當前環境地質科學發展特點和趨勢,環境地質科學研究現狀

2021-03-04 08:53:34 字數 5327 閱讀 7545

1樓:中地數媒

2023年的聯合國大會通過的「環境與發展宣言」和「21世紀議程」表明,人類已逐漸認識到經濟發展必須與環境相協調,開始建立了持續發展戰略的觀念。在各國的議事日程上,已出現了環境地質與經濟地質並重的趨勢,甚至超越後者。以發達國家美國為例,美地調所地質處制定的2000~2023年科學戰略有7個科學目標:

①為減災規劃進行地質災害評價;②提供地質災害短期**並快速查明災害後果的特性;③進一步提高從全球地質、經濟和環境的角度對國家能源和礦產資源的認識;④**氣候易變性對環境的影響;⑤建立生態系統結構和功能的地質框架;⑥解釋人類健康與地質作用過程之間的關係;⑦確定地下水資源與有害廢物隔離的地質控制條件。它們幾乎全部與環境地質有關。

綜觀上述可知,當前環境地學的發展特點和趨勢有以下幾方面:

(1)環境地學發展趨勢之一是多學科的交叉和結合,其綜合性、**性和社會性將進一步加強

綜合性體現在對眾多的環境地質問題和地質災害的調查研究,以及協調人類活動和地質環境的關係時,不僅需要地質科學的一些分支學科,如工程地質、水文地質、構造地質等的參與,而且還需要其它科學如社會科學、系統管理科學等和高新技術的參與。只有通過多學科的綜合交叉結合,才可能解決複雜的環境地質問題。

地質環境的變化趨勢以及在人為作用下的改變,地質災害的發生既有緩變性,又有突發性和不確定性,因此加強**和預報是環境地學的研究重點之一。同時,為了減輕災害的影響和損失,避免產生不良的環境地質問題或控制其發展,還必須把人類活動這一地質作用限制在可允許的範圍內,這就需要公眾、全民的環境意識和行動配合,甚至**、社會的行政管理和決策干預,統一制定有關的政策和法規,才能達到合理利用和保護地質環境的目的和效果。只有在實踐中注意結合這「三性」特點,環境地學才能有較大的發展。

(2)對區域性或重要經濟開發區、工程建設區的環境地質研究將進一步加強

發展中國家的環境地質研究和工作,一般都結合國土資源開發、重大工程建設專案來進行。不同的地質環境會產生不同的環境地質問題。如果在規劃設計階段即開展環境地質研究,並協調人類活動與環境的關係,將可收到事半功倍的效益。

縱觀正在興建的三峽水利樞紐工程將大大改變周圍甚至全流域的生態地質環境,如水土流失、邊坡穩定、下游水文動態等。晉陝內蒙古能源基地的開發與地質環境的保護也存在很突出的問題,水質汙染,水土流失,土地退化等。埃及在尼羅河上興建的亞斯文大壩所引發的生態地質環境變化(三角洲後退,中、上游土地鹽鹼化、河岸侵蝕等)至今還在繼續。

為加強區域性環境地質調查評價開展了新的地質填圖工作。美國《全國地質圖填圖方案》填圖的服務目標是:礦產、能源和水資源勘查與開發;有毒廢物及核廢料處理場地的調查和選址;土地利用評價與環境保護規劃;地質災害減輕;火山噴發災害**;地基基礎工程設計與建設;減輕滑坡及其它地面破壞損失;降低海岸和水系侵蝕影響強度;重要工程選址;以及基礎地學研究工作。

中國新一**比例尺地質填圖也加強了區域性環境地質調查內容。

有些環境地質問題所涉及的區域還可跨越國界,如歐洲的萊茵河為五國所共有。在乙個國家出現汙染就會影響鄰國,這就需要這些國家共同來保護。因此,國際合作研究地質環境的趨勢也在增強。

(3)城市環境地質研究將成為研究重點

城鎮化程序加快是當今世界社會發展的趨勢。據聯合國**,到2023年人口為500萬以上的城市將達60個。世界上將有60億人口的一半集中在城市。

增長最快的是發展中國家。我國城市規模發展相當快。

世紀之交的地球科學:重大地學領域進展

城市建設發展日益擴大,地質環境與人類工程-經濟活動的矛盾進一步加劇,城市環境地質問題也日益突出。有人提出城市地質學,或城市環境地質學,其任務就是如何合理利用和保護城市地質環境,為城市發展規劃、布局服務,**和防治環境地質問題的產生和對地質災害採取防治措施。許多發達國家如加、英、澳、美以及亞太地區、歐洲都紛紛針對城市環境地質問題開展研究。

諸如土地利用、地面沉降、地裂縫、**、滑坡、塌陷、固體廢棄物,特別是有害有毒廢物、廢水對地質環境的汙染等,都是解決難度較大的問題,需要加強研究。

(4)對地質災害的**預報和地質環境工程的研究將進一步加強

對地質災害的**預報和評價已逐漸由定性向定量方向發展,建立了一些**模型,這主要依靠引進數理分析方法,計算機技術、遙感技術、人工智慧等。為了進一步滿足環境規劃、設計決策和減少災害損失的需要,加強地質災害**的理論,尤其是時間的**技術和方法,以及地質災害的動力學機制和過程研究是重要的發展趨勢之一。正確預報的基礎來自可靠的動態觀測和監測資料。

因此有關的監測儀器、技術需大力發展。現國內外都開始採用***(全球定位系統),rs(遙感),gis(地理資訊系統)相結合的新技術以及地球物理、地球化學勘查、遙感技術、計算機技術進行災害的適時監測、評估和預警業務系統,取得成效,值得大力發展。同時還應重視基礎性的工作,建立地質災害資料庫和風險填圖。

國際減災計畫研究圍繞監測、預報、防護、治理為主。因此地質災害預警系統、區域地質災害區劃、風險評價和環境地質質量綜合評價等多種技術、方法相結合是重要的發展趨勢。

為防治和減輕地質災害,地質環境工程研究的加強勢在必行。以往地質學家對這一領域涉足較少,主要側重對環境地質問題的調查和成因、機理等研究。對如何治理只是一些方向性的建議,具體的治理方案及實施則是工程部門的工作,實際上從防治工程的方案設計制定、勘查、施工以致建成以後的環境效益、反饋監測都離不開環境地學的指導和分析。

因此必須加強地質環境工程研究這一薄弱環節。

地質環境工程也稱環境地質工程,這是因為它是以環境地學知識為基礎,使用綜合手段,防治地質災害和其它不良的環境地質問題的工程技術體系。它的內容廣泛,如荒漠化的防治工程,地質災害的防災減災工程,複雜地基的處理,地表水地下水聯合優化排程工程,汙水淨化處理工程,海水入侵防治工程,固體廢棄物地質處置工程,地下水環境工程等。地質環境工程研究需要多學科的綜合交叉以及新技術、新方法、新材料的引進。

這方面研究中國正在起步,但已收到成效。長江三峽鍊子崖危岩體,其底部是煤層採空區,對三峽庫區造成潛在威脅,急需加固。2023年開始研究並實施防治工程,包括採空區的阻滑工程,上部危岩體的錨固工程,擴建危岩體自動監測系統,坡面修建排水系統以及防衝消能平台等。

現工程已於2023年完工。其治理技術水平在世界上也是罕見的。在山東萊州灣修建了防治海水入侵工程(攔蓄地表水、地下水工程,阻水帷幕,橡膠壩等)。

科研部門密切配合,不斷監測研究、指導和檢驗工程的防治效益。

(5)重視生態環境地質研究

這是研究以人類為主體的生物與地質環境間相關的科學。把地質環境作為生態系統的組成部分,也是對人類生存環境進行研究的科學。

地質環境中某種元素缺乏或富含從而影響人體健康,甚至導致中毒或地方病的發生。如碘、砷、硒、鉬、汞、氟等的分布規律,地球化學特性,危及人體的方式和途徑,如何改善環境質量,都有待環境地質科學與其它學科來協同研究。

近年來發現生態地質環境的地球化學背景與農作物的優質高產有密切的關係。不同的地質地球化學環境宜種的作物不一樣,因此農業生態地質研究已成為一項有廣闊前景的環境地學研究課題。

環境地質科學研究現狀

2樓:中地數媒

按照m**utt的改革,usgs地質環境領域的科研工作同樣打破了傳統的學科界限,是以重大科學問題為單元進行部署和實施的。表2–3列出了2023年度美國地質調查局涉及地質環境的專案和環境地質方面的研究內容。從表2–3可以看出,地質環境科學研究橫跨氣候與土地利用變化、能源和礦產資源、環境健康、自然災害、水資源、核心科學體系等6個戰略領域,涉及16個聯邦財政專案,根據解決重大科學問題的需要開展二氧化碳地質儲存、礦產開發環境影響、土壤和地下水汙染、地質災害、地下水、地質填圖等方面的研究工作。

地質環境科學以地質環境與經濟社會的相互作用為研究物件,不僅要了解當前的地質環境狀態,還要了解過去的地質環境變化,**未來的地質環境趨勢,評估地質環境變化對經濟社會的影響,為資源環境管理決策提供科學依據[48]。基於此,usgs環境地質科學研究活動可概括為逐級遞進的4個方面:地質環境觀測、機理研究、評估和**、資訊傳播。

(一)地質環境觀測

地質環境觀測是地質環境科學研究的基礎。usgs歷來重視地質環境觀測設施建設和資料積累,觀測內容包括水文要素監測(地表水位、地下水位、水質、降水量等)、**監測(美國和全球)、地質災害監測(火山、滑坡、地面沉降、海岸過程等)、災後現場資料採集、landsat連續土地衛星遙感觀測等。截至2023年,usgs的水文監測網路包括8000個河流水文測量站、22180個地下水觀測井(含1416個實時觀測井)、1900個水質連續監測站、250個降水監測站,主要由合作水資源專案、全國河流資訊專案、全國河流水質網路等專案支援執行。

自然災害監測網路包括150個全球**監測站、90個國內**監測站、5個火山觀測台、14個地磁觀測台、太平洋沿海地區與石山地區15個滑坡監測點等[49],主要由**災害專案、火山災害專案、滑坡災害專案等專案支援執行。usgs是landsat遙感衛星的管理者,對地表要素(土地、水、城市、災害等)進行連續觀測,積累形成了世界最長時間序列的連續土地遙感影像資料。通過長期的監測和觀測,usgs積累了大量的基礎資料。

例如,地下水資料庫包含有85萬個觀測井、時間序列最長可達100多年的地下水位觀測資料,為usgs開展科學研究奠定了堅實的基礎。

表2-3 2023年度美國地質調查局涉及地質環境的專案與財政投入

(二)機理研究

依託地下水資源專案、全國水質評估專案、有毒物質水文學專案等專案,usgs對全國、區域、局域等不同尺度的水資源問題開展了大量基礎研究工作。以水資源可利用性為核心,地下水科學研究涉及的問題包括:城市化和市郊化對地下水的影響;海岸帶土地利用和人口增長對地下水的影響;地下水資源的可利用性和可持續性;廢物隔離和汙染地下水系統的恢復機理;地下水和地表水相互作用;控制地下水資源和危險有害廢物隔離的水文地質框架調查與研究等[50]。

usgs的自然災害研究包括風暴引發的海岸過程、**、地磁暴、滑坡、地面沉降、火山噴發等,地質災害研究主要集中在3個方面:通過野外分析,研究泥石流侵蝕流經通道和向下運移過程;變化的地理、地形、**和氣候條件下滑坡沉積物活動的條件和活動過程;岩崩對土地的影響過程[51]。根據應對全球變化的需求,開展了地質環境中的碳迴圈過程研究,包括地質環境co2作用的地球化學過程、地質碳封存與儲存的關鍵問題、影響co2儲存效能的地質控制因素等。

2023年,研究提出了地質固碳潛力評估方法,為美國地質固碳潛力評估奠定了基礎[52]。

(三)評估和**

基於長期的觀測資料、資料積累和過程機理研究成果,usgs開發了各種數學模型,**未來在不同情景下水資源、自然災害、氣候要素等短期和長期變化。利用數學模型和**工具,對以後的地質環境形勢進行了評估,為資源管理、環境保護、生態管護、災害防治等提供決策依據。開發了modflow模型,用於模擬、**地下水與地表水–地下水相互作用過程,得到了國際同行的廣泛認可。

phreeqc模型,用於模擬地下水中溶質化學反應和運移過程,可以評估地下水汙染治理效果。用於研究包氣帶水、溶質、熱運移過程的vs2di模型不僅考慮了非吸附性溶質運移,而且也考慮了溶質與固相之間的吸附、解吸和離子交換過程、溶解和沉澱過程、氧化和還原過程以及一些生物化學過程[53]。gsflow模型,用於模擬和**降水和複雜流域過程條件下河流非穩定響應過程。

與國家海洋與大氣局(noaa)合作開發了洪水和泥石流早期預警系統,在加州南部8個縣開展了示範應用。

(四)資訊傳播

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環境地球化 用各類專門器具,採集地表 水下和空中的無機和有機樣本。為確定環境樣本中化學元素的含量和組合,各種成分分析儀器和質譜計 能譜儀是它的必備手段。經常採用的研究方法有下面幾種。即緊緊抓住所瞄準的元素,研究它在環境中運動的各個環節或在各種介質中的地球化學行為。環境檔案研究法 樹木年輪 冰岩心 湖...

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