的连通度较差,因此该区域地层富水性较差。

高原山地—湖泊地区雨季地表水补给来源的空间格局及形成机制

本文旨在解析中国西南高原山地—湖泊地区雨季地表水补给格局及其形成机制,基于2022年7—8月在洱海流域采集的多水体氢氧稳定同位素数据,利用贝叶斯混合模型和遥感技术,量化地表水的补给源和比例,并探究水体转化机制。结果表明:(1)洱海流域雨季降水受蒸发和季风气候等影响,其氢氧同位素值与地下水和地表水相比偏负。地下水δD、δ18O表明,在高海拔及富水性高的区域地下水氢氧同位素值偏负,d-excess值则表明不同含水岩组的蒸发差异。地表水氢氧同位素值随着水体从入湖河水经过洱海湖水到出湖河水的流动逐渐偏正,其中苍山东坡和南部区域同位素值较北部区域而言更偏正,就苍山东坡而言,其中游地区蒸发作用最为显著。(2)苍山—洱海间地表水补给来源的空间格局显示,地表水对其下游混合水体的贡献率最大。其中降水和地表水在苍山—洱海间各河段的贡献率皆表现为,在出山口以上河段的降水、地表水贡献率小于出山口之后河段;而地下水贡献率反之。(3)沿河流流向,其地形、地质条件、地表覆盖和水汽特征共同影响地表水补给来源的空间格局,植被覆盖状况好、地表温度高和实际蒸散量多的区域,降水对地表水的补给多;植被覆盖状况较差的区域,地表水的补给较多;地下水对地表水的贡献率则取决于含水岩组类型。

不同颗粒级配对全风化花岗岩回填土抗剪强度的影响

坡面开挖后形成的全风化花岗岩回填土结构松散,物理力学性质差,易受流水侵蚀,导致严重坡面侵蚀。传统治理措施效果有限,土壤改良成为提升土壤抗冲刷能力和改善物理力学性质的有效策略。以全风化花岗岩回填土为主要研究对象,通过室内颗粒分析试验和直剪试验,在不同红黏土和砂粒质量占比条件下进行了系列重塑混合土体的抗剪强度试验研究。结果表明:一般情况下,随着红黏土和砂粒质量占比的增加,不均匀系数和曲率系数整体表现为增大趋势。级配参数对混合土体抗剪强度的影响是通过改变土体中粗细颗粒的比例以及颗粒间的作用关系,来影响其内摩擦角与黏聚力,其中红黏土会增加黏聚力,超过30%质量占比后会降低内摩擦角,而掺入砂粒会增加混合土体的内摩擦角,但是超过18%质量占比后其黏聚力低于回填土。此外,红黏土的掺入可以改善回填土的物理化学性质和肥力条件,并提高土体的抗剪强度,6%质量占比红黏土效果最佳,但实际应用中,可根据需求在6%~30%范围内选择。对于砂粒,在考虑后续工程防护措施下,18%质量占比为较优选择。

岩体暴露面图像中裂隙全自动提取方法研究

裂隙显著影响岩体物理与力学性质,针对从岩体暴露面图像中自动提取裂隙存在的提取结果不完整、信噪比低,以及提取方法经验参数多、鲁棒性差等问题,提出一种全自动裂隙提取优化程序。首先,通过引入广义伽马校正初步提升裂隙与岩壁面对比度;其次,考虑裂隙路径像素间相互影响,设计灰度传递算法提升裂隙连续性;最后,通过改进Frangi滤波器提取裂隙并充分抑制噪音像素响应。结果表明:该程序充分融合了裂隙低灰度和高线型两大特征,图像增强与裂隙提取两阶段协同运作,显著改善了裂隙对比度不均问题,在较完整提取裂隙的同时还能够有效防止噪音与伪裂隙的产生,对多种岩体暴露面图像均具有很高的鲁棒性。将该方法与常用的裂隙识别算法进行比较,展现了该算法流程在处理低对比度、高噪声岩体裂隙图像方面的显著优势。