楊淞月，翁茂芝，田 華，王寧濤，連志鵬

(1.湖北省應(yīng)急救援中心，湖北 武漢 430064；2.湖北省地質(zhì)調(diào)查院，湖北 武漢 430034；3.武漢中科巖土工程技術(shù)培訓(xùn)有限公司，湖北 武漢 430071；4.中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心，湖北 武漢 430205)

地質(zhì)災(zāi)害給人類造成了巨大的損失。古今中外的學(xué)者通過各種研究手段，研究了地質(zhì)災(zāi)害的孕育及發(fā)展，探究其規(guī)律，以實現(xiàn)對地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險評價及預(yù)警預(yù)報，盡量降低其造成的損失。

地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育及分布通常受控于所在地區(qū)的自然環(huán)境和工程地質(zhì)條件，其相關(guān)研究主要分為兩個方面：不同空間條件下，因地形、構(gòu)造、水系、人類活動等因素的不同屬性，使地質(zhì)災(zāi)害具有一定的空間分布規(guī)律；不同時間條件下不同季節(jié)或不同年份，因氣候、風(fēng)化作用等的差異性，使地質(zhì)災(zāi)害具有一定的時間分布規(guī)律。

根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害分布的時空規(guī)律，考慮地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育地區(qū)的工程地質(zhì)條件，通過可靠的時空分析方法，如層次分析法、證據(jù)權(quán)法、信息量法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法等可對地質(zhì)災(zāi)害的時空分布規(guī)律進(jìn)行量化分析。不同的分析方法具有不同特點，但這類方法都有一個明顯特點：通過統(tǒng)計分析和模糊評價的方法，將大量的概率時間定量化，即從看似規(guī)律不明顯的事件中，提取可供參考的大體趨勢。通過以上方法將地質(zhì)災(zāi)害孕育規(guī)律定量化，并進(jìn)行定量化區(qū)劃，進(jìn)而對地質(zhì)災(zāi)害的時空分布規(guī)律進(jìn)行定量評價。

本文以湖北省鶴峰縣城區(qū)為研究區(qū)，基于研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的統(tǒng)計調(diào)查，分析了控制區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的孕災(zāi)規(guī)律，并從地質(zhì)災(zāi)害的時空分布出發(fā)，完成了研究區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性、危險性的評價分析，同時考慮建筑物及室內(nèi)人口易損性，完成了區(qū)內(nèi)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險評價，以為研究區(qū)及其周邊地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育分布特征研究以及防治規(guī)劃制定與風(fēng)險管理提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

湖北省鶴峰縣地處鄂西褶皺山地，山脈走向與褶皺構(gòu)造線方向一致。全境地勢呈西北高、東南低，平均海撥高程為1 147 m。本次研究區(qū)為鶴峰縣城關(guān)鎮(zhèn)，溇水河穿城而過，海拔高程為475～1 004 m(見圖1)，面積約為32 km，處于構(gòu)造侵蝕低中山區(qū)，位于鶴峰向斜核部近中段部位。該向斜核部穿切縣城中部至西部，從溪坪經(jīng)石龍洞、新莊、容美、太坪、毛壩直抵分水嶺，向西同來鳳向斜聯(lián)成一體。

圖1 研究區(qū)海拔圖Fig.1 Elevation map of the study area

研究區(qū)出露的地層主要為三疊系中統(tǒng)巴東組第二段(T

b

)，地質(zhì)構(gòu)造較為簡單，未見大的斷裂構(gòu)造形跡。根據(jù)研究區(qū)巖土體工程地質(zhì)性質(zhì)和巖層的組合關(guān)系，可劃分為土體和巖體兩大類，共7個巖組(見圖2)。受構(gòu)造的影響，區(qū)內(nèi)NE、NW向節(jié)理裂隙較為發(fā)育，破壞了巖體完整性，在一定程度上影響了坡體穩(wěn)定性。

圖2 研究區(qū)巖組分布圖Fig.2 Distribution map of petrofabric in the study area

2 研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害孕災(zāi)規(guī)律分析

研究區(qū)內(nèi)共發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害及隱患點15處，其中滑坡13處，崩塌2處，見表1。

研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害以滑坡變形為主，其孕育和發(fā)展受地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造以及降雨和人類工程活動等誘因的影響，控制區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的孕災(zāi)規(guī)律主要有地形地貌控制規(guī)律、地層巖性控制規(guī)律、地質(zhì)構(gòu)造控制規(guī)律和誘因控制規(guī)律四個方面。

2.1 地形地貌控制規(guī)律

研究區(qū)13處滑坡地質(zhì)災(zāi)害有11處集中發(fā)育在500～600 m高程段，區(qū)內(nèi)滑坡地質(zhì)災(zāi)害兩側(cè)邊界以基巖凸梁地貌為主，滑坡后緣大多為三面高中間低的圈椅狀匯水地形，前緣多為溝谷橫切或工程切坡形成的高陡臨空面。

滑坡地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)生于地形坡度在15°～40°的陡坡上(見表1)，而地形坡度小于15°或大于40°的斜坡地段，滑坡災(zāi)害點分布較少。前者由于地形坡度小，地形平緩，巖土體不易滑動；而后者由于地形坡度較大，通常巖質(zhì)堅硬，不易形成滑坡地質(zhì)災(zāi)害。

表1 研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害及隱患點統(tǒng)計表

2.2 地層巖性控制規(guī)律

地層巖性是滑坡形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，由于地層巖性不同，其抗剪強(qiáng)度各不相同，發(fā)生滑坡的難易程度也會不同。軟弱地層力學(xué)強(qiáng)度低、抗風(fēng)化能力差，遇水易軟化、崩解，同時也易形成大量的松散物質(zhì)，形成土質(zhì)滑坡。

碎屑巖地層在研究區(qū)的分布面積為8.2 km，占調(diào)查總面積(30 km)的27.33%，發(fā)育在該巖類中的地質(zhì)災(zāi)害點為13處(其中滑坡12處，崩塌1處)；而層狀碳酸鹽巖夾碎屑巖地層在研究區(qū)的分布面積為19.67 km，占調(diào)查總面積的65.57%，發(fā)育在該巖類中的地質(zhì)災(zāi)害點為2處(其中滑坡1處，崩塌1處)。研究區(qū)內(nèi)主要出露的地層為三疊系中統(tǒng)巴東組第二、四段(T

b

、T

b

)，巖性以泥質(zhì)粉砂巖、砂巖等碎屑巖為主，其飽和抗壓強(qiáng)度一般小于15 MPa，多屬軟巖。此類碎屑巖地層區(qū)地質(zhì)災(zāi)害較為發(fā)育(見圖3)，為研究區(qū)內(nèi)的易滑巖組區(qū)域。土質(zhì)滑坡(及滑坡隱患點)主要發(fā)生在母巖為軟質(zhì)巖石殘坡積沉積物中，區(qū)內(nèi)有8處滑坡地質(zhì)災(zāi)害所處基巖巖性為三疊系中統(tǒng)巴東組(T

b

)泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖軟質(zhì)巖巖組。區(qū)內(nèi)2處巖質(zhì)滑坡均發(fā)生在碎屑巖巖組中，巖性為T

b

泥質(zhì)粉砂巖、泥巖互層，屬于易滑地層，為斜坡滑移變形的發(fā)生提供了有利條件。

圖3 研究區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害與巖組分布關(guān)系圖Fig.3 Relationship between landslide geological hazard and petrofabric distribution in the study area

2.3 地質(zhì)構(gòu)造控制規(guī)律

受北東向鶴峰向斜的影響，研究區(qū)沿溝谷兩側(cè)多為T

b

軟硬相間易滑地層構(gòu)成的順向坡或斜交順向坡，特定的地質(zhì)構(gòu)造與地貌配置為孕災(zāi)創(chuàng)造了有利條件。其次，構(gòu)造作用致使巖體結(jié)構(gòu)面節(jié)理裂隙較為發(fā)育，尤其在軟弱巖層中節(jié)理裂隙發(fā)育更為明顯，造成研究區(qū)內(nèi)斜坡巖體易受風(fēng)化及其他地質(zhì)營力的影響，導(dǎo)致其物理力學(xué)性質(zhì)差，易形成不穩(wěn)定地質(zhì)體。

2.4 誘因控制規(guī)律

2.4.1 水

水對地質(zhì)災(zāi)害的影響巨大，不僅加速了邊坡的風(fēng)化變形，而且改變了坡體自重，調(diào)整了斜坡內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)，同時降低了軟弱夾層的摩擦系數(shù)，致使坡體局部出現(xiàn)各種變形，如裂縫、下挫、坍滑等。

根據(jù)野外調(diào)查及資料分析，研究區(qū)內(nèi)絕大多數(shù)地質(zhì)災(zāi)害均發(fā)生在雨季，以5、6、7、8、9月份為主，其次為4、10月份。水對地質(zhì)災(zāi)害的影響主要表現(xiàn)為：地下水使巖土體浸水軟化，大大降低了巖土體的抗剪強(qiáng)度，增加了土體的重量，從而誘發(fā)斜坡變形；水在相對隔水層與上層土體接觸面附近滯留，易軟化

接觸面土體，從而誘發(fā)斜坡沿該接觸面的變形；洪水期河流水位上漲，地下水水位明顯升高，會對斜坡穩(wěn)定性造成明顯的影響。

2.4.2 人類工程活動

人類工程活動對研究區(qū)內(nèi)滑坡地質(zhì)災(zāi)害形成的影響明顯，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，人類工程活動日漸增強(qiáng)，鶴峰縣人類工程活動主要表現(xiàn)為城鎮(zhèn)及公路建設(shè)、居民建房、水利水電開發(fā)等，大量的人類工程活動破壞了斜坡穩(wěn)定狀態(tài)，誘發(fā)了滑坡地質(zhì)災(zāi)害的產(chǎn)生。

建房切坡、公路開挖等人類工程活動是典型的地質(zhì)災(zāi)害孕災(zāi)控制因素之一，見圖4。

圖4 人類活動誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害示意圖Fig.4 Sketch map of geological hazards induced by human activities

3 研究區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價

研究區(qū)內(nèi)發(fā)育的主要地質(zhì)災(zāi)害為滑坡，因此本次選取區(qū)內(nèi)滑坡地質(zhì)災(zāi)害為研究對象進(jìn)行風(fēng)險評價。

3.1 滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價

滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價是風(fēng)險評價的基礎(chǔ)，特別是為滑坡空間概率提供關(guān)鍵的中間數(shù)據(jù)?；碌刭|(zhì)災(zāi)害是發(fā)生在地表并具有明顯的時間屬性和空間屬性的自然地質(zhì)現(xiàn)象，其影響因素在自然地質(zhì)地理演化循環(huán)過程中有相對固定的地空信息。

滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價主要包括評價單元劃分、評價指標(biāo)提取與分析、評價模型構(gòu)建和精度評價4個環(huán)節(jié)。以下將重點針對評價單元劃分和評價模型構(gòu)建做重點介紹。

3.1.1 評價模型

本文在種類繁多的評價模型中選取經(jīng)過眾多專家學(xué)者應(yīng)用且發(fā)展成熟的信息模型，對研究區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性進(jìn)行定量評價。信息量模型理論認(rèn)為地質(zhì)災(zāi)害的產(chǎn)生與預(yù)測過程中所獲取的信息數(shù)量和質(zhì)量有關(guān)，可用信息量來衡量，信息量越大，表明產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性越大。

由于作用于滑坡地質(zhì)災(zāi)害的因素很多，相應(yīng)的因素組合狀態(tài)也特別多，樣本統(tǒng)計數(shù)量往往受到限制，故可采用簡化的單因素信息量模型進(jìn)行分步計算，再進(jìn)行綜合疊加分析，相應(yīng)的信息量模型如下：

(1)

I

值的大小直接說明該單元產(chǎn)生滑坡的可能性，是滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃的重要性指標(biāo)。信息量越大，滑坡可能發(fā)生的概率越大。當(dāng)

I

>0時，表示因素

i

對滑坡發(fā)生是有利的；當(dāng)

I

<0時，表明因素

i

不利于滑坡發(fā)生；當(dāng)

I

=0時，則表示因素

i

不提供有關(guān)滑坡發(fā)生與否的任何信息，即因素

i

可以篩選掉，排除其作為預(yù)測因子。

3.1.2 評價單元劃分

不同的單元劃分對不同研究尺度的滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價結(jié)果有很大的影響，因此對于區(qū)域滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價首要的步驟是確定評價單元的劃分方法和類型。本次研究采用柵格單元與斜坡單元相結(jié)合的方法來劃分評價單元。由于本項目中所評價的對象尺度為1∶10 000，因此后續(xù)評價過程中在無人機(jī)所測數(shù)字高程模型的基礎(chǔ)上，選取10 m×10 m作為柵格評價的尺度單元。

圖5 斜坡單元劃分流程圖Fig.5 Flow chart of slope unit division

在滑坡地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險管理工作中，防災(zāi)工作需要基于斜坡展開，為了提高評價成果的可用性，需要以斜坡單元易發(fā)性高低的形式表達(dá)。以“集水區(qū)重疊法”為劃分方法，認(rèn)為斜坡單元是斜坡段的一部分，或是集水流域的1/2,利用正反地形分別提取集水流域的山脊線與山谷線，將生成的集水流域和反向集水流域融合，再依據(jù)山體陰影、坡體形態(tài)等地形因素和地層巖性因素人工修改斜坡單元，如對面積過大、形狀不符合實際情況的斜坡單元進(jìn)行修正，以得到大小、形狀與實際地形高度吻合的斜坡單元，具體流程(見圖5)如下：首先，利用ArcGIS中的水文分析模塊由原始DEM數(shù)據(jù)提取山谷線的同時，進(jìn)行DEM數(shù)據(jù)的洼地填充以求取整個研究區(qū)的流向圖，獲得各單元的累計流量；然后，通過設(shè)定最小匯水單元數(shù)，得到不同面積的匯水區(qū)，其邊界即為分水線；再后，將原始DEM數(shù)據(jù)反轉(zhuǎn)，用同樣方法得到負(fù)地形的集水流域，提取負(fù)地形的山脊線；最后，將原始DEM數(shù)據(jù)獲得的集水流域和反轉(zhuǎn)DEM數(shù)據(jù)后獲取的集水流域進(jìn)行疊加融合，得到初步劃分的斜坡單元。

以上疊加得到的斜坡單元不能直接作為評價單元，還需要后期進(jìn)行人工調(diào)整，除了進(jìn)行縫隙合并、空洞補(bǔ)全、調(diào)整重疊區(qū)域等細(xì)節(jié)工作外，還需要考慮山體陰影、等高線、地層巖性等因素(見圖6)進(jìn)一步調(diào)整斜坡單元的邊界，用于滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價。

圖6 研究區(qū)斜坡單元劃分示意圖Fig.6 Schematic diagram of slope unit division in the study area

考慮研究區(qū)比例尺的大小，根據(jù)無人機(jī)所測10 m分辨率的數(shù)字高程模型，將全區(qū)劃分為313 190個10 m×10 m柵格單元；同時，利用地形線提取山脊山谷線、山體陰影和坡度坡向圖，結(jié)合野外調(diào)查對單個斜坡單元進(jìn)行劃分，完成研究區(qū)共955個自然斜坡單元的劃分，見圖7和圖8。

圖7 研究區(qū)斜坡單元劃分圖Fig.7 Slope unit division in the study area

圖8 研究區(qū)斜坡單元劃分三維示意圖Fig.8 Three dimensional diagram of slope unit division in the study area

3.1.3 評價因子選取

在前期對研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)律分析的基礎(chǔ)上，完成對地形坡度、坡向、高程、坡面形態(tài)、地層巖性、坡體結(jié)構(gòu)、公路影響距離、土地利用類型等相關(guān)因子的信息量提取，見圖9。另外，鶴峰縣在近年建設(shè)過程中，溇水河人為改造很大，城區(qū)段和部分河岸被漿砌擋墻砌護(hù)，失去了其自然屬性，對滑體穩(wěn)定性的影響較小，故將河流因子剔除。

3.1.4 滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)

采用綜合信息量模型，考慮各因素對滑坡等地質(zhì)災(zāi)害貢獻(xiàn)性的大小(見表3)，利用公式(1)建立綜合因素評價模型。

進(jìn)一步對所獲取的研究區(qū)滑坡的易發(fā)性量值進(jìn)行相對等級劃分，用于指導(dǎo)地質(zhì)災(zāi)害的定性評估與決策。通過統(tǒng)計全區(qū)柵格信息量分布數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)突變點作為等級劃分臨界值，將全區(qū)滑坡的易發(fā)性劃分為4個等級：高易發(fā)區(qū)(

I

>2.768)、中易發(fā)區(qū)(-4.809 5<

I

≤2.768)、低易發(fā)區(qū)(-9.356<

I

≤-4.809 5)、極低易發(fā)區(qū)(

I

≤-9.356)。為了評估分級結(jié)果的準(zhǔn)確性，采用受試者特征曲線ROC(Receiver Operating characteristic Curve)對預(yù)測結(jié)果進(jìn)行精度分析(見圖10)，結(jié)果表明：預(yù)測精度達(dá)89.38%，說明前期預(yù)測過程和結(jié)果較為合理。

圖9 研究區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價因子分布圖Fig.9 Distribution chart of landslide risk assessment factors in the study area

表3 研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害評價因素及其信息量

圖10 ROC曲線Fig.10 ROC curve

根據(jù)滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分級區(qū)間，對全區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性柵格單元圖進(jìn)行分級，并通過斜坡單元分布，提取斜坡內(nèi)柵格信息量數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)研究區(qū)基于斜坡單元的滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)。最終考慮將斜坡單元內(nèi)柵格信息量均值作為該斜坡單元的滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性代表值，并在此基礎(chǔ)上，對所有斜坡單元的滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性進(jìn)行等級劃分，見圖11。

圖11 研究區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)圖Fig.11 Zoning map of landslide susceptibility in the study area

3.2 滑坡地質(zhì)災(zāi)害危險性評價

3.2.1 評價模型

滑坡地質(zhì)災(zāi)害的危險性

H

由災(zāi)害發(fā)生的空間概率、時間概率和規(guī)模概率共同決定。其計算公式如下：

H

=

P

(

A

)×

P

(

N

)×

P

(

S

)

(2)

式中：

P

(

A

)為滑坡規(guī)模大小的超越概率；

P

(

N

)為滑坡發(fā)生的時間概率，即指不同重現(xiàn)期滑坡發(fā)生的超越概率；

P

(

S

)為滑坡發(fā)生的空間概率。(1) 滑坡規(guī)模大小的超越概率

P

(

A

):本次研究采用滑坡體積作為其規(guī)模大小的評價參數(shù)，即可以通過斜坡的體積與面積(在斜坡分布圖上可測得)的對應(yīng)關(guān)系，間接獲取滑坡體積及其超越概率，但需要統(tǒng)計區(qū)內(nèi)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的體積與面積的關(guān)系。通常，地質(zhì)災(zāi)害的體積

y

與其面積

x

之間存在如下關(guān)系：

y

=

ax

(3)

通過統(tǒng)計鶴峰縣城區(qū)及其附近地質(zhì)環(huán)境條件相似地區(qū)(咸豐、宣恩)相關(guān)歷史滑坡的體積與面積數(shù)據(jù)，擬合得到鶴峰縣城區(qū)內(nèi)滑坡體積與其面積的關(guān)系式為

y

=2.303 5

x

(4)

根據(jù)公式(4),可依據(jù)研究區(qū)內(nèi)劃分的每一個斜坡單元的面積計算出每個斜坡單元的體積。觀察歷史滑坡的體積大小(即方量)，找出歷史滑坡集中分布的方量值，鶴峰縣城區(qū)的滑坡體積大小集中分布在5×10m和10×10m，對應(yīng)的斜坡面積分別是1.899×10m和3.370 8×10m，故分兩種情況進(jìn)行分析。

對于滑坡方量為5×10m的情況，當(dāng)滑坡體積大于5×10m時，對應(yīng)的面積也應(yīng)要大于1.899×10m，則有：

(5)

對于滑坡方量為10×10m的情況，當(dāng)滑坡體積大于10×10m時，對應(yīng)的面積也應(yīng)要大于3.370 8×10m，則有：

(6)

根據(jù)統(tǒng)計分析，對于鶴峰縣城區(qū)及其附近地區(qū)(咸豐、宣恩)，有

a

=1.055 4，

a

=0.494 8。(2) 滑坡發(fā)生的時間概率

P

(

N

):滑坡發(fā)生的時間概率，由滑坡在測區(qū)內(nèi)以不同的重現(xiàn)期發(fā)生至少1次災(zāi)害的超越概率來確定。本研究認(rèn)為該時間概率服從泊松分布，其計算公式如下：

(7)

式中:

t

為重現(xiàn)期(a)，這里可以為1 a、10 a、20 a、50 a、100 a；

T

為研究區(qū)內(nèi)最新歷史滑坡和最老歷史滑坡的年份之差，分別為2015年和1994年，故

T

=21；

N

為斜坡單元里發(fā)生滑坡的個數(shù)(個)，若重現(xiàn)期為10 a和20 a，則

N

等于歷史滑坡加上極高易發(fā)區(qū)斜坡個數(shù)，若重現(xiàn)期為50 a和100 a，則

N

等于歷史滑坡加上極高易發(fā)區(qū)和高易發(fā)區(qū)斜坡個數(shù)。(3) 滑坡發(fā)生的空間概率

P

(

S

):滑坡發(fā)生的空間概率意指歷史滑坡現(xiàn)象在評價單元內(nèi)發(fā)生的可能性大小，其值為0～1之間的取值。本研究認(rèn)為該空間概率可由滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價結(jié)果經(jīng)歸一化處理體現(xiàn)。

3.2.2 滑坡地質(zhì)災(zāi)害危險性分析

將研究區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價時利用信息量法得到的每個斜坡的證據(jù)權(quán)值歸一化處理后得到的值作為斜坡的

P

(

S

)值，然后利用公式(2)即可計算得到每個斜坡單元的

H

?；麦w積大于5萬方、10萬方工況下的研究區(qū)滑坡危險性分布圖，見圖12和圖13。

圖12 不同重現(xiàn)期研究區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害危險性分區(qū)圖(體積大于5萬方工況)Fig.12 Landslide risk zoning map of the study area in different return periods (with volume greater than 50 000 cubic meters)

圖13 不同重現(xiàn)期研究區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害危險性分區(qū)圖(體積大于10萬方工況)Fig.13 Landslide risk zoning map of the study area in different return periods (with volume greater than 100 000 cubic meters)

根據(jù)研究區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害危險性評價結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，相同重現(xiàn)期情況下，體積大于5萬方工況的滑坡地質(zhì)災(zāi)害危險性整體大于體積大于10萬方工況；而相同體積工況條件下，隨著重現(xiàn)期時間的增加，研究區(qū)內(nèi)滑坡地質(zhì)災(zāi)害總體危險性不斷增大，滑坡地質(zhì)災(zāi)害危險性高的區(qū)域由河流兩岸城市建設(shè)區(qū)漸漸擴(kuò)大至其他地區(qū)。

3.3 建筑物和室內(nèi)人口易損性評價

易損性是承災(zāi)體在面對特定強(qiáng)度災(zāi)害時抗災(zāi)能力的度量，是災(zāi)害強(qiáng)度和承載能力的函數(shù)。易損性的定義表明易損性主要表現(xiàn)在致災(zāi)強(qiáng)度和承災(zāi)體抗災(zāi)能力。本次主要針對建筑物和室內(nèi)人口的滑坡地質(zhì)災(zāi)害易損性進(jìn)行評價。由于建筑物和人口屬性的數(shù)據(jù)缺失，本研究擬采用定性-半定量的方式計算其易損性。

3.3.1 建筑物易損性評價

滑坡在運動過程中，滑坡體對滑坡運動范圍內(nèi)建筑物的易損性與滑體物質(zhì)沖擊力直接相關(guān)，該沖擊力與滑坡的速度平方和滑坡體的密度成正比。計算過程中由于無滑坡速度量化值，只有滑坡的運動距離，故采用滑坡運動速度隨滑程衰減的假設(shè)，將建筑物易損性定義為如表4所示方案。

表4 滑坡影響范圍分區(qū)與對應(yīng)的建筑物易損性

滑坡的運動范圍，可以通過Corominas等和Scheidegger的滑坡運動距離經(jīng)驗公式計算：

lg(

H

/

L

)=

A

+

B

lg

V

(8)

式中：

H

為滑坡前后緣高程差(m)；

L

為從滑坡后緣開始計算的投影滑動距離(m)(見圖14)；

V

為滑坡方量(m)。

圖14 滑坡滑動距離L示意圖Fig.14 Diagram of landslide sliding distance L

通過對比分析Corominas等和Scheidegger的滑坡運動距離經(jīng)驗公式，對鶴峰縣城區(qū)已發(fā)生的滑坡的運動過程和影響范圍進(jìn)行反分析，確定出適合鶴峰縣城市及其附近地區(qū)(咸豐、宣恩)滑坡的滑動距離計算公式為

lg(

H

/

L

)=-0.156 6×lg

V

+0.624 19

(9)

根據(jù)前期調(diào)查成果，對圖12和圖13中不同工況下出現(xiàn)的高危險性斜坡單元進(jìn)行方量估算以及滑動距離估算，并將該滑動距離計算結(jié)果相應(yīng)地繪制于各工況下滑坡地質(zhì)災(zāi)害危險性分區(qū)圖中，斜坡影響范圍局部示意見圖15，以此作為后續(xù)承災(zāi)體確定和風(fēng)險計算的依據(jù)。

圖15 斜坡影響范圍局部示意圖Fig.15 Local sketch map of slope image range

3.3.2 室內(nèi)人口易損性評價

本次評估對象僅考慮室內(nèi)靜態(tài)人口的風(fēng)險。由于室內(nèi)人口易損性與建筑物易損性直接相關(guān)，因此可通過室內(nèi)人口易損性與建筑物易損性之間的對應(yīng)關(guān)系來實現(xiàn)室內(nèi)人口易損性的計算。

滑體上人口易損性統(tǒng)一賦值為1.0。室內(nèi)人口易損性

V

-的計算公式為

V

-=0.001 4×e6.07

(10)

式中:

V

為建筑物易損性。

圖16 室內(nèi)人口易損性(Vp -s)與建筑物易損性 (Vs)的關(guān)系曲線Fig.16 Relation curve of vulnerability of indoor population and vulnerability of structure

3.4 滑坡地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價

3.4.1 評價模型

地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險可定義為危險性(Hazard)、易損性(Vulnerability)與承災(zāi)體(Elements at risk)三者的乘積。在前述地質(zhì)災(zāi)害危險性分析、承災(zāi)體易損性分析以及承災(zāi)體數(shù)量或經(jīng)濟(jì)價值分析等成果的基礎(chǔ)上，利用地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估模型,可計算得到地質(zhì)災(zāi)害經(jīng)濟(jì)與人口風(fēng)險，具體計算公式如下：

R

=

E

×

H

×

V

(11)

式中：

R

為地質(zhì)災(zāi)害的經(jīng)濟(jì)與人口風(fēng)險；

E

為受地質(zhì)災(zāi)害威脅的對象，包括人口、經(jīng)濟(jì)等；

H

為特定地區(qū)范圍內(nèi)某種潛在地質(zhì)災(zāi)害在一定時間內(nèi)發(fā)生的概率；

V

為承災(zāi)體易損性值，可用0～1表示。

3.4.2 滑坡地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險分析

結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的空間概率、斜坡方量和運動距離的估算，實現(xiàn)對受威脅對象(承災(zāi)體)的確定：處于危險性高的斜坡體上及其影響范圍內(nèi)的建筑物、人口、公共設(shè)施、土地資源等是本次研究要考慮的承災(zāi)對象。限于研究區(qū)的實際調(diào)查數(shù)據(jù)情況，僅對可能的受威脅建筑物進(jìn)行評估。

將危險性屬于中、高級別的斜坡及其影響范圍內(nèi)的建筑物認(rèn)為是受威脅的對象，分別統(tǒng)計不同體積工況、不同重現(xiàn)期內(nèi)受威脅對象的個數(shù)(見表5)，也可以分辨受威脅建筑物，并將斜坡的危險性值賦予對應(yīng)斜坡上及其影響范圍內(nèi)的受威脅建筑物，統(tǒng)計不同體積工況、不同重現(xiàn)期內(nèi)研究區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害威脅建筑物的危險性值，經(jīng)公式(11)計算可得到風(fēng)險值，見表5。

表5 不同體積工況、不同重現(xiàn)期內(nèi)研究區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害威脅建筑物統(tǒng)計表

不同體積工況、不同重現(xiàn)期內(nèi)研究區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害威脅建筑物空間分布圖，見圖17和圖18。由于數(shù)據(jù)缺失，該風(fēng)險值未考慮建筑物結(jié)構(gòu)、樓層數(shù)以及建筑物年齡的差異性。

圖17 不同重現(xiàn)期內(nèi)研究區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害威脅建筑物空間分布圖(體積大于5萬方工況)Fig.17 Spatial distribution of buildings threatened by landslides in different volume conditions and return periods in the study area (with volume greater than 50 000 cubic meters)

圖18 不同重現(xiàn)期內(nèi)研究區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害威脅建筑物空間分布圖(體積大于10萬方工況)Fig.18 Spatial distribution of buildings threatened by landslides in different volume conditions and return periods in the study area (with volume greater than 100 000 cubic meters)

對研究區(qū)內(nèi)不同危險性等級的斜坡，采用矩陣疊加方式，綜合提出滑坡地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險防控措施原則，具體建議如下：具有高級別危險概率的斜坡、具有高級別風(fēng)險的斜坡應(yīng)實施工程治理方案；具有中等級別危險概率的斜坡、具有中等級別風(fēng)險的斜坡應(yīng)實施工程治理、專業(yè)監(jiān)測或群測群防綜合方案，見表6。

表6 研究區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險防控措施原則

4 結(jié) 論

(1) 研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害孕育主要受地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及相關(guān)誘因控制。

(2) 研究區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)生于地形坡度在15°～40°的陡坡上，崩塌地質(zhì)災(zāi)害則在地形坡度為40°～50°的陡坡上較常見；區(qū)內(nèi)泥質(zhì)粉砂巖、泥巖互層巖層發(fā)育廣泛，屬于易滑地層；區(qū)域構(gòu)造作用不僅在區(qū)內(nèi)構(gòu)成順向坡或順向斜交坡，還使巖體破碎嚴(yán)重、易風(fēng)化，這些均為地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生創(chuàng)造了有利條件；水和人類工程活動對滑坡地質(zhì)災(zāi)害的影響顯著，多雨季節(jié)以及城鎮(zhèn)建設(shè)、坡腳開挖等人類工程活動明顯的地區(qū)，滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育更明顯。

(3) 基于研究區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價結(jié)果，考慮滑坡規(guī)模超越概率和時間概率，結(jié)果表明：體積大于5萬方工況的滑坡危險性整體大于體積大于10萬方工況；相同體積工況條件下，重現(xiàn)期越長，研究區(qū)內(nèi)滑坡總體危險性不斷增大，滑坡危險性高的區(qū)域由河流兩岸城市建設(shè)區(qū)漸漸擴(kuò)大至其他地區(qū)。

(4) 考慮建筑物易損性、室內(nèi)人口易損性，獲得研究區(qū)不同體積工況、不同重現(xiàn)期內(nèi)受威脅對象的風(fēng)險值，可為研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃制定與風(fēng)險管理提供可靠依據(jù)。