朱 镕，柯 波，葉 武，吳麗斌

（1.武漢理工大學(xué)安全科學(xué)與應(yīng)急管理學(xué)院，武漢 430070；2.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，武漢 430070；3.浙江海川勘察有限公司，杭州 310000）

我國(guó)遭受地質(zhì)災(zāi)害的破壞非常嚴(yán)重，特別是山地因?yàn)槭艿蕉喾N因素的影響非常容易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，地質(zhì)災(zāi)害的頻繁發(fā)生對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)高速高效發(fā)展和居民的身體健康造成很大的隱患[1-6]。蓮花鎮(zhèn)是一個(gè)多山的區(qū)域，因此開(kāi)展地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)有著非常重要的意義。

對(duì)于地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者做了很多有益的研究。國(guó)外學(xué)者如Cotecchia 等[7]把研究對(duì)象瞄準(zhǔn)了滑坡，對(duì)意大利南部斜坡的滑坡危險(xiǎn)性進(jìn)行分區(qū)研究。Brugner 等[8]在1972 年以1∶50 000 的地質(zhì)圖為基礎(chǔ)，根據(jù)實(shí)地情況選取了地貌、坡角等影響因子來(lái)分析斜坡穩(wěn)定性，并且形成了所研究區(qū)域的穩(wěn)定性分區(qū)圖。Remondo 等[9]在2005年把Deva 做為示例，研究了該區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害分區(qū)工作，在此次研究中提出了新的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法，這種新方法是基于統(tǒng)計(jì)學(xué)原理的。我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)比國(guó)外發(fā)展較晚，開(kāi)始階段更多的只是對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的定性分析，目前我國(guó)也進(jìn)入到定量評(píng)價(jià)階段，比如周鑫[10]選用AHP-PCA-ICM 模型與PCA-PSO-SVM 模型對(duì)研究區(qū)金沙江上游進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)，選用了高差、覆蓋層、降雨和覆蓋植物種類(lèi)等8 個(gè)因子進(jìn)行評(píng)價(jià)。朱良峰等[11]在2002年基于GIS 系統(tǒng)提出了新的進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)性分區(qū)的評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)過(guò)程?？梢钥闯觯S著研究學(xué)者對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的理論和防治技術(shù)的逐步研究，現(xiàn)研究學(xué)者對(duì)區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的研究也更趨向于更精確及大比例尺[12]?；诖吮狙芯客ㄟ^(guò)對(duì)蓮花鎮(zhèn)的孕災(zāi)地質(zhì)條件和承災(zāi)體等進(jìn)行調(diào)查，來(lái)分析研究蓮花鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育類(lèi)型、形成特征和破壞模式，開(kāi)展大比例尺下地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究，對(duì)蓮花鎮(zhèn)范圍進(jìn)行斜坡單元?jiǎng)澐?，以斜坡單元為基礎(chǔ)來(lái)逐個(gè)評(píng)價(jià)該地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)性、危險(xiǎn)性及風(fēng)險(xiǎn)性，為研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治提供支撐。

1 研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件概況

蓮花鎮(zhèn)總體地勢(shì)東北高西南低，海拔高度65.28～1 041.55 m，山脈多分布于西北部呈條帶狀，形成中低山逐漸向中部丘陵區(qū)過(guò)渡的地貌形態(tài)。除了河流溝谷略平坦外，大部分地形起伏較大，山體自然地形坡度在20~50°。

蓮花鎮(zhèn)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，溫暖濕潤(rùn)，雨量充沛，四季分明，光照充足，年平均氣溫17 ℃，蓮花鎮(zhèn)最大年降雨量1 852.9 mm，每年6 月中下旬—7 月上旬為集中降雨期，受冷暖氣流控制連綿陰雨，常暴雨成災(zāi)，該時(shí)期災(zāi)害性天氣較多，易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。

蓮花鎮(zhèn)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)錢(qián)塘臺(tái)褶帶，主要出露二疊系、奧陶系等早古生代地層，以唐家塢組分布最為廣泛，石炭系及泥盆系等僅局部地段有零星分布。

2 評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

目前，國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)于地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是由地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性和承災(zāi)體易損性組成的，根據(jù)聯(lián)合國(guó)提出的風(fēng)險(xiǎn)性=危險(xiǎn)性×易損性。本文結(jié)合以往研究從4 個(gè)方面對(duì)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，分別是易發(fā)性、危險(xiǎn)性、承災(zāi)體易損性和風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)。

2.1 評(píng)價(jià)單元確定

目前國(guó)內(nèi)外地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)比較常用的基本單元有網(wǎng)格單元、流域單元、斜坡單元及地形單元等。其中斜坡單元可以提高與實(shí)際地貌的吻合程度，并且斜坡單元是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的基本單元。國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者利用斜坡單元來(lái)評(píng)價(jià)地質(zhì)災(zāi)害[13]。因此，本次地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)采用斜坡單元作為基本評(píng)價(jià)單元。本次斜坡單元的劃分基于DEM 模型數(shù)據(jù)，利用Arcgis 水文分析模塊來(lái)提取溝谷線和山脊線形成斜坡單元，再根據(jù)微地形來(lái)修正斜坡單元，本次將研究區(qū)域總共劃分為1121個(gè)斜坡單元。

2.2 易發(fā)性評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性是在某特定范圍內(nèi)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害概率的反映，是由地質(zhì)環(huán)境條件所決定的，是一種自然屬性。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)易發(fā)性評(píng)價(jià)常用方法主要有聚類(lèi)分析法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、綜合指數(shù)法、信息量法和支持向量機(jī)等[14-16]。本次研究選取綜合指數(shù)法進(jìn)行易發(fā)性評(píng)價(jià)。綜合指數(shù)法是把會(huì)導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的有關(guān)因子進(jìn)行無(wú)量綱化，是將各個(gè)因子確定不同的權(quán)重得分來(lái)分析因子對(duì)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的不同的影響程度。再進(jìn)行加和計(jì)算來(lái)確定各個(gè)斜坡單元的易發(fā)性指數(shù)，其評(píng)價(jià)模型公式為

式中：Yi為第i個(gè)斜坡單元易發(fā)程度綜合指數(shù)；Fj為第i個(gè)斜坡單元第j類(lèi)指標(biāo)權(quán)重；Sj為第i個(gè)斜坡單元第j類(lèi)指標(biāo)賦值；n為項(xiàng)數(shù)。

對(duì)于影響因子權(quán)重的確定，本次研究對(duì)研究區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害特征和規(guī)律進(jìn)行分析后確定評(píng)價(jià)指標(biāo)因子為坡度、坡向、高差、坡形、覆蓋層厚度、巖性與巖土結(jié)構(gòu)、斜坡結(jié)構(gòu)、與構(gòu)造間距和切坡高度共9 項(xiàng)。采用層次分析法，比較各個(gè)影響因子的相對(duì)重要性，通過(guò)判斷矩陣確定9 個(gè)影響因子的權(quán)重，并且對(duì)各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行賦值。最后確定適合本研究區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及量化分值表，具體見(jiàn)表1。

表1 以斜坡為單元的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及量化分值表

本次研究根據(jù)研究區(qū)域各個(gè)斜坡單元的評(píng)價(jià)結(jié)果，將地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度等級(jí)分為高易發(fā)、中易發(fā)、低易發(fā)和不易發(fā)4 個(gè)等級(jí)。分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度劃分標(biāo)準(zhǔn)表

2.3 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法

易發(fā)性評(píng)價(jià)的局限性在于只研究了影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的靜態(tài)因子，對(duì)降雨這種動(dòng)態(tài)因子并沒(méi)有考慮進(jìn)去。因此危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)是在易發(fā)性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上疊加降雨工況進(jìn)行評(píng)價(jià)。本次研究采用危險(xiǎn)性指數(shù)法在易發(fā)性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上對(duì)研究區(qū)域的危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。危險(xiǎn)性綜合指數(shù)法計(jì)算方式如下

式中：Hi為某種工況下第i個(gè)評(píng)價(jià)單元危險(xiǎn)性指數(shù)（危險(xiǎn)性概率）；Yi為第i個(gè)評(píng)價(jià)斜坡單元易發(fā)性指數(shù)；Ymax為最大易發(fā)性指數(shù)，Ymax=5；Pi為某種工況下第i個(gè)評(píng)價(jià)單元的給定時(shí)間段內(nèi)的失穩(wěn)概率。

其中對(duì)于Pi的計(jì)算方法采用極值降雨假設(shè)來(lái)確定。極值降雨假設(shè)是基于研究區(qū)歷史上有地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的事實(shí)，假設(shè)有監(jiān)測(cè)紀(jì)錄以來(lái)，24 h 最大降雨量Lmax/day為災(zāi)害發(fā)生的觸發(fā)因素，不同降雨工況下失穩(wěn)概率Pi則可表達(dá)為Pi=L/Lmax/day。其中L對(duì)照4 種工況，分別取24 h 計(jì)降雨量35、75、175 和250 mm，Lmax/day的取值則根據(jù)搜集研究區(qū)及周邊區(qū)域近幾十年以來(lái)的最大24 h 降雨量來(lái)確定，本次研究取值為190 mm。

根據(jù)此評(píng)價(jià)方法，計(jì)算得到每個(gè)評(píng)價(jià)單元的危險(xiǎn)性指數(shù)值，根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)程度劃分標(biāo)準(zhǔn)（表3）對(duì)各評(píng)價(jià)單元地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)程度等級(jí)進(jìn)行分級(jí)。

表3 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)程度劃分標(biāo)準(zhǔn)表

2.4 地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法

地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是在危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上疊加上承災(zāi)體易損性評(píng)價(jià)來(lái)評(píng)價(jià)的。承災(zāi)體是被地質(zhì)災(zāi)害傷害的如人口、建筑物、線性工程和環(huán)境等對(duì)象。易損性是指在可能被災(zāi)害威脅范圍內(nèi)的承災(zāi)體在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時(shí)，遭到的傷害程度的預(yù)估。本次研究的承災(zāi)體分為人員和經(jīng)濟(jì)2 種類(lèi)型。本次風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)計(jì)算公式如下

式中：Ri為某工況下第i個(gè)評(píng)價(jià)單元風(fēng)險(xiǎn)值；Hj為某工況下第i個(gè)評(píng)價(jià)單元內(nèi)j號(hào)承災(zāi)體地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性指數(shù)；Ej為某工況下第i個(gè)評(píng)價(jià)單元內(nèi)j號(hào)承災(zāi)體價(jià)值；Vj為某工況下第i個(gè)評(píng)價(jià)單元內(nèi)j號(hào)承災(zāi)體易損性。

本次風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)中承災(zāi)體經(jīng)濟(jì)價(jià)值是根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分的，其價(jià)值見(jiàn)表4。

表4 承災(zāi)體經(jīng)濟(jì)價(jià)值

本次承災(zāi)體易損性評(píng)價(jià)分為人員易損性和經(jīng)濟(jì)易損性。其中人員易損性按最大風(fēng)險(xiǎn)原則考慮在影響范圍之內(nèi)的人員其易損性值都為1，影響范圍之外的人員易損性都為0。經(jīng)濟(jì)易損性根據(jù)構(gòu)筑物本身結(jié)構(gòu)確定易損性，其數(shù)值區(qū)間為0~1。

本次研究將風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分為極高風(fēng)險(xiǎn)、高風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)和低風(fēng)險(xiǎn)4 個(gè)等級(jí)，按照人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險(xiǎn)，綜合考慮以就高原則確定其最終風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表5。

表5 地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)表

3 蓮花鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

3.1 野外調(diào)查

野外調(diào)查主要是調(diào)查研究區(qū)孕災(zāi)地質(zhì)環(huán)境條件，識(shí)別地質(zhì)災(zāi)害隱患或風(fēng)險(xiǎn)，查明研究區(qū)內(nèi)地形地貌、植被、地質(zhì)構(gòu)造、巖（土）體工程地質(zhì)特征、斜坡結(jié)構(gòu)和殘坡積層厚度等孕災(zāi)條件和氣候、水文、人類(lèi)工程活動(dòng)等誘發(fā)因素，利用調(diào)查的數(shù)據(jù)對(duì)斜坡單元進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。主要包括對(duì)斜坡單元的地面調(diào)查和承災(zāi)體調(diào)查。其中地面調(diào)查主要是對(duì)易發(fā)性評(píng)價(jià)的影響因子的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，根據(jù)收集的數(shù)據(jù)對(duì)研究區(qū)進(jìn)行易發(fā)性評(píng)價(jià)。

3.2 易發(fā)性評(píng)價(jià)

根據(jù)研究區(qū)野外調(diào)查搜集到的數(shù)據(jù)和上述評(píng)價(jià)體系進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，蓮花鎮(zhèn)易發(fā)性評(píng)價(jià)中，中易發(fā)斜坡單元88 個(gè)，面積5.92 km2，占全鎮(zhèn)總斜坡單元的7.85%，占全鎮(zhèn)總面積的6.87%；低易發(fā)斜坡單元1 002 個(gè)，面積77.76 km2，占全鎮(zhèn)總斜坡單元的89.38%，占全鎮(zhèn)總面積的90.29%；不易發(fā)斜坡單元31個(gè)，面積2.44 km2，占全鎮(zhèn)總斜坡單元的2.77%，占全鎮(zhèn)總面積的2.83%。本研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性較高區(qū)域都是人類(lèi)工程活動(dòng)嚴(yán)重、人工切坡高、巖石較破碎且土層較厚的區(qū)域。低易發(fā)區(qū)域主要是人類(lèi)工程活動(dòng)弱、土層覆蓋薄、植被茂盛和巖石較完整的區(qū)域。不易發(fā)區(qū)域主要是平原和河流區(qū)域。

3.3 危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

根據(jù)上述危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)體系及方法，計(jì)算各個(gè)斜坡單元不同工況下的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性指數(shù)，對(duì)其分級(jí)后得到蓮花鎮(zhèn)不同工況下地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)程度評(píng)價(jià)結(jié)果。評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，在大雨、暴雨工況下，蓮花鎮(zhèn)全鎮(zhèn)范圍均為低危險(xiǎn)性。在大暴雨工況下，蓮花鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)程度劃分為高危險(xiǎn)、中危險(xiǎn)、低危險(xiǎn)3 級(jí)，其中高危險(xiǎn)斜坡單元51 個(gè)，面積3.99 km2，占全鎮(zhèn)總斜坡單元的4.55%，占全鎮(zhèn)總面積的4.63%；中危險(xiǎn)斜坡單元1 013個(gè)，面積78.11 km2，占全鎮(zhèn)總斜坡單元的90.37%，占全鎮(zhèn)總面積的90.70%；低危險(xiǎn)斜坡單元57 個(gè)，面積4.02 km2，占全鎮(zhèn)總斜坡單元的5.08%，占全鎮(zhèn)總面積的4.67%。在特大暴雨工況下，蓮花鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)程度劃分為高危險(xiǎn)、中危險(xiǎn)、低危險(xiǎn)3 級(jí)，其中高危險(xiǎn)斜坡單元89 個(gè)，面積5.95 km2，占全鎮(zhèn)總斜坡單元的7.94%，占全鎮(zhèn)總面積的6.91%；中危險(xiǎn)斜坡單元995個(gè)，面積77.43 km2，占全鎮(zhèn)總斜坡單元的88.76%，占全鎮(zhèn)總面積的89.91%；低危險(xiǎn)斜坡單元37 個(gè)，面積2.74 km2，占全鎮(zhèn)總斜坡單元的3.30%，占全鎮(zhèn)總面積的3.18%。

3.4 風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)計(jì)算方法，在確定不同降雨工況條件下區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，通過(guò)分析地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指數(shù)，耦合承災(zāi)體人口和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，采用定量計(jì)算的方法進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

綜合不同工況下人員和經(jīng)濟(jì)傷亡風(fēng)險(xiǎn)在就高原則下的風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果為：在大雨工況下，區(qū)內(nèi)綜合風(fēng)險(xiǎn)2 處中風(fēng)險(xiǎn)，其余為低風(fēng)險(xiǎn)；在暴雨工況下，區(qū)內(nèi)綜合風(fēng)險(xiǎn)1 處高風(fēng)險(xiǎn)，6 處中風(fēng)險(xiǎn)，其余均為低風(fēng)險(xiǎn)；在大暴雨工況下，區(qū)內(nèi)分布3 處高風(fēng)險(xiǎn)，20 處中風(fēng)險(xiǎn)，其余為低風(fēng)險(xiǎn)；在特大暴雨工況下，區(qū)內(nèi)分布4 處高風(fēng)險(xiǎn)，21 處中風(fēng)險(xiǎn)，其余為低風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

1）根據(jù)對(duì)蓮花鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害特征及分布發(fā)育規(guī)律的分析研究，結(jié)合實(shí)際情況選取9 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)成了蓮花鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。使用層次分析法確立評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，并利用綜合分析法評(píng)價(jià)區(qū)域易發(fā)性，將蓮花鎮(zhèn)分為了中易發(fā)、低易發(fā)、不易發(fā)3 個(gè)等級(jí)，其中中易發(fā)區(qū)面積5.92 km2，占全鎮(zhèn)總面積的6.87%；低易發(fā)區(qū)面積77.76 km2，占全鎮(zhèn)總面積的90.29%；不易發(fā)區(qū)面積2.44 km2，占全鎮(zhèn)總面積的2.83%。

2）根據(jù)易發(fā)性，在不同的降雨工況下，評(píng)價(jià)了各斜坡的危險(xiǎn)性。在特大暴雨工況下，蓮花鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)程度劃分為高危險(xiǎn)、中危險(xiǎn)、低危險(xiǎn)3 級(jí)，其中高危險(xiǎn)區(qū)面積5.95 km2，占全鎮(zhèn)總面積的6.91%；中危險(xiǎn)區(qū)面積77.43 km2，占全鎮(zhèn)總面積的89.91%；低危險(xiǎn)區(qū)面積2.74 km2，占全鎮(zhèn)總面積的3.18 km2。

3）根據(jù)危險(xiǎn)性數(shù)據(jù)再疊加影響范圍內(nèi)的承災(zāi)體信息，綜合經(jīng)濟(jì)和人口損失在最不利損失情況下得出，蓮花鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)程度劃分為高風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)、低風(fēng)險(xiǎn)3 級(jí)，其中高風(fēng)險(xiǎn)4 處，中風(fēng)險(xiǎn)21 處，其余為低風(fēng)險(xiǎn)。