福建省地质灾害防治研究现状与展望

2018-03-31叶龙珍

福建地质 2018年2期

叶龙珍

(福建省地质工程勘察院，国土资源部丘陵山地地质灾害防治重点实验室，福州，350002)

福建省地处中国东南沿海，山地丘陵占全省陆域面积87%，地质环境条件较复杂、地质构造发育。汛期和台风季强降雨集中，地质灾害发育，主要分为滑坡、崩塌、泥石流和地面塌陷地质灾害易发区，及浙闽赣丘陵山地群发性滑坡重点防治区[1]。福建省历史上曾发生多起重大人员伤亡或巨大财产损失的地质灾害[2]，自1980年以来，发生10人以上死亡或失踪的地质灾害16处，仅2010年6月中下旬强降雨引发闽西北三明、南平地质灾害数万起，造成80余人遇难、直接经济损失逾3亿元；2016年泰宁“5·8”泥石流造成35人死亡1人失踪，是全省有详实记录以来发生人员伤亡最多的单点地质灾害[3]*福建省地质工程勘察院，泰宁池潭“2016.5.8芦庵沟泥石流”调查报告，2016。。据福建省地质灾害综合管理信息系统统计，截至2017年底，全省村居地质灾害隐患点10 751处，房前屋后高陡边坡39 568处，其中列入省级主要地质灾害点管理的威胁50人以上村(居)地质灾害隐患点1 190处，潜在威胁人数17.5万人，威胁财产31.1亿元[4]。

1　福建地灾防治研究历程

1.1　调查评价

福建省地质灾害调查评价研究总体从流域泛查、县域粗查，至县乡详查、重点精查的方式由浅到深开展工作。具体工作大体以2005年为界分成两个阶段，2005年之前，以福建省地质矿产勘查开发局(简称福建省地矿局)属地勘队伍为主，在福建省区域地质、第四纪地质调查基础上，开展部分流域、图幅单元的1∶20万地质灾害调查和全省1∶50万环境地质调查等研究，1999～2005年开展全省85个县(市、区)1∶10万地质灾害调查与区划工作；2005年之后，开展地质灾害易发区的县(区、市)1∶5万地质灾害详细调查；相关技术队伍每年对其所支撑的县(区、市)开展地质灾害核查、销补工作；近年来，福建省地矿局组织实施重点区域1∶1万的精细化地质灾害风险评价示范研究。

1.2　监测预警与预报

1.2.1群测群防

2004年，根据安溪县地灾调查区划成果，安溪县国土资源局建设实施群测群防制度，成为全国地质灾害群众测防管理的典型示范，在各县(区、市)推广应用。

1.2.2地质灾害气象预警预报

2005年建立省级第一代预警预报模型，形成五级预警预报等级，省级地质灾害气象预警预报系统正式运行。随着气象科技设备投入与更大范围的覆盖，省级地质灾害气象风险预警预报模型也进行了更新完善，实现了对公众发布的黄、橙、红三级预警，明确了对应地灾隐患点、易发区监测，巡防，转移的要求。

安溪县结合县域降雨与地灾耦合相关数据统计分析，确定连阴雨、短时强降雨和台风暴雨3种地灾气象预报模型，分注意级、预警级、警报级三级信息发布[5，6]。德化县以2000年8月台风降雨与地灾关系统计为基础，建立地质灾害群测群防、专业监测等综合信息管理的系统平台[7，8]。福鼎市地质灾害气象风险精细化预警系统实现乡镇级区域与单个地灾点风险预警示范。

1.2.3专业监测

依托德化、顺昌野外基地，实施降雨、地下水位、土体含水率、孔隙水压、地表位移、地下位移、岩土应力、地声、次声波、视频等多参数，多手段的自动化实时专业监测，研发了相应预警预报软件系统，成为地质灾害监测预警的应用平台示范[9]。“十二五”期间建成地质灾害专业监测点13个。

国道319线龙岩考塘滑坡、高速公路双永线永定K227超高路堑滑坡、永泰旗山滑坡等，通过地下深部位移等参数监测有效验证滑面位置，作为滑坡稳定性状态研判的重要标志为设计施工治理提供重要的科学依据[10-12]。

福建省地质工程勘察院自主研发的自动化实时地下位移监测设备实现全孔深部位移实时动态监测，改变传统人工手动监测的限制，初步应用工程实践测试和完善。

1.3　应急防治

近年来，随着人类工程建设活动加剧及极端气候条件的不利影响，在讯期福建省曾发生南平红桃山滑坡、永泰旗山滑坡、永安洪田新村滑坡重大地质灾害，省地矿局所属技术单位积极开展应急调查和处置[13]*福建省地质工程勘察院，永安市洪田镇洪东新村后山滑坡应急勘查报告，2017。工作。随着地质灾害系统管理及突发地质灾害防治需要，国土资源厅对地质灾害应急处置实施规范管理，编制“福建省突发地质灾害应急处置工作指南(试行)”，明确应急技术队伍按规定格式提交地灾应急成果“一报告二方案”即应急调查报告、应急技术方案和应急监测方案。

1.4　综合治理

以1954年鹰厦铁路和外福铁路沿线崩塌、滑坡、泥石流防治为起点，以及安溪潘洛铁矿潘田矿山滑坡、水口库区古田黄田八虎路滑坡、国道319线上杭吊钟岩公路滑坡等地质灾害为代表，铁路、公路、水利、矿冶、建筑行业开展众多单处地质灾害点的研究治理工作的需求。随着福建省境内高速公路、厂矿企业、城镇建设对地灾防治的需要，高速公路长深线永安箭丰尾滑坡、金斗山滑坡、沈海线八尺门滑坡、双永线永定K227超高路堑滑坡以及永泰东门居民区旗山滑坡、南平延平工业区红桃山滑坡、三明梅列徐碧中学后山滑坡等重大地质灾害点实施勘查设计、综合治理[14，15]。

福建省实施地质灾害防治期间，治理重大地质灾害隐患点305处；对危险性、危害性较小的小型地质灾害隐患点和房前屋后高陡边坡有条件地实施简易降险处置，降低成灾风险，视稳定性状况作核销或纳入群测群防体系进行有效监管。

1.5　科学专项研究

福建省地矿局建成的国土资源部丘陵山地地质灾害防治重点实验室，标志着以福建为代表的东南丘陵山地突发性地质灾害防治科学研究进入新的重要发展阶段。重点实验室与福建省地质环境监测中心、福州大学等众多科研单位完成了多项国家和省部级专项项目工作。采用综合调查测试和野外足尺试验、室内缩尺模型试验及数值模拟等方法开展研究，地灾防治工作取得系列科技成果(表1)。

2　福建地灾防治研究成果认识

2.1　调查总结分区评价

通过由粗渐细至精的地质灾害调查评价研究工作，特别是1∶5万地质灾害与村居高陡边坡详细调查，对村居地质灾害及房前屋后高陡边坡形成详细编目，基本查清了福建省村居地质灾害的类型、时空分布、危害性、危险性等基本特征和形成原因，初步形成崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等突发性地质灾害机理认识，对地质灾害危害性、危险性及防治进行科学分区与评价。

崩塌、滑坡、泥石流易发生在坡度20°以上斜坡，以坡度20°～35°最易发生，占地灾总数43%；8°～24°缓坡发生地灾占比12%，主要为缓慢蠕滑或局部复活的古老滑坡[16]，且多发于房前屋后削坡、种植经济林、顺坡弃土及公路铁路、河岸沟谷等区段。地质灾害受强降雨和工程活动诱发，易发于5～6月汛期降雨期和7～9月台风暴雨期，极端强降雨易产生群发突发崩塌、滑坡、泥石流，如2000年6月和8月强降雨致安溪县发生滑坡473处，约占全县滑坡灾害总数80%；2005年10月“龙王”台风暴雨引起福州及宁德群发地灾；2010年6月中旬汛期强降雨引发南平、三明群发地灾，约占当年全省地灾总数量50%。岩溶地面塌陷主要发生于闽西南的局部灰岩地层分布区域，矿山采空地面塌陷主要发生于闽中、闽西南局部矿业发达，地下开采较为普遍的区域。地面沉降多发生于沿海冲海积土层区，主要受地下水抽排和工程建设影响[17]。

福建省村居突发性地质灾害具有“点多面广，规模小、突发性强、危害性大，复活性低以及周期性发灾”等特征，据统计，滑体厚度小于6 m的浅层滑坡占总数的91%[18]；福建省1998～2002年、2005～2006年、2010年、2015～2016年等年份地灾多发，大致以4～6年为一个强降雨引发地灾高峰的周期。近年来，因工程建设切挖后降雨引发中大型滑坡也时有发生，如高速公路箭丰尾滑坡、金斗山滑坡、八尺门滑坡及永泰东门小区旗山滑坡等。

福建省崩塌、滑坡触发因素复杂，其中水为主要触发因素。在人类或动植物扰动作用下，汛期强降雨、台风暴雨或地表水经由上覆相对松散岩土体盖层洞隙，孔隙，卸荷裂隙入渗，至古崩塌滑坡堆积体或人工弃碴堆积体、原生节理裂隙发育的类土质全强风化岩层、差异风化的软弱夹层等，导致上覆岩土体由非饱和态向饱和态演化，与下伏相对致密的原生残坡积层界面、风化岩界面、基岩界面、优势残余节理裂隙界面、软硬岩层界面等形成较大差异，同时浸润界面周侧岩土体形成软弱滑带，致其抗剪强度显著劣化，局部产生高孔隙水压和微承压“浮托”效应或局部界面处形成渗流通道。在持续渗流动水压力或后缘静水压力作用下，关键的锁固段应力随时间积累达到破坏极限，最终形成崩塌、滑坡地质灾害*福建省地质工程勘察院，福建省重大地质灾害研究报告，2016。。

在强降雨或地表水汇集冲刷切蚀作用下，原横向微凹状、纵坡凸状的大陡降斜坡易失稳，在高势能的转化下极易顺坡快速解体滑移甚至冲跃，高速冲泻至丘陵谷地间冲沟，对原先沟谷堆积物产生底掀、裹挟向下运移而形成泥石流，造成坡脚或沟口重大人员伤亡[19]。

福建省地面塌陷主要分布于矿山采空区和闽西南覆盖型岩溶区，因不规范矿山硐采或不合理开采(疏干)岩溶水引起。因城市地下空间开发、山区矿坑排水、短历时集中强降雨等形成巨幅地下水位变动，产生渗流潜蚀软化、气压差及增荷失托综合作用，致上覆盖层塌陷落入下伏空洞形成地面塌陷[20，21]。

结合福建省历史地质灾害发育强度、地形(地貌)、地质构造、岩土体条件等地质环境，气候条件及人类工程活动特点等，按区块分为闽北—闽西武夷山脉、闽东—闽中鹫峰山—太姥山脉、闽中—南戴云山—博平岭脉崩滑流重点防治区和闽西—闽中地面塌陷重点防治区，以及东部滨海软土地面沉降一般防治区、平原台地崩滑流一般防治区[22]。

2.2　监测预警与预报效果

福建省以历史地灾前10 d累计过程降雨量、灾害发生时临灾降雨量与境内地灾点统计分析为基础，提出前期10 d雨量累计与未来24 h雨量等级指数、综合地形(地貌)、岩土体条件为主的地质环境背景共66个区域地质单元的等级修正指数，目前正逐渐完善预警预报模型，实现“黄、橙、红”三色递进预警与应对。以2000年8月德化县台风降雨与地灾关系统计分析表明台风暴雨地灾发育与当日及前期累计雨量相关，当日降雨强度大于90 mm时，区内易产生较大范围滑坡，据此建立地质灾害群测群防、专业监测等综合信息管理的系统平台[23]。

通过对福建省突发地质灾害德化、顺昌野外基地内德化彭坑滑坡多参数专业监测和深入分析研究，结合降雨入渗导致应变集中分阶段演化，将斜坡失稳变形分为初始蠕变、低速、中速、加速、快速变形5个阶段发展，指导斜坡测点位移变化的阶段式预警[24]。

2.3　规范化综合治理

总结福建省滑坡防治工程实践，结合省域地质环境及地质灾害特点，分析滑坡勘查、设计、施工中存在的现实问题，如对滑坡踏勘、地质测绘的轻视，勘探手段单一，稳定性计算与评价的不合理，滑坡治理设计的措施针对性不强，施工中挡墙开裂、排水不畅、锚索锚头缺损、张拉不规范等。福建省地质工程勘察院牵头编制“福建省滑坡勘查技术规范”“福建省滑坡防治设计技术规范”等地方标准，明确滑坡勘查设计流程体系，强化以滑体仰斜孔和盲沟排水、挡墙后塑料盲沟排水的地下排水体系技术规范，提出“穿管排水”创新应用强烈增强了滑坡防治，有效指导了相关技术活动。

根据地质环境条件、灾害类型、发育阶段、成因、施工场地条件等，因地制宜地制定滑坡治理方案，是不同具体单项措施的良性组合优化，常用的主要工程措施如截排地表水、疏排地下水、削坡减载、锚固(锚索、锚杆)、支挡(挡墙、抗滑桩)、格构、生态植被及其多种组合，各种措施具有一定适用条件。

随着地质灾害的研究深入和技术装备的发展，滑坡治理从既往单一的深厚挡墙、抗滑桩、地表截排水方案，发展至荷载分散型锚索、锚索抗滑桩、桩板式挡土墙、盲沟、仰斜排水孔等组合系统综合治理，有效地节省工程造价，提升防治效果。

3　地灾防治研究下一步工作方向

随着极端气候事件的渐趋频繁，以及人类工程建设、资源开发利用等活动对自然环境改造渐趋强烈，产生崩塌、滑坡、泥石流等突发性地质灾害风险增大。近年来，4～6月汛期强降雨、7～9月台风暴雨在福建省局部地域引发较多地质灾害，造成人员伤亡、巨大财产损失及一定负面社会效应。结合实际，加强科技支撑，继续深入研究地质灾害形成机理机制的普遍性与个体性，利用物理模型与数值模拟支撑地质灾害防治技术应用的针对性，实施先典型示范后推广普及的层次式推进工作，全面健全完善地质灾害综合防治体系。

3.1　系统调查科学评价地灾风险

开展易发区市、县(区)1∶5万、城镇1∶1万的面域地质灾害补充详细调查评价，充分利用先进的软硬件辅助装备如便携式地质灾害调查工具箱及相应软件系统、应急无人机等提升调查精度，针对高隐蔽性、相对高位远程的群发突发浅表层滑坡-泥石流灾害链，建立科学的风险评价标准体系，判断极端强降雨条件地质灾害的类型、规模、成灾范围、致灾程度。深化城镇村居人口集中区滑坡、泥石流隐患1∶5 000～1∶2 000精细化调查与评价，开发利用相应数值模拟分析软件判析研究，细化调查群发地灾状况下转移通道及安置场所潜在地灾隐患。实施重大工程的预防性风险评价研究，从点-线-面多维角度评价地质灾害成灾风险并科学区划[25]。

3.2　精细化预警预报

持续开展地质灾害监测预警体系建设，构建形成群专结合、配置优化的监测网络。充分利用物联网、大数据、云计算等先进科学技术，专业技术力量深入研究历史地灾特征与地质环境、气象等耦合关系，以及地灾隐患、高陡边坡在降雨等外界条件下的动态稳定性，在既有地质灾害补充详细调查的基础上，推广雨量站点建设，结合气象部门10 min、1 h等精准降雨预报，完善改进切合地灾特点的省市县多层次联动，精细到乡镇村、地灾点的地质灾害气象精细化风险预警系统，提升预警预报的精准率和实效性，延伸系统的拓广应用功能，最大程度地发挥精细化预警预报系统的科学高效性能。

3.3　科学创新防治技术

以现有勘查、设计、施工技术方法为基础，创新开发物探辅助的滑坡勘查、多源多参数的自动化立体监测，地下排水的创新组合应用地灾治理施工等技术设备和技术方法，完善深部位移全孔变形链式位移计的研发与推广应用。加强山区城镇建设深切坡、高填方的潜在滑坡隐患动态防护技术研究，采用高效的数值模拟、实时的监测反馈进行动态时效变形防护设计，加强施工治理关键工艺、工序的标准化和规范化。加强多源监测数据的云计算及自适应学习的人工智能专业监测预警系统研究[26，27]。