（岩土工程专业论文）地质灾害风险评估方法研究.pdf

摘要 当今人类社会正面临着人口急剧膨胀、资源严重短缺和环境日益恶化的严峻挑战。 地质灾害是自然灾害的主要类型之一，广泛分布在全国各地。地质灾害风险评估的目的 就是要通过已有的资料和目前的地质现象，并且考虑多种影响因素来分析地质灾害的发 生情况，得到灾害发生的难易程度，可以帮助有关部门方便的获得其所要研究区域的地 质灾害评估结果，为有关部门的灾害预测和提出有效、科学的防灾、减灾及救灾措施提 供依据，这对城市建设与发展具有重要的指导意义。 城市地质灾害风险评估的研究是一个非常复杂的过程，研究内容丰富而复杂。目前 在国内外，地质灾害风险评估、风险区划是地质灾害研究和环境地质研究领域的前沿课 题，还没有形成成熟的理论和方法，尚处于探索阶段。本文通过对模糊数学的理论计算 方法、风险分析的方法及地质灾害的防治方法研究进行了综述，总结了模糊数学应用于 地质灾害方面的国内外研究现状。通过对地质灾害发育的环境及分布特征的研究，分析 了地质灾害的主要影响因素，研究地质灾害危险性评价的理论基础和技术方法，分别提 出了地质灾害危险性综合评判模型和地质灾害危险性模糊综合评判模型。最后以河南省 郑州市为研究对象，结合该市的地质灾害发育特征、危害特征及社会经济条件，利用模 糊数学方法建立了该市的地质灾害风险评估模型，对该市的地质灾害进行风险评估。通 过分析计算得出：在郑州市崩塌发生的机率最大，滑坡发生的机率次之，泥石流发生的 机率位于第三，地面塌陷发生的机率位于第四，地裂缝发生的机率最小。 从上述计算结果可以看出：针对郑州市的实际情况，利用模糊综合评判方法对地质 灾害发生的难易程度进行预测，可以得到较好的预测精度，具有较普遍的适用性。这不 但为该市的地质灾害风险预测提供参考，帮助有关部门在地质灾害发生之前采取一定的 防治措施，减少国民经济损失；还进一步发展了地质灾害风险研究理论与方法，丰富了 由危险性评价、易损性评价和承灾体组成的地质灾害风险评估系统。 关键词：地质灾害，风险，模糊数学，模糊综合评判 a b s t r a c t n o w a d a y sh u m a ns o c i e t yi sc o n f r o n t e dw i t ht h ea u s t e r ec h a l l e n g eo fr a p i di n f l a t i o no f p o p u l a t i o n , s e r i o u ss h o r t a g eo f r e s o u r c ea n di n c r e a s i n g l yd e t e r i o r a t i o no f e n v i r o n m e n td a yb y d a y g e o l o g i c a ld i s a s t e ri so n eo ft h em a i nn a t u r a ld i s a s t e r s ，i td i s t r i b u t e st h r o u g h o u tt h e c o u n t r yw i d e l y t h eg o a lo fr i s ke v a l u a t i o no ng e o l o g i c a ld i s a s t e ri so b t a i n i n gw h i c ho ft h e d i s a s t e rw i l lo c c u r r e df i r s t ，t h r o u g ht h ep r e s e n tg e o l o g i c a lp h e n o m e n o na n dc o n s i d e r e dm a n y k i n d so fi n f l u e n c ef a c t o r s i tm i g h th e l pt h ec o n c e r n e dd e p a r t m e n tt oo b t a i n st h ea p p r a i s e r e s u l to f g e o l o g i c a ld i s a s t e rc o n v e n i e n t l y , p r o v i d ec a t a s t r o p h i cm e a s u r ef o rf o r e c a s t ，r e d u c t i o n a n ds a v i n g ，a n di th a st h ei m p o r t a n ts i g n i f i c a n c et ot h eu r b a nc o n s t r u c t i o na n dd e v e l o p m e n t t h er i s ke v a l u a t i o no ng e o l o g i c a ld i s a s t e ro fc i t yi sac o m p l e xp r o c e s s ，a n di t s i n v e s t i g a t i o n sa r ea b u n d a n c ea n dc o m p l e x i t y n o wt h er i s ke v a l u a t i o na n dr i s kz o n i n go n g e o l o g i c a ld i s a s t e ra r et h el e a d i n gr e s e a r c ha r e ai ng e o l o g i c a ld i s a s t e ro re n v i w n m e n ：c a l g e o l o g y , i ti s n th a v i n gs o p h i s t i c a t e dt h e o r ya n dm e t h o d ，a n ds t i l li ns e a r c h i n gs t a g e ，a th o m e a n da b r o a d a n a l y z e dt h ec a l c u l a t e dm e t h o do ff u z z ym a t h e m a t i c s ，r i s ke v a l u a t i o na n d p r e v e n t i o no fg e o l o g i c a ld i s a s t e r , a n ds u m m a r i z e dt h ep r e s e n tr e s e a r c h i n go ff u z z y m a t h e m a t i c s0 1 1g e o l o g i c a ld i s a s t e r t h r o u g hs t u d i e dt h ee n v i r o n m e n ta n dd i s t r i b u t e d c h a r a c t e r i s t i co f g e o l o g i c a ld i s a s t e r , a n a l y z e dt h em a i ni n f l u e n c i n gf a c t o r s ，s t u d i e dt h em e t h o d o fr i s ke v a l u a t i o n ，p r o p o s e df u z z yc o m p r e h e n s i v em e t h o do fr i s ke v a l u a t i o n a tl a s t ，t o o k z h e n gz h o uc i t y , h e n a np r o v i n c ea ss t u d i e do b j e c t ，c o m b i n e dt h ec i t yg e o l o g i c a ld i s a s t e r s c h a r a c t e r i s t i c so fd e v e l o p i n ga n dh a r ma n dt h ew o r l de c o n o m y , e s t a b l i s h e dr i s ke v a l u a t i o n m o d e lo ft h es a i dc i t yu t i l i z e df u z z ym a t h e m a t i c s ，a n de v a l u a t e dt h es a i dc i t y sg e o l o g i c a l d i s a s t e r t h er e s u l tw a se l i c i t e df r o ma n a l y s i sa n dc a l c u l a t i o n ：i nz h e n gz h o uc i t y , d i l a p i d a t i o n sp r o b a b i l i t i e si sm a x i m a l ，l a n d s l i d et h es e c o n dp l a c e ，d e b r i s f l o wi nt h i r d ， s u r f a c es i n k i n go f f l o o rl o c a t e di nf o u r t h , a n dc r a c ka tl a s t f o r mt h er e s u l tc a l lo b t a i n e d ：i na l l u s i o nt 0t h ep r a c t i c eo f z h e n gz h o u ，u t i l i z e df u z z y c o m p r e h e n s i v em e t h o dt of o r e c a s tg e o l o g i c a ld i s a s t e r , i tc a no b t a i np r e f e r a b l ep r e c i s i o n , a n d h a sp r e v a l e n ta p p l i c a b i l i t y t h i sn o to n l yp r o v i d e sr e f e r e n c ef o r f o r e c a s t , h e l p sr e l a t i v e d e p a r t m e n tt oa d o p tp r e v e n tm e a s u r ea n dr e d u c ee c o n o m i cl o s i n g ，b u ta l s od e v e l o p st h e t h e o r ya n dm e t h o do ft h er i s ke v a l u a t i o no ng e o l o g i c a ld i s a s t e r , e n r i c h e st h er i s ke v a l u a t i o n s y s t e mo fg e o l o g i c a ld i s a s t e r , w h i c hi sc o n s i s t e do fc r i t i c a le v a l u a t i o n , v u l n e r a b i l i t y a s s e s s m e n ta n dd i s a s t e r - h o l db o d y k e yw o r d s ：g e o l o g i c a ld i s a s t e r ，m s k ，f u z z ym a t h e m a t i c s ，f u z z yc o m p r e h e n s i v em e t h o d 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包括其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得河南工业大学或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 论文作者签名：坌蕴日期：坌丑：兰：主! 关于论文使用授权的说明 本人完全了解河南工业大学有关保留、使用学位论文的规 定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借 阅；本人授权河南工业大学可以将学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：鳢日期：竺i ：兰! 导师签名：乡弛日期：2 翌乙止 地质灾害风险评估方法研究 第一章绪论 1 1 论文研究意义 当今人类社会正面临着人口急剧膨胀、资源严重短缺和环境日益恶化的严峻挑战。 环境恶化的重要标志之一就是自然灾害日趋频繁，对人类的生存与发展造成严重的威 胁。自然灾害主要包括：气象灾害、洪涝灾害、海洋灾害、地震灾害、地质灾害、农林 牧生物灾害、森林和草原火灾等【l 】。其中地质灾害是自然灾害的主要类型之一，广泛分 布在全国各地。随着人类活动规模与强度的不断增大，正在越来越深刻地干预地球表层 演化的自然过程，导致地质灾害发生的频率越来越高，影响的范围越来越大，造成的危 害也越来越严重除造成房屋、铁路、公路等工程设施损坏外，甚至造成人员伤亡， 并破坏国土资源和生态环境，削弱可持续发展能力。 地质灾害是指由于自然的、人为的或综合的地质作用，使地质环境产生突发的或渐 进的破坏，并对人类生命财产造成危害的地质作用或事件。地质灾害在历史上曾给人类 带来无尽的伤痛，留下了许多不堪回首的记忆，表1 1 纪录了部分省市1 9 9 5 - 2 0 0 4 年间 突发性地质灾害造成死亡人数 2 j 。 表1 - 1 部分省市1 9 9 5 2 0 0 4 突发性地质灾害造成死亡人数统计 正是由于地质灾害给人类带来了巨大的损失，促使国家开始重视对地质灾害的研究 与防灾减灾，无数科学家开始投身于地质灾害风险研究之中。但是由于灾害地质学是一 河南工业大学硕士学位论文 门尚处于发展之中的新兴交叉学科，不同领域的专家学者对灾害地质学的研究范畴、主 要研究内容等的看法不完全一致，对地质灾害类型的划分也不尽相同。从灾害事件的后 果来看，凡是对人类生命财产和生存环境产生影响或破坏的地质事件或作用都属于地质 灾害的范畴；从致灾的动力条件来看，由于地球内、外动力地质作用和人类活动( 也可 以看作地球外动力的一种形式) 而使地质环境发生变化的地质现象和事件均可归属于地 质灾害。由此看来，地质灾害的种类应该包括火山、地震、崩塌、滑坡、泥石流、地面 沉降、地裂缝、岩溶塌陷、瓦斯爆炸与矿坑突水、水土环境异常导致的各种地方病、洪 水泛滥、水库坍岸、河岸和海岸侵蚀与海水入侵，等等。 地质灾害的发生与我国所处的地理位置有很大的关系。我国位于大陆与海洋的结合 部，东濒世界最大的太平洋，西倚全球最高的青藏高原，南北跨越5 0 个纬度，天气系 统复杂多变。我国有地处世界最强大的环太平洋构造带与特提斯构造带交汇部位，地质 构造复杂，新构造活动强烈，地理生态环境多变。加之又是人口众多、社会经济和科学 技术比较落后的农业大国，承受灾害的能力较低。所有这些因素叠加在一起，使我国成 为世界上自然灾害种类最多，活动最频繁，危害最严重的国家之一，也是世界上地质灾 害危害最严重的国家之一唧。不仅灾害种类多、发生频率高、分布范围广，且有日益加 重的趋势，直接影响到国家经济的发展和人民生活的各个方面。据统计，我国每年因地 震、崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降、矿山地质灾害和土地荒漠化等灾害所造成的直接 经济损失高达8 4 0 亿元人民币，由于地质环境的恶化而引发或加重的其他自然灾害所造 成的间接损失更是无法估算。因此，依靠现代科学技术，多学科、跨部门联合攻关，全 面、系统、深入地开展地质灾害研究对保护人民生命财产安全，减轻地质灾害损失，实 现社会、经济的持续发展具有非常重要的意义。 2 0 0 3 年1 1 月，国务院颁布了地质灾害防治条例，从2 0 0 4 年3 月1 日起正式施 行，明确要求地质灾害的防治工作应当纳入国民经济和社会发展规划。由联合国举办的 世界减灾大会于2 0 0 5 年1 月1 7 日2 2 日在日本兵库县神户市举行，本次大会就过去 1 0 年世界减灾进展进行了全面的总结，并对未来l o 年世界减灾战略框架进行了部署【4 】。 当然地质灾害发生的原因是多方面的，要通过多方面、多种手段才能最大限度地减轻地 质灾害。现在世界各国都在尽自己最大的力量来减少地质灾害给人类带来的损失，而且 也采用了很多新的方法，在这期间也取得了很多成果。但是毕竟地质灾害是- n 新兴的 学科，各方面的发展还不是很完善，这就需要广大的科学工作者积极投身于防灾减灾之 中。 地质灾害风险评估是通过揭示地质灾害的发生和发展规律，评价地质灾害的危险性 及其所造成的破坏损失、人类社会在现有经济技术条件下抗御灾害的能力，应运用经济 2 地质灾害风险评估方法研究 学原理评价减灾防灾的经济投入及取得的经济效益和社会效益 5 1 。通过规划、协调地质 环境与社会经济发展的关系，采用综合治理的措施，可达到保护环境、减少或减轻灾害 损失、发展经济的目的。 从深层次看，地质灾害破坏经济环境和社会环境，从而影响经济和社会发展。地质 灾害灾情评估必须与地质灾害的成因研究相结合，与灾害破坏、损失的工程分析相结合。 地质灾害风险分析的目的就是要通过已有的资料和目前的地质现象，并且考虑多种 影响因素来分析地质灾害的发生情况，得到灾害发生的难易程度，可以帮助有关部门方 便的获得其所要研究区域的地质灾害评估结果，为有关部门的灾害预测预报和提出有 效、科学的防灾、减灾及救灾措施提供依据，这对城市建设与发展有重要的指导意义。 1 2 模糊数学应用于地质灾害的国内外研究现状 1 2 1 国外地质灾害风险评估研究概况 地质灾害风险研究是自然灾害风险研究的一个分支，是近年来兴起的一个越来越受 到重视的新领域。 国内外自然灾害的研究历史久远，但有关自然灾害风险研究仅是近几十年才兴起的 一个新的领域，虽然有关理论和方法迅速发展且日益丰富，但迄今尚没有形成完整的体 系。尽管如此，已有的自然灾害风险研究与实践不但为减灾提供了重要的基础依据，而 且为合理开发国土资源、保护区域环境发挥了重要作用。 2 0 世纪6 0 年代以前，自然灾害研究主要限于灾害机理及预测研究，重点调查分析 灾害形成条件与活动过程。自2 0 世纪7 0 年代以后，随着自然灾害破坏损失的急剧增加， 促使人类把减灾工作提高到前所未有的程度。一些发达国家首先拓宽了灾害研究领域， 开始进行比较系统的灾害风险评估及相关理论、方法研究。美国于1 9 7 0 年开始对加利 福尼亚州的地震、滑坡等1 0 种自然灾害进行了风险评估，该项工作于1 9 6 9 年由土地保 护部( c o n s e r v a t i o n ) 提出，由该部的矿山地质处执行。从1 9 7 0 年7 月1 日至1 9 7 3 年6 月3 0 日，分三个阶段完成。研究内容包括：区域内现实和潜在的城市发展地质环 境冲突的识别；政府和私人部门责任的评判；建议优先项目以及立法和组织要求。最终 的项目报告作为州和地方政府以及私人部门决策的基础。通过该项研究，得出1 9 7 0 2 0 0 0 年加利福尼亚州1 0 种自然灾害可能造成的损失为5 0 0 亿美元嘲；如果采取有效的防治措 旌，生命伤亡可减少9 0 ，经济损失也可以明显减少。 1 9 7 0 1 9 7 6 年，美国内务部地调所( u s g s ) 和住房与城市发展部的政策发展与研究 办公室，联合支持旧金山海湾地区环境与资源计划研究，这项研究的目的是推进地球科 河南工业大学硕士学位论文 学信息在区域计划和决策中的应用。在由海湾地区行政管理联合会的l a i r d 等人完成的 土地潜力数学分析报告中，初次使用了一种新的方法来评价土地利用方案【7 】，这种 方法要求估价与地质和水文特征相关的成本，这些成本可能是减灾措施成本，也可能是 未来损失概率成本或损失机会成本。由于可用现值表示，所以此成本提供了一个评价和 比较不同土地使用和不同灾害制约因素以及资源的共同基础。与此同时，美国的一个多 学科专家小组开展了自然灾害风险评价与减灾政策研究，其目的是提高对自然灾害危害 水平的认识，探讨各种减灾政策的有效性，分析成灾政策制定体系的各种制约因素，从 而为联邦、州和地方政府提出一系列建议或可行的措施。研究小组选择了洪水、地震、 台风、风暴潮、海啸、龙卷风、滑坡、强风、膨胀土等9 种自然灾害，对美国各县发生 的灾害建立起一套预测模型，在此基础上估算9 种灾害到2 0 0 0 年的期望损失值。 进入8 0 年代，对各种自然灾害的研究得到了更加广泛而又深切的关注。v a m e s ( 1 9 8 4 年) 提出了自然灾害及风险的术语定义，随后得到了国际地质灾害研究领域的普遍认同， 形成地质灾害危险性、易损性和风险评估的基本模式【8 】。1 9 8 4 年s c h m u c h e r 提出了用合 并子系统的模糊风险来计算整个系统的模糊风险的典型技术【9 1 。1 9 8 9 年，美国国家科学 院的全国研究理事会( n r c ) 及联邦所属科学和减灾机构召集，由1 7 位成员组成的国 家委员会分工协作，制定了减灾十年计划，该计划把自然灾害评估列为研究的重要内容， 提出在以下三个方面深化研究：引起自然灾害的物理过程和生物学过程；社会可以 调用的减轻自然灾害物理效应的技术能力；人类相互作用系统的特征及对灾害事件的 反应。与此同时，继续开展了单项的或者综合的灾害风险评估工作，全国研究理事会地 震损失评估专家小组在1 9 8 9 年提交了未来地震的损失评估报告。日本、英国等一 些国家则进行了地震、洪水、海啸、泥石流、滑坡等灾害评估，并且在有关的减灾法规 ( 如日本的灾害救助法、地震保险法等) 中强调灾情调查、统计、评价以及据此 确定的减灾责任与救助措施【l 叫6 】。 为了推进广泛的国际间协调与合作，联合国在1 9 8 7 年通过决议，确定在2 0 世纪最 后十年开展“国际减轻自然灾害十年”活动。1 9 9 1 年，联合国国际减灾十年( d n d r ) 科技委员会提出了国际减轻自然灾害十年的灾害预防、减少、减轻和环境保护纲要方 案与目标( p 砌! e m p t ) 。在规划的三项任务中的第一项就是进行灾害评估，提出：“各 个国家对自然灾害进行评估，即评价危险性和脆弱性。主要包括：总体上哪些自然灾 害具有危害性；对每一种灾害威胁的地理分布和发生间隔及影响程度进行评价；估 计评价最重要的人口和资源集中点的易灾性。”把自然灾害评估纳入实现减灾目标的重 要措旌。国际减灾活动得到许多国家的积极响应，一些国际组织提出了多项重大自然灾 害评估的国际合作计划，使灾害研究空前发展【m 1 8 】。具体表现在：研究机构和人员不断 4 地质灾害风险评估方法研究 壮大，灾害学术刊物不断增加，专业会议频频召开，灾害研究领域迅速扩大，人类对灾 害的认识不断丰富和深化。美国的自然灾害观测者、科学事件快报，英国的灾 害管理、灾害研究和实践，日本的自然灾害科学，瑞典的意外事件、自然灾害 研究委员会通讯等刊物相继问世。1 9 8 0 年在美国召开了“国际灾害预防会议”，1 9 8 4 年在中国台湾召开了“减轻自然灾害国际讨论会”，1 9 8 5 年在马德拉斯召开了“印度一 美国减轻风灾会议”，1 9 8 8 年在美国召开了“地质灾害讨论会”，1 9 9 1 年在中国北京召开 了“国际地质灾害研讨会”，1 9 9 2 年在加拿大温哥华召开了“地质技术与自然灾害研讨 会”。同时还召开了多次“国际自然和人为灾害会议”：第一届会议1 9 8 2 年在美国夏威 夷召开，第二届会议1 9 8 6 年在加拿大里木斯基举行，第三届会议1 9 8 8 年在墨西哥因森 达举行，第四届会议1 9 9 1 年在意大利的培卢基举行，第五届会议1 9 9 3 年在中国青岛举 行 1 9 j 。1 9 9 2 年m a c h i a s t 和s k i k o s 提出了风险中模糊风险指数的计算机化方法 2 0 1 。此外， 1 9 9 4 年5 月在日本横滨召开了“世界减灾大会”。1 9 9 4 年j a b l o n o w s k i 提出的模糊公式 开辟了实现风险分析过程计算机化的道路1 2 1 1 ，d e l g a d o ，v e r d e g a y t a r 提出了建立在模糊 风险区间( 梯形的隶书函数被认为是模糊风险区间) 基础上的基本决策原则圈。1 9 9 9 年，美国d e n n i ss m i l c t i 采取从灾害研究灾害的方法，通过对各州灾害发生次数、每年 因灾死亡和受伤人数，以及经济损失等指标，进行综合分析排序，对各州的灾害风险作 出评价，进行区划分析网；2 0 0 5 年1 月1 7 日2 2 日在日本兵库县神户市举行世界减灾 大会。这些会议的主题内容虽然不同、但灾害评估始终是会议关注的重要方面，而且随 着时间的发展，有关的成果越来越丰富，在世界范围内的重视程度也越来越高p j 。 近年来，专门性的地质灾害风险评价研究也得到长足进展，特别是在滑坡、泥石流 等灾害危险性评价方面，更是蓬勃发展。例如m a r i om e j i a - n a v a r r o & e l l e ne w o l f f l 9 9 4 年在分析c o l o m b i a 的m e d e l l i n 地区滑坡、泥石流等斜坡不稳定性引起的区域地质灾害 敏感性和土地及生命易损性的基础上，利用g i s 技术将二者合成产生了风险评价分区图 刚。j e f f e r i e s 等1 9 9 6 年提出了用b a y e s i a n 方法进行风险概率的评估【2 鄂。ra n b a l a g a n & h a w a n is i n g h l 9 9 6 年在i la n b a l a g a n ( 1 9 9 2 ) 前期关于山区滑坡灾害评估和区划制图研 究的基础上，提出了风险评价制图的新方法一风险评价矩阵( r a m ) 【2 6 j 。c r o s s 于1 9 9 8 年采用滑坡敏感性指数l s i ( 1 a n d s l i d es u s c e p t i b i l i t yi n d e x ) 作为定量化指标进行滑坡灾 害危险性区划，并在英国d e r b y s h i r e 地区进行了实践【2 ”。a r a g o z i n 等于2 0 0 0 年提出 了应用于滑坡灾害风险评价的危险性指标和易损性指标以及相应的表达式，从理论上研 究了滑坡灾害风险评价中的危险性、易损性和风险性，提出了考虑危险性评估目标在有 效期限内的单个滑坡灾害危险性指标，并用其主要控制因素的概率乘积表示；对于区域 性滑坡灾害评估，提出用给定地区的面积、滑坡发生面积、滑坡数量和时间之间的关系， 河南工业大学硕士学位论文 建立定量模型【2 羽。j o h n s o n 等于2 0 0 0 年在澳大利亚一项为城市发展规划服务的崩塌、滑 坡、泥石流灾害预测中，把地质灾害危险性、易损性和风险评价作为一体，以g i s 软件 为技术平台，分别采用平面和三维评价系统，对c a i r n s 地区进行了崩滑流地质灾害的危 险性分析和风险区划研究f 2 9 1 。p a l e o l l t 在2 0 0 0 年采用g i s 技术对意大利北部阿尔卑斯 山前缘p i e d m o n t 地区的滑坡、洪水、雪崩、山谷口堆积等灾害的危险性及总的风险进 行了区划性研究【3 0 1 。m m i c h a e l - l e i b a 等于2 0 0 0 年在澳大利亚的一项城市发展规划项目 的斜坡地质灾害研究中，把斜坡灾害的危险性、易损性、风险评价作为一体，以g i s 软 件为技术平台，分别采用平面和三维评价系统，对c a i r n s 地区进行了斜坡地质灾害危险 性和风险区划的研究 3 t l 。 1 2 2 国内自然灾害风险评估研究概况 我国是世界上记录灾害历史最悠久、史料最丰富的国家。新中国成立以后，国家特 别重视减灾工作，为了有效地防灾、救灾，特别加强灾情调查评估，取得了显著成绩。 但由于历史的局限，早期的灾情研究主要局限于灾害事件现象和破坏损失情况的统计描 述。8 0 年代以后，随着灾害对社会经济影响的日益严重和国际灾害研究的迅速发展，我 国灾害评估研究开始兴起，并得到蓬勃发展，虽然至今尚没有形成独立的学科体系，但 许多内容达到国际领先水平，取得的成果不但有力地支持了我国的减灾事业，而且推动 了世界灾害研究水平的提高。 我国比较系统深入的灾害风险评估当属地震灾害，其代表性的工作成果首先是由国 家地震局先后完成的三代中国地震烈度区划图及使用规定，该图在对全国区域地震 危险性评估基础上，确定了不同地区一般场地条件下在未来一定期限内可能遭遇超越概 率为1 0 的烈度值，即地震基本烈度。与此同时，国家地震局震害防御司等先后进行了 “中国地震灾害损失预测研究”、“未来地震损失评估方法”等研究。通过这些工作，建 立了地震灾害评估指标体系，基本完善了评估内容，初步形成了比较系统的灾害评估理 论和方法。为了指导全国地震灾害灾情统计和评估工作，国家地震局制定了地震灾情 上报暂行规定、地震重点监视防彻区震害预测工作指南( 试行稿) 等文件，出版了 地震灾害预测和评估工作手册，使我国地震灾害灾情统计和评估初步走上科学化、 规范化道路。 与此同时，对其它一些灾害也开展了不同程度的灾害风险评估研究。水利、农林、 气象等部门和一些专家分别对一些区域性洪水灾害、森林灾害、台风灾害等进行了风险 分析或灾情预测评估，编制了风险图，提出了灾情评估或风险评价的方法和技术。虽然 这些工作还比较肤浅、零散，但对指导行业减灾，提高灾害风险管理水平发挥了一定作 6 地质灾害风险评估方法研究 用。 在地质灾害领域，风险评估兴起的较晚。8 0 年代以前，地质灾害研究主要局限于对 灾害分布规律、形成机理、趋势预测等方面的分析，基本依附于水文地质、工程地质和 有关的研究工作。8 0 年代以后，地质灾害研究开始突破传统的研究模式，研究水平不断 提高，研究内容日益丰富，开始向新的独立学科发展，随之，灾害风险评估开始起步。 近年来，在国家支持下，有关部门先后进行了1 0 0 多项崩塌( 危岩) 、滑坡、泥石 流、地面塌陷、地面沉降、地裂缝、海水入侵等重大地质灾害的专门勘查工作，并对危 害严重、特别是对直接危及大中城市，县级以上城镇的灾害体组织实施防治工程。在实 施灾害勘查、防治项目的同时，有关部门和专家也开始注重地质灾害评估方面的工作。 例如，1 9 9 2 - - 1 9 9 4 年由国家计委国土地区司和地质矿产部地质环境管理司共同组织的全 国地质灾害现状调查，对全国地质灾害损失程度和分布情况进行了估算评价，张业成、 张梁等在对中国近4 0 年地质灾害灾情分析的基础上，运用a h p 法分析评价了中国地质 灾害的危害程度，进行了全国范围的危险性区划【3 2 】；刘希林等根据大量调查统计资料、 提出了判断泥石流危险程度和评估泥石流泛滥堆积范围的方法；胡瑞林等将计算机技术 应用于地质灾害评价，初步提出了地质灾害评价的计算机模型预测系统与应用方法【3 3 】； 罗元华、张梁、孟荣等在借鉴国外和国内其它领域研究成果的基础上，根据环境经济理 论，对地质灾害评估与经济损失分析的理论基础送行了探讨等等。所有这些，不但为地 质灾害防治提供了依据，而且从理论上和实践上为地质灾害风险评估提供了有益的经验 叫。 在进行专业灾害评估研究和实践的同时，不少专家对自然灾害风险评估理论和方法 进行了日益深入的探讨和总结。例如：于光远在1 9 8 7 年全国灾害经济学讨论会上，对 自然灾害经济理论进行了阐述，提出了减灾的经济效果表现为“负负得正”的经济效益 的看法 3 5 1 ；马宗晋于1 9 8 8 年提出了用“灾度”表示自然灾害破坏损失规模的意见【3 5 】； 高庆华于1 9 9 1 年提出了建立自然灾害评估系统的总体构想 3 7 j ；张梁、张业成等于1 9 9 4 年根据环境经济学理论，初步论证了地质灾害的属性待征和风险评估的经济分析方法 d 研；马宗晋、高庆华、张业成等在对中国自然灾害风险分析基础上，进行了灾害保险风 险研究0 9 1 ；黄崇福等于1 9 9 4 年提出了自然灾害风险评价的模型体系【帅】；李水善、张显 东、于庆东、罗云等分别对自然灾害经济损失、防治工程效益等评价方法进行了探讨 【4 l 一3 】。 近1 0 年来，国内还召开了多次有关自然灾害风险评估的学术会议，对灾害风险评 估的理论、方法、实践成果进行了比较频繁的总结交流。如：1 9 8 7 年、1 9 9 0 年、1 9 9 1 年先后三次召开了全国灾害经济学学术讨论会；1 9 8 8 年召开了全国森林灾害经济学学术 7 河南工业大学硕士学位论文 讨论会；1 9 9 2 年和1 9 9 7 年召开了全国地质灾害经济学术研讨会；1 9 9 1 年召开了全国水 利经济效益研讨会；1 9 9 1 年和1 9 9 2 年两次召开云南省灾害经济损失评估座谈会；1 9 9 1 年召开了全国灾害经济损失评估学术讨论会：1 9 9 6 年召开了全国首届灾害风险评估研讨 会。这些活动促进了部门之间、地区之间以及不同学科之间的交流，对灾害风险评估起 到了重要的推动作用m 。 1 9 9 8 年，中国地震局的陈棋福等在o i s 平台上开发了地震损失估计软件包 w o f l d r i s k 系统。w o r l d r i s k 系统采用了源模型的地震危险性分析方法和利用g d p 与人 口数据的地震损失分析方法【4 5 】；鞠鲁粤应用模糊数学理论，建立了模糊故障模式、影响 及模糊风险分析方法【4 7 】。 1 9 9 9 年，沈国柱根据风险模糊集理论的不同风险内涵，介绍了三种不同的风险分析 方法，对风险模糊综合评价法在风险分析过程中的基本应用作了初步讨论，从而提示出 风险模糊现象的有限范围特征及其定性与定量相结合的风险分析方法【4 8 】；白海玲、黄崇 福分析了自然灾害风险的本质含义，提出自然灾害分析的瓶颈在于系统的复杂性，解决 或缓解这一问题的途径之一是用模糊系统的观点看待自然灾害，进行模糊风险分析【4 9 】。 2 0 0 1 年，彭满华、张海顺、唐祥达等人对滑坡地质灾害进行风险分析是确定减灾目 标、优化防御措施、评价减灾效益、进行减灾决策的重要依据。从风险辨识、风险估算 和风险评价三个方面对滑坡地质灾害进行风险分析所采用的方法作了探讨【堋；朱良峰、 殷坤龙、张梁等人为减轻地质灾害对人类生命则产、经济话动等造成的损失，研究开发 出了基于商业g i s 软件的区域地质灾害风险分析系统( r i s k a n l y ) ，并利用此系统对全 国范围的滑坡灾害进行了危险性分析、区域社会经济易损性分析和最终的风险评估 【5 4 】；左其亭、吴泽宁基于模糊概率、风险分析计算方法，从定量的角度对带有模糊性 的风险问题进行了研究，提出了模糊风险率、模糊风险度的概念及计算模型【5 5 1 。 随着科学技术的发展，我国自然灾害风险评估工作，在理论和实践方面部取得了丰 富成果。虽然目前尚没有形成系统完善的理论与方法，但已有的工作为今后的深入研究 奠定了重要的基础。 1 3 本文的主要研究内容与技术路线 1 3 1 研究内容 面对上述困难，本文在运用过去经验、理论、技术的基础上，结合现在的科学技术 手段和方法去获取和反映地质灾害以及致灾因子的相关信息，进一步将一系列现代技 术、方法和手段应用到区域地质灾害评价，是地质灾害危险性评价的重要目标之一，也 地质灾害风险评估方法研究 是作者尝试验证、解决的问题。 本文主要研究内容是：对模糊数学的理论计算方法、风险分析的方法及地质灾害的 防治方法研究进行了综述，总结了模糊数学应用于地质灾害方面的国内外研究现状。通 过对地质灾害发育的环境及分布特征的研究，分析了地质灾害的主要影响因素，研究地 质灾害危险性评价的理论基础和技术方法，分别提出了地质灾害危险性综合评判模型和 地质灾害危险性模糊综合评判模型。最后以郑州为例，利用模糊综合评判方法通过计算 分析，得出了郑州地质灾害风险分析的评价结果。 1 3 2 技术路线 本课题研究思路建立在广泛收集阅读国内外科研资料的基础上，采用野外调研，室 内分析计算相结合，选取适当的模型，按以下技术路线来实施完成本论文。其技术路线 见图1 1 所示，具体内容为： 图1 - 1 技术路线图 1 、资料收集：选择研究区，通过已有资料分析、调查，全面收集区域内的地质情 况和地质灾害现状等资料，并进行整理、分类，为研究提供第一手基础资料。 2 、评价因子体系的建立：根据获得的资料及前人工作经验和成果，并咨询有关专 9 河南工业大学硕士学位论文 家，建立地质灾害评价因子体系及分级标准，确定影响因素以及各因素权重。 3 、评价的理论方法研究：针对实际情况，利用模糊数学理论确定地质灾害评价的 理论和方法，并选取构建适当的评价模型。 4 、计算分析：根据野外调查资料，通过计算分析，得出所研究区域的地质灾害发 生的难易程度。 1 4 本章小结 本章收集了大量的地质灾害的相关资料，确定了本文的研究意义；针对目前国内外 在地质灾害方面的研究现状，提出了本文的研究内容和技术路线；本文主要应用模糊数 学方法来分析研究地质灾害发生的难易程度，进而为有关部门提供相应的资料，通过采 取有效的措施，可以减少人们生命财产损失和国家经济损失。 1 0 地质灾害风险评估方法研究 第二章地质灾害及其影响因素 2 1 地质灾害 地质灾害作为一种自然现象，从地球诞生时起就一刻也没有间断停止过，只是随着 人类文明的发展，它给人类生存发展带来的灾害越来越不可忽视，人类才将其看成是一 种不可不防、不可不治的灾害。所以从人类认识到其存在的那天起，地质灾害就不仅仅 是一种社会现象，而是带有明显的社会属性。地质灾害风险的定义就是地质灾害活动及 其对人类造成破坏损失的可能性，它所反映的是发生地质灾害的可能机会与破坏损失程 度，且主要特点表现在二个方面：一是风险的必然性或普遍性；二是风险的不确定性或 随机性。 2 1 1 地质灾害的内涵 地质灾害是指在地球的发展演化过程中，由各种自然地质作用和人类活动所形成的 灾害性地质事件。地质灾害在时间和空间上的分布及变化规律，既受制于自然环境，又 与人类活动有关，后者往往是人类与地质环境相互作用的结梨5 6 1 。一般认为，地质灾害 是指由于地质作用( 自然的、人为的或综合的) 使地质环境产生突发的或渐进的破坏， 并造成人类生命财产损失的现象或事件。地质灾害与气象灾害、生物灾害等都是自然灾 害的一个主要类型，具有突发性、多发性、群发性和渐变影响等特点。由于地质灾害往 往造成严重的人员伤亡和巨大的经济损失，所以在自然灾害中占有突出的地位。 由地质灾害的定义可知，地质灾害的内涵包括两个方面【5 7 1 。第一，强调致灾的动力 条件，即因地质作用形成的灾害事件才是地质灾害。地质作用是促使组成地壳的物质组 份、构造和表面形态等不断变化和发展的各种作用。地质作用是地质动力引起的，地质 动力的能源来自太阳辐射、日月引力、地球转动、重力和放射性元素蜕变等，据此分为 内动力地质作用和外动力地质作用。除上述自然地质作用外，随着人类工程、经济活动 的规模和范围迅速扩展，人类对地球表面形态和物质组成产生愈来愈大的影响，有人把 这类作用称为人为地质作用。因此，由内动力地质作用、外动力地质作用和人为地质作 用导致地质环境变化形成的灾害称为地质灾害。第二，强调灾害事件的后果，即对人类 生命财产和生存环境产生毁损的地质事件称为地质灾害，而那些仅仅是地质环境恶化， 但并没有直接破坏人类生命财产和生产、生活环境的地质事件，则只是一种变异，尚未 构成灾害，对此，我们习惯地称其为环境地质问题。例如发生在荒无人烟地区的崩塌、 滑坡、泥石流等，没有直接造成人类生命财产的毁损，所以不能称为灾害。同样的崩塌、 河南工业大学硕士学位论文 滑坡、泥石流发生在社会经济发达的地区，造成不同程度的人员伤亡和财产损失，则称 为灾害。基于这种认识，地质灾害不但具有一定的自然属性，而且具有不可忽视的社会 属性，因此，在地质灾害研究中，只注重分析灾害强度、频次等自然特征，忽视受灾区 人口、经济等社会属性的调查分析，是不妥当的。 地质灾害是由地质作用产生的，包含内动力地质作用和外动力地质作用。随着人类 活动规模的不断扩展，人类活动对地球表面形态和物质组成正在产生越来越大的影响， 因此，在形成地质灾害的动力中还包括人为活动对地球表层系统的作用，即人为地质作 用。 2 1 2 地质灾害概况 地质灾害造成的损失是巨大的，它不仅造成建筑物受到破坏，而且会破坏生态环境， 造成巨大的经济损失和人员死亡。地质灾害包括滑坡、崩塌、泥石流、地面沉降、地面 塌陷、岩土膨胀、砂土液化、土地冻融、沙漠化、沼泽化、土壤盐碱化以及地震、火山 等，其中滑坡、崩塌、泥石流、地面沉降和地面塌陷等为主要地质灾害。 2 0 0 4 年1 2 月2 6 日晨7 点5 9 分，印度洋印尼苏门答腊岛北部附近海域发生里氏9 0 级地震，地震引发的海啸波及到印度洋周边国家，如印尼、斯里兰卡、印度、泰国和马 来西亚等国，造成近3 0 万人死亡。这次地震引发的海啸是人类7 0 0 年以来最大的自然 灾害。 在工业与民用建筑中，由于对大建筑物地基承载力估计不足，引起地面的不均匀沉 陷，经常发生大型建筑物的倾斜或倒塌事故。例如巴西1 9 5 8 年初刚建成的一座1 1 层高 层建筑，尚未使用就发生倒塌，其原因是建筑设计和承建过程中对地基承载力估计不足。 自然灾害经常诱发一些地质灾害事故。2 0 0 3 年7 月1 9 _ 屯1 日，日本九州地区的熊 本县、长崎县和鹿儿岛县等地因暴雨发生泥石流和山体滑坡。仅在熊本