1、第十三章 自然灾害与减灾对策,引子：减灾预报的挑战性, 哈雷慧星和地震海啸的比较；,天有不测风云，“地“有旦夕祸福的各种自然灾害，迄今多还是悬而未决的地学奥秘。,自然灾害：发生在地球表层系统中、能造成人们生命和财产损失的自然事件。灾害的孕育和发生往往涉及多种因素，是一种复杂的系统行为。,减灾：提高抗灾能力的人类活动。包括缩小灾害的影响范围，降低其发生频率和致灾强度，以减轻受灾后果的各种努力。减灾是一种系统工程。,两个定义,1. 自然灾害的一般特征和分类,一般特征,潜在性和突发性,潜在性 作为地球系统的一种自发演化过程，灾害在发生之前都有时间长短不一的孕育期，用来积累或转换能量，以打破系统原有的
2、平衡和稳定性。由于灾害的成因机制和涉及的影响因素不同，这一阶段少则只需几天，多则可延续几年到几百年，甚至更长的时间。,突发性 灾害在出现之前常常没有可供直觉感受的前兆或严格的物理规律可寻，故通常不易被人们查觉和分辨。而一旦原有的平衡被打破，灾害往往会迅速地于倾刻间爆发出来，然后转瞬即逝，于人们有所感知之际，事件已成为过去。,周期性和群发性,自然灾害的复杂性表现在多方面。其一，灾害的周期性不仅局限在一种时间尺度上，还可以表现出层层嵌套的特异行为。,近500年来，我国地震有两个百年级别的活跃期，第一次为14801730年之间，第二次自1880年至今。而仅从建国以来至80年代中期，我国又经历了次地震
3、活动的高潮，80年代后期至现在则处于第五次高潮中。平均每一高潮阶段的时间跨度在十年左右。在气象灾害中，这种多重尺度的周期现象更是明显。,复杂性和多因性,其二，某种灾害常常与其它灾害组成灾害链，于是牵一发而动全身，带动了一系列相关灾害的出现。,1933年，四川茂县先是发生了一次7.5级地震，触发了数百处山崩。崩落的岩块冲入岷江，阻断了多处干流和支流，形成了十多处堰塞湖，其中有四处由堆石形成的拦江大坝高近百米。随后一场连阴雨使堰塞湖急剧涨水，积水最后冲溃石坝，破坝而下的水头竟高达60米，冲毁农田万多亩，形成一次由地震山崩滑坡溃决性洪水连环组成的亘古奇灾。,复杂性和多因性,如地震的发生既可以由板块运
4、动、火山喷发、水库蓄水等过程所激发，也可能与太阳活动，行星运转和月球的引潮作用有种种关联。,复杂性和多因性,复杂性和多因性,自然灾害的分类,（1） 按延续时间进行分类,爆发型发生得突然，延续时间短的灾害类型。如地震、滑坡、飓风和暴雨等； 迁延型初期征兆并不明显，但其持续时间长，影响面积大的灾害类型。如干旱； 过渡型时间特征介于前两者之间。如水灾。,天文灾害系列由太阳活动、陨石和宇航因素引起； 地球灾害系列大气圈系列，水圈系列，岩石圈系列和混合系列的灾害等； 生物灾害系列如白蚁、飞蝗等虫灾。,（2） 按成因机制进行分类,理由,虽然在时间延续上相近，但成因却相去甚远；,b.成因至今还未取得共识，如
5、厄尔尼诺事件；,c.本身就是一套连锁链条中的一个环节，既受其它灾害的影响，又进一步影响另外的灾害过程，不便于简单地将其归咎某个单一成因。,（3） 按现象特征进行分类,20种典型的自然灾害现象,我国通常将自然灾害划分为7种类型,干旱、洪涝、地震、地质灾害、气象灾害、农业灾害和林业灾害。,成立了两个专职部门,国家防洪抗旱总指挥部；,国家地震总局。,（4） 按成因+危害对象进行分类,灾害的一般特征实际上是多数灾害的共性。 不同灾害还有不同的个性，它们既是造成分类困难的根源，也是我们在学习中应该着重掌握的要点。,. 气象灾害,气象灾害包括干旱、洪涝、冷冻、台风和风暴潮等，其中干旱、洪涝和台风最为人们熟
6、知，也都是危害强烈，发生十分频繁的气象灾害类型。,干旱与沙漠化,干旱长期无雨或少雨，气温高，湿度小，土壤水分不能满足作物的需要，使作物的正常生长受到抑制甚至死亡，造成减产或绝收的自然现象。,干旱是一种时间上渐进、效果上累加的灾害,干旱不仅使农业和林业生产受害，也给航运，发电，工业和生活用水带来威胁，还有可能诱发火灾，虫灾，疾病和沙漠化等一系列次生灾害过程。,按照降雨量与蒸发量之比的不同，全球可以划为为干旱程度不同的四大类气候带：,极端干旱带:降水蒸发 3%；,干旱带:降水蒸发在3%-20%之间；,半干旱带:降水蒸发在20%-50%之间；,半湿润带:降水蒸发在50%-75%之间。,干旱根源：全球
7、气候带,沙漠化成因及其表现,长期干旱的一个直接后果是沙漠化。,（土地面积单位为104km2）,沙漠化分布,遏制沙漠化发展的研究计划和工程规划,拟定更为合理的放牧、耕作和林业开发计划；,发展有助于限制沙漠入侵的土地利用方式；,实施阻止沙漠推进的生态工程；,资助有关的基础研究；,对专业技术队伍进行科学训练和实践指导，以及提高民众的防护意识等。,洪涝灾害,洪涝是一种常见的自然灾害，包括洪水和雨涝两大类型。,洪水气候季节性变化引起的特大地表径流不能被河道容纳而泛滥，或因山洪暴发而使江河水位陡涨，导致河堤决口、水库溃坝、道路和桥梁被毁、城镇和农田淹没的现象。,雨涝因长期大雨或暴雨造成洼地积水不能及时排除
8、，从而因渍生灾的现象。海面突然上升，使海水登陆而泛滥也可以造成洪涝灾害。,由于洪水和雨涝往往同时发生，有时难以区别，所以常将两者通称为洪涝灾害。,洪涝灾害的分类,河流发生系统及洪水影响因素,气候干燥期，降水减少，风化不彻底，上游来水和来沙同步减少；湿润性气候下，冰雪融化加快，风化彻底，上游来流和挟沙量也随之增加。可见气候干湿变化的影响主要是改变了河流的来水来沙过程，故可视为上游控制作用。,气候影响效应,上游控制：由于河道上游来流和河水含沙量变化对河流中、下游地区产生的控制作用。,下游控制：等同于侵蚀基准面变化的影响。,气候影响效应,气候寒冷期，结冰率上升，表水循环减少，侵蚀基准面随之下降，河流
9、冲蚀作用增强。结果河道被顺向加长，河床加深，从而可容纳更大的上游水量；气候温暖期，冰雪融化率高于结冰率，侵蚀基准面被抬高，河流冲蚀作用减弱。加上气温高利于风化作用进行，使来沙增加，河床将被进一步淤高，行洪能力也因此下降。可见冷暖变化的效果正是一种下游控制作用。,河流演化有其自身的水文规律，而非全然被动地适应环境的改变。,人类作用对洪涝有重要的影响。过度砍伐和垦荒造成强烈的水土流失、超量泥沙冲入河流，使河流自身的调节能力减弱甚至丧失，都能使洪水更为频繁。,拦江大坝的建设不仅可以利用水力无污染发电，在一定程度上还可以削峰补平，从而减轻洪水的发生。但是对环境可能造成何种后果，尚未得到最终论证。,台风
10、、热带风暴或热带气旋，都是形成于北太平洋西部热带洋面上具有暖中心结构的强烈气旋，以往曾统称为台风。它们造成灾害时的强度主要与风力和风速有关，故世界气象组织按其大小作了进一步分类。,热带气旋,热 带 气 旋,热带气旋：生成于热带洋面，中心气压低于外围且作水平旋转的气团。是气水（岩）耦合的复杂产物。,热带气旋的生成过程,狂风：12级风力风速可达110米秒。足以掀翻船舶，拔起大树，推倒房屋；,巨浪和风暴潮：由于热带气旋中心气压极低，故在其经过海域，海面会被抬高数米。再加上狂风的作用，到达浅海和近岸地区后，会形成风暴潮登陆，以至冲毁堤防，卷走房屋和其它建筑设施。,热带气旋的致灾方式,1970年孟加拉一
11、次风暴潮，巨浪高达6米以上，狂涛冲毁海堤后涌入内陆，淹没了两个岛屿，使30万人丧生。,暴雨：台风引起的暴雨，降水区域集中且强度极大。有一天降雨1869毫米的记录。这种特大暴雨往往会造成一系列次生灾害，如山洪暴发，滑坡和泥石流等；,热带气旋的时空分布,水灾一条线，旱灾一大片；台风来势猛，旱灾去无踪。,常见的地质灾害有滑坡、崩塌、泥石流、地面沉降和地裂缝等。重力失稳是它们中多数灾害共同的诱因。, 3. 地质灾害,滑坡 是斜坡上的岩土物质沿一定的软弱面或软弱带作整体性下滑的运动，是山区常见的一种地质灾害。,滑坡和崩塌,按其自然类别或其与工程的关系，滑坡可以分为自然边坡，岸坡边坡，矿山边坡和路堑边坡四
12、种。 滑坡的孕育和发生与人类活动有密切关系。 滑坡发生以后， 可以单独成灾而摧毁公路，铁路，村镇，厂房，或堵塞河道，阻断航行；也可以作为其它灾害的次生灾害而加重灾情。,滑坡发育的主要条件有四：,地形地貌条件，,地质构造与新构造运动条件，,地层岩性条件；,水文地质条件。,崩塌是指悬崖、峭壁、陡坡和洞顶的岩石或土体，大块向下垮落的现象。崩塌主要有散落、坠落、翻落等形式。,崩塌与滑坡共同的诱发因素都是重力作用。但崩塌发育的条件更加局限一些，只有在大多数的滑坡条件得到满足之后，还同时具备陡峻的坡度，高倾角的裂隙和较大的地形高差才行。,泥石流是含有大量固体物质（泥和砂、石）的洪流。有四大特点：,其容重一
13、般在1.22.3t/m3之间； 流的性质和流态都不稳定； 常具突发性，运动速度快； 能量巨大，因而破坏能力极强。,泥石流,泥石流形成的条件与地形,水是泥石流发育和发生的一个主要触发条件，它同时还具有作为泥石流的重要组成部分和搬运介质的双重意义。在不同的自然环境和气候条件下，作为泥石流发育的必要水动力条件有暴雨，冰雪融化和溃决等。其中，特大暴雨是泥石流爆发的最主要动力条件。,泥石流的成灾主要是由于它的集中冲刷，撞击磨蚀和漫流壅积作用而造成的。 泥石流的运动具有直进性特征，遇到急弯沟岸或障碍物，就会进行猛烈地冲击，使之破坏甚至摧毁。此外，泥石流的改道对沟谷有裁弯取直的作用，会影响到地表径流的稳定性
14、，从而产生次生灾害。,滑坡，崩塌和泥石流均是斜坡物质的稳定性被外界条件所破坏而发生的灾害。 它们在成因上，在发育的时、空条件上往往有密切的联系。其共同的诱因都是重力失稳。因此在减灾防灾研究中也常常将它们作为一个灾害系列来进行对待。,地裂缝与地面塌陷,地裂缝是累进性发展的缓变型灾害，成因极为复杂。一种是由内动力形成的构造地裂缝，另一种是则外动力形成的非构造地裂缝，各有多种型式。 地面塌陷是由于地面陷落或其它工程建筑物的突然塌陷，导致生命财产发生严重损失的一种特殊灾害。其危害最大的发生部位，一是各种规模的矿山，一是人口密集的城市。约占总数80的地面塌陷灾害是由于人类活动行为不当而造成的。,内动力成
15、因的地裂缝 也称构造地裂缝，发育与构造地质背景相关。构造地裂缝所处的地质环境大都在地堑、断块盆地的基底活动带上部。既可以由活动断裂发生差异活动而导致地面的拉裂；也可因活动断裂的走滑与倾滑先行诱发地震，再由地震影响盖层变形而致。非构造成因地裂缝 主要包括各种特殊土地裂缝。我国南方以胀缩土地裂缝为主，北方以湿陷性黄土地裂缝为主。,影响地裂缝形成的环境因素主要有两类，一是大气降水加剧了构造断裂的现代活动；二是人类活动不当所致。如过量抽取地下水，或灌溉过程中水大量渗入地下，都会造成地裂缝的扩展。,多数地质灾害的发生部位都有可能准确判别，但其发生的时间却难以确定。 人类活动不当则往往成为地质灾害发生的重
16、要诱导因素。因此，约束人类活动的范畴，是减轻地质类灾害的一条有效途径。,4. 地震、火山和海啸灾害,地震、火山和海啸是三种危害极为强烈、令人谈虎色变的自然灾害。其主要的动力都是来源于地球内部能量。,地震在所有灾害中，是最令人闻而生畏的一种。主要原因在于其巨大的能量和爆发的突然性。试验证明，在坚硬的花岗岩中爆炸一颗当量为两万吨TNT的原子弹，其结果和一个级地震差不多；一个8.9级的地震相当于1000颗一百万吨TNT级的原子弹在地下同时爆炸的效应。,地 震,三个基本概念 地震的大小称地震震级；地震造成破坏的程度则用地震烈度来衡量；一次地震事件产生的直接和间接后果称作地震效应。后者既反映了地震的强度
17、，也是地震破坏方式的体现。,地震与灯泡的比喻： 地震的震级灯泡的亮度 地震的烈度灯泡的照度,地震过程的四个阶段 尽管人们所感觉到地震往往发生在转眼之间，但实际上，地震从孕育、发生到震后的调整通常都要经历一定的时间过程。可以按其物理性质的差异，将它们划分为孕震、临震、发震和震后调整四个阶段。,孕震阶段地应力的积累阶段。这一阶段中， 孕震地区的岩石地球物理性质将会发生一系列异常变化，岩石中会出现微弱的变形和变位。,临震阶段震源区的应力积累已经极为接近失稳状态。此时可出现地形变异常、地震波速异常、地磁和地电异常，以及地下水和动物活动异常等各种现象。,发震阶段震源区的岩石将出现大规模破裂，或地震断层的
18、闭锁段突然断开并发生弹性回跳，同时释放出大量应变能，引起地壳的强烈颤动。,余震阶段在此阶段的前期，剩余的应变能还将继续释放，岩石进一步破裂并产生一些小震；至其后期，地震活动将逐渐趋于平静，地磁、地电、地下水等活动也将回复正常。,地震灾害的四种成因类型： 构造地震；火山地震：陷落地震；诱发地震,重大地震的分布主要有四个 “带”：,环太平洋地震带；,阿尔卑斯喜马拉雅印尼地震带；,大洋中脊和大陆裂谷地震带 ；,大陆板块内部地震带,中国的三个地震之最,中国是板内地震活动最典型的地区，地震活动水平一直较高。,中国也是世界上研究地震最早的国家，自公元前1831年的夏商时期中国就有了历史地震记录。公元132
19、年，东汉张衡发明了地动仪，于公元138年在洛阳监测到了千里之外的陇西大地震。,1975年对我国7.3级海城地震的准确预报，更是堪称人类史上最为成功的一次地震预报。,火山灾害 火山活动是地球内部构造-岩浆活动的一种特殊形式。多是由于强烈的构造运动使岩石圈破裂，使上覆岩石的静压降低，塑性的岩浆变为液态，从较深处的高压区向地壳浅层的低压区运移，于构造薄弱部位冲出地表，形成火山爆发而酿成灾害。,火山爆发的直接致灾方式,普里宁式喷发柱水汽遇冷凝结，挟带着火山灰等物质形成泥雨再降落到地面火山泥石流；,火山口附近被炸碎的岩石和部分射入空中的岩浆冷凝后落下火山碎屑流；,溢出地面的岩浆自火山口顺坡而下火山熔岩流
20、；,大量的火山灰遮云蔽日，随普里宁柱的蘑菇云飘移火山灰云；,火山喷发后空中弥漫的有毒火山气体窒息生命,一次大规模的火山爆发对生态环境和全球变化的影响，是所有自然灾害中最为显著和有效的。,1991年6月15日菲律宾的皮纳图博火山喷发，大约有超过千万吨的SO2随普里宁柱进入平流层，使平流层臭氧的光解速度增快，生成受到抑制，臭氧含量明显下降。火山喷发物在半年后扩散至全球范围，形成的火山灰反射掉相当一部分太阳能，使次年即1992年成为近61年中大陆温度最低的一年。全球的大气环流和降压水场、风场也都发生了显著的变化。结果足以抵消近百年来人类活动所造成的升温效应。,死火山保留着火山形态和物质，但在人类历史
21、上至今从未活动过的火山； 休眠火山那些在人类历史上曾有过活动，但现今则处于“休眠”状态者； 活火山现在还在活动或有明显活动迹象的火山。是最为危险的火山类型。,死火山、休眠火山和活火山,海啸是由海底地震，海底或海岛火山爆发以及海底塌陷、滑坡和地裂缝等激发而引起的一种重力长波。,海啸的波长一般为几十至几百公里，周期至百分钟。传播速度最快可达每小时数百至上千公里。海啸开始形成时其波高并不大，仅在至米之间，只有在快要到达海湾或岸边的浅水区时，波高才会突然急剧增加数倍甚至数十倍，携带巨大的能量和由此而来的强烈破坏力，形成一种破坏性巨浪。, 海底地震的震源较浅，一般要小于公里，且震级一般须在里氏.5级以上
22、； 一般情况下，海啸皆伴随着海底的大面积垂直运动而发生； 海啸源区的水深较大，尤其是危害范围极广的跨洋海啸，其源区水深常在米以上。在浅水区多只能生成海洋激浪。,引发破坏性海啸的条件有三：,对地震、火山和海啸灾害，目前还没有明显有效的预测和减灾方法，这更加重了此类灾害的风险程度。,自然灾害的减灾对策包括灾害的预报，对灾害的风险评价和减灾工程。,5. 减灾对策,自然灾害的预报 自然灾害的预报是制定减灾对策的首要基础，但也是灾害研究中最为困难的一类课题。,当前气象灾害的短期预报准确率已可以达到60左右，但中长期预报在理论上已被证明是一个无法解决的问题；地震预报虽不乏成功的范例，但成功的预报都是经验预
23、报，尚处于唯象层次，理论预报则时有错漏，近期还难以取得共识；海洋灾害、洪涝灾害和地质灾害的趋势预测，也只在2030的准确率上徘徊。因此可以说，灾害的预测和预报，还是一个任重而道远的难题。,灾害预报的几种重要类型,唯象预报是一种经验层次的预报。预报主要是根据自然灾害的演化和发展趋势，对其时间序列的周期性规律和空间分布的迁移特征进行背景估计。在这一基础上，作出灾害可能发生的经验判断。 唯象预报的基本依据有四： 灾害发展的自然趋势；时间序列； 对应关系；前兆现象,理论预报的主流之一是各种统计模型。,近年来在理论研究方面异军突起的一类方法，是复杂性科学中的分形、混沌和自组织临界理论的应用。,理论预报根
24、据灾害的成因建立灾害发生机制的物理模型，并在对其机理分析的基础上，寻找灾害过程的严格数学关系和确定的物理对应标志。,地震统计预报中的一个经典模型古登堡-里希特模型：,曾经是基于统计资料的一个经验模型，现在却发现是一个分形规律的体现。美国气象学家洛伦兹也正是在一个大气对流的动力学模型中，发现了隐藏在确定性后面的内在随机性，从而论证了长期天气预报的理论困难。,logNm=a+bM , (131),(式中M为震级；Nm为震级大于的地震数目；a，b为常数),监测预报实时监测方法和以其为基础的预报系统是灾害预报的又一主力。 各种现代化的监测手段包括航天和遥感技术的投入应用，对灾害的监测预报起到了不可估量
25、的积极作用。但监测预报也有其不足： 一是怎样才能准确地判断出哪些异常是有用的前兆，这仍涉及到经验和理论基础前提； 二是如何区分真正的前兆异常和各类随机噪声； 第三是对监测的系统性和密度问题的合理要求。,自然灾害的风险评价,不同的灾害在不同的条件下，究竟会主要危害哪些对象；在灾害的发生过程中，究竟会产生哪些关键性的损害；一次灾害产生的后果，究竟有多严重？这些方面的研究，统称作自然灾害的风险评价。,灾害风险评价的内容包括灾害的风险辨识、灾害的风险估算和灾害的风险评价（狭义）三个方面。,风险辨识 着重于描述潜在的灾害可能对人类社会产生的负作用或不良影响； 风险估算着眼于定时地描述处于风险中的人口分布
26、，阐明事件的成因、发生的概率、相应于不同强度时的后果，并将这些强度事件的概率统计作为风险的定量结果。 风险评价（狭义的）所要回答的中心问题则是：当灾害降临时，怎样才算安全和怎样才能安全？,图13-5 自然灾害风险评价模型,在灾害预报和风险评价的基础上，减灾工程是确保生命和财产安全的关键一步。其基本任务有二： 一是建立减轻自然灾害系统； 二是针对灾害发生和作用的特征，采用一定的工程技术和生态维护措施。,自然灾害的减灾工程,减轻自然灾害系统一般是由各级政府领导和协调建立的综合性职能机构，具有权威性、社会性、专业性、技术性和救助性特征,是减灾活动中最直接的措施。其目的是通过工程手段，治理和改善灾害系统的致灾环境，减少灾害产生的条件，以达到预防和减轻灾害的目的。,防治工程,最初：束手无策，听其恶化继而：寻寻觅觅，遍尝百草 然后：对症下药，以求痊愈 一旦：查明机理，事先预防最后：找到克星，彻底消灭。天花就是一例。今天对多数灾害而言，我们还正在寻寻觅觅之中。,灾害对策疾病对策的对比,
