三峡库区万州区滑坡灾害风险评估研究

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就地质灾害的危害性而言,滑坡给人类所带来的灾难性后果仅次于地震,它具有分布广、发生频率高、运动快、灾害损失严重等特点。在我国,有70%的领域为山区,这就使得滑坡发生的密度大,类型齐全,爆发频繁,规模巨大,危害非常严重。特别是21世纪以来,随着城镇化大规模发展,人类活动空间范围的逐渐扩展,以及人类工程活动对地质环境扰动程度的不断加剧,加之受到全球极端气候变化及地壳活动程度加剧等因素的影响,滑坡事件发生的频率和强度均呈增长之势,所造成的人员伤亡和经济损失也不断加大。根据我国国土资源部所发布的数据,2014年全国共发生地质灾害10907起,造成349人死亡、51人失踪、218人受伤,直接经济损失54.1亿元,其中滑坡8128起,占地质灾害总数的74.5%,主要发生于重庆、四川和湖南等地。可见:滑坡严重威胁着人类生命财产安全,破坏环境和资源,给国家和人民带来巨大损失。频繁发生的滑坡灾害早已引起了国际社会的广泛关注和重视,而面对如此严峻的灾害形势,防灾减灾能够很好的降低滑坡灾害所带来的危害。在本世纪以前,滑坡灾害主要是依据传统地质成因机制和工程治理技术相结合的方法来达到防灾减灾的目的,但是随着科学技术的发展,滑坡灾害防治的手段不断由地质学、工程治理向滑坡灾害监测预警、风险评估与管理等方面综合延伸和发展,尤其是其中的“滑坡灾害风险评估与管理”嫣然已成为国际上推广和倡导的防灾减灾有效途径之一。我国在滑坡灾害风险评估与管理方面的研究起步较晚,目前国家层面上还没有将滑坡灾害风险管理纳入到防灾减灾的战略手段中,因此,滑坡灾害风险评估与管理研究不仅是一个前沿性的研究课题,更是防灾减灾手段发展中所迫切需要解决的重要实际问题。目前,国内外在区域滑坡灾害风险研究方面主要存在以下几个突出的问题:首先,对于滑坡灾害易发性研究,在指标因子状态分级方面基本仍依靠人为要求较高的经验判断法,或是按照等距分级,没有科学合理的理论支撑,最终会影响模型计算的准确性;同时,前人在滑坡易发性分级方法上主要依靠ArcGIS自带的多种分级方法,选择的方法不同,则分级结果不尽相同,增加了易发性分级的差异性;或是按照人为划定的各等级面积占全区面积百分比来给易发性进行分级,同样,人为经验的要求较高,也没有合理的理论支撑,便增加易发性分级的随意性。其次,对于滑坡灾害危险性研究,混淆了“易发性”与“危险性”的概念,错误的认为“滑坡易发性”就是“滑坡危险性”,且国内学者在研究滑坡灾害危险性时仅停留在滑坡易发性分析,但这只是得出了滑坡可能发生的空间位置即空间概率,未考虑到滑坡灾害发生的时间概率问题,并没有完全达到滑坡危险性评价的阶段。另外,对于滑坡灾害易损性研究,灾害强度和承灾体抗灾能力分析多数仍为根据经验进行赋值,缺乏科学的理论基础为依据,进而导致易损性精度不高。最后,对于区域滑坡灾害风险研究,国内目前还处在研究阶段,并没有进行大规模、大范围的应用和推广,且缺少有关法律法规的支持和保障;同时,在具体实施过程中,由于很多技术方法没有得到很好的解决,使得滑坡灾害风险成果的可信度降低;另外,到目前为止,国内的滑坡灾害风险管理体系还不够完善,各部门各地区的体系也不统一。长江三峡库区因其复杂的自然环境条件、强烈的人类工程活动等,历来是滑坡等地质灾害的多发区,而重庆市万州区位于三峡库区的心腹之地,其滑坡发育具有频率大、分布范围广等特点。鉴于此,论文将从区域滑坡发育特征分析入手,并基于国内外较为成熟的风险分析方法,针对上述所提出的问题和不足,开展县域尺度范围的滑坡灾害风险评估及管理的技术方法研究。通过以上研究,论文取得了以下的成果和结论:(1)研究分析万州区滑坡灾害的发育分布规律,并以该区典型滑坡为例,详细论述不同类型滑坡变形破坏与各影响因素之间的响应关系,阐明本区滑坡的变形破坏模式。通过搜集整理最新的万州地质灾害排查资料,并结合适当的野外现场调查,对万州区滑坡灾害的区域分布规律和发育规模特征进行分析统计,结果显示区域滑坡的空间分布具有团簇性,密度分布具有不均一性,且随着滑坡面积和体积的增大,滑坡分布的个数越少。在此前提下,以塘角1号滑坡、孙家滑坡和大包梁滑坡为例,从变形机理的角度分析滑坡变形与内外影响因素之间的内在关系,得出滑坡变形遭受降雨、库水位等外界因素的影响较大,并且它们之间具有较为复杂的非线性响应关系;滑坡内因主要决定其变形发展的总趋势,而外因如季节性降雨与库水位的变动则直接加速了滑坡的变形破坏,这是三峡库区库岸滑坡呈“阶跃型”发展演化的主要原因。(2)基于滑坡频率比统计分析方法,进行滑坡指标因素区间的划分,并在此基础上进行万州区滑坡灾害易发性区划。滑坡灾害易发性研究在滑坡灾害风险管理与城市规划等方面具有非常重要的现实意义。以往的研究中,鲜有对指标因子状态划分作有关深入分析和讨论的。鉴于此,论文以滑坡灾害频发的三峡库区万州区为研究对象:首先,选取影响滑坡发生的5类致灾因子(地形地貌、基础地质、水文因素、诱发因素和人类工程活动)作为滑坡易发性的评价指标,采用滑坡面积频率比法对各指标因子的状态进行分级;其次,基于全区655个历史滑坡数据,运用国际上研究较多的决策树模型和支持向量机模型建立各自的滑坡易发性评价体系;再则,根据滑坡易发性指数曲线图对以上2种方法所得到的易发性结果进行分级,并得到全区滑坡易发性区划图;最后,从模型结果、精度、适用条件等方面对2个模型进行讨论和比较,研究结果表明:决策树模型和支持向量机模型的预测精度分别为98.0%和97.4%,前者预测能力要优于后者。(3)基于滑坡易发性区划的结果,考虑重大诱发因素(降雨),开展不同降雨重现期下的滑坡灾害危险性分析,实现从滑坡易发性分析到区域滑坡危险性评价的过渡。论文首先统计分析了万州区53年来的降雨数据与滑坡灾害年发生量之间的关系,得出滑坡事件与降雨事件呈现出明显的正相关性;其次,应用Pearson III型分布函数拟合万州降雨频率曲线图,得到研究区5年、10年、20年、50年重现期内的降雨强度;然后,结合历史滑坡编录数据统计出不同降雨重现期在各易发性等级内诱发的滑坡面积,继而得到各易发区内滑坡发生的空间概率、时间概率;最终实现万州区在不同降雨重现期条件下的滑坡灾害危险性评价。(4)基于定量分析方法,建立万州区承载体易损性评价分析模型,进而开展全区风险评价研究。承灾体易损性分析的内容主要包括滑坡强度和承灾体抗灾能力两部分,前者是对滑坡综合破坏能力的度量指标,而后者则反映承灾体经受一定强度灾害及免受伤亡的能力,通过两者可建立起万州滑坡灾害承灾体易损性定量评价模型,分别得到建筑物易损性、道路易损性、土地资源易损性和人口易损性。依据统计所得的万州全区各承灾体价值、人口密度分布情况,即可进行全区滑坡灾害风险评价,结果表明:滑坡灾害生命高风险区主要集中在万州城区的太白街道办事处、沙河街道办事处及钟鼓楼街道办事处等人口密集的地区;滑坡灾害经济高风险区主要分布于主城区长江及竺溪河两岸的街道、城镇和交通建设用地等经济价值较大的地区:综合万州区生命风险和经济风险区划分布图,分析得到主城区的滑坡灾害风险最大。(5)基于一定的滑坡风险评判准则,完成了万州区滑坡灾害人口风险与经济风险评价,结果表明:人口风险没有可容忍区,只有可接受风险区和不可接受风险区,且后者面积较前者大,占整个风险评价区面积的55.01%,主要分布在靠近城镇等人口相对集中的居民区及长江及主要支流沿岸人口聚集地和滑坡极高和较高易发区域。而经济风险的不可接受区主要分布于万州主城区、大周镇、小周镇、百安坝街道等经济价值较大的集镇和重要交通道路地区,占总研究区面积比例为4.78%;可容忍风险区占风险评价区面积的2.50%,分布较为分散,其中在主城区龙都街道和百安坝街道分布较多;经济风险可接受区所占面积最大,为92.72%,主要分布在人类工程活动低的山区林牧业用地和农业用地等区域。
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