段煉　王璨

摘 要：本次研究充分利用已有地質(zhì)資料，結(jié)合野外調(diào)查結(jié)果，分析研究了張家界城市核心組團(tuán)南莊坪組團(tuán)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的特點(diǎn)，將研究區(qū)劃分為滑坡、崩塌2類不同災(zāi)種的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)區(qū)，針對(duì)災(zāi)害成生特點(diǎn)，選取了不同評(píng)價(jià)單元、指標(biāo)、方法，開展了地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。其創(chuàng)新點(diǎn)：（1）將柵格單元與斜坡單元相結(jié)合;（2）風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的結(jié)果不僅僅是劃分風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，而是具體到建筑物、道路的不同路段、人口分布、財(cái)產(chǎn)分布。提高了城鎮(zhèn)重要地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的精細(xì)化程度，能更好的指導(dǎo)地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)管控。

關(guān)鍵詞：城市核心組團(tuán);柵格單元;斜坡單元;穩(wěn)定概率;破壞概率;經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)

中圖分類號(hào)：P642 22 文獻(xiàn)識(shí)別碼：A 文章編號(hào)：1672-5603（2022）03-21-08

Risk Assessment of Geological Hazards in the Core of Zhangjiajie City-Nanzhuangping

Duan Lian Wang Can

（1. Hunan Geological Survey Institute， Changsha Hunan 410116;

2. Hunan Geological Disaster Investigation and Monitoring Institute， Changsha Hunan 410009）

Abstract： This study made full use of the existing geological data， combined with the field survey results， analyzed and studied the characteristics of the development of geological disasters in Zhangjiajie urban core area and Nanzhuangping area， divided the study area into two types of risk assessment areas： landslide and collapse， and selected different assessment units， indicators and methods to carry out the risk assessment of geological disasters according to the characteristics of disasters. Its innovations are as follows： firstly， the grid element is combined with the slope element; Second， the results of risk assessment are not only the division of risk areas， but also specific to different sections of buildings and roads， population distribution and property distribution. It improves the refinement of geological disaster risk assessment in important urban areas， and can better guide the risk management and control of geological disasters.

Keywords： urban core area; grid cells; ramp unit; stability probability; failure probability; economic risk.

1 研究區(qū)概況

1.1 孕災(zāi)地質(zhì)背景條件

南莊坪組團(tuán)為張家界市以市政府地塊為核心的行政辦公組團(tuán)，規(guī)劃區(qū)內(nèi)形成了“一帶三軸六區(qū)”的空間結(jié)構(gòu)。濱臨澧水河風(fēng)光帶，是張家界市的行政辦公區(qū)、旅游服務(wù)接待區(qū)、商業(yè)居住區(qū)、配套服務(wù)區(qū)、個(gè)體商業(yè)區(qū)、體育公園區(qū)。

研究區(qū)屬丘陵、沖積平原類型地貌，地勢(shì)南高北低，海拔180～809 m。區(qū)內(nèi)出露地層主要有白堊系、志留系及第四系。志留系地層主要為龍馬溪組，巖性為頁巖、粉砂質(zhì)頁巖、風(fēng)化破碎。白堊系洞下場(chǎng)組含礫砂巖分布在中部，裸露基巖易風(fēng)化，節(jié)理裂隙較發(fā)育，覆蓋厚約0.5～2.0 m的含礫粘土。第四系主要分布于山坡下部、緩坡、山麓、沖溝中，主要為碎石土、含礫粉質(zhì)粘土及砂卵石。

1.2 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征

研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害類型主要有滑坡、崩塌兩大類。規(guī)模雖小，但發(fā)育在人類活動(dòng)地區(qū)，因此對(duì)安全影響巨大，存在重大隱患[1]。

崩塌主要發(fā)育在場(chǎng)地的西部，沿省道S306東南側(cè)發(fā)育，特點(diǎn)是數(shù)量多，規(guī)模小，對(duì)交通安全產(chǎn)生了較大的影響。這主要是由于此處的地層巖性所致。路旁地層為志留系龍馬溪組頁巖和粉砂巖，硬度相對(duì)較低，易于破碎，再加上風(fēng)化作用和人類開鑿修建活動(dòng)的影響，最終導(dǎo)致沿路存在大量小型崩塌。而且公路東南側(cè)的斜坡較為高陡，當(dāng)發(fā)生崩塌時(shí)，塊體的速度和動(dòng)能較大，即使規(guī)模較小，破壞力仍然很強(qiáng)，對(duì)過往的車輛造成巨大威脅[2]。

滑坡主要發(fā)育在研究區(qū)的東部丘陵區(qū)的溝谷人類切坡活動(dòng)強(qiáng)烈處，如南莊坪街道三眼橋村干柴峪滑坡。該滑坡發(fā)生時(shí)間為2003年7月1日，毀壞房屋2間，毀壞道路10 m，造成直接經(jīng)濟(jì)損失10萬元，目前仍處于不穩(wěn)定狀態(tài)。該滑坡屬于推移式滑坡，規(guī)模為小型。其所處地層為白堊系洞下場(chǎng)組，巖性為泥巖，較為軟弱，經(jīng)過風(fēng)化后可形成土壤，遇暴雨容易形成滑坡。原始斜坡坡度為31°，斜坡結(jié)構(gòu)類型為橫向斜坡[3～5]。主滑方向232°，滑坡體為碎屑，滑體厚度2.5 m，體積為2 100 m3。主要由于人工活動(dòng)引起。

由于崩塌和滑坡的形成原因和作用范圍不同，本次研究將南莊坪場(chǎng)地總研究區(qū)劃分為滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究區(qū)和崩塌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究區(qū)，如圖1所示[6]。

2 滑坡地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

2.1 評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐?/p>

本次研究的評(píng)價(jià)單元采用柵格單元與斜坡單元結(jié)合的方式：考慮50年重現(xiàn)期暴雨工況，一方面，基于GIS系統(tǒng)將整個(gè)滑坡地災(zāi)研究區(qū)劃分為5 m×5 m柵格單元，共143 357個(gè);另一方面，根據(jù)坡體形態(tài)、斜坡及巖土體結(jié)構(gòu)、地貌特征、水文單元等特征將此區(qū)分為39個(gè)斜坡單元，如圖2所示。

采用無限斜坡模型分別計(jì)算出每個(gè)柵格單元的穩(wěn)定系數(shù)，統(tǒng)計(jì)每個(gè)斜坡單元內(nèi)不穩(wěn)定柵格數(shù)，將不穩(wěn)定柵格數(shù)與每個(gè)斜坡單元內(nèi)柵格總數(shù)的比值作為每個(gè)斜坡單元的破壞概率。

2.2 斜坡單元破壞概率

坡度直接影響斜坡的穩(wěn)定性，是斜坡穩(wěn)定性分析的重要因素。以DEM作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，應(yīng)用GIS空間分析求解地形坡度數(shù)據(jù)。根據(jù)斜坡坡度劃分標(biāo)準(zhǔn)，將整個(gè)場(chǎng)地按斜坡坡度劃分為四類：緩坡（0～15°）、中等坡（15～30°）、陡峻坡（30～45°）、陡坡（>45°），統(tǒng)計(jì)不同斜坡類型的面積與所占整個(gè)區(qū)域的比例，圖3為整個(gè)場(chǎng)地內(nèi)的斜坡坡度分布圖，緩坡所占比例為42.36%，中等坡所占比例為42.21%，陡峻坡所占比例為14.76%，陡坡相對(duì)分布較少[7～8]。

在斜坡坡度分布分析的基礎(chǔ)上，可以計(jì)算每個(gè)柵格單元的穩(wěn)定性系數(shù)。根據(jù)鄭穎人院士根據(jù)穩(wěn)定系數(shù)對(duì)斜坡穩(wěn)定狀態(tài)的分類，可以把整個(gè)場(chǎng)地按照穩(wěn)定性系數(shù)的大小分為：不穩(wěn)定（Fs≤1），潛在不穩(wěn)定（1將各個(gè)斜坡單元內(nèi)不穩(wěn)定柵格數(shù)與各個(gè)斜坡單元內(nèi)的柵格數(shù)的比值作為其破壞概率，得到39個(gè)斜坡單元的破壞概率，如圖5所示。

其中，13號(hào)和37號(hào)斜坡單元破壞概率相對(duì)其他斜坡較大，依次達(dá)到了48.80%和44.00%，23號(hào)和22號(hào)斜坡單元次之，依次為39.20%和34.30%，有18個(gè)斜坡單元破壞概率小于10.00%。

2.3 承災(zāi)體易損性分析

大部分承災(zāi)體地處南莊坪場(chǎng)地中部和南部，是場(chǎng)地南部的建筑尤其密集，這些建筑均在滑坡影響范圍內(nèi)。根據(jù)遙感數(shù)據(jù)解譯和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查核實(shí)，研究區(qū)內(nèi)共有374棟建筑物，大部分分布在較為平緩的地區(qū)，少數(shù)分布在坡面之上。建筑物主要包括居民房屋、辦公樓、學(xué)校、酒店等，其中居民房屋占大多數(shù)，約為82%，主要為磚混結(jié)構(gòu);酒店等旅游設(shè)施次之，約為12%，辦公樓和學(xué)校建筑數(shù)量較少。

綜合考慮結(jié)構(gòu)類型、維護(hù)狀況、使用年限等因素，得到最終的承災(zāi)體易損性，如表1所示。

2.4 滑坡風(fēng)險(xiǎn)分析

本次研究集中于滑坡每年對(duì)其所在范圍內(nèi)的財(cái)產(chǎn)造成的風(fēng)險(xiǎn)，稱為滑坡年風(fēng)險(xiǎn)，計(jì)算公式如下：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 本次研究中，破壞概率即為滑坡失穩(wěn)概率，到達(dá)概率和時(shí)空分布概率均設(shè)為1.0，上節(jié)得到易損性值。另外，根據(jù)實(shí)地調(diào)查并結(jié)合當(dāng)?shù)亟ㄖ飭畏皆靸r(jià)，得到了每個(gè)建筑物的框架價(jià)值，即為承災(zāi)體價(jià)值。將這些數(shù)據(jù)按上式計(jì)算，最終得到滑坡年風(fēng)險(xiǎn)。

按照風(fēng)險(xiǎn)損失值的大小對(duì)研究區(qū)進(jìn)行分區(qū)，并譜上不同的顏色以區(qū)別整個(gè)場(chǎng)地的風(fēng)險(xiǎn)值差異。圖6展示了研究區(qū)滑坡在50年建筑物風(fēng)險(xiǎn)值的情況。

根據(jù)滑坡風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果，其風(fēng)險(xiǎn)主要分布在不穩(wěn)定斜坡的前緣，斜坡前緣一帶建筑物風(fēng)險(xiǎn)值高，可在斜坡坡腳開挖處設(shè)置抗滑樁、擋土墻等工程防治措施。

3 崩塌地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

3.1 崩塌易發(fā)性評(píng)價(jià)

3.1.1? ?評(píng)價(jià)方法的選取

3.1.2? ?評(píng)價(jià)因子的選擇與確定

本次評(píng)價(jià)基于搜集到的數(shù)據(jù)和野外調(diào)查資料，利用ARCGIS技術(shù)提取出對(duì)高程、坡度、坡向、道路、河流等相關(guān)因子，建立起區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

（1）高程

崩塌的發(fā)生與其分布高程密切相關(guān)，一方面由于高程使地形坡度具有差異性;另一方面，不同的高程范圍內(nèi)人類工程活動(dòng)強(qiáng)度不同，使得不同高程的臨空面條件具有差異性，因而髙程是孕災(zāi)環(huán)境的重要因子。通過重分類工具可以將高程因素劃分五個(gè)級(jí)別：165～180 m、180～195 m、195～210 m、210～230 m、230～254 m，如圖7A所示。

（2）坡度

地形坡度對(duì)崩塌的發(fā)展演化具有重要作用，可以影響斜坡體地表水的徑流、坡體內(nèi)地下水的補(bǔ)給與排泄以及崩坡積物的搬運(yùn)與堆積、斜坡體應(yīng)力分布特征等。通過重分類工具可以將坡度因素劃分四個(gè)級(jí)別：0°～10°、10°～20°、20°～30°、30°～59°，如圖7B所示。

（3）坡向

地形坡向?qū)碌挠绊懼饕憩F(xiàn)在其接受太陽輻射的不同導(dǎo)致不同坡向坡體產(chǎn)生小氣候與水熱比的差異性，進(jìn)而影響坡體上的植被覆蓋與水體蒸騰。通過重分類工具可以將坡向因素劃分9個(gè)級(jí)別：平坦、北、北東、東、南東、南、南西、西、北西，如圖7C所示。

（4）道路

在本次評(píng)價(jià)中，崩塌對(duì)道路的影響是一個(gè)非常重要的方面，因此道路是一個(gè)非常重要的影響因子。而且山區(qū)修建公路是人類活動(dòng)引發(fā)崩塌的一個(gè)重要方面。山體開挖破壞了表層植被和巖體完整性，增大了坡體的臨空面，使得原始比較緩的坡度變得陡峭，上覆土體易于在暴雨的誘發(fā)下產(chǎn)生滑坡。山體基巖暴露在外的面積增加從而巖體更易風(fēng)化，易于造成坡體的失穩(wěn)?；趯?shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，將道路進(jìn)行三級(jí)緩沖：0～50 m、50～100 m和>100 m，如圖7D所示。

（5）河流

河流是誘發(fā)崩塌發(fā)生的主要外因之一。距離河流近的地方，長期沖蝕和浸泡岸坡，改變了坡體形態(tài)和結(jié)構(gòu)，為崩塌提供了良好的臨空條件?；趯?shí)際情況，將河流進(jìn)行四級(jí)緩沖：0～50 m、50～100 m、100～150 m和>150 m，如圖7E所示。

4 評(píng)價(jià)結(jié)果

將各個(gè)因子圖層信息量疊加后得到研究區(qū)易發(fā)性分布圖，具體將其分為高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)和低易發(fā)區(qū)，如圖7F所示。通過觀察可以發(fā)現(xiàn)，高易發(fā)區(qū)往往分布在道路附近以及高程較大、坡度較陡的地區(qū)。這是由于人工活動(dòng)和自然因素綜合影響造成的。修建道路破壞了表層植被和巖體完整性，增大了坡體的臨空面，而且這些高易發(fā)區(qū)本身就位于高程較大的地方，坡面較為陡峭，這些因素使得發(fā)生崩塌的可能性大大增加。

4.1 崩塌危險(xiǎn)性分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析，采用工程類比法，類比滑坡風(fēng)險(xiǎn)研究區(qū)的破壞概率，將高易發(fā)區(qū)的破壞概率定為50%，中易發(fā)區(qū)破壞概率定為5%，低易發(fā)區(qū)破壞概率定為0.5%。

4.2 承災(zāi)體易損性分析

崩塌研究區(qū)承災(zāi)體除了與滑坡風(fēng)險(xiǎn)研究區(qū)相同的建筑物和室內(nèi)人員外，還有道路、道路上的行駛車輛、車輛內(nèi)人員。為簡化計(jì)算建筑物易損性取值范圍，房屋易損性取值標(biāo)準(zhǔn)與滑坡風(fēng)險(xiǎn)研究區(qū)相同，室內(nèi)人員由于沒有調(diào)查數(shù)據(jù)不進(jìn)行易損性估算，現(xiàn)對(duì)道路、道路上的車輛和車內(nèi)人員易損性進(jìn)行如下規(guī)定。

將道路易損性均定為0.5，車量易損性定為0.8，車內(nèi)人口的易損性定為0.3。

4.3 崩塌風(fēng)險(xiǎn)風(fēng)險(xiǎn)

4.3.1 經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)

（1）建筑經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)

通過計(jì)算得到的破壞概率，時(shí)空分布概率設(shè)為1.0，到達(dá)概率通過考慮塊體運(yùn)動(dòng)距離和運(yùn)動(dòng)方向得到，上文通過分析得到易損性。同樣根據(jù)實(shí)地調(diào)查走訪并結(jié)合當(dāng)?shù)亟ㄖ飭畏皆靸r(jià)，綜合考慮使用年限和維護(hù)狀況，得到了每個(gè)建筑物的框架價(jià)值。將這些數(shù)據(jù)按照公式計(jì)算，最終得到崩塌年風(fēng)險(xiǎn)。

按照風(fēng)險(xiǎn)損失值的大小對(duì)研究區(qū)進(jìn)行分區(qū)，并譜上不同的顏色以區(qū)別整個(gè)場(chǎng)地的風(fēng)險(xiǎn)值差異。圖8展示了研究區(qū)崩塌在50年重現(xiàn)期暴雨工況下建筑物風(fēng)險(xiǎn)值的情況。

（2）道路經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)

道路擁堵程度不用，導(dǎo)致通行量和平均通行時(shí)間均不同，即承災(zāi)體的數(shù)量和時(shí)空概率均不相同，如圖9所示，根據(jù)路段擁堵程度將崩塌風(fēng)險(xiǎn)研究區(qū)路段劃分為擁堵和較擁堵兩個(gè)區(qū)段。如下圖路段a、路段c為較擁堵路段，路段b為擁堵路段。

對(duì)比道路擁堵分區(qū)圖與崩塌災(zāi)害易發(fā)性圖，發(fā)現(xiàn)路段b大部分位于崩塌災(zāi)害高易發(fā)區(qū)，路段a和路段b位于崩塌災(zāi)害中易發(fā)區(qū)。將路段b年破壞概率定為50%，崩塌災(zāi)害到達(dá)概率定為70%;路段a和路段b年破壞概率定為5%，崩塌災(zāi)害到達(dá)概率定為30%。道路的易損性定為0.5。道路路經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算表格如表2所示。

（3）車輛經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)

統(tǒng)計(jì)三個(gè)路段日通行量，路段a和路段c較路段b日通行量較大，設(shè)置車輛單價(jià)為12萬;路段b較為擁堵，設(shè)置其通行的平均車速為30 km/h，路段a和路段車輛通行的平均車速為40 km/h?？捎?jì)算出平均每輛車通過該路段的平均時(shí)間，進(jìn)而得到車輛的時(shí)空概率。車輛的易損性定為0.7，車輛經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算表格如表3所示。

4.3.2 人員風(fēng)險(xiǎn)

假設(shè)每輛車內(nèi)平均有兩個(gè)人，可以估算得到三個(gè)路段的人員日通行量，人員的時(shí)空概率與車輛的時(shí)空概率相同，人員的的易損性定為0.4。車內(nèi)人員的年風(fēng)險(xiǎn)值如表4所示。

5 結(jié)論

本次對(duì)湖南省張家界市永定區(qū)南莊坪場(chǎng)地地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，得到場(chǎng)地建筑物年經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)分布圖及人員風(fēng)險(xiǎn)分布圖分別如圖10、圖11所示，評(píng)價(jià)取得了以下成果和結(jié)論：

（1）對(duì)于滑坡風(fēng)險(xiǎn)研究區(qū)，綜合考慮滑坡的自身參數(shù)與外界誘發(fā)因素的不確定性，分析其穩(wěn)定性和破壞概率。該場(chǎng)地13號(hào)和37號(hào)斜坡單元破壞概率相對(duì)其它斜坡較大，依次達(dá)到了48.80%和44.00%，23號(hào)和22號(hào)斜坡單元次之，依次為39.20%和34.30%，有18個(gè)斜坡單元破壞概率小于10.00%。

（2）對(duì)于崩塌風(fēng)險(xiǎn)研究區(qū)，綜合考慮崩塌的自身參數(shù)與外界誘發(fā)因素的不確定性，分析其穩(wěn)定性和破壞概率。承災(zāi)體大多分布在研究區(qū)東部。風(fēng)險(xiǎn)值較高的承災(zāi)體往往分布在坡腳、坡面一帶?？傮w上來看，大多數(shù)風(fēng)險(xiǎn)值小于5萬元。

（3）根據(jù)理論模型并結(jié)合實(shí)際情況分析承災(zāi)體脆弱性。本次選取承災(zāi)體最關(guān)鍵且易于獲取的屬性特征作為脆弱性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。對(duì)于建筑物和道路承災(zāi)體選取位置分布、結(jié)構(gòu)類型、使用年限、維護(hù)狀況和與滑體沖擊力的夾角指標(biāo);人員承災(zāi)體選取年齡結(jié)構(gòu)、健康狀況、防災(zāi)意識(shí)、人流情況（道路）和災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)完善程度指標(biāo)。對(duì)比脆弱性指標(biāo)參考取值計(jì)算得到研究區(qū)內(nèi)所有承災(zāi)體的脆弱性，給出建議值。

（4）風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果與表達(dá)。在危險(xiǎn)性、易損性和承災(zāi)體價(jià)值分析的基礎(chǔ)上，對(duì)承災(zāi)體總風(fēng)險(xiǎn)值、年風(fēng)險(xiǎn)值、建筑物風(fēng)險(xiǎn)值進(jìn)行表達(dá)，并且對(duì)各個(gè)成果圖譜上不同的顏色以區(qū)別整個(gè)場(chǎng)地的風(fēng)險(xiǎn)值差異，便于快捷直觀地識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)。①針對(duì)受災(zāi)體，計(jì)算其風(fēng)險(xiǎn)值，借助GIS平臺(tái)按照風(fēng)險(xiǎn)損失值的大小其進(jìn)行分區(qū)。②滑坡坡風(fēng)險(xiǎn)研究區(qū)房屋年經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)值為81.909萬元，崩塌風(fēng)險(xiǎn)研究區(qū)房屋年濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)值為167.427萬元，道路經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)值為11.878萬元，車輛年經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)值為93.185萬元。

（5）該報(bào)告對(duì)房屋人員以在崩塌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究區(qū)內(nèi)道路上車輛內(nèi)人員進(jìn)行了災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，得到研究區(qū)內(nèi)道路上的車輛內(nèi)人員年風(fēng)險(xiǎn)值最大為34人。高人員風(fēng)險(xiǎn)主要分布在崩塌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)區(qū)沿道路一側(cè)。

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