秦岭生态地质环境系统研究关键思考

生态地质环境系统研究应以地质学为基础,以生态学为指导,研究岩石、土壤、水、生物等在地质作用下产生的生态问题。秦岭生态地质特色鲜明,是催生生态地质基础理论、形成生态地质保护对策的理想实践地,迫切需要对秦岭生态地质环境角色地位予以系统剖析,梳理秦岭生态地质环境系统面临的主要挑战,构建秦岭生态地质环境系统框架体系。研究提出秦岭生态地质环境系统研究要把握以下关键思考:一是秦岭生态地质环境要素多元、圈层互馈过程复杂、灾害叠加影响效应突出、人-地-生相互作用强烈,立足生态秦岭面临的现实挑战,需认知秦岭生态地质环境系统的要素构成及家底,构建秦岭生态地质环境系统要素互馈演化模型,探索生态退化、水土流失和地质灾害共存递进关系,进而提出地质环境-生态环境-人类环境动态平衡调控对策;二是秦岭生态地质环境系统框架体系应以地质环境认知为基础,将生态环境充分融入地质环境之中整体考虑,并对各要素对生态环境影响进行梳理;其中,构造、地貌地质环境是“生态容器”,岩石、土壤及水文地质环境是“生态载体”,灾害地质环境是引起“生态损害”的重要因素,人类活动环境则为造成“生态扰动”的外在驱动;三是秦岭林体-土体-岩体-山体-水体五体关系复杂,内生互馈作用密切,认识“山水林田湖草生命共同体”同存-同演-同损-同荣规律的科学内涵,应立足于探究林体-土体-岩体-山体-水体的互馈与协同演进机制;四是秦岭地面生态损害、表层水土灾害、浅深层地质灾害呈现互馈耦合、共存递进演化特征,需重点把握“生态损害→地质灾害的递进关系及内在机制”这一关键问题;五是开展秦岭人类环境-地质环境-生态环境动态平衡调控机制研究,应以探索生态安全与人地协调的关系为核心,分析生态系统破坏和地质灾害与地质-地貌-气候-人类活动的时序演变关系,在此基础上探索生态地质环境系统的动态平衡机制,进而提出基于人地协调的生态安全防控策略。

抽水蓄能电站建设及运营对地下水环境影响研究——以陕西大庄里抽水蓄能电站为例

抽水蓄能电站以其可持续性和高效性的调峰、调频、调相及事故备用电站,是中国电网系统中的关键一环,其对地下水环境影响一直是建设发展的重点和难点。为探究抽水蓄能电站建设运营对地下水环境的影响,以陕西省抽水蓄能规划“十四五”重点实施项目大庄里抽水蓄能电站为工程实例,分析讨论抽水蓄能电站的建设及运营对地下水环境影响,通过分析区域水文地质条件,结合压水试验和水质分析,开展场地地下水环境评价,结合渗流场模拟,预测建设期和运营期地下水环境影响,提出相应的环境保护措施。结果表明:工程建设期及运营期对地下水环境的影响主要体现在地下水位的下降。上水库地下水埋深浅,水量不丰,库岸开挖将改变地下水的排泄条件,库周地下水位会发生10 m以内的小幅度下降;输水系统建设开挖将改变天然渗流场状态,导致沿线整体水位下降,局部降幅可达78 m;下水库坝、库地下水位埋深差异大,地下水坡降约为30%,开挖易于破碎花岗岩体处形成局部渗流和地下水排泄。研究成果对其他抽水蓄能电站地下水环境影响评价工作具有指导意义。

基于GMS的地下水环境评价

地下水与人类生产生活密切相关,地下水环境评价是水电工程项目中十分重要的一环。以某抽水蓄能电站为例,通过GMS数值软件建立研究区水文地质模型,模拟该水电站天然情况下地下水渗流状态,并对该工程施工及运行期地下水系统进行预测。在此基础上,根据该工程施工及运营期特点,提出地下水环境保护措施与对策,从而对类似工程提供参考与建议。

西安骊山滑坡自动化监测系统建设

骊山滑坡位于西安市临潼区骊山北坡,目前骊山北坡局部发生变形,滑坡正在发育。鉴于骊山滑坡所处位置的重要性,结合工作实际,为了提高骊山滑坡监测精度和监测时效,实现人防与技防相结合、实现实时变形监测与监控,在主要变形区域:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区坡体上建立一套滑坡自动化监测及视频监控系统,进行24小时不间断监测。通过该系统提供的有效数据,结合人工监测数据进行综合分析,可及时发现坡体变形隐患,并发出地质灾害预警信息,为政府决策提供可靠依据。监测内容包括:降雨量、孔隙水压力、土壤含水率、地表位移及深部位移、视频监控。

基于聚类算法优化样本的地质灾害易发性评价

区域地质灾害易发性评价样本数据的可靠性是影响最终评价结果的关键因素之一。以陕西省白河县236处地质灾害为研究对象,分别采用层次聚类算法与动态K-means聚类算法对地质灾害样本数据进行聚类分析并获得其样本纯度。分析结果表明:层次聚类算法与K-means聚类算法得到样本纯度分别为91.53%与92.80%;结合两种算法结果,剔除样本噪声点20个,确定有效样本点216个,得到最终样本纯度为91.53%。利用样本提纯前后数据分别建立信息量模型(Ⅳ前、Ⅳ后),开展区域地质灾害易发性评价。评价结果表明:Ⅳ前模型与Ⅳ后模型得到的区域易发性区划图中,地质灾害落入极高-高易发区的数量分别为149个与167个,分别占灾害总数的63.13%与70.77%,灾害密度分别为0.508个/km 2与0.584个/km 2,较初始样本条件,样本提纯后极高-高易发区内灾害点数增加18个,灾害密度增加0.076个/km 2,地质灾害分布更集中,预测结果准确度更高。研究结果可为地质灾害易发性评价研究中的初始样本数据提纯提供一定的理论与科学依据。

“3S”技术支持下的矿区地质灾害动态监测预警

对矿区进行地质灾害动态监测预警是一项刻不容缓的工作,通过对矿区长期、动态的监测,可以及时掌握矿区的沉降规律和破坏程度,以便及时地预测可能发生的灾害,为矿区的规划、治理和发展提供依据。文中主要研究了"3S"技术支持下的矿区地质灾害动态监测预警技术方案,该方案为首先对地质灾害点进行分析,确定该地质灾害点的危险等级,针对各地质灾害点制定各自的动态监测方案,根据所制定的监测方案实施监测预警。说明了监测预警系统中"3S"技术的相互集成和分工,并对系统的运行情况作了详细的介绍。

发育地裂缝的储备用地地质灾害危险性评估

在储备用地出让前开展地质灾害危险性评估工作,因拟建工程未达到可研阶段,加大了评估工作难度。对于西安地裂缝穿越的储备用地,在分析规划条件、地质条件的基础上,结合建筑物类别及基础类型,给出了储备用地避让距离D的计算公式。将避让距离D以内的区域划分为危险性大区;将避让距离D以外、特殊类建筑避让距离以内的区域划为危险性中等区;将危险性大区及危险性中等区以外范围划分为危险性小区。这种划分方法最大程度接近场地实际,且方便快捷,满足相关规范要求,对该类型地质灾害危险性评估工作的开展具有指导意义。

西安市户县教场沟泥石流发育特征及危险性分析

我国山区泥石流灾害频发,其中秦巴山区就是我国泥石流灾害的多发区之一。前后两次对秦岭北麓户县涝峪镇教场沟进行了详细的野外考察。在考察过程中,对沟道内泥石流物源的总储量及空间分布,沟道的横、纵断面参数进行了详细的调查和测量;在此数据基础上,以小流域降雨-径流计算模型对不同降雨条件下,泥石流峰值流量及单次泥石流过程总量进行了计算分析。计算结果表明,该流域在遭遇50 a及以上年数一遇的强降雨时,将形成规模可观的泥石流灾害;结合沟口的实际地形资料,通过经验模型对不同降雨条件下的泥石流堆积范围进行了分析及预测,旨在为秦巴山区泥石流防灾减灾工作提供科学参考。

基于聚类分析法的地质灾害风险评价——以韩城市为例

在充分分析韩城市地质灾害调查数据的基础上,采用聚类分析方法对韩城市地质灾害进行风险性评价。首先借助ArcGIS和SPSS软件,抽象出11类地质灾害危险性评价因子和5类易损性评价因子,然后分别基于K平均聚类分析法和系统聚类分析法评价了韩城市地质灾害的危险性和承灾体的易损性,最后根据地质灾害危险性与承灾体易损性的评价结果对韩城市地质灾害风险性进行了评价和分级。研究结果表明,地质灾害风险评价分区结果与实际情况相符,评价方法合理有效,与传统的层次分析和专家打分法相比,规避了人为主观因素的影响,而且操作简单,具有较高效率。该问题的研究能够为地质灾害风险评价提供一定的理论依据和实际指导。

陕西省蓝田县地质灾害易发程度分区评价研究

评价一个地区地质灾害发育程度,需进行区域地质灾害易发性区划及评价。本文以蓝田县为例,将影响地质灾害发生因素量化,进行各评价因素叠加分析,把蓝田县地质灾害易发程度划分为地质灾害高易发区、中易发区、低易发区和不易发区四个级别并进行评价,为该县地质灾害防治工作决策部署提供参考依据。

西安市地热资源开发利用现状分析及对策建议

通过对西安市地热资源现状分析,选择四个热储层典型性热水井,根据其2016年上半年水位、水质、水温等与上年同期相比的变化情况,分析全市地热资源开发利用情况及存在和面临的问题,进而对西安市地热产业发展提出对策建议。

易侵蚀层厚度对滑坡运动过程与堆积特征影响的模型试验研究

为研究滑坡与易侵蚀层相互作用下产生的地质构造现象,利用砂盒试验装置对滑坡的运动过程进行研究,揭示滑体运动过程中速度场与位移场规律,剖析滑坡堆积体几何形态及内部构造特征。结果表明:滑体运动过程分为3个阶段,初始阶段,滑体沿斜板下滑,速度和加速度快速增加;加速、稳定阶段,易侵蚀层会极大地抑制滑体的运动,滑体与易侵蚀层碰撞后速度与加速度瞬间降低,使得滑体位移量显著减小;随着易侵蚀层厚度的增加,滑体在撞击易侵蚀层后速度减小的幅度增大,堆积体面积、长度随厚度的增加而逐渐减小;在易侵蚀层厚度增加的过程中,滑体对易侵蚀层的作用形式逐渐由挤向覆转变,作用过程变得复杂;随着厚度的增加,相互作用变得复杂,堆积体内部发育直立褶皱、平卧褶皱、逆冲剪切、水平剪切、包卷等结构,表面形成褶皱、隆起等构造,反映滑体从压缩到剪切运动的应力状态。研究结果为滑坡运动路径中存在易侵蚀时的灾害范围计算提供了一定的理论参考。

高陵县土地整理中新增耕地土壤养分现状研究

【目的】研究土地整理项目中新增耕地土壤养分含量的特征,为更好地发挥土地整理效果提供依据。【方法】采集高陵县通远-湾子土地整理项目中,分别由工业用地、坟墓用地、晒谷场、苇地等4种土地利用类型经整理后的新增耕地17个土壤样品,测定其有机质、全氮、速效磷、速效钾和代换量,运用SPSS统计软件分析了土壤养分状况。【结果】新增耕地土壤养分中有机质、全氮、速效磷、速效钾和代换量含量平均分别为16.53 g/kg,4.72 g/kg,84.94 mg/kg,202.80 mg/kg和13.25 cmol/kg。土地养分含量变化较大,有机质、全氮、速效磷、速效钾和代换量变异系数平均分别达到80.49%,6.22%,31.77%,37.06%和21.10%,原有利用类型对土壤养分差异形成无明显影响。土壤中各养分间相关程度较低,有机质与速效磷、代换量,速效钾与速效磷和代换量之间呈弱相关,相关系数分别为0.415,-0.372,0.459和0.375,其余养分含量之间无明显相关性。【结论】新增耕地土壤各养分含量较1996年大幅增加,已达高肥力水平,但养分来源主要为化肥,有机肥施用不足。因此,应将保持土壤有机质平衡和提高土壤有机质含量作为培肥中心环节,在培肥土壤方面提倡有机无机肥配合施用。

临潼区土地整理中新增耕地土壤养分现状研究

本研究目的在于分析土地整理项目中新增耕地土壤养分含量的特征,明确生产条件改善后影响土地生产能力的重要因素,为更好地发挥土地整理效果提供依据。采集临潼区新丰土地整理项目中道路交通用地、水利设施用地、疏林地和对照样地等4种土地利用类型经整理后的新增耕地17个土壤样品,测定其容重、有机质、全氮、速效磷、速效钾、代换量、pH值和全盐量,运用SPSS统计软件分析土壤养分状况。结果表明:新增耕地土壤养分含量较低,土壤养分中容重、有机质、全氮、速效磷、速效钾、pH值、全盐和代换量含量平均为1.54 g/cm3,5.37 g/kg,0.54 g/kg,5.42 mg/kg,73.23 mg/kg,8.51,573.81 mg/kg和12.41 cmol/kg;原有土地利用类型对养分含量影响较大;土壤中各养分间相关程度较低,容重-有机质、速效钾-代换量和全盐量、代换量-全盐量具有明显相关性,相关系数分别为-0.54,0.58,-0.62和-0.68,其余养分含量之间无明显相关性。可以看出:新增耕地利用时间较短,养分积累不足,土壤有机质含量低是导致肥力较低的主要原因,土壤养分水平成为制约整理后土地生产能力和影响产量差异的的重要因素,应将提高土壤有机质含量作为培肥中心环节。

砂粒含量对砂质黄土力学性质影响试验研究

为研究不同砂粒含量对砂质黄土力学特性及其工程地质性质的影响,以吴起砂质黄土为主要研究对象,基于室内渗透试验、压缩试验、三轴剪切试验,研究了不同砂粒含量(30%、35%、40%、45%)对砂质黄土渗透特性、压缩特性及强度特性的影响及其力学机制,所得结果为砂质黄土地区滑塌灾害防治减灾提供了重要的力学参数。试验表明:随着砂粒含量的增加,砂质黄土的渗透性逐渐增大,其孔隙比逐渐增大,可压缩性逐渐增强,抗剪强度逐渐增大;砂粒含量对抗剪强度参数的影响表现为随着砂粒含量的增加其内摩擦角逐渐增大,黏聚力逐渐减小。

沙漠-黄土高原过渡区砂质黄土强度试验研究

【目的】研究含水率与干密度对砂质黄土强度的影响,揭示土体力学强度与结构强度对沙漠-黄土高原过渡区砂质黄土边坡滑塌的影响。【方法】通过直接剪切试验,分析了砂质黄土含水率(7%,11%,15%和19%)、干密度(1.60,1.65,1.70和1.75 g/cm3)、砂粒质量分数(30%,35%,40%和45%)对抗剪强度及其参数的影响。在此基础上,通过砂质黄土构度试验,分析其结构强度特性规律并建立其与抗剪强度之间的关系,对比分析含水率、土性(砂质黄土、粉质黄土、黏质黄土)对构度的影响。【结果】砂质黄土的抗剪强度、黏聚力、内摩擦角随着含水率的增大而逐渐减小,含水率由7%增加到19%时,其黏聚力由5.5 kPa降低至2.0 kPa,内摩擦角由33.22°降低至26.98°。砂质黄土的抗剪强度、黏聚力、内摩擦角随着干密度的增大而逐渐增大,干密度由1.60 g/cm3增加到1.75 g/cm3时,其黏聚力由5.5 kPa增加至60.5 kPa,内摩擦角由25.64°增加至26.15°。砂质黄土的抗剪强度、内摩擦角随着砂粒质量分数的增大而逐渐增大,黏聚力随着砂粒质量分数的增大而逐渐减小,砂粒质量分数由30%增加到45%时,其黏聚力由3.82 kPa降低至1.48 kPa,内摩擦角由22.56°增加至25.42°。砂质黄土、粉质黄土、黏质黄土的构度均随着含水率的增加而逐渐降低,含水率由7%增加到19%时砂质黄土构度下降了38.83%,粉质黄土构度下降了84.57%,黏质黄土构度下降了34.89%。随着砂质黄土构度的增加,其抗剪强度也随之增加,亦即结构性越强其抗剪强度越大。【结论】含水率与干密度对砂质黄土剪切强度及结构强度影响较大,应重视因含水率增加或干密度降低使得土体剪切强度及结构强度降低,进而引发黄土滑塌的灾害。

基于模糊层次分析的西安市地质灾害危险性评价

运用模糊层次分析法(FAHP),构建12个评价指标的层次结构模型,对西安市地质灾害危险性进行单因子和多因子评价与区划,并进行了相关验证。研究结果表明:1)西安市地质灾害等级以中低危险性为主,轻度危险区、低危险区、中危险区和高危险区所占比例分别为24%、33%、27%、16%;2)地质灾害空间分布具有明显的地域特征,呈现条带和面状分布、主城区较少、周边县区较多的空间格局,以蓝田县和长安区居多;3)地质灾害安全区提取与危险性区划结果的验证精度较高,可为西安市地质灾害防灾减灾提供理论支撑。

区域崩塌和滑坡规模参数频率分布研究——以秦巴山地宁强县为例

基于假设提出崩塌和滑坡灾害长、宽和厚等规模参数频率分布呈负指数关系,并通过变换负指数关系提出面积和体积等规模参数频率分布简单而有效的计算公式。以秦巴山区宁强县为例,对所提出的公式进行验证。结果表明:(1)特大型和巨型滑坡、崩塌在控制滑坡、崩塌总面积和总体积中起着重要的作用;(2)崩塌、滑坡规模参数(长、宽和厚)频率分布符合更简单的指数关系,且用指数关系拟合的规模参数频率曲线不会产生"偏转效应",地质灾害参数不仅符合对数正态分布(Normal),而且符合对数韦伯(Weibull)和Logistic分布;(3)对于崩塌和滑坡面积与体积规模参数,其实质是长、宽和厚等参数的平方级和立方级,因此,对于其规模参数频率分布求解的一个简单的方法是对面积和体积开平方根和立方根后再用指数分布对其拟合,事实证明其确实呈现一种指数分布;(4)文中所提出的规模参数频率负指数分布,简捷而有效,便于推广应用。

洛阳地铁车站基坑支护变形特性模型试验研究

以洛阳火车站地铁车站明挖基坑支护工程为背景,对基坑开挖过程中支护结构侧向位移变化规律开展3组小比尺模型试验,探讨基坑开挖后基坑支护桩身位移变化规律并考虑不同桩间距的影响。研究结果表明,桩身位移随着基坑深度的增加在基坑边缘处为先增大后减小,在基坑中间部位为先缓慢增加后急剧增加,最大桩身位移深度为距基坑底部1/6基坑深度处,桩身位移达3.91 cm;桩身位移随着地面荷载的增加逐渐增大,且距基坑顶部1/6处桩身位移变化幅度较小,最大桩身位移为1.8 cm,随着距离增加至距基坑顶部1/2处桩身位移变化幅度增加了41.1%,最大桩身位移为2.54 cm;当距离增加至距基坑底部1/6处桩身位移变化幅度急剧增大,最大桩身位移为3.91 cm,相比基坑顶部1/6处增加近1.2倍。研究成果对洛阳地铁火车站深基坑工程设计具有重要指导意义。

白龙江某水电站枢纽区顺向河谷岸坡变形特征及其形成机理研究

水库蓄水坝址区边坡变形稳定可对水电工程产生困扰和影响,分析并查明枢纽区岸坡变形破坏的类型、规模、分布差异对水电工程安全设计具有重要意义。文章以白龙江某水电站为研究对象,通过现场调查方法对其枢纽区基本工程地质条件、岸坡结构类型、岸坡不良地质灾害发育特征进行了分析,从地形地貌、岩性特征、岩体结构、岸坡应力场等方面总结出岸坡变形破坏特征及其破坏模式,在此基础上通过数值模拟方法揭示了岸坡结构变形破坏形成机理。研究表明:顺向河谷中,发育有层状同向结构岸坡、层状反向结构岸坡、层状横向结构岸坡及层状斜向结构岸坡4种类型;左岸不良地质灾害分布密度小但发育有大规模滑坡和变形体,右岸不良地质灾害分布密度大但多为小型倾倒体和松动体;枢纽区内岸坡呈现出剪切-滑移型、倾倒弯曲型、拉裂型变形破坏特征;岸坡结构变形破坏受岸坡地形地貌、岩性特征、岩体结构面、应力变形特征的综合作用。研究成果可为其他类似工程提供借鉴。