重大灾害链及其防御

重大自然灾害及其灾害链是当今世界科学难题,本文通过国内外具体实例,介绍了重大灾害链及其巨大危害,讨论了灾害链的类型、成因、演变及其预测和防御,并着重强调加强灾害链研究的紧迫性和必要性.     

黄河径流量的历史演变规律及成因

基于黄河上、中和下游的径流及气候资料，对径流的年代际变化规律及与气候变化的关系进行了分析.结果表明：黄河流域的径流均存在显著的年代际变化趋势，径流的显著特征是从20世纪80年代开始的减少趋势，但并未达到历史的最低，径流减少的趋势在下游比上游更显著，而这种变化趋势与流域的气候变化趋势基本一致，说明在年代际尺度上，径流的变化主要受气候的控制；在不同季节，这种关系有明显差异，如在冬季两者的变化趋势有较大差异.分析还发现，近年来流域地表的干化是流域径流减少的原因，气温的升高更加剧了流域地表干化.     

汶川地震中的地表破裂与灾害

发生在龙门山断裂带上的汶川Ms8.0级地震引起的地表破裂主要分布在北川—映秀断裂带和江油—灌县断裂带上,尤其是沿前者发育了长达240 km的地表破裂带,造成了重大的人员与财产损失。灾害发生的原因是多方面的:地震的震级大;震中所处地区构造发育,地质环境极为脆弱;人口较为密集,城镇的场地普遍狭窄,空间有限等。但是,断层的作用是决定性的,且在不同地段表现出了明显的差异性,导致了不同类型的地震灾害。对于断层的避让与设防问题考虑不足,放大了本次地震的灾害效应。     

强烈地震震源破裂和深层过程与地震短临预测探索

强烈地震震源区和其周边地域的介质,在力源作用下开始破裂,即微破裂,而当其在应力不断积累、逐渐发展并形成具有一定规模的“破裂链”时,即应力集中达到临界状态时,震源介质所积累的巨大能量以波动的形式瞬间释放,并冲出地表发生地震,且在地表产生一系列的破坏和大型断裂.在强烈地震发生后依据设定的初始模型和远、近地震台网记录,通过震源机制解计算,可求得震源介质的破裂长度和破裂过程.事实表明,一系列大地震的“孕育”、发生和发展,由震源深处到地表均呈现出强烈的破裂效应,其破裂长度可由几公里、几十公里、乃至千余公里长.有的地震在发生前确亦存在着破裂响应和迹象.为此,若在地表和深井中能进行破裂效应的观测,以捕捉初始微破裂和其形成“破裂链”的动力过程,这对于短临地震预测可能是一个十分重要的途径.     

流域土地利用/覆被变化的水文效应及洪水响应

干旱与洪涝灾害已成为全球关心的重大问题.土地利用/覆被变化影响雨水的截留、下渗、蒸发等水文要素及其产汇流过程,并进而影响流域出口断面的流量过程,加大流域洪涝灾害发生的频率和强度.深入研究土地利用/覆被变化对洪涝灾害的影响,对于社会经济可持续发展具重要意义.通过分析和总结已进行的有关流域土地利用/覆被变化的水文效应及洪水响应研究工作进展,讨论了其研究内容、方法及现有工作的不足之处.     

基于修正SWAT模型的岩溶地区非点源污染模拟初探——以横港河流域为例

岩溶流域含水系统的主要特征之一是连通地表的落水洞等垂直管道将近水平的地下暗河联系起来,降水及其形成的地表径流可以通过这些管道迅速地灌入地下河系,从而改变了水及其所携带的非点源污染物质在垂直与水平方向的传输速度与数量,使岩溶流域内地表-地下之间的物质交换与传输过程变得比较复杂;应用广泛的SWAT模型在模拟岩溶地区的水文、水质时会存在一些不足与局限.为此,本文针对岩溶水系统特征,引入落水洞、伏流、暗河的水文过程以及主要营养盐的输移过程,修正SWAT模型原有的水文循环过程及相关算法,改变其只适用于松散均匀介质流域非点源污染模拟的单一特征,并研究建立适合于岩溶流域的非点源污染模型和相应的模拟方法.选取横港河流域岩溶地区作为非点源污染的对象,应用修正后的模型通过控制性的模拟方法和敏感性性分析,定量评估落水洞、伏流、暗河等岩溶特征对氮、磷等主要非点源污染物质输移的影响及其带来的时空效应,并进一步探讨落水洞、伏流、暗河等对地表-地下水文与营养盐的交互作用及转换机理.结果表明,岩溶特征对流域的氮、磷负荷有增加作用,其中总磷的增加明显大于总氮的增加,总磷和总氮的增量分别为0.86%和2.12%;植被岩溶指数的增加会导致流域可溶性磷、有机磷的产出量增加,有机氮、地表产流中硝酸氮和沉积磷的产出量则居其次,落水洞改变了降雨的产流方式,增加了落水洞所在流域的有机磷和有机氮的产出,其增量变化在0~0.7和0~0.3 kg/hm²之间.     

对黄河流域水资源保护的探索与实践

黄河水资源贫乏,水污染严重,水资源供需矛盾日益尖锐,黄河流域水资源保护面临着诸多的困难和压力.新《水法》的颁布,给黄河水资源保护带来新的机遇和挑战,依法建立法制化、社会化的流域与区域相结合的水资源保护管理体系,完善法规,建立健全执法体系,以水功能区划管理为重心,实施入河总量控制,建立和完善重大水污染事件快速反应机制,加强水质监测机制与技术创新,加强水资源保护前期和科研工作,建设水资源保护信息管理系统,采取多部门联合治污等项措施,是做好黄河流域水资源保护工作的重要前提和任务.     

建国以来中国山洪灾害时空演变格局及驱动因素分析

本文揭示了建国以来中国山洪灾害时空演变格局,探测了影响历史山洪灾害空间分布的驱动因子.采用6万多个山洪灾害历史记录数据,利用重心对比方法,从重心地理位置、聚集程度、移动趋势3个方面揭示了1951～2015年中国山洪灾害时空演变特征,初步分析了降雨、人口与山洪灾害之间时空演变的关系.进一步选取2000～2015年间相关数据,基于自然流域单元,构建了降雨、人类活动、地表环境相关因子,利用地理探测器分析方法,探测影响历史山洪灾害空间分布的驱动因子.分析结果表明,建国以来,中国历史山洪灾害空间分布转移与降雨和人口分布的变化趋势呈现出明显的相关性; 2000～2015年间山洪灾害空间分布呈现出区域分异特征,降雨因子的驱动大于人类活动因子和地表环境因子,地表环境和人类活动在成灾环境中具有交互作用.研究结果揭示了山洪灾害驱动因子具有明显的时空异质性,中国山洪高风险区包括川渝生态区、华南生态区、云贵高原和长江中下游地区;低风险度区包括西北干旱区、青藏高原、内蒙古高原和东北生态区.研究结果有助于科学理解山洪成灾环境、山洪灾害风险度分区,也为进一步做好治灾防灾工作提供了科学依据.     

微生物与地质温压的一些等效地质作用

微生物不仅能够灵敏地响应地质环境的变化,而且还可以通过多种途径参与各类地质地球化学作用过程.微生物通过元素的生物地球化学循环对各类地质环境起作用,这早已为人们所熟悉.微生物还可以在地表环境诱导形成一些深部高温高压环境才能形成的矿物.一些微生物功能群能够在地表常温常压环境实现蒙皂石的伊利石化,形成长石类自生矿物,沉淀白云石,产生地质脂类等地质过程,这些过程在没有生物参与时需要一定的温压条件才能发生.微生物之所以具有这些特殊的地质作用,是因为它们拥有活性酶、具有比较大的比表面积及表面丰富的官能团.微生物可以通过这些具有催化能力的活性酶的作用,并通过代谢作用和生理过程等,降低一些热力学反应的吉布斯自由能,克服一些化学反应的动力学障碍.微生物还因具有较大的比表面积及表面丰富的官能团而能够通过物理吸附降低矿物晶核表面的自由能.微生物通过这些生物化学过程和生物物理过程达到与一定温压条件类似的化学过程和物理过程,从而使一些深部地质过程在地表常温常压环境得以实现.由此提出了微生物与一些地质温压具有等效地质作用的新思想.     

陆域蒸散的测算理论方法:回顾与展望

蒸散是地球水分循环与能量转换的关键环节.陆域蒸散的精准测算是地球物理、生物乃至环境过程研究的共同科学难题.以英国Dalton和Penman等人为代表的开创性工作,以及大气边界层湍流交换理论与实验的不断发展,奠基了现代主流的蒸散测算方法.20世纪90年代以来技术趋于成熟的涡动相关系统和卫星遥感等观测手段,跨越寒带到热带、干旱区到湿润地区,涵盖水体、湿地、森林、农田、草地、裸地、城市等不同下垫面类型,极大地拓展了对蒸散过程认知的深度和广度;捕捉了诸如地表夜间蒸散、蒸散迟滞现象、非均匀下垫面的湍流间歇、平流关联的岛屿效应、下垫面转捩效应等新的现象和事实,对经典相似性理论和蒸散测算理论等提出了新的挑战;最大熵增蒸散模型和非参数化蒸散模型等新方法和新理论的萌芽已经出现.与此同时,点位高频观测和航空航天遥感技术构筑了从植物气孔到叶片、植株、冠层、景观、流域等跨尺度测算手段,在地表蒸散过程观测及机理解析上,形成纵向深化及横向综合的新进展.陆域蒸散新理念、新模型、新技术的综合性发展,成为突破蒸散精准测算难题的基础条件,这将为揭示地球系统的水-热-碳循环机理等全球性重大基础理论问题,为满足农业灌溉与粮食安全、水资源精细化管理与生态环境保护、城市热环境调控与全球升温适应对策等国家重大需求,提供更为严谨坚实的科学理论依据和实验支撑.     

地震复合灾害与应急救援对策

地震复合灾害是指以地震主震为灾害源并引发一种以上次生灾害的地震灾害。重大地震灾害都是复合灾害。复合灾害具有各构成灾害的叠加性,不同灾种之间还可能产生叠加效应。地震复合灾害与同时或连续发生的自然灾害、人为灾害构成广义复合灾害。复合灾害扩大、加剧了地震灾害灾情。减少地震复合灾害的构成灾害种数,降低、消除各构成灾害的叠加性与叠加效应,是研究地震复合灾害减灾对策的基本原则。编制城镇应急救援规划应以复合灾害的灾情严重程度为基础。构建完善的应急救援要素系统、合理估算避难人数和救援资源需求量,是复合灾害应急救援的基本对策。     

全国黄河流域重大灾害及其综合研究学术讨论会在宝鸡召开

中国“国际减灾十年”委员会办公室、国家地震局震害防御司、中国地理学会、中国科协天地生综合研究联络组、中国水利学会、中国科学技术史学会地学史专业委员会和陕西省宝鸡市科协共同发起的“全国黄河流域重大灾害及其综合研究学术讨论会(暨第二届全国地球表层学学术讨论会)”于1989年10月22—26日在宝鸡市召开。会前,筹备组作了大量工作,题为《黄河,黄河——黄河流域重大灾害及其综合研究》的论文集已由中国公安大学出版社出版。国务院副总理田纪云题写了书名。     

黄河流域气候与农业种植面积变化对径流的影响

根据黄河流域1960—2005年5个水文站逐日流量、77个气象站1959—2013年逐日降水数据,结合流域内主要农作物种植面积及大型水库资料,全面探讨气候与农业面积变化及人类活动对黄河流域径流变化的影响.研究表明:黄河流域所有流量分位数总体呈下降趋势,并于1980s中后期到1990s中期发生突变.降水变化是黄河流域径流变化的主要影响因素.在考虑不同流量分位数情况下,农作物种植面积变化对不同分位数径流变化的影响也有差异性.花园口站农作物种植面积变化对径流量量级和可变性均有显著影响;其余4站各项气候变化与农作物种植指标参数较大,虽均未达到10%的显著性水平,但仍会对径流的量级变化产生影响.对唐乃亥站,农作物耕作面积的下降减少了灌溉用水,在0.5流量分位数时有高达60%增加径流量的间接作用.对于头道拐站,农作物耕作面积的增加使得流域总蒸发量增加,灌溉用水增加,在0.3流量分位数时有高达40%减少径流量的间接作用.该研究为气候变化与人类活动影响下黄河流域水资源优化配置提供重要理论依据.     

从汶川和芦山地震浅析四川地震次生地质灾害的特点及减灾对策

汶川和芦山地震后四川地震次生灾害频繁发生,以崩塌、滑坡、泥石流和堰塞湖最为常见,主要分布在川西高原、川西南山地的深切河谷地区以及四川地区周围山地.这些次生灾害以活动断裂为地质构造基础,以地表大量松散固体为物质来源,以强烈频繁的余震、坡面流水和暴雨洪水为动力条件,由此形成巨大的灾害链,造成大量人员伤亡和经济损失,其严重后果甚至极大地影响了抗震救灾工作的顺利开展.对于四川地震次生灾害的防治要加强监控,建立预警机制,开展风险评估,因害设防,分层防御.     

湖泊及流域科学研究进展与展望

1湖泊及流域科学学科发展回顾与进展1.1湖泊及流域科学发展的历程自古以来,人类择水而居.人类文明大多起源于江湖流域,使之成为全球人口、经济与城市密集区.然而,人类长期的生息运作,使湖泊及流域系统不断发生着巨大变化,导致资源结构性短缺矛盾逐渐加剧;环境污染加重、生态日趋脆弱;灾害频发损失剧增;湖泊及流域上中下游之     

四川北川新县城地震地质灾害研究

汶川地震给北川老县城造成了毁灭性的破坏。北川新县城选址与建设中地震地质灾害研究是其中一项重要内容。本文通过对汶川地震中北川老县城所遭受的地震地质灾害及北川新县城地质条件的分析,在地质考察、地质钻探、断层探测等基础上,对北川新县城地震地质灾害进行了研究,认为北川新县城不会发生断裂地表破裂、砂土液化等灾害;在新县城南部可能发生局部崩塌;新县城南东侧河流侵蚀堆积阶地局部可能发生轻微滑坡灾害。建议在规划和建设中对上述灾害引起注意,进行必要的防治。     

基于环境同位素技术的怀沙河流域地表水和地下水转化关系研究

地表水和地下水是流域水循环的重要组成部分, 流域内地表水和地下水之间的相互作用历来是流域水循环研究的关键环节. 环境同位素和水化学作为水循环研究中的示踪剂, 可以有效地揭示流域内地表水和地下水之间的转化关系. 在对位于北京市怀柔区的怀沙河流域进行现场调查并对泉水、河水和井水采样进行氢氧稳定同位素和水化学组成测定的基础上, 分析了流域内沿河道不同部位的泉水、河水和井水的氢氧稳定同位素和水化学组成的空间分布规律和演化趋势. 依据泉水出露的高程和氧同位素含量之间的关系, 揭示出泉水的氧同位素高程效应, 为推断泉水的补给来源提供了理论依据; 运用氯离子质量平衡方法, 估计了流域内年平均地下水补给率. 根据地下水补给来源, 联系流域内水文地质状况和现场调查结果, 以及对比怀沙河流域和密云水库以上的潮白河流域20世纪60~90年代同期降雨径流系数, 初步推断出流域内相当一部分地下水来源于流域之外高程较高的区域, 流域为非封闭流域. 在综合分析的基础上, 结合氢氧稳定同位素和水化学组成及流域内地形地质和水系特征, 分析了流域内不同部位地表径流和地下径流对河川径流的相对贡献, 并揭示了地表水和地下水之间的补给-排泄相互转化关系.     

地震灾害对环境与生态的影响——不容忽视的可持续发展问题

地震及其链生灾害除造成人员伤亡和经济损失等直接影响外,还可造成水污染、土壤污染、大气污染等环境问题,也可造成土壤侵蚀、耕地退化、动物栖息地丧失、生物多样性退化等生态灾难。本文总结了近年来部分造成环境与生态影响的地震案例,讨论了相关学者对相应影响机制和机理的研究及减少影响的可能措施和面临的问题。随着我国经济社会的快速发展,科学开展地震及其链生灾害对环境与生态影响的研究、采取有效的震前设防和震后断链措施是切实防范重大风险、保持经济社会和环境可持续发展的重要考量。     

湖泊及流域科学研究进展与展望

1 湖泊及流域科学学科发展回顾与进展 1.1 湖泊及流域科学发展的历程 自古以来,人类择水而居.人类文明大多起源于江湖流域,使之成为全球人口、经济与城市密集区.然而,人类长期的生息运作,使湖泊及流域系统不断发生着巨大变化,导致资源结构性短缺矛盾逐渐加剧;环境污染加重、生态日趋脆弱;灾害频发损失剧增;湖泊及流域上中下游之间、部门之间的利益冲突和矛盾不断尖锐等,成为区域人-地关系最为紧张和复杂的地理单元.     

强震震源破裂过程浅析

通过了解强震震源区域周边地带地震破裂过程及破裂长度,根据各地震台网记录的地震数据设定计算模型,对地表或深井中的破裂效应进行研究,得出微破裂或破裂链形成的动力过程,可对地震进行一定预测。