地質災害調查與區劃基本要求
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Ⅱ 中國地質災害預警區劃
根據中國地貌格局、地質環境特徵及其與降雨引發型崩滑流地質災害關系統計分析結果,以全國性分水嶺或雪線為界,考慮長時間周期、大空間尺度的氣候區劃和地質環境條件,將全國分為7個預警大區(圖5.1):
圖5.1 中國地質災害預警區劃圖(台灣省專題資料暫缺)
A東北山地平原區;
B大華北地區;
C中南山地丘陵區;
D西南中高山區;
E黃土高原區;
F北方乾旱沙漠區;
G青藏高原區。
在預警區劃(7大區劃分)基礎上,分區開展預警模型建立工作。分區界限:
(1)A/F大興安嶺—七老圖山
漠河—鳳水山(1398m)—古利牙山(1394m)—太平嶺(1712m)—興安嶺(1397m)—巴代艾來(1540m)—罕山(1936m)—黃崗梁(2029m)—七老圖山
(2)A/B雲霧山—長白山
小五台山(2882m)—赤城—雲霧山(2047m)—七老圖山—阜新—鐵嶺—莫日紅山(1013m)—白頭山
(3)B/E太行山—中條山
小五台山(2882m)—恆山(2017m)—北台頂(3058m)—陽曲山(2059m)—歷山(2322m)—華山(2160m)
(4)E/F毛毛山—靖邊—東勝—小五台山
海晏—仙密大山(4354m)—毛毛山(4070m)—景泰—定邊—靖邊—榆林—東勝—豐鎮—小五台山(2882m)
(5)EB/DC秦嶺線—伏牛山—大別山—括蒼山
海晏—龍羊峽—同仁—鳥鼠山(2609m)—武山南—鳳縣—太白山(3767m)—首陽山(2720m)—秦嶺—華山(2160m)—全寶山(2094m)—老君山(2192m)—太白頂(1140m)—雞公山(744m)—霍山(1774m)—安慶—九華山(1342m)—黃山(1873m)—桐廬—括蒼山(1382m)—北雁盪山(1057m)
(6)F/G阿爾金山—祁連山
公格爾山(7649m)—慕士塔格山(7509m)—賽圖拉—慕士山(6638m)—烏孜塔格(6250m)—九個達坂山(6303m)—阿卡騰能山(4642m)—阿爾金山(5798m)—大雪山(5483m)———祁連山(5547m)—冷龍嶺(4849m)—毛毛山(4070m)
(7)C/D老君山—梵凈山—岑王老山
老君山(2192m)—武當山(1612m)—大神農架(3053m)—建始—來鳳(>1000m)—酉陽—梵凈山(2494m)—佛頂山(1835m)—雷公山(2179m)—岑王老山(2062m)—富寧
(8)D/G九寨溝—察隅
武山—九寨溝—雪寶頂(5588m)—馬爾康—爐霍—新龍—巴塘—察隅
注:括弧內為高程點(m)。
Ⅲ 全國地質災害防治區劃的原則
(1)區域環境地質條件的相似性原則
崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等地質災害的發生受地專形坡度、屬岩土體工程地質類型和活動斷裂等因素所組成的地質環境系統的控制,區域地質環境系統相同或類似的區域,其地質災害活動或易發性也相似。所以要把不同的地質環境劃分出來。
(2)區域性人類工程活動規律相似性原則
人類活動的強度與廣度總是在一定的地質環境區域內發展的。相似的區域自然地質地理條件,人類工程活動規律也相似。如東北和華北地區的地質災害是主要是由於過量開采地下水資源和煤炭資源引起的地面沉降、地面塌陷,主要發生在沿海城市和礦區;黃土高原地區的滑坡災害往往是人為開挖坡腳建房而引起的。
(3)區域地質災害防治方向與措施的相似性原則
考慮到中國不同地區地質環境條件和社會經濟條件有很大差異,地質災害類型和危害情況不同,區域的減災重點和防治對策不同。東部地區人多地少,經濟基礎好,可通過地質災害治理、限制不合理人類活動等途徑,逐漸減輕地質災害活動的頻率和強度。而西部經濟落後,宜採取搬遷、撤離措施,避讓地質災害,減少生命財產損失。
Ⅳ 地質災害氣象預警區劃
如前所述,在地質災害的控制與影響因素中,降雨和人類工程活動是最為活躍的觸發因素。在人類不合理工程活動地段,黃土的卸荷與風化裂隙、落水洞、陷穴等尤為發育,降水容易沿著這些通道快速滲入地下,引發地質災害,降雨成為觸發地質災害最積極的因素。所以,通過氣象預報,可有效開展滑坡崩塌泥石流等地質災害預警,實現防災減災的目標。
一、臨界降雨量確定
據本次調查資料,2000~2004年發生的13次新滑坡和16次崩塌,其發生頻次均與月平均降水量呈顯著的正相關,滑坡、崩塌發生時間全部落在6~10月份,在9月份最高,7月和8月次之,6月和10月份較低。地質災害的發生頻次與本區的降水特徵有關,9月份常出現淋雨,並伴有大雨,這種降水特徵有最利於浸潤黃土和入滲補給地下水,觸發地質災害發生;7月和8月份集中了全年75%以上的R1h≥10mm強降水和82%以上的R1h≥20mm強降水,這種強降水特徵不如9月份有利於降水入滲,所以,7月和8月份出現的災害頻次不如9月份高;6月和10月份強降水頻率低於7月,8月和9月,但高於其他月份;另外,10月份也常有淋雨,所以在6月和10月份也引發了地質災害。由此可見,無論是淋雨,還是強降雨,都是觸發地質災害的因素。
寶塔區歷史上僅有一個氣象站,不能反映降水特徵的空間展布,為了能夠揭示區域降水特徵,本次與陝西省氣象局合作,對1980年到2005年25年間,陝北黃土高原地區的27個氣象站的日、時降水量進行了分析,統計了各站日降水量中R1h≥10mm或20mm的局地暴雨過程,對其氣候特徵和時空間演變規律進行歸類分析、研究總結。研究結果表明:
(1)在25年中,陝北黃土高原共出現R1h≥10mm的強降水2638時次,R1h≥20mm強降水574時次,年平均R1h≥10mm的強降水有106時次,R1h≥20mm強降水有23時次。
(2)R1h≥10mm發生時次最多的年份是1994年,為173時次;最少的是1980年,僅有36時次。R1h≥20mm強降水發生次數最多的年份是1994年,為56時次;最少的是1982年僅有3時次。可見陝北強降水出現時次的年際差異較大,最多年份與最少年份相差十幾倍之多。
(3)R1h≥10mm強降水旬分布具有多峰值的特點。7月中旬,7月下旬和8月上旬為第一高峰值,在數值比較接近也是全年的最大峰值;8月下旬為全年的次峰值,6月上旬為全年的第三峰值。R1h≥20mm單峰特徵較明顯,8月上旬為其高峰值,8月上旬之前,強降水頻次緩升後,強降水的頻次突然降低、減少。
(4)淋雨主要出現在9月,10月份也有淋雨和大雨發生。
(5)寶塔區暴雨年頻次>0.8(圖7-5),大雨日年頻次為4左右(圖7-6)。
圖7-5 陝北暴雨年頻次分布圖
圖7-6 陝北大雨年頻次分布圖
對比分析本區降水特徵和地質災害發生的關系,可以確定地質災害氣象預警的臨界降雨量。預警的臨界降雨量特徵值分別是:
(1)日降雨量≥50mm(R24h≥50mm);
(2)6小時降雨量≥25mm(R6h≥25mm);
(3)1小時降雨量≥20mm或3小時降雨量≥25mm並且日降雨量≥30mm(R1h≥20mm或R3h≥25mm且R24h≥30mm);
(4)連續多日降雨,且日降雨量≥10mm。
符合以上條件之一就應該進行地質災害預警,作為地質災害氣象誘發日向外發布。
據此臨界降雨量可以進行模擬校驗,校驗結果表明,調查區內地質災害暴雨誘發日為2.5d/a,連陰雨誘發日為2.8d/a,即每年可預報的次數將在2~7次。說明選取上述4項指標是符合實際情況和可以操作的(圖7-7)。
圖7-7 陝北地質災害暴雨誘發日分布圖
二、地質災害氣象預警級別
參考陝西省地質災害氣象預報預警分級劃分,結合調查區實際情況,將預警級別劃分為三級:分別是Ⅰ級預警、Ⅱ級預警和Ⅲ級預警。
Ⅰ級預警是高級預警,地質災害發生概率最大,為地質災害發布警報級;
Ⅱ級預警是中級預警,地質災害發生概率中等,為地質災害發布預報級;
Ⅲ級預警是低級預警,地質災害發生概率最小,為地質災害不發布預報級。
三、地質災害氣象預警區劃
(一)日降雨量≥50mm預警區劃
本降雨量級別在預警氣象中相對降雨強度為最小(圖7-8)。
圖7-8日降雨量≥50mm預警區劃圖
(1)Ⅰ級預警區的范圍最小,僅限於北半部延河流域,分散於這一區域的北部、西部和中部少部分地區(圖中深灰色)。總面積927.71km2,占調查區總面積的26.1%。這些地區位居延河幹流,河谷深切;以及較長支流的上游,溝谷強烈下切地帶,人類工程活動極為強烈,為調查區的地質災害發育區。
(2)Ⅱ級預警區主要分布在調查區北部延河流域(圖中淺灰色),面積1303.96km2,占調查區總面積的36.7%。這一區域大多為延河次級支溝黃土梁、峁地區,主要溝谷多處於中游,人類工程活動較強烈,地質災害發育強度稍低。
(3)Ⅲ級預警區分布於調查區南部汾川河流域(圖中白色),面積1324.33km2,占調查區總面積的37.2%。這里植被茂盛,溝谷寬緩,人類工程活動不強烈,地質災害極不發育。
(二)6小時降雨量≥25mm預警區劃
本降雨量級別在預警氣象中相對降雨強度為中等(圖7-9)。
圖7-9 6小時降雨量≥25mm預警區劃圖
(1)Ⅰ級預警區的范圍較前有所擴大。除北部延河流域中部少量區域外,占據北部延河流域大部分地區(圖中深灰色)。總面積1627.70km2,占調查區總面積的45.8%。為調查區地質災害發育區及部分次發育區。
(2)Ⅱ級預警區的范圍較前有所減少。主要分布在調查區北部延河流域(圖中淺灰色),南部汾川河流域有少量分布。總面積676.38km2,占調查區總面積的19%。這一區域大多為延河次級支溝黃土梁、峁地區,主要溝谷多處於中游,人類工程活動較強烈,地質災害發育強度稍低。
(3)Ⅲ級預警區的范圍較前有所減少,全部分布於調查區南部汾川河流域(圖中白色),面積1251.92km2,占調查區總面積的35.2%。這里植被茂盛,溝谷寬緩,人類工程活動不強烈,地質災害極不發育。
(三)1小時降雨量≥20mm預警區劃
本降雨量級別還包括3小時降雨量≥25mm並且日降雨量≥30mm,在預警氣象中相對降雨強度為最大(圖7-10)。
圖7-10 1小時降雨量≥20mm預警區劃圖
(1)Ⅰ級預警區的范圍為擴展至最大。占據整個北部延河流域(圖中深灰色)。總面積2232.67km2,占調查區總面積的62.8%。為調查區地質災害發育區及全部次發育區。
(2)Ⅱ級預警區的范圍縮減至最少。從調查區北部延河流域全部退出,僅分布在南部汾川河流域主幹流(圖中淺灰色),分布面積194.91km2,占調查區總面積的5.5%。這一區域為汾川河主幹流上中游,溝谷切割較強烈,地質災害發育程度較其他地區稍強。
(3)Ⅲ級預警區的范圍縮減至最小,全部分布於調查區南部汾川河流域(圖中白色),面積1128.42km2,占調查區總面積的31.7%。這里植被茂盛,溝谷寬緩,人類工程活動較少,地質災害極不發育。
Ⅳ 地質災害風險區劃
風險評估與自然災害易發地區土地利用和土地管理關系密切。土地管理部門和各級政府官員在土地利用決策時需要風險評估的結果;投資商在購買土地和土地開發時也要考慮災害風險的影響;建設項目場點的選擇、建築物的類型和材料以及購買保險時更要考慮災害風險的因素。
如果決策者在對災害風險一無所知的情況下對災害易發地區的土地利用規劃作出決策,那麼,這樣的決策肯定不可能使土地利用得到可持續發展。在對泥石流易發地區土地利用作出決策時,地方官員應該知道,有多少人可能受到泥石流的危害?有多少房屋可能遭到泥石流的沖毀?有多少基礎設施可能遭到泥石流的破壞?他們也應該懂得,土地利用方式的改變反過來也會影響泥石流的自然過程,這種影響是有利於泥石流的發生還是抑制了泥石流的發生?這些都需要進行風險評估。風險評估能夠提供可用於成本一效益分析的決策基礎。風險評估不僅可以應用於將來的土地利用規劃,而且可以為現存的土地利用再發展評估提供強有力的工具。
滑坡災害風險區劃就是根據以上計算得出的區域滑坡風險度劃分不同風險等級區域單元的方法,為滑坡地區的風險投資、區域開發和災害管理提供決策依據。像其他自然災害風險區劃一樣,滑坡災害風險區劃的一般原則為:相似性原則、區域完整性原則、綜合性原則、主導因子原則。
地質災害危險度(H)和易損度(V)是自變數,風險度(R)是因變數,因此,風險度數值及其分級是由危險度和易損度的數值和分級決定的。一旦危險度和易損度的分級確定下來,風險度分級也就相應地確定下來了。危險度和易損度均採用目前處理數值分級的簡單而常用的方法——布拉德福定律中的區域分析方法,即將一定范圍內的數值作等分劃分,在0~1范圍內等分為0~0.2,0.2~0.4,0.4~0.6,0.6~0.8,0.8~1這5個等分數值區域。根據式(1)生成風險度的5個等級:0.00<R<0.04,極低風險區;0.04<R<0.16,低風險;0.16<R<0.36,中等風險;0.36<R<0.64,高風險;0.64<R<1.00,極高風險(圖5-5)。地質災害風險等級的實際管理意義見表5-1和表5-2。
圖5-5 地質災害風險評估分級(分區)
表5-1 定性風險水平的管理含義
(據澳大利亞岩土工程協會,2000)
表5-2 地質災害風險等級的管理意義
Ⅵ 推薦的滑坡災害風險評估框架
基於對國際上滑坡災害風險評估與管理的認識,作者推薦採用如下滑坡災害風險評估與管理框架(圖5-6)。
一、滑坡災害危險度評估
通過對歷史滑坡災害活動程度以及對滑坡災害各種活動條件的綜合分析,評估滑坡災害活動的危險程度,確定滑坡災害活動的密度、強度(規模)、發生概率(發展速率)以及可能造成的危害區的位置、范圍。也就是說,滑坡災害危險度評估的主要任務是,研究給定區域內各種強度的滑坡災害發生的概率或重現期,滑坡災害發生時空強的可能性;對已發生災害的不同強度(規模)、災害發生概率(頻次、災害密度)進行評估;對潛在滑坡災害的形成條件(地形地貌、地質構造、岩性、水文氣象、人類工程經濟活動)進行評估,圈定災害危險區,進行滑坡災害危險性區劃。
圖5-6 滑坡災害風險評估與管理框架示意圖
二、易損性評估
首先進行易損性評估。通過對評估區內各類承災體數量、價值和對不同種類、不同強度滑坡災害的抗禦能力進行綜合分析,以及防治工程、減災能力分析,綜合兩方面因素,評估承災區滑坡災害易損性,確定可能遭受滑坡災害危害的人口、工程、財產以及國土資源的數量(或密度)及其破壞損失率。然後在危險性分析和易損性分析的基礎上,計算評估滑坡災害的期望損失(未來一定時期內滑坡災害可能造成的人口傷亡與經濟損失的平均值、資源環境破壞程度)與損失極值(未來一定時期內可能造成的人口傷亡與經濟損失的最高值),即評估危險區內一定時段內可能發生的一系列不同強度滑坡災害給危險區造成的可能後果。
三、滑坡災害風險評估與區劃
在風險評估基礎上,根據風險 (Risk)=危險度(Hazard)×易損度(Consequence),計算各區塊滑坡災害期望損失/風險水平,以此進行風險區劃。危險性分析和易損性分析是滑坡災害風險評估的基礎,通過這兩方面的分析,確定風險區位置、范圍以及期望損失分析災害活動的分布密度與時間概率,進而確定可能遭受損失。分析災害的人口、工程、財產以及資源、環境的空間分布與破壞損失率;期望損失分析是滑坡災害風險評估的核心,預測期望損失分析災害可能造成的人口傷亡、經濟損失以及資源、環境的破壞損失程度,綜合反映地質災害的風險水平。期望損失分析直接服務於災害風險管理。這幾個方面分析相互聯系,形成具有層次特點的災害風險評估系統。
四、滑坡災害監測與氣象預警
滑坡災害監測系統由地質災害群測群防監測網路系統和專業站網監測系統組成。滑坡災害群測群防監測網路系統是在專業隊伍的指導下,由地方政府負責組織進行簡易監測、查險、報險、避險,並通過信息網路傳輸系統實時與預警分析決策系統進行信息交換,並根據滑坡災害預警信息開展滑坡災害防災減災工作,與專業監測相互補充,同時又是整個監測預警工程體系的基礎。而專業站網監測系統是由專業隊伍負責建立的、監測精度較高的地質災害動態信息採集系統,基本實現監測數據的實時採集,為地質災害成因機理研究、預警預報模型研究、自動分析、自動預警和預報工作積累基礎數據,提供基礎支持。
通過研究區域滑坡災害與降雨過程、降雨量、降雨強度的統計規律研究,確定不同地質環境區域的誘發滑坡災害的關鍵性降雨過程指標,從而建立區域突發性滑坡災害時間預報模型。利用雷達以及氣象衛星數據,結合少量地面雨量站網,對大范圍的降水量進行定量監測和未來雨量的數值預報,為基於降水誘發的地質災害實時預警預報提供數據。結合實時的氣象動態信息,建立基於實時動態氣象信息的時空耦合區域滑坡災害預警預報概率模型,特別是汛期區域性滑坡災害預警預報模型。通過滑坡災害監測網路體系,實時傳送到地質災害信息管理中心,由此開展地質災害的風險分析和時空預測預報,通過電視台和互聯網發布滑坡災害風險預報預警。
五、滑坡災害風險管理與決策
滑坡災害風險管理與決策是滑坡災害風險評估的最終目標。它是由滑坡災害風險信息管理與決策系統來支持。該系統一般由滑坡災害信息系統、滑坡災害風險分析預測系統、滑坡災害風險預警信息發布系統,實現滑坡災害實時風險預警預報與網路連接的地質災害滑坡預警預報與減災防災體系,根據氣象數值預報,對可能遭受的滑坡災害風險進行實時預警預報,及時廣泛地發布風險預警信息,科學高效、快速地開展災害防治,減少災害損失,保護人民生命財產安全,變被動防治為主動性防治地質災害。
根據圖5-6提出的滑坡災害風險評估與管理框架,提出滑坡災害危險性評估指標體系(表5-3)和易損性評估指標體系(表5-4)。
表5-3 滑坡災害危險性評估指標
表5-4 滑坡災害易損性評估指標
六、小結
地質災害風險程度主要取決於兩方面因素:地質災害發生條件與地質災害活動強度——發生條件越充分,災害活動規模越大、頻次越高,災害的風險程度越高;地質災害承災體的脆弱性或承災區社會經濟易損性——承災體數量越多、價值越高,評價區社會經濟越脆弱,防災、抗災能力越差,災害的風險程度越高。對這兩方面的分析評價分別稱為危險性評價和易損性評價。這兩方面的共同作用,決定了地質災害的風險水平,對它們的綜合分析評價稱為地質災害風險評價。採用編制區劃圖及其說明的形式,反映地質災害風險分布及其控制條件,稱為地質災害風險區劃。
地質災害風險區劃技術路線(圖5-7)為:
基礎資料的補充收集與整理→專題資料庫的建立→專題圖的編制與數字化→各災種的危險性評價、易損性評價模型的建立與實現→地質災害風險區劃→結果分析與減災對策。
(1)基礎數據的調查收集。
(2)基礎資料統計與專題資料庫的建立。對各種資料需按災種、風險要素(歷史災情、孕災條件、承災體、社會經濟條件等)、地區(省、地、縣)進行數字轉化,建立由不同系列資料組成的資料庫。
(3)專題圖件的編制與數字化。編制不同災種的主要影響因素、社會經濟與基礎結構專題圖,並進行數字化,為不同災害的危險性評價、易損性評價提供基礎數據。
(4)運用GIS技術,建立各災種的危險性評價模型,進行地質災害危險性區劃。
(5)運用GIS 技術、評價地質災害承災體的易損性(人口安全易損性、土地資源易損性、物質財富易損性)。
(6)以災害危險性、易損性評價結果為基礎,運用GIS技術,進行地質災害風險區劃。
(7)結果分析與電子地圖的製作。
圖5-7 地質災害風險區劃技術路線框圖
Ⅶ 地質災害易損性評價
一、地質災害易損性評價的主要內容和基本方法
在災情評估中,把對受災體的分析稱為易損性評價,它所反映的是地質災害的社會屬性。易損性由社會經濟條件和受災體直接條件兩個基本要素構成:反映社會經濟條件的背景要素主要包括人口、城鎮、土地資源、水資源、交通設施、大型企業、產值分布等;反映受災體條件的直接要素主要包括受災體類型、數量、價值、遭受不同強度災害危害時的損毀程度與價值損失率。易損性評價的基本目標是獲取各方面易損性要素參數,為破壞損失評價提供基礎。根據易損性構成,易損性評價的主要內容包括:劃分受災體類型、調查統計各類受災體數量及分布情況;核算受災體價值;分析各種受災體遭受不同種類、不同強度地質災害危害時的破壞程度及其價值損失率。
在點評估和范圍較小的面評估中,獲取這些要素的基本方法是專門性勘查。即通過全面調查,統計受災體數量,按照資產評估方法核算受災體價值,並根據受災體分布情況繪制受災體類型分布圖和受災體價值分布圖;根據歷史調查統計、實地觀測和模擬試驗等方法,確定受災體破壞程度,建立不同類型受災體與不同種類、不同強度地質災害的相關關系,確定受災體損失率。
在區域評估和范圍較大、社會經濟條件比較復雜的面評估中,無法對受災體進行全面調查。此時,應首先進行易損性區劃,在此基礎上,通過對不同等級易損區的典型抽樣調查,確定易損性的直接要素。
二、地質災害受災體類型劃分
由於地質災害受災體非常繁雜,所以在災情評估中,不可能逐一核算它們的價值損失,只能將受災體劃分為若干類型,然後分類進行統計分析,才能獲得災情評估所需要的易損性參數。
(一)人口安全
包括城鎮人口、農村人口;常住人口、流動人口。針對「人」這一受災體主要是社會易損性評價,集中於一些特殊的脆弱團體、處在危險中的生活方式、風險觀念、地方現有的風俗習慣、貧困程度等方面。重點評估風險觀念、提高減災意識。如果人們生活在地質災害風險區內,風險觀念又不強,又無社會機構的支持,積累起來就會發展成為高的社會易損性。
(二)物質財富
指評價區內以各種實物形態存在由勞動力作用於生產資料而形成的一切物品,其價值是由勞動創造的。包括:①房屋及構築物(不含其內的設施),包括民房、辦公樓、廠房、倉庫、水塔、煙囪、窯爐、橋梁、堤壩、車站、碼頭、民用機場、港口、隧道、涵洞、電站、機井等。②道路及航道,包括鐵路、公路和航道。③生命線工程,包括水、電、氣、熱和通訊工程。④機器設備儀器及工具。⑤室內設施及用品,包括所有企事業機關單位的辦公設施及用品,也包括居民家居生活用品。⑥人工種養動植物,包括家畜、家禽、農作物和樹木等。
(三)新增價值
指評價區內新創造的價值,即去掉折舊後的增加值。
(四)自然資源
指土地資源和野生動植物資源和水資源等。其價值是由自然資源的所有權和產出能力決定的。
三、地質災害受災體易損性評價與區劃
(一)受災體災前總價評估值確定
理論上各種受災體的災前價值總額都可以用市場法進行評估獲得。但可以預見,實踐操作上有相當大的困難,以致對某些受災體的總價值的獲得不得不採取一些合理的變通措施。一是那兒有什麼,二是怎麼分布,三是怎麼定價。作為受災體易損性研究並不要求十分精確,因此可以採取變通措施進行側面度量。
1.人口安全價值
人口安全屬於社會屬性,其價值很難度量,在此不作考慮。
2.物質財富評估值
這類是理論上最容易定價,而實際操作相當復雜和困難的一類。有的可以按市場重置價直接計算,如人工種養動植物,大多都可按重置價減折舊計,這類財產的特點是可重新異地購置或建造。有的可以用建造時的原價乘以原材料購進價格指數計,這類財產的特點是不能異地建造、長期使用。
物質財富評估值: VWE=PV-D=BV·I。 (3-2-1)
式中:PV為重置價/萬元;D為折舊;BV為建造時的價值;I為購進價格指數。
3.土地資源的評估價值
土地作為人類生存和發展的基礎,又是有限的稀缺資源,具有重要的使用價值,因此也具有價格。本文所指的土地價格僅指土地本身的使用價值,不包括土地之上的物質產品和固定設施的價值。因此,土地資源價值越大,遭受地質災害時潛在損失就越大,其易損性也就越大。
土地只有在使用和買賣時才體現價值和具有價格,因此它的價值還與使用權年限有關。目前我國通常的土地使用權年限為50年。
土地質量是土地的一項復雜屬性,土地質量的評價是一項相當復雜的工作。聯合國糧農組織推薦一種土地適宜性評價體系,把土地分為5 級:S1為高度適宜;S2為中等適宜;S3為勉強適宜;N1為目前不適宜;N2為永久不適宜。顯然,土地適宜性等級越高,對應的土地本身的價值也就越高。我國土地資源價值核算工作處於起步階段,目前還不具備全國范圍的土地資源價格核算。根據現有的基礎條件,考慮到土地利用類型與土地質量等級具有一定的關聯性,參照有關文獻,結合實地調研,給出如下區域易損性評價的土地資源價格估算表(表32-3)。
表3-2-3 土地資源價格估算表
設評價區不同土地價格為Pj,不同價格的土地面積為Ai,預期銀行利率為r,土地所有權年限為T,則
地質環境經濟學
(二)最大可能損失值確定
就算是同一一定的地質動力現象對同一類受災體反復作用,不一定每次損失完全相同,其平均損失穩定在一個數值上。就算是災後,找到確定的統計資料統計起來也相當麻煩,往往是據實估計。但是類似的地質動力現象對於類似的同一種受災體造成的損失又是穩定在平均值附近,而不會超出平均值太遠。因此,根據已有的災害實例來尋找這樣的平均值,這樣的平均值就是最大可能值。
(三)危險性接受概率的確定
地質動力現象發生某一級別的危險性概率是危險性研究的內容,是就評價區而言的概率,只要在這個區域發生,不論發生在哪裡,都是危險性概率理論描述的反映。但對於間斷和部分連續的受災體來說,就有差異了。
對全部連續的受災體,只要構成危險性的地質動力現象發生就成災,是個必然事件。
把構成危險性的地質動力現象的作用面積作為圓面積對待,從而得到其作用半徑,稱為危險性半徑。把非全部連續受災體的所有受災面積求和,再與評價區面積比,比值稱為危險性接受概率。人及村莊內人工種養動植物按村莊面積計算受災面積。其餘按實際佔用面積計算。根據災害危險性評價給出的各種各級別地質動力現象的作用面積表(危害面積比),計算出危險性接受概率後,完全連續的受災體亦可看作危險性接受概率為1的間斷受災體。也就是說可以用危險性接受概率來反映受災體的空間分布特徵。如某縣發生:「四級」泥石流的危險性概率是20%,村莊的危險性接受概率是5%,則成災可能性為1%,如果人口的易損性是1%,則該縣四級泥石流人口的風險為萬分之一。
(四)地質災害受災體易損性評價與區劃
區域易損性為區域內所存在的一切事物的復合體,它可能直接或間接地敏感於物質損失。這一復合體包括人口、建築物、基礎設施、經濟活動和社會結構。瑞士日內瓦大學「地質災害風險分析與管理」國際培訓部將易損性定義為暴露於危險之中的某一特定對象的潛在損失程度(從0~1)。根據這個定義,我們把易損性定量表述為受災體在地質災害中最大可能損失值占其災前重估總值的比例或百分比。
1.人口安全易損性
人口安全易損性即人在地質災害中最大可能死傷人數占其災前人口總數的比例或百分比。
(1)以縣(市)為單元統計人口總數、年末總戶數,編制人口分布圖。統計城鎮人口數、農村人口數,編制城鎮人口分布圖。統計鄉(鎮)個數、村委會個數、工業企業個數、城鎮人均居住面積、農村人均居住面積。
(2)根據已發生災害實例,確定各評價單元死傷人口平均值即為最大可能死傷人數。
(3)人都居住於村(鎮),評價區內村(鎮)面積之和稱為受災面積。受災面積與評價區面積的比值稱為人口危險性接受概率。計算人口居住區的平均面積和總面積,採用典型調查和統計計算相結合確定危險性接受概率。
(4)計算人口安全易損性。人口安全易損性=最大可能死亡人數/災前人口總數,並劃分人口安全易損性等級,編制人口安全易損性區劃圖。
2.物質財富易損性
(1)包括物質財富、土地資源、新增價值三方面的易損性。物質財富易損性包括房屋及構築物、道路及航道、生命線工程、機器設備及工具、儀器、室內設施及用品、人工種養動植物6類物質財富。以縣(市)為單元統計數量或里程;價格及上漲幅度;工業產品購進價格指數;房地產價格水平;各種工程造價;居民消費的價格水平等。按評價單元計算各類受災體的價值,並匯總。編制物質財富價值分布圖。
新增價值易損性以縣(市)為單元統計國內生產總值、第一產業增加值、第二產業增加值、第三產業增加值數據。編制經濟新增價值分布圖。
土地資源易損性,以縣(市)為單元統計行政區域土地面積、耕地面積、林地面積、草地面積、內陸水域面積數據。編制土地利用分布圖。
(2)利用已有地質災害災情資料,確定各評價單元已發生災害的平均經濟損失(直接經濟損失),編制全國地質災害年均經濟損失圖。
(3)各類受災體對各級各類地質災害的危險性接收概率。即各類物質財富總佔地面積和評價區面積的比值。房屋按城鎮村莊計算平均面積作為受災面積;構築物按單體計算平均面積作為受災面積;道路及航道的長度×寬度計算平均面積,再乘以長度為受災面積;生命線工程同道路;編制城鎮、村莊災害接收概率圖;道路及航道災害接收概率圖。
(4)各類物質財富的價值、土地資源價值,新增價值匯總為評價區總價值。用各評價單元已發生災害經濟損失平均值除以評價單元內經濟財富的總價值即為經濟易損性。編制物質財富易損性區劃圖、土地資源易損性區劃圖、新增價值易損性區劃圖。
Ⅷ 地質災害易發區劃分與評價
一、易發程度區劃的原則
地質災害易發程度是指在一定的地質環境條件和人類工程活動影響條件下,地質災害發生的可能性的難易程度。
1)地質災害易發區劃分結合地質災害形成的地質環境條件、誘發因素(人類工程活動、降雨等)和災害發育現狀,以定性評價為基礎,通過信息系統空間分析定量計算來確定。
2)評價單元的劃分按照「區內相似和區際相異」的原則來確定,以地質災害發育的地質環境條件差異確定評價單元。採用人工方法計算時,以鄉鎮行政區或村級行政區為基本單元。採用計算機網格剖分時,單元面積採用500m×500m。
3)地質災害發育程度劃分為四級:高易發區(Ⅰ)、中易發區(Ⅱ)、低易發區(Ⅲ)和不易發區(Ⅳ)四級。在劃分過程中,根據實際調查情況,具體問題具體分析,盡可能便於鄉鎮政府開展防治工作。
二、工作思路和技術路線
地質災害易發程度區劃是地質災害詳細調查中的重要環節,地質災害易發性區劃圖是地質災害調查研究中最基礎、最重要的圖件之一。地質災害的易發性區劃研究主要是對地質災害形成的內因進行分析,綜合考慮工程地質條件、植被、長期的綜合降雨等影響因素在地質災害形成過程中的作用,基於GIS平台對其影響因素進行量化分析,同時考慮各個影響因素所佔的權重,遵循一定的原則設計開發程序,從而生成最終的地質災害易發性區劃圖。
在地質災害野外調查資料及整理生成的地質災害分布圖、地質災害調查測繪圖、地質災害詳細調查實際材料圖的基礎上,通過對靈台縣地質災害詳細調查數據綜合分析,對研究區進行了剖分,對每個剖分網格中地質災害的點密度、面密度和體密度進行了分級,確定其分級指數,調用開發軟體確定每個網格的災害性影響指數,採用襲擾系數法生成初步地質災害易發性區劃圖,並利用地理信息系統軟體ArcGIS和MapGIS6.7空間分析功能將地質災害的各個影響因素圖疊加到初步地質災害易發性區劃分級圖中,繪制出該縣的地質災害易發性分區圖。靈台縣地質災害易發性區劃研究系統流程圖如圖6-1所示。
具體步驟為:首先將靈台縣地質災害分布圖進行500m×500m網格剖分。其次對每個網格內地質災害的個數、體密度、面密度採取不同的原則將每個網格的災害易發性程度分為四級,生成初步的地質災害易發性等值線圖。然後對該縣的地形地貌圖、地層岩性圖、降雨量分布圖、地形坡度圖、植被覆蓋圖分別採取相應標准分為四級,採取專家打分的方法確定其權重。最後疊加各個圖層從而生成靈台縣地質災害易發性分區圖,為靈台縣地質災害詳細調查危險性區劃和靈台縣地質災害防治區劃等提供可靠的數據,同時為政府部門採取有效的措施進行統籌規劃減災防災以及災害治理提供了可靠的依據。
3)坷台—楊村—水泉—下河—東王溝—許家溝—安家莊滑坡崩塌高易發區(Ⅰ3)
主要是達溪河北岸沿線的城關鎮的坷台、楊村、水泉、下河、東王溝、許家溝、安家莊村,災害點密度6.85處/km2,災害點密度很大,面積7.51km2,占高易發面積的20.61%,發育災害點49處,14個滑坡,23個不穩定斜坡,兩個泥石流。所處地貌單元主要為達溪谷地區及其支流的黃土梁峁區,岩性主要為第四系馬蘭黃土、離石黃土及白堊系紫紅色泥岩、砂岩、砂礫岩,植被不發育,河流—沖溝發育,沖溝多為「V」型谷,坡度變化大,局部近直立,地形破碎,地質環境脆弱。人口密集、人類工程活動頻繁,滑坡等災害發育。
4)南店子—下河—東王溝—康家溝—紅崖溝滑坡崩塌高易發區(Ⅰ4)
主要是達溪河南岸沿線和達溪河支流蒲河的城關鎮的坷南店子、下河、東王溝、康家溝、紅崖溝村,災害點密度4.2處/km2,災害點密度較大,面積4.19km2,占高易發面積的7.16%,發育災害點30處,12個滑坡,18個不穩定斜坡。所處地貌單元主要為達溪谷地區及其支流的黃土梁峁區,岩性主要為第四系馬蘭黃土、離石黃土及白堊系紫紅色泥岩、砂岩、砂礫岩,植被不發育,河流—沖溝發育,沖溝多為「V」型谷,坡度變化大,局部近直立,地形破碎,地質環境脆弱。人口密集、人類工程活動頻繁,滑坡等災害發育。
(2)地質災害中易發區(Ⅱ)
該區面積351.60km2,占總面積17.16%,發育災害點281處,災害點密度0.8處/km2,包括橫渠—馬家溝—付家溝—趙家咀—安馮村—杜家溝—景家莊子村、王家山—張家塬—溫家莊—東門—高崖—小寨—邊家老村—朱家堡村—前進—姜家莊—勾勾王—張坡村、寺咀—柴朝村—崖灣村—坷台—楊村—水泉—下河—東王溝—許家溝—安家莊村和新廟—鄭家窪—康家溝—羅家灣村4個亞區。
1)包括橫渠—馬家溝—付家溝—趙家咀—安馮村—杜家溝—景家莊子村中易發亞區(Ⅱ1)
分布於黑河南岸極其支流的梁原鄉橫渠、馬家溝、付家溝、趙家咀、安馮村、杜家溝、景家莊子沿河一帶,是典型的黃土梁峁丘陵區,面積13.88km2,佔中易發區總面積的3.95%,發育災害點14處,災害點密度1.0處/km2。岩性為第四系中上更新統黃土。黃土層及白堊系砂礫岩、砂岩局部岩石及土層風化破碎,節理裂隙發育,為災害中易發區。
2)王家山—張家塬—溫家莊—東門—高崖—小寨—邊家老村—朱家堡村—前進—姜家莊—勾勾王—張坡村中易發亞區(Ⅱ2)
分布於黑河南岸極其支流的梁原鄉、朝那鎮、上良鄉、什字鎮、西屯鄉、獨店鎮沿河一帶,是典型的黃土梁峁丘陵區,面積144.12km2,佔中易發區總面積的7%,發育災害點94處,災害點密度0.82處/km2。岩性為第四系中上更新統黃土、白堊系砂礫岩、砂岩。區內人口相對較少,局部岩石及土層風化破碎,節理裂隙發育,為災害中易發區。
3)寺咀—柴朝村—崖灣村—坷台—楊村—水泉—下河—東王溝—許家溝—安家莊村中易發亞區(Ⅱ3)
該區面積95.72km2,佔中易發區總面積的27.22%,發育災害點70處,災害點密度0.73處/km2,地貌為黃土梁峁區、低中山區。岩性為新近系、白堊系碎屑岩及第四系中上更新統黃土。區內溝谷發育,溝坡多為階狀陡坡,植被較差,人類工程活動頻繁,災害點分布在村莊周圍、公路沿線和河谷邊坡地帶。
4)新廟—鄭家窪—康家溝—羅家灣村中易發亞區(Ⅱ4)
主要位於達溪河南部的中台鎮、新開鄉、蒲窩鄉、邵寨鎮,該區面積97.88km2,佔中易發區總面積的27.84%,發育災害點103處,災害點密度1.05處/km2,屬於黃土梁峁丘陵區,岩性以新近系、白堊系碎屑岩及第四系中上更新統黃土。區內溝谷發育,溝坡多為階狀陡坡,植被一般,人類工程活動相對較弱,災害點分布在村莊周圍、河谷邊坡地帶。
(3)地質災害低易發區(Ⅲ)
該區面積722.96km2,佔中易發區總面積的35.28%,發育災害點73處,災害點密度0.10處/km2。包括梁原鄉黑河北岸黃土梁峁丘陵區、什字塬北部-黑河南岸沿線黃土梁峁丘陵區、龍門鄉黃土梁峁丘陵區、什字塬南部-達溪河北岸黃土梁峁丘陵區、達溪河南岸-中台鎮-蒲窩鄉-新開鄉-邵寨鎮黃土梁峁丘陵區5個亞區。
1)梁原鄉黑河北岸黃土梁峁丘陵區低易發區(Ⅲ1)
位於梁原鄉黑河北岸一帶,面積32.2km2,占低易發區總面積的4.43%,無災害點發育,屬於黃土梁峁丘陵區,岩性以第四系黃土和白堊系泥質、砂岩為主。區內溝谷發育,地形切割強烈,黃土層及泥岩砂岩局部較破碎,表層風化嚴重。
2)什字塬北部-黑河南岸沿線黃土梁峁丘陵區低易發亞區(Ⅲ2)
位於什字塬北部-黑河南岸沿線的朝那、上良、什字、西屯、獨店5個鄉鎮,面積147km2,占低易發區總面積的20%,發育有災害點8處,災害點密度0.054處/km2,表層覆蓋第四系黃土,河溝切割強烈出有白堊系泥岩、砂岩。區內溝谷發育,地形切割強烈,岩石較破碎,表層風化嚴重,人類工程活動較少。
3)龍門鄉黃土梁峁丘陵區低易發亞區(Ⅲ3)
位於龍門鄉黃土梁峁丘陵區一帶,面積95.329km2,占低易發區總面積的13.19%。發育災害點10處,災害點密度0.10處/km2。屬低黃土梁峁丘陵地貌,上部岩性為第四系黃土,下部岩性為白堊系的泥岩、砂岩,表層風化嚴重,局部地形切割強烈,人類工程活動較少。
4)什字塬南部-達溪河北岸黃土梁峁丘陵區低易發亞區(Ⅲ4)
主要是什字塬南部-達溪河北岸的廣大梁峁丘陵區一帶,面積191.6km2,占低易發區總面積的26.5%。發育災害點28處,災害點密度0.146處/km2。屬低黃土梁峁丘陵地貌,上部岩性為第四系黃土,下部岩性為白堊系的泥岩、砂岩,表層風化嚴重,局部地形切割強烈,人類工程活動較少。
5)達溪河南岸-中台鎮-蒲窩鄉-新開鄉-邵寨鎮黃土梁峁丘陵區低易發亞區(Ⅲ5)
主要是龍門鄉黃土梁峁丘陵區一帶,面積256.824km2,占低易發區總面積的35.5%。發育災害點25處,災害點密度0.097處/km2。屬低黃土梁峁丘陵地貌,上部岩性為第四系黃土,下部岩性為白堊系的泥岩、砂岩,表層風化嚴重,局部地形切割強烈,人類工程活動較少。
(4)地質災害不易發區(Ⅳ)
靈台縣地質災害不易發區總面積938.01km2,佔全區面積的45.78%,基本無地質災害發生。由梁原鄉黃土塬區(Ⅳ1)、黑河寬闊河谷區(Ⅳ2)、什字塬不易發區(Ⅳ3)、達溪河河谷不易發區(Ⅳ4)、邵寨鎮黃土塬不易發區(Ⅳ5)、百里鄉林場不易發區(Ⅳ6)組成。
不易發區主要是黃土塬及黃土小台塬區和寬闊的河谷區以及植被茂密人煙稀少的林場區。黃土塬及黃土小台塬區和寬闊的河谷區工程地質條件很好,地形平坦,雖然人類工程活動較頻繁但很少發生地質災害,百里鄉林場區植被茂密,人煙稀少,人類工程活動較少,地質環境相對優越,為地質災害不易發區。
1)梁原鄉黃土塬區(Ⅳ1)
本區主要位於梁塬鄉王家溝村及黑河低緩階地,面積19.8km2,占不易發區總面積的2.11%,本區岩土以第四系黃土為主,工程地質條件較好,地質災害不發育。
2)黑河寬闊河谷區(Ⅳ2)
本區主要位於黑河寬闊河谷區。面積17.43km2,占不易發區總面積的1.86%,本區河谷較寬闊,地形較平坦,人類工程活動弱,地質災害不發育。
3)什字塬不易發區(Ⅳ3)
主要位於廣闊的什字塬區。本區面積306.55km2,占不易發區總面積的32.68%,本區地形平坦,工程地質條件較好,地質災害不發育。
4)達溪河河谷不易發區(Ⅳ4)
本區主要位於達溪河沿岸寬闊河谷區。面積38km2,占不易發區總面積的4.1%,本區河谷較寬闊,地形較平坦,人類工程活動弱,地質災害不發育。
5)邵寨鎮黃土塬不易發區(Ⅳ5)
本區主要位於邵寨鎮小黃土塬區,面積18.91km2,占不易發區總面積的2%,本區岩性以第四系黃土為主,工程地質條件較好,地質災害不發育。
6)百里鄉林場不易發區(Ⅳ6)
本區主要位於百里鄉林場區。面積537km2,占不易發區總面積的57.3%,本區植被茂密,人煙稀少,人類工程活動較少,地質環境相對優越,為地質災害不易發區。
Ⅸ 基於GIS的地質災害區域評價與危險性區劃系統研究
黃潤秋許強沈芳向喜瓊阮沈勇羅文強
(成都理工大學地質災害防治與地質環境保護國家專業實驗室,四川成都,610059)
【摘要】本文主要介紹了如何將現代地理信息系統(GIS)技術與一些用於多變數預測評價的數學模型有機地結合起來,快速高效地進行地質災害區域評價與危險性區劃。主要內容包括崩滑地質災害區域評價指標的選取和指標體系的建立、評價及預測的數學模型以及具體的實現過程,並通過一個實際例子說明該思路和方法手段的可行性、可靠性和先進性。
【關鍵詞】地理信息系統地質災害區域評價指標體系
1前言
隨著對山區資源開發利用的日益加劇,特別是我國目前正在實施的西部大開發戰略,山區流域地質災害已經直接影響到人民的生命財產安全和國家經濟的發展。而地質災害危險性區劃是全面反映災情,確定減災目標,優化防治措施,提高減災效益,進行減災決策的重要依據。
地質災害區域評價和危險性區劃的主要工作方法是在大量收集、分析處理基礎地質資料的前提下,運用恰當的數學統計模型,劃分出相應的危險性級別,然後從整體上對研究區進行危險性區劃。
由於各種地質因素在各個局部區域的差異性和復雜性,要做到較為精確的評價,需將整個研究區域分成若干個小圖元,根據各個小區域的不同情況,分別賦予不同的屬性,然後才能根據這些屬性進行區域評價和危險性區劃。這個工作依賴手工准備基礎數據工作量十分巨大,所以傳統的區域評價手段在實際應用中受到多方面的限制,常常只能人為地作出判斷,先分區,後評價,這樣割捨了區域內部本身固有的層次。
而地理信息系統(GIS)技術恰好可以很方便地管理多源數據,生成任意大小的圖元,還可以結合專業特點和具體問題進行二次開發用以空間評價預測,並能直觀顯示評價預測結果。同時,我們開發成功的基於GIS的地質災害區域評價與危險性區劃系統,已經實現了從基礎資料的收集與管理→評價因素的選取與定量→評價結果的直觀顯示流水線作業方式,大大地提高了工作效率,使崩滑地質災害的區域評價與危險性區劃初步達到實用化的程度。
2評價預測指標的選取及指標體系的建立
建立指標體系的目的主要包括兩個方面的內容:一是一般工程技術人員或軟體的用戶可根據該指標體系確定研究區各因素的取值方法;另一方面,該指標體系可以指導野外地質人員在進行地質災害危險性評價調查時有目的按照同一的標准進行地質災害評價預測因素的調查。
2.1評價預測指標的選取
影響地質災害發生的因素非常多,有基礎地質因素(地形地貌、地層岩性等),也有外界誘發因素(如地震、暴雨等),還有人為因素(地表和地下開挖、爆破等人類工程活動)。
評價預測因素的選取的基本原則為:從地質和工程地質的角度盡量全面地考慮影響地質災害發生的所有因素,通過廣泛地查閱文獻資料和對大量崩滑地質災害實例的分析總結,採用目標分析方法。首先將地質災害劃分為已有地質災害和潛在地質災害兩大類,分別對待,建立不同的指標體系。在此基礎上再將影響地質災害發生的因素分為基本因素和誘發因素,然後再進一步細分,直到子目標能夠用定量或定性的指標衡量為止(如圖1)。
圖1評價預測指標體系的結構
基本因素是指地質災害形成的基本條件和內在因素(內因),誘發因素是指影響和誘發地質災害演化和發生的外在因素(外因)。從圖1可以看出,基本因素主要為地形地貌、地層岩性、岸坡結構類型、軟弱地層狀況、構造情況、地面變形情況、植被發育情況、河流動力地質作用、水文地質條件、結構面組合狀況、岩體結構(裂隙發育程度)等。誘發因素主要包括降雨狀況、地震狀況以及人類工程活動強度等。
2.2評價預測指標的量化
從所選取的評價預測指標可以看出,影響地質災害發生的各種因素有些是定性的因素,如地層岩性、岸坡結構等;而有些又是測量或通過試驗得到的定量數據,如地震烈度、降雨量等。
為了便於數學處理和計算機識別,在實際操作過程中,首先應通過一定的方法,將定性因素定量化。同時,即使是定量數據,由於各個因素間數值差別較大(如地震烈度和降雨量),若將這種量值差別較大的因素輸入同一個數學模型進行分析處理,從數學上講也會產生較大的誤差。
因此,在將各個評價因素輸入分析評價的數學模型之前,需對這些因素進行量化處理,其具體處理方法為:①對於定性變數,採用專家打分法、統計分析法、信息量法或模糊數學方法進行量化取值;②對於定量數據,可採用標准化、規格化、均一化、對數、平方根等數值變換方法統一量綱。
表1為利用專家打分法對工程岩組進行定量化的示例。
表1利用專家打分法對評價預測因素進行量化的示例
2.3評價預測指標的篩選與優化
在不同的地區和不同的環境,上述各評價預測指標對地質災害的影響程度可能會有較大的差別,也就是說,在不同的地區上述各評價預測指標的主次關系可能會不一樣。同時,在大多數情況下,上述各評價預測因素本身並不是相互獨立的,各因素之間(如地形地貌與岸坡結構、岩體結構與裂隙組合狀況、水文地質條件與降雨狀況)往往存在著非常復雜的交叉和重疊關系。
因此,在具體的地質災害區域評價與危險性區劃過程中,往往並不是所採用的評價因素越多,評價的效果越好。因為,所採用評價因素過多,可能會間接地導致某些因素的重復利用,相當於人為地加大了該變數的權重。
對於具體研究區域,如何才能篩選出合理的評價預測指標,使評價預測結果最大限度地符合當地實際呢?我們認為解決此問題的關鍵應該針對不同的地區和不同的實際問題,確定各個評價因素對地質災害的影響程度(重要性),最好是先將各個評價因素按重要性程度排序,最終選取比較重要的因素作為真正的評價預測指標。這種篩選和優化評價因素的方法主要有:
2.3.1主成分分析
主成分分析是將多個指標化為少數指標的一種統計方法。它可以通過對數學方法對評價因素按對地質災害的影響程度大小進行排序,找出主要影響因素。
2.3.2兩兩比較法
將 k個評價指標作兩兩對比,列出比較結果表。如指標 B1比指標 B2重要,在B1行 B2列寫上3,而在B2行 B2列寫上1;若指標 B1與 B2分不出誰重要,則可在B1行 B2列和B2行 B1列都寫上2。例如,有5個指標的比較結果為:
∑為對該行的求和,λ為對∑的歸一化的結果。根據∑或λ的相對大小便可對其重要性進行排序。
2.3.3工程地質類比法
選用與研究區地質條件類似且研究程度較高的地區作類比,確定研究區的評價指標。
3地質災害區域評價與危險性區劃的數學模型
通過查閱大量的文獻資料表明,目前用於地質災害區域評價和危險性區劃的數學模型主要有如下幾種:邏輯信息法、判別分析法、信息量法、模糊綜合評判法、專家評分法、綜合評價法、變形破壞指數法、危險概率分析法以及神經網路法等。通過對其適用條件、可操作性、數據的可得性、分析結果的可靠性等多方面的分析比較,選定了回歸分析法、信息量法、不確定性分析方法(模糊綜合評判和模糊可靠度分析)以及神經網路方法作為地質災害區域評價和危險性分區的基本數學模型。
4基於GIS的地質災害區域評價與危險性區劃系統
在上述基礎上,我們基於Windows和GIS操作環境,採用面向對象的編程語言,開發了基於GIS的地質災害區域評價與危險性區劃系統。該系統不僅能充分利用GIS本身所具有的強大的空間數據管理與分析功能,還可以直接利用GIS的數據資源,方便快捷地實現地質災害的危險性區劃,為地質災害的勘察、評價、預測、防治提供了一套行之有效的方法技術和適用的工具。該系統的實現途徑見圖2。從圖2可以看出,地質災害區域評價與危險性區劃系統主要包括前處理、危險性區劃主模塊和後處理3個部分。利用該系統進行地質災害區域評價和危險性區劃需要經歷如下幾個步驟:
圖2地質災害區域評價與危險性區劃系統的實現途徑
(1)利用GIS軟體對研究區基礎地質資料(主要為指標體系中所列的各因素)進行數字化處理,對指標體系中所列出的各種評價預測因素最好採用單獨的圖層,分層數字化。
(2)根據指標體系對各評價預測因素所對應的數字化圖層賦予相應的屬性,這實際上是對各評價預測因素(指標)的初步定量化處理。
(3)為了提高分析評價精度,獲取足夠多的評價預測樣本,需對評價預測因素圖件進行網格化處理和圖元裁剪處理,並根據第二步的結果對這些細化的網格賦予各類評價因素屬性,同時將各個網格的信息(樣本的自變數和因變數)存入一專門的資料庫。
(4)在選中危險性區劃主模塊中的某種方法後,系統將自動從上述專門的資料庫中提取分析評價所需信息,評價完畢後將直觀地以圖形的方式顯示評價預測結果。
5基於GIS的地質災害區域評價與危險性區劃實例
5.1長江三峽庫區新灘—巴東段地質災害危險性區劃
為配合準備新一輪國土資源大調查的「一個計劃,四個工程」中的「地質災害預警工程」,國土資源部1998年年底擬在長江三峽庫區的新灘—巴東庫段(含香溪河)建立地質災害監測工程試驗(示範)區。全區面積為50km×50km,區內現已查明的滑坡崩塌計有124個,其中包括鏈子崖危岩體、新灘滑坡、黃臘石滑坡等國內外知名的地質災害體。
圖3神經網路模型得出的地質災害危險性區劃結果
我們收集了該區1:5萬地形圖、地質圖、降雨分布圖、地震烈度區劃圖、城市交通圖等圖件,利用 MapGIS數字化成電子地圖,並獲取大量野外現場調查資料,分類錄入相應圖件的屬性庫,並選取坡度、岩性、岸坡結構類型、已有動力地質現象、地面變形狀況、河流地質作用、構造復雜程度、人類工程活動等評價指標。作為試驗,在對研究區進行網格化時採用的基本圖元大小為500m×500m,最後實際獲取評價樣本(圖元)4459個。
通過利用我們所開發的地質災害區域評價與危險性區劃系統中的多種分析評價模型(圖3為神經網路模型分析結果)進行研究,得出如下結論:
(1)地質災害危險性區劃結果中穩定性最差的地段與已有的地質災害分布位置一般有較好的對應關系。這說明,地質災害頻發區對應地質災害最危險區,同時也從另一方面說明評價結果的正確性。
(2)地質災害最危險區一般沿河流呈帶狀分布。
(3)研究區最危險地段主要有3個,即黃臘石—黃土坡段、香溪河段、秭歸河段,其次在新灘和鏈子崖附近以及牛口鎮附近還分別分布有新灘—鏈子崖段和牛口段。
(4)通過現場調研結果表明,上述分析預測結果與實際情況能夠較好地符合,說明本文所採用的方法和技術手段是可行的,地質災害區域評價與危險性區劃系統的評價預測結果具有較高的可靠性,值得進一步推廣。
5.2金沙江溪落渡水電站近壩庫區地質災害危險性區劃
金沙江溪落渡水電站位於四川省雷波縣與雲南永善縣交界處的金沙江下遊河段的溪落渡峽谷。電站大壩採用雙曲拱壩壩型,壩高285m,庫容110億m3,總裝機容量1440萬千瓦,是我國擬開發的僅次於三峽的又一座巨型水電站。為進一步論證電站近壩庫岸穩定性,為庫區移民搬遷、地質災害防治及生態地質環境保護提供合理的規劃及決策依據,對該水電站近壩庫區的地質環境進行了基於GIS的綜合評價,圈定了地質災害危險地段。
根據野外調查、有關研究報告和1∶2.5萬的工程地質圖,在對本研究區基礎地質資料進行系統分析後,選取地形坡度、工程地質岩性、地質構造、岸坡結構類型、河流地質作用等為主要評價因素,將評價預測目標——危險性等級分為不危險、輕度危險、中度危險、重度危險四個等級,建立了相應的評價指標體系。按照山區流域地質環境評價與地質災害危險性預測 GIS系統的工作程式,在對研究區各種基礎圖件進行數字化,對各種評價因素進行定量化以及對矢量圖形進行柵格化處理後,採用數量化理論、信息量法、模糊綜合評判、模糊可靠度和神經網路等數學模型進行地質災害危險性區劃。
圖4和圖5分別為採用模糊可靠度方法所作出的溪落渡近壩庫區上游段和下游段的地質災害危險性分區圖。現場調研發現,危險性分區結果與野外調查結果基本相符。
圖4溪落渡近壩庫區(上游段)危險性分區圖
圖5溪落渡近壩庫區(下游段)地質災害危險性分區圖
6結語
通過本文的研究,主要取得以下成果:
(1)針對我國西南山區流域地理地質環境,形成了一套基於GIS的從數據採集→空間屬性資料庫建立→評價指標體系選擇→預測評價模型分析→地質災害危險性預測與區劃,較為完整的山區流域地質環境評價和地質災害預測的研究技術路線、方法體系和工作流程。
(2)建立了山區流域地質環境評價和地質災害預測的基本評價指標體系,並從多個角度提出了其數量化方法。
(3)基於GIS工作平台,研究開發了地質災害區域評價與危險性區劃系統,並在金沙江溪落渡水電工程庫區和長江三峽工程庫區新灘—巴東段對該系統進行了實際檢驗。應用結果表明,本文所提出的基於GIS的地質災害區域評價和危險性區劃的理論和技術方法可用於實際的地質災害評價預測,其評價預測結果基本與實際情況相符合。
在完成本項研究工作的過程中,曾得到國土資源部國際合作與科技司、地質環境司以及國土資源部長江三峽地質災害防治指揮部的大力支持和幫助,在此對他們表示衷心的感謝。
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