滑坡地质灾害评价方法分析.pdf

圜⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ G E⋯O T E ⋯C H N ⋯IC A L ． ⋯ V O L⋯．10 ⋯N o ． 滑坡地质灾害评价方法分析 王 晓强 洛阳理工学院建工系 摘要滑坡等地质灾害评价对制定区域地质灾害防治规划和地质环境的妥善保护具有重要意义， 也是 地质灾害风险评价与风险管理的基础。本文介绍了滑坡地质灾害评价方法的现状 ， 总结了近年 来中国在这一领域所开展的工作和所取得的进展。在此基础上， 提出了现行评价方法中存在的 问题和改进方向， 从而达到更为有效的控制和管理滑坡灾害的目的。 关键词地质灾害评价滑坡 近年 ， 崩塌 、 滑坡 、 泥石流等突发性地质灾 害及 其风险评价已经成为人们普遍关心的问题之一。据 2 0 0 2年中国国土资源公报 ， 2 0 0 2年全 国发生各类 突 发性地质灾害 4 0 2 4 6起 ， 造成 8 5 3人死亡、 1 0 9人失 踪、 1 7 9 7人受伤 ， 直接经济损失 5 1亿元 。可见滑坡 等地质灾害的预防和减轻意义重 大， 直接关系到经 济的发展和社会 的稳定。 然而 ， 由于认识和管理水平的局限， 同时受制于 经济条件 ， 目前只能调用有限的资源、 采取有限的措 施来应对滑坡灾害的频繁发生。管理部门和科研单 位对地质灾害的响应往往滞后 ， 主动防灾和减灾举 措不多而且范围狭窄。同时， 民众参 与的广泛性仍 十分有限。造成这种局面的主要原 因是地质灾害发 生的地点、 时间 、 规 模和方式具有很大的不确定性 ， 我们对这种不确定性的认知能力还有诸多的不足， 因而在制定防灾方 案时缺乏必要 的依据 ， 无法做出 确定性决策。这一切都有赖 于对地质灾害危险性评 价和风险评价水平 的提高。近年风险分析和评价已 经成为表达地质灾害固有的不确定性 的一种重要工 具。然而无论是在理论上还是实践上 ， 中国尚未形 成确实可行的区域地质灾害评价与管理体系。有鉴 于此 ， 本文以滑坡灾种为典型， 总结 了中国滑坡灾害 评价的现状 ， 在此基础上 ， 阐述 了对 当前 区域地质灾 害评价 中存在的几个问题的思考。 1 国 内外研 究的现状 回顾国内外地质灾 害评价 ， 尤其是滑坡灾害评 价的发展历程 ， 大致可以分为 以下几个阶段。 在 2 0世纪 8 0年代 以前 ， 主要针对大型工程 诸 如水库等 进行 地质灾害危 险性评价 ， 评价多在广 [ 收稿 日期] 2 0 0 7～32 8 7 8 泛的野外调查基础上进行 ， 以定性评价为主， 单元的 划分 、 数据的获取和结果 的图示表达则 主要 由手工 完成。如 日本 1 9 5 8年规定 ， 凡在山区进行交通建设 必须先做斜坡危险度评价 ， 并根据评价结果提出设 防标准。日本专家采用坡度、 切割密度 、 降雨 、 滑坡 分布等因素对 日本部分流域滑坡危险度进行区划评 价 ， 并提交生产部门使用。 2 0世 纪 8 0年代 以后采用 的评价方法 多种多 样， 所评价的地区和流域也明显增加， 其评价与制图 方式不断更新。实质仍是筛选若干基本控制因素和 影响诱发因素 ， 以核实的数学方法进行加权 计算得 出稳定性或危险性程度指标。1 9 9 8年 C r o s s 采用滑 坡敏感性指数 L S I 1 a n d s l i d e s u s c e p t i b i l i t y i n d e x 作 为定量化指标进行 滑坡灾害危险性 区划 ， 并在英 国 D e r b y s h i r e 地区进行了实践。 到 2 0世纪 9 0年代 中后期 ， 随着高等 院校与科 研院所将地理信息系统 G I S 技术全面引人滑坡区 域评价 ， 这一研究领域又受到国 内工程地质界广泛 的关注。评价 目标逐渐过渡到了易发性和危险性评 价。G I S技术贯穿于评价数据的获取 、 评价计算 、 评 价结果的表达这一评价的全过程之 中， 第一次将滑 坡灾害评价从传统的繁复手工劳作中解放出来， 并 为运用多种数学方法进行对比分析提供了方便。 国内以成都理工大学为代表的科研院所利用地 理信息系统 G I S 、 遥感 R S 和全球定位系统 G P S 进行数据采集 、 存储 、 管理 、 分析和建库 ， 构建 了基于的地质灾害综合数据库， 建立了一套适合山 区流域和水库区岸坡危险性评价的指标体系， 采用 多元统计、 信息量法、 模糊综合评判、 神经网络等数 学模型进行危险性评价和预测 ， 取得了较好的效果。 维普资讯 岩 工 程 界 第 ，0 卷 第 ，0 期 里 虽 国 2 滑坡灾害评价的基本理论 层次一 一 基础信息分析， 主要指与滑坡形成直 接或间接有关的环境信息， 目的是分析滑坡形成条 件和影响发育演化 的重要 因子 ， 并建立滑坡灾害评 价与制图所需要的孕灾环境、 致灾因子和承灾体三 方面 的数据。孕灾环境方面的数据准备主要有地形 图 、 地质图、 土地利用 图、 岩土工程地质类型图、 水文 地质图的收集和处理． 致灾因子的信息主要是降雨、 地震和人类工程活动等有关的图形 和数据 的准备。 承灾体的数据包括评价区的居民点、 各类建筑物、 森 林、 农田等分布状况及财产价值等级评估的数据。 目前 ， 数字化和数据库管理方法常为采集、 分析和表 征这些基础信息提供了可能性。 层次二 一滑坡危险体评价 ， 是指可用几何学和 力学定性表征的危险灾害体 ， 这里特指滑坡体 ， 其评 价是根据滑坡发育的历史资料 ， 利用航空遥感技术 和 G P S开展地面调查 ， 进行滑坡识别 、 空间分布定 位， 分析滑坡生成条件、 类型特征和活动史， 并给出 滑坡的详细几何描述和力学机制 、 演化规律的解释。 滑坡危险体评价不包括任何含义 的预测 ， 这是该层 次评价的重要特征。 3 滑坡地质灾害危险性评价的方法 根据前人的研究成果 ， 可以将滑坡地质灾害危 险性评价方法分为定性评价和定量评价两类。其中 定性方法又可分为野外 地貌分析法和参数地 图法 。 定量方法又可分为统计分析方法、 地理工程技术方 法。另外 ， 近年来神经网络分析法也开始应用 到地 质灾害危险性评价中， 可以归到定量方法里 图 1 。 1 定性方法 定性方法基本上要依赖评价人 员的个人经验。在滑坡灾害现场统计勘查过程中同 时对与灾害发生 的地形致灾 因子参数直接进行 分 析。这种分析方法要求对灾害发生的原 因的预备知 识有相当的认识 ， 因此 ， 这种方法严重的倚赖专家 的 个人专业经验。在有代表性的区域的航片解译和实 地调查过程 中， 地形条件会在所有灾害发生 的地方 得到评估 ， 从而得出一个关于致灾因子的初步 的结 论 。这种方法的优点是迅速 、 考虑 的因子可以很多 ， 并且可以用于各种 比例的危险f 生 评价。其缺点是 因 子选择、 评价规则选择、 因子权重确定的主观性或隐 含性 ， 而且需要大量的野外调查。而且由于专家的 个人经验知识的差异， 使得不同的专家得出的评价 结论并不完全一样 。而且 由于没有 明确 的评 价规 则 ， 也使得不同区域的评价结果无法直接对比。地 理信息系统在这种评价中基本没有什么作用， 或者 至多作为作图工具使用。 2 统计分析法 统计分析法最早是 1 9 8 8 年意 大利著名滑坡专家 A l b e r t o C a r r a r a引入危险性评 价 的。最初主要用以确定各参数因子对斜坡稳定性的 影响。进入 2 O世纪 8 O年代后 ， 随着计算机技术 的 发展和地理信息系统的兴起， 在危险性评价中使用 的统计方法越来越多 ， 功能效果也不断提高 ， 现在利 用 G I S进行地质灾害危险性评价主要 的方式就是建 立统计分析模型 ， 并使之与 G I S结合。其基本原理 是利用统计方法通过对比参数因子和灾害体分布之 间的关系。目前主要有双变量统计分析和多变量统 计分析两大类 。 当使用多变量统计方法时， 所有在滑坡失稳处 的因子都可以通过多元回归方法与滑坡分布图加以 分析 、 判别分析建立稳定与不稳定 区域 的相关关系。 在滑坡研究中使用 G I S 进行多变量统计分析的最早 的例子是 C a r r a r a ， 他分别在 1 9 8 8年和 1 9 9 2年做过 这方面的研究。这种方法是一种典型的数据驱动 的 地质灾害危险性评价方法 定性方法 定量方法 墅 竺 坌 l I 参 数 地 图 地l I 统 计 分 析 I l l面 三 ； 双变量统计分析法 多变量统计分析法 其他统计法 l 堡 塞 堡 兰 I I 竺 坌 堑 堕 _ ] I 图 l 地质灾害危险性评价方法 79 维普资讯 圆⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ G E⋯O T E⋯C H N ⋯IC A L ⋯E N G ⋯IN E E⋯R IN G．． ⋯ V O L⋯． ]0 N⋯ O , 方法 ， 因此具有很高 的客观性。用 多变量统计 分析 时的主要问题是 ， 当评价格网很小时， 会产生庞大的 矩阵， 有时甚 至达 到普通 P c机无法处 理 的地步。 而当评价格 网增大时 在 C a r r a r a的研 究 中使用 了 l O O x l O O m的格 网， 格 网单元会变得不均质 ， 这种情 况下 ， 当滑坡仅仅影 响到网格的一部分时， 确定格网 参数类别或确定该 网格中滑坡是否存在就会更加困 难。这样导致 了在评价滑坡和各参数之间关系时误 差的引入 。 双变量统计分析中每一个参数因子单独与滑坡 图进行对 比分析 ， 参 数 因子对滑坡破坏产生的作用 可以被计算出来 。有许多统计方法可以计算各参数 因子对滑坡产生 的贡献率 大小 。V a n We s t e n等人 曾经使用简单的密度 函数来决定 各参数 的权重 图。 区域中总的滑坡密度可 以用来作为计算权重标准 ， 这种权重可以通过与每种参数因子的总的密度对比 而得到。Y i n和 Y a n曾在 1 9 8 8年定 义了一种信息 量法来计算滑坡发生 的敏感性大小 ， 这个信息量是 滑坡在某种触发因子中的密度与总的滑坡密度之间 的一个比值。双变量统计分析法将专家主观的专业 知识和 G I S客观的以数据为驱动的分析能力完美的 结合起来。双变量统计分析主要的优点在于， 评估 中参数 因子 的选取是 由执行分析的专家完成 的。这 就将专家的意见引人 了分析过程。 3 地理工程技术法 地理 工程技术法是一类 精确性的方法 ， 使用 的是实实在 在的稳定性计算模 型。计算斜坡稳定性时 ， 需要使用各种参数 ， 像正常 压力、 内部角度摩擦力 、 钻孔水压等。它是在确定了 地质模型和物理破坏模式以后， 给出合理的数学化 模型 ， 然后计算得 出结论 。计算 的结果将产生一个 安全系数 ， 这个安全系数可以在诸如基础设施建设 或者防治工程等项 目设计中直接使用 。从本世纪初 人们就开始使用确定性斜坡稳定性模型来计算单个 滑坡的稳定性。其中的极限平衡分析法是一种为工 程地质人员广泛使用的定量方法 ， 也是工程上使用 最多 、 最成熟 的方法 ， 它的研究历史可追溯到上世纪 二十年代或更早 ， 近十几年来仍在不断发展 。数值 法如有限元 、 差分 、 边界元等是一类应力 一应变分析 方法 ， 己在滑坡 ， 特别是工程边坡 矿 山 开挖 中较 多地应用 ， 它是通过分析滑坡结构体 内部的应力 、 应 变来分析给定断面的变形和稳定问题 。它的计算精 8 0 度取决于两方面 ， 一是本构模型， 二是随着划分单元 体的参数的精度而变化， 也即要求输人精度很高的 数据。概率法是针对影响滑坡稳定的诸多因素进行 概率分析 ， 它对于分析含有较多结构面的岩质边坡 更为适宜 。概率法在工程地质领域的最新应用是斜 坡的可靠性分析与设计 。 4 滑坡地质灾害评价中存在的问题 1 滑坡灾害危险性评价归根到底是一个地学 问题 ， 在评价过程时， 始终都不能丢掉地质分析和研 究这一基本武器 。必须在识别导致斜坡失稳 ， 确定 引起滑坡发生的因素 的基础上 ， 提 出和运 用相适应 的滑坡危险性评价方法。然而 ， 由于滑坡受控 于多 个因素 ， 因果关系的确定并不那么简单 。通常 ， 要想 识别与滑坡有关的所有 因素是困难 的， 而且大多数 情况下界定不 同因素之间的关系也很困难。需要在 今后的研究中加强地质条件的分析和重视程度。 2 评价所需的输人数据大多直接或间接来源 于地形图、 地质图等平面图， 不能充分真实地反映各 因素对斜坡稳定性的控制和影 响。比如软弱夹层、 软弱基座这样一些地质要素 ， 它们对斜坡 的稳定性 往往起着控制性作用 ， 但是从平 面图上很难反映这 种作用 。 3 在地质灾害的评价与管理领域 中过于强调 G I S的应用。作为一 门新兴边缘学科 ， G I S自身的发 展 尚有广阔的空间， 但是从 自身界定的研究领域、 选 定的研究焦点来看 ， 无论它如何发展 ， 对于滑坡灾害 评价而言， 也仅仅只是一个工具 。 参考文献 [ 1 ] 向喜琼． 区域滑坡地质灾害危险性评价与风险管理 [ D] ． 成 都 成都理工大学博士论文 。 2 0 0 5 ． [ 2 ] 张业成 ， 张春山 ， 张梁 ， 等， 中国地 质灾害系统层 次分析与综合 灾度计算 [ J ] ． 中国地质科学院 院报 ， 1 9 9 3 ． [ 3 ] 刘化仁． 跨世 纪的十大人为 环境灾难 及其对策 [ J ] ． 地质 灾害 与环境保 护 ， 2 0 0 0 ． [ 4 ] 向喜琼 ， 黄润秋． 基于G I S的人工神经网络模型在地质灾害危 险性区划中的应用[ J ] ． 中国地质灾害与防治学报， 2 0 0 0 。 1 1 ． [ 5 ] 张业成， 张春山， 张梁， 等． 中国地质灾害系统层次分析与综合 灾度计算 [ J ] ． 中国地质科学院院报。 1 9 9 3 ． 作者通讯地址 河南省洛阳市九都西路洛阳工业高专建筑工 程 系邮编 4 7 1 0 0 3 维普资讯