（岩土工程专业论文）高淳县地质灾害危险性评价研究.pdf

摘要 本论文结合“南京城市地质环境与灾害调查、质量评价与容量研究”课题，进行地质灾害现场调查， 重点查明滑坡崩塌等主要灾害类型的分布范围、规模、地质背景条件以及诱发因素，并运用模糊数学评价 方法进行危险性评价及分区。 论文首先介绍了地质灾害危险性评价指标体系的建立，指标的分级量化和筛选，评价的模型和方法。 然后介绍了高淳县的自然地质概况和地质灾害发育情况。在此基础上，论文采用2 k m x 2 k m 的规则单元网 格把高淳县划分为2 3 4 个单元，然后本文创新的采用灰色关联分析法筛选出影响高淳县地质灾害的7 个评 价因子：降雨量、坡度、地层岩性、人类工程活动、相对高差，植被覆盖率和断裂分布密度：并根据实地 调查和高淳县m a p g i s 地质地形图资料，得到单因子的区划图。其次采用模糊综合评判法对高淳县地质灾 害危险性进行了分区评价，评价集采用四级评价标准，即把地质灾害危险性划分为无危险、低危险、中危 险和高危险四类，本文选用在传统的层次分析方法上有所改进的模糊层次分析法( f a h p ) 作为评价因素 权重的确定方法，确定了各评价要素、因子的权重值。然后进行模糊变换与综合评判，根据最大隶属度原 则，评判计算单元所属危险性级别。文中以1 9 3 单元为例具体说明了模糊综合评判方法。在整个研究区运 用该方法，计算出每个单元所属地质灾害危险性类别，从而判断了各单元所属的危险性等级。 最后，是评价结果分析，并绘制危险性分区图。通过与实际情况进行比较，所得的评价结果是可靠的， 所采用的评估方法、评估指标类型和评估指标的数量是合理的。总体来说，所选取的评价指标体系及其取 值依据是有效和可靠的，并证明该方法是可行的。但是作者认为该方法还存在不能完全定量化的问题，因 此建议对于不能定量化的因素，要尽量多地吸取多位长期从事地质灾害评价专家的意见，进行取值，使该 方法的评价结果更加可信。 关键词：高淳县；地质灾害；危险性评价；模糊综合评判：灰色关联分析；区划 a b s t r a c t t h ea r t i c l ec o m b m et h ew o r ko f “i n v e s t i g a t i o no f g e o l o g i c a le n v i r o n m e n ta n dd i s a s t e r , t h eq u a l i t ye v a l u a t i o n a n dc a p a c i t yr e s e a r c ho fn a n k i n r ，i n v e s t i g a t i n go nt h es p o t , f i n d i n go u tt h es c o p e ，s c a l e ，t h e g l o # c m b a c k g r o u n dc o n d i t i o na n di n d u c t sf a c t o ro fm a i nd i s a s t e r ，s u c ha sl a n d s l i d ea n df a i l i n g 。t h e na p p l yt h em e t h o do f f u z z ys y n t h e s i z ea s s c s s m a n t t o t h e d a n g e r a s s e s s m a n t o f g e o l o g i c a l h a z a r d s a n dz o n i n g t h et h e s i si n t r o d u c et h ee s t a b l i s h m e n to f t h eg e o l o g i c a ld i s a s t e rd a n g e r “a l u a t i o ni n d i c a t o r s t h e m e a s u r e m e n ta n df i l t r a t i o no f e v a l u a t i o ni n d i c a t o r s ，e v a l u a t i o nm o d e la n dt h em e t h o d t h e ni n t r o d u c et h en a t u r a l g e o l o g i c a ls i t u a t i o na n dt h ed e v e l o p m e n to f g e o l o g i c a ld i s a s t e ro f g a o c h u nc o u n t y i no r d e rt oe v a l u a t e q u a n t i t a t i v e l yt h er i s ko f g e o l o g i c a id i s a s t e r , t h ew h o l ea r e ao f g a o c h u nc o l i n t yi sd i v i d e di n t o2 3 4u n i t s i ts e l e c t s 辩v 加f a c t o r sb yg r a yc o r r e l a t i o nt h e o r i e s ，w h i c h 眦r a i n f a l li n t e n s i t y , d e g r e eo f s l o p e s t r a t u ml i t h o l o g i c c h a r a c t e r s ，h u m a na c t i v i t i e s ，r e l a t i v eh e i g h td i f f e r e n c e ，d e n s i t yo f c o v e ra n ds t r u c t u r ed e n s i t y t h ee v a l u a t i o ns e th a s f o u r - s t a g es t a n d a r d , t h a ti st os a yt h ed a n g e r o u sd e g r e eo f t h ed i s a s t e ri sd i v i d e df o u rs t a g e s f u z z ya n a l y t i c h i e r a r c h yp r o c e s s ( f a h p ) i su s e dt od e t e r m i n et h ew e i g h to f a b o v ef a c t o r s a f t e rf u z z ym a p p i n ga n d c o m p r e h e n s i v ee v a i u a t i n 舀t h eu n i t sr i s kd e g r e ei sd e t e r m i n e d ，a c c o r d i n gt h ep r i n c i p l eo f t h em a x i m u m m e m b e r s h i pg r a d e t h ea r t i c l et a k e st h e1 9 3 r du n i tf o re x a m p l e t h e na l lt h eu n i t s r i s kd e g r e ea r ed e t e r m i n e d a tl a s t ，b yc o m p a r i n ga n da n a l y f i n gt h ee v a l u a t i o nm e t h o dw i t ht h er e a lc o n d i t i o n ，i tc a r lr e f l e c tt h er i s k d e g r e eo fg a o c h u nc o u n t y ，a n dg e ta l m o s tt h es a m ea s s g s s m e n tr e s u l t s b e c a u s et h et y p e so fi n d i c a t o r sa n d e v a l u a t i o ni n d i c a t o r sh a v es o m ed i f i e r e i i c o ，t i l e i ss l i g h td i f f e r e n c ei nd i s c r e t eu n i l o nt h ew h o l e t h ea s s e s s m e n t r e s u l t sc o i n c i d ew i t ht h ea c t u a ls i t u a t i o n a c c o r d i n gt ot h er e s u l t sg a o c h u nc o u n 口i sd i v i d e di n t of o u rr e g i o nw i t h d i f f e r e n tr i s kd e g r e e k e y w o r d s ：g a o c h o nc o u n t y ；g e o l o g j c a lh a z a r d ；d a n g e ra s s e s s m e n t ；f u z z ys y n t h e s i z ea s s e s s m e n t ：g r a y c o r r e l a t i o nt h e o r i e s ；z o n i n g 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位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，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它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。 研究生签名：勉日 期：埘矗3 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复 印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容 和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以 公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究 生院办理。 研究生签名：盟导师签名：研究生签名：丝监导师签名： 彩磊 日期：w 哼；多 第一章绪论 1 1 概述 1 1 1 地质灾害定义及类型 第一章绪论 随着人口的急剧增长、经济的迅速发展和自然资源的大量消耗，不仅造成环境污染和生态环境退化， 而且导致自然灾害( 特别是地质灾害) 的频繁发生。人类生存的环境质量日趋恶化环境问题对社会经济发 展的制约作用越来越突出。为此，1 9 9 2 年6 月，联合国在巴西召开世界环境与发展大会，制定了( 2 1 世 纪议程，提出了在发展经济的过程中保护全球环境的目标。旨在通过国际社会的一致行动，遏制全球环 境恶化的趋势协调环境与发展的关系。地学环境是一种特殊的与人类关系密切的环境，对它的认识和保 护是新世纪人类与自然界关系和谐发展的重大主题之一。 地质灾害是在地质作用下，地质自然环境恶化，造成人类生命财产损毁或人类赣以生存与发展的资源、 环境发生严重破坏的过程或现象，是对人类生命财产和生存环境产生损毁的地质事件【l l 。 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果。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即致灾的动力条件和灾害事件的后果。 地质灾害是由地质作用产生的，包括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愈来愈大的影响，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。只有对人类生命财产和生存环境产生影响或破坏的 地质事件才是地质灾害。如果某种地质过程仅仅是使地质环境恶化，并没有破坏人类生命财产或影响生产、 生活环境，只能称之为灾变。例如，发生在荒无人烟地区的崩塌、滑坡、泥石流，不会造成人类生命财产 的损毁，故这类地质事件属于灾变：如果这些崩塌、滑坡、泥石流等地质事件发生在社会经济发达地区， 并造成不同程度的人员伤亡和( 或) 财产损失，则可称之为地质灾害。 根据我国地质灾害已有案例和地质灾害的物质组成、动力作用、破坏形式和破坏速率，建立了我国地 质灾害的初步分类方案即1 0 大类3 8 亚类口j ： ( 1 ) 地震和火山：构造地震、火山地震、诱发地震： ( 2 ) 斜坡岩土位移：崩塌、滑坡、泥石流； ( 3 ) 地面变形；地面沉降、地面塌陷、地裂缝、砂土液化； ( 4 ) 土地退化：水土流失、沙漠化、盐碱化、冷浸田： ( 5 ) 海洋( 岸) 动力灾害：海面升降、海水入侵、海岸侵蚀、港口淤积、风暴潮； ( 6 ) 矿山和地下工程灾害：坑道突水、坑道陷落、瓦斯突出和爆炸、煤层自燃、岩爆； ( 7 ) 特殊岩土灾害：湿陷性黄土、膨胀土、淤泥土、红土、冻土； ( 8 ) 水土环境异常：地方病、土体农药污染； ( 9 ) 地下水变异：地下水升降、水质污染； ( 1 0 ) 河湖( 水库) 灾害：塌岸、淤积、渗漏、浸没、溃决 东南大学硕士学位论文 1 1 2 地质灾害风险评价( 估) 地质灾害种类很多，根据其活动特点可分为突发性地质灾害和缓发性( 累进性) 地质灾害两类。地质 灾害风险一般是对突发性地质灾害的特征表述或量度。张梁，等”1 将地质灾害风险定义为：地质灾害发生 并导致一定损失水平的可能性。地质灾害自然属性与社会属性并重。因此，地质灾害的风险特征一方面是 自然属性，表现为造质灾害发生、发展内在的随机性和不确定性。地质灾害的发生受内在不确定因素影响， 使得人类无法准确预测和完全控制，这就构成了风险的自然属性。第二方面是社会属性，表现为地质灾害 的危害对象受灾体的承受能力的不确定性，各种防灾工程的可变性，人类社会和经济活动的日益加剧 而导致不确定性增加等，构成了风险的社会属性。地质灾害发生和危害的不确定因素是导致地质灾害风险 的主要原因，地质灾害风险是地质灾害发生及造成损失的可能性或不确定性，是风险源的数量、价值和脆 弱性以及人类社会的防灾减灾能力、人类的管理和政策水平等主要因素综合作用的产物。 根据联合国人道主义事务部于1 9 9 2 年公布的自然灾害风险的定义，风险评价包括危险度评价和易损 度评价。刘希林”惦此对i 四) 1 1 省泥石流进行了风险评价。史培军”在综合国内外相关研究成果的基础上， 提出区域灾害系统论的观点，认为灾情( 灾害损失) 是由孕灾环境，致灾因子、承灾体之间相互作用形成的， 其轻重取决于孕灾环境的稳定性、致灾因子的风险性及承灾体的脆弱性三个因素共同决定的。罗元华，等 叫将地质灾害风险评估分为四个方面，即由地质灾害危险性评价、易损性评价、破坏损失评价和防治工程 效益评价构成地质灾害风险评价系统，并认为危险性评价的主要任务是分析地质灾害的活动条件，确定地 质灾害的活动强度( 规模) 、频度、密度、危害范围：易损性评价的基本任务是划分受灾体类型，统计分析 可能受灾损失数量、损失程度，著核算价值；破坏损失评价的基本任务是核算人员伤亡及经济损失程度， 评定灾度等级和风险等级：防治工程效益评价的基本任务是分析地质灾害的可防治性，评价防治工程的经 济效益、社会效益和环境效益。在以上4 个方面的评价工作中，危险性评价和易损性评价是灾害风险性评 价的基础，破坏损失评价是灾害风险评价的核心防治工程效益评价是灾害风险评价的应用。 针对不同目的或服务对象，可进行不同类型的地质灾害风险评价。根据地质灾害风险评价范围或面积， 可将地质灾害风险评价分为点评价、面评价、区域评价( 见表i ) 。 点评价是指对一个地质灾害体或一个具有相同活动条件和特征的相对独立的灾害群的灾情或风险程 度进行的评价。点评价的范围一般不超过几十k m 2 ，行政区范围一般不超过几个乡( 镇) 或一个县( 市) 。 面评价是对一个具有相对统一特征的自然区域或社会经济区域( 如一个小流域或一个城市) 进行的地质 灾害风险评价，评价区面积一般从几十k m 2 到几千k i n 2 ，行政范围一般为一个县( 市) 或几个县( 市) 。由于进 行面评价的地区都是地质灾害危害比较严重的地区，所以地质灾害一般有几十处或几百处，常常进行综合 评价。 区域评价是指跨流域、跨地区的大面积的地质灾害风险评价，评价范围为一省或几省乃至全国区域， 面积达几万到几百万k m 2 。评价区内灾害点成千上万，常常难以准确计数。 表l 地质灾害风险评价范围及其特征【7 l 2 第一章绪论 1 1 3 地质灾害危险性评价 危险是指有遭到损害的可能i ”。危险的定性表达即危险性，危险的定量表达即危险度。危险度即危险 程度的简称，是指有遭到损害的可能性大d 4 9 。v a m e sd 3 ( 1 9 8 4 ) i i o l 认为危险性是在特定时间和区域内某种 潜在灾害发生的可能性。e i n s t e i nh h ( 1 9 8 8 ) j 认为危险性是在给定时间内某个特定灾害发生的概率。刘希 林，等( 1 9 9 5 ) 1 9 1 认为泥石流危险度即指有遭到泥石流损害的可能性大小。张梁( 1 9 9 6 ) 1 1 2 1 认为地质灾害危险性 分析是度量地质灾害体的活动程度、活动特征、地理分布及其对影响区的威胁程度，它是评价地质灾害破 坏损失程度的基础。罗元华等( 1 9 9 8 ) i ”认为地质灾害危险性是自然灾害自然属性的体现，它的核心要素 是地质灾害的活动程度。 地质灾害危险性是指发生致灾地质作用的可能性。而地质灾害危险性评价就是对某个地区或某个隐患 点的历史灾害活动状况、自然条件、地质环境条件、人类工程经济活动状况等进行综合分析从而确定其 发生危及人类生命财产安全的灾害事件的概率大小。其采用的基本指标是地质灾害发生的影响因子，主要 包括地质条件、地貌条件、水文条件、人为条件等，对于历史地质灾害可以通过调查统计比较容易地获取 这些数据。对于潜在地质灾害则需要通过一系列分析过程才能获取这些数据，这是危险性评价研究的主要 内容。 张粱【1 9 9 6 ) t 1 2 1 认为地质灾害危险性分析的主要内容是分析地质灾害在某一区域上的活动频率、强度、 规模以及地质灾害发生、发展的条件与规律，在此基础上圈定危险区范围，根据地质灾害发生的历史资料 计算灾害发生概率、进行地质灾害危险程度分区。 罗元华等( 1 9 9 8 ) 1 1 l 认为地质灾害危险性评价的主要内容是评价地质灾害的活动程度，反映地质灾害的 破坏能力。地质灾害危险性分为历史灾害危险性和潜在灾害危险性。历史灾害危险性是指已经发生的地质 灾害的活动程度；潜在灾害危险性是指具有灾害形成条件，但尚未发生的地质灾害的可能的活动程度。地 质灾害发生概率主要是评价滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等突发性地质灾害危险性的重要指标，地质灾 害发展速率是评价地裂缝、地面沉降、海水入侵等缓发性或渐进性地质灾害危险性的基础指标。 不同范围地质灾害危险性评价的精度要求不同，影响地质灾害活动程度的要素不同，所以评价的内容 也不完全一致，可以分为点评价、面评价和区域评价。点评价主要是对潜在灾害体或已经出现的灾害现象 预期灾情进行分析评价。它要求给出今后这种灾害发生或进一步发展的概率或速率有多大，可能规模和危 害范围有多大，在危害范围内灾害活动的程度以及与此密切相关的破坏强度如何分布，因此，点评价的基 本目标和主要内容是确定灾害活动概率或发展速率，划分成灾范围以及不同强度的危险区。面评价是对一 个地区某一类或几类地质灾害的活动进行分析评价，要求给出评价区今后可能发生多少次或多少处灾害活 动，它们活动的强度、规模、危害范围以及在不同地区所具有的破坏能力有多大。因此，面评价的基本目 标和主要内容是分析评价灾害活动数量、发生概率或发展速率、危害面积以及划分危险区。区域评价是大 面积的多种地质灾害活动程度的综合分析评价，主要通过危险性区划方式，显示区域灾害活动水平。所以， 区域评估的基本目标和主要内容是根据地质灾害危险性构成，进行危险性区划”1 。 1 2 地质灾害风险评价( 估) 研究现状 地质灾害风险评估是一项极具现实意义的重要研究课题和减轻灾害损失的非工程性重要措施，其研究 成果具有广泛的应用价值。地质灾害风险评估也是地质灾害风险分析的核心内容和重要组成部分，为深入 认识地质灾害灾情、制定防灾政策、规划防治区域、实施防治措施以及优选防灾项目、进行项目管理奠定 了坚实基础。 1 2 1 国外研究现状 白2 0 世纪7 0 年代以来，国外一些发达国家开始进行比较系统的灾害风险评估及相关理论、方法研究 东南大学硕士学位论文 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，1 9 7 3 年完成，得出 1 9 7 0 - - 2 0 0 0 年加利福尼亚州l o 种自然灾害可能造成的损失为5 5 0 亿美元i ”j 。与此同时，由美国地调所和 住房与城市发展部的政策发展与研究办公室，联合支持对洪水、地震、台风、风暴潮、海啸、龙卷风、滑 坡、强风、膨胀土等9 种自然灾害进行预测评估，对美国各县发生的灾害建立起一套预测模型，估算9 种 灾害到2 0 0 0 年的期望损失。美国组成一个由1 7 位成员组成的专门委员会，制定了减灾十年计划，把自然 灾害评估列为研究的重要内容，要求开展单类的或者综合的灾害风险评估工作。日本、英国等一些国家近 年来也陆续开展了地震、洪水、海啸、泥石流、滑坡等灾害风险分析或灾害评估，并把有关成果作为确定 减灾责任与实施救助的重要依据【i “1 i 。 为了推进广泛的国际问协调与合作，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( i 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 r e 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施。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1 2 2 - 2 8 。如9 0 年代联合国国际减灾十年科技委员会组织实施的 “全球地震危险性评估计划”等使世界范围的地震研究进入一个新的阶段。 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1 2 9 - 4 9 1 。例如j e f f e d 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。c r o s s 于 1 9 9 8 年采用滑坡敏感性指数l s i ( i a n d s l i d es u s c e 州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。m a r i om e j i an a v a r r o e l l e ne w o h l ( 1 9 9 4 ) 在分析c o l o m b i a 的 m e d e u 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。艮a n b a l a g a n b h a w a n is i n g h ( 1 9 9 6 ) 在r a 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 ) 。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。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。e a l e o l i t ( 2 0 0 0 ) 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 性制图研究。ar a g o z i n ( 2 0 0 0 ) 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 虑危险性评估目标有效期限在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建立定量模型。 1 2 2 国内研究概况 近几十年来，我国自然灾害风险评估研究得到广泛而又迅速的发展i ”。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( e p 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”、。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。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用。 在单类自然灾害风险研究不断发展的同时，综合性自然灾害风险研究也开始起步。于光远、马宗晋、 高庆华、张业成、苏桂武、黄崇福、李永善、张显东、于庆东等对自然灾害风险特征、风险要素、指标体 系、评价模型等进行了广泛探索，使自然灾害风险评价理论与方法得到不断发展丰富p 2 - 6 3 1 。与此同时，马 4 第一章绪论 宗晋、高庆华、张业成等在对中国大陆洪水、地震，气象、地质、风暴潮等5 类、1 6 种自然灾害时空分布 与发展趋势分析的基础上，进行了综合风险评估与保险区划。 近年来，地质灾害风险研究得到广泛关注。张梁、张业成、罗元华、柳源、金晓媚等对地质灾害属性 特征、风险构成、易损性及其在灾害风险评价中的地位进行了研究：殷坤龙、晏同珍等对滑坡灾害危险性 和斜坡不稳定性的空间预测与区划进行了系统研究，先后提出了定量评价的信息分析模型、多因素回归分 析模型，判别分析模型等，并对秦巴山区和三峡库区滑坡灾害进行了危险性分析与区划；刘希林等提出了 判断泥石流危险性程度和评估泥石流泛滥堆积范围的统计模型，并对云南和四川省泥石流灾害风险进行了 评估；胡瑞林等初步提出了地质灾害评价的计算机预测系统与应用方法。这些研究取得的成果，不但丰富 了地质灾害研究内容，而且有的已为减灾管理发挥了作用。 当前，自然灾害风险研究正处于方兴未艾之时地质灾害作为自然灾害的一个重要类型，其研究将与 自然灾害风险研究同步，甚至超前发展。其基本趋势是：从历史与现状分析走向预铡与研究相结合；从个 体分析走向个体与区域研究相结合；从定性分析走向定量评价；从单项要素分析走向综合要素评价；从传 统的调查统计和手工制图走向以g i s 技术为核心的模型化评价与计算机制图，并向网络技术化发展 1 3 地质灾害危险性评价研究现状 中国是世界上地质灾害危害最严重的国家之一，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造成的直接经济损失高达2 0 0 亿元人民币，由于地 质环境的恶化而引起或加重的其他自然灾害所造成的间接损失更是无法估算。自然灾害对人类的威胁已经 引起了全世界的极大关注。1 9 8 7 年联合国通过决议，成立国际减灾十年组织，把本世纪最后十年定为国际 自然灾害十年( i d n d r ) ，主要研究地震、风暴、海啸、洪水、滑坡、火山爆发、森林火灾等灾害给人类带 来的损失及其防治措施。这标志着人类面对自然灾害已经从单一的局部的认识水平发展到综合的，区域的 高度，人类对自然灾害的认识水平提高了。 国内外对灾害的研究历史非常久远，但地质灾害危险性评价作为灾害研究领域中一门新的边缘学科， 是在近几十年来随着灾害损失的日益严重和相关学科理论与技术的迅速发展而兴起的，所以尚没有形成完 整的理论与方法。尽管如此，地质灾害危险性评价已取得了重要进展，不但在抗灾减灾防灾中发挥了重要 作用，而且为地质灾害危险性评价逐步走向成熟莫定了基础，具有为政府决策和指导工程建设的现实意义。 地质灾害危险性评价目前成为国内外灾害科学研究的热点之一，也是灾害预测预报和减灾防灾工作的主要 内容。 1 3 1 国外研究现状 国外学者对地质灾害危险性分析的研究多是针对单一灾害类型以及有关公众对灾害的应急对策和小 区域的研究并引入g i s 技术来定量进行研究。目前关于区域地质灾害危险性评价的研究成果直接效益尚 不明显，危险性评价灾种主要局限于滑坡、泥石流等引起的区域地质灾害。 从2 0 世纪7 0 年代后期，以及整个8 0 年代，美国地质调查局开展了大量的崩塌滑坡、泥石流等地质 灾害危险性区划研究工作。其中以滑坡的研究最为深入，滑坡作为主要的地质灾害广泛发生于美国5 0 个 州，造成每年l - 2 亿美元的损失和超过2 5 人的伤亡。严重威胁着高速公路、旅游景点、矿山、运输等方面 的安全i 叫。 从2 0 世纪9 0 年代起，围绕国际减灾十年计划行动，北美及欧洲许多国家在原地质灾害危险性分区研 究的基础上，开展了地质灾害危险性与土地用立法的风险评价研究。把原来单纯的地质灾害危险性研究拓 展到了综合减灾效益方面的系统研究。例如：瑞士是世界上开展地质灾害风险区域研究与灾害立法十分成 功的国家之一，瑞士在1 9 7 9 年就颁布了联邦政府土地管理法，有关自然灾害防治部分。法律在第2 2 条规 定：“各州需要调查并确定处于受自然动力严重威胁的土地范围”。以联邦政府法律为依据，各州政府制 5 东南大学硕士学位论文 定了相应的州政府法律，如沃州( v a u d ) 在1 9 7 8 年制定的土地管理法律第8 9 条规定：。受自然灾害，如雪 崩、滑坡、崩塌、洪水威胁的上地，在未得到专家评估、充分论证或危险排除之前，禁止在灾害危险区进 行任何建筑活动”。在灾害高危险区域内建筑一方面属于违法，另一方面作为财产保险范畴，保险公司拒 绝接纳灾害高危险区的财产保险业务，从而保证了瑞士全国范围内自然灾害的最有效控制1 6 5 1 。 由于g i s 技术具有空间分析、制图功能和可视化的特点，g i s 技术在地质灾害区划研究方面正得到快 速发展。以g i s 软件为技术平台的地质灾害的危险性、易损性和风险性评价系统研究正逐步成为本领域研 究的发展方向之一。例如：m m i c h a e l l e b a 等，2 0 0 0 年在澳大利亚的一项城市发展规划项目斜坡地质灾害 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 地区斜坡地质灾害的危险性和风险区划进行研究i 】。 如c h a r t g i o 和f c h u n g 等在哥伦比亚中部滑坡灾害区划时，利用地质图、地貌复合图、地形坡度图 和土地利用图的4 0 个指标数据和本地区1 9 6 0 年以前的滑坡灾害发生情况数据，采用多元回归数据法，得 出了对本地区历史滑坡的发生贡献最大的因子，然后进一步得出本地区未来时段( 1 9 6 0 1 9 8 0 ) 的滑坡灾害预 测图，并以5 级划分( 甚低、低，中等、高甚高) 得出了滑坡灾害危险性分区图i ”j 。r a n b a l a g a n 和b h a w a n i s i n g h 在i l a a b a l a g a n 前期关于山区滑坡灾害评估和区划制图研究的基础上，提出了危险性评价制图的新方 法l 。 1 3 2 国内研究现状 2 0 世纪7 0 年代以前我国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 研究，基本上依附于水文地质、工程地质勘查和研究工作。7 0 年代以后，地质灾害研究开始突破传统的研 究模式，研究理论不断提高，研究内容不断丰富。 例如，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：对四川重庆崩塌一滑坡灾害进行划分等级及分区。对 云南省东川市泥石流灾害进行评价分区，北京市北山地区泥石流灾害进行评价分区。此种方法在单类地质 灾害评价中更好的被应用，但考虑的因素是部分精确部分模糊，在地质科学中，大部分的概念、因素是模 糊的f l 】【6 7 o l 。 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 方法等等。评价过程也由定性评价转化为半定量评价或定量评价采用鱼骨模型对唐山市岩溶塌陷区域风 险评价。 冯得益等用模糊数学的方法进行地震预报，应用于震源机制及震源参数的测定等方面，在地质灾害危 险性评价方面也有发展，并取得了一定的成效，这说明此种方法在评价方面有优越性1 7 “。 柳源提出了地质灾害危险性的步骤与方法。针对常规的地质灾害危险性分析模型，提出对致灾作用的 各种影响因素采用主观赋予权重法f 2 i 。 在泥石流方面，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；唐川等应用数学统计方法探讨了泥石流堆积扇危险度分区评价方法，根据专家综合调查 确定了5 个主导因子参与泥石流危险度评价。许信旺运用地理信息系统技术，建立了泥石流危险度因子数 据库，确立了空间系统分析的方法，建立了泥石流危险度评估模型 6 8 - 7 ”。 阮沈勇等将信息量模型与g i s 系统结合，进行地质灾害危险性区划。向喜琼等探讨了人工神经网络和 g i s 结合的可能性和现实途径及其在区域地质灾害危险性区划中的应用前景”。 殷坤龙、张梁等在2 0 0 2 年采用g i s 平台与信息量模型结合，首次开展了1 ：6 0 0 万比例尺的全国地 质灾害危险性、易损性和风险区划。 陈学军等论证了g i s 技术进行岩溶塌陷危险性定量评价的可行性和优越性，并结合桂林市西城区岩溶 塌陷评价的实例，详细论述了g i s 支持下岩溶塌陷模糊层次评价的全过程1 7 ”。 陈佩佩等利用地理信息系统与人工神经网络结合技术建立了地裂缝灾情非线性模拟评价系统，进而对 榆次市地裂缝灾害危险性进行了非线性模拟评价，将研究区按危险性系数进行了分区【7 ”。 近年来我国学者随着对地质灾害问题研究的不断深入，对采用“多因素综合预测法”进行地质灾害危 6 第一章绪论 险性分区的研究基本达成了共识，且在方法论上与非线性学科相结合，提出合理的数学模型，取得了良好 的效果i 。 特别是2 0 世纪9 0 年代以来，逐渐形成了新的独立的学科。灾害评价的方法也由传统的成因机理分析 和统计分析发展为同社会经济条件相结合的多种评价方法，评价过程也由定性评价转化为半定量评价或定 量评价，地质灾害的评价方法逐渐形成了比较完整和规范的评价体系，地质灾害评价的内容也日趋丰富和 合理，地质灾害评价的科学性也日益增强。以g i s 空间化技术为支撑的地质灾害评价的应用日益广泛，在 许多方面发挥了重要的作用，特别是在地质灾害风险管理和减灾管理中发挥了巨大作用。 1 3 3 研究主要进展 综上对国内外地质灾害危险性分析与评价研究进展的回顾，不难发现，在传统灾害评价研究基础之上， 该领域的研究无论是在内容或是方法技术上均出现了一些新的特征： 1 地质灾害危险性分析与评价研究正由传统的定性描述阶段向定量化发展。这一特点不仅表现在评 价结果的表达方式是以数字化形式，更重要的是建立了一些高精度的物理和数学模型，使得评价精度不断 地提高。特别是随着模糊数学理论的发展，给地质灾害危险性定量综合评价产生了新的飞跃。模糊逻辑、 模糊数学综合评判、模糊因子分析、模糊模式识别、模糊主成分分析等方法的广泛应用，使得更精确地刻 划地质环境质量特征成为可能。 2 危险性评价的研究对象得到了广泛的扩展。各种地质灾害几乎都能够建立相应的定量评价模型， 评价内容也由早期的单灾种危险性评价转向多灾种综合评价，从单纯的自然科学领域，逐渐提高到多学科、 多领域研究，从而使灾害评价结果对决策者有更加实际的指导意义。 3 灾害评价的技术水平得到了明显改善。许多国家正广泛地采用各种现代科学方法，其中包括先进 的遥感、计算机、地理信息系统技术，配合传统的地面地质，物理探测、实验模拟等手段，力求更迅速， 更准确，更灵活的对地质灾害进行评价。 1 3 4 存在的主要问题 随着地质灾害危险性评价研究向定量化、综合化、科学化发展，其研究问题的深度和广度也得到了极 大的发展，成为一项涉及灾害科学各个方面的极其复杂的工作。正是由于涉及因子众多，而且许多因素具 有很大的不确定性所以迄今为止仍是当今世界正在努力探索，甚至存在严重分歧的问题。在整个研究过 程中，存在的问题是： 1 灾情资料历史记录不完整，地区记录的精确程度差异性很大，许多地区灾情统计资料准确度差， 甚至多项灾情记录为空白。 2 灾情统计标准不统一。不仅不同的灾类没有统一的标准和指标体系，即使同一类灾害在不同地区、 不同时段所使用的标准也不一致。 3 综合灾害评价是反映灾害总体水平，制定各项减灾对策最重要的图件，但各类灾害的灾变程度难 以直接类比，如何把不同种类、不同等级、不同频次的灾害叠加在一起是一个世界性难题。 4 致灾因子具有多重性和不确定性，灾害预测水平不高，灾害发展趋势认识不统一。 5 由于经济的快速增长，人类工程活动的周期大大缩短，要求技术人员在短时期内快速、合理地评 价预测区域地质环境与地质灾害，进行危险性区划。而传统的技术手段是不能完全应付以上快速反应的。 7 东南大学硕士学位论文 1 4 本文研究内容、研究思路和技术路线 1 4 1 研究内容 面对上述问题，本文作者在运用过去经验、理论、技术的基础上，结合现在的技术手段和方法进行地 质灾害危险性评价。评价指标体系的建立，指标因子的筛选，因子权重的确定和评价方法及模型的选择都 是本文作者尝试验证、解决的问题。 本文以。南京城市地质环境与灾害调查、质量评价与容量研究”课题( 南京地质矿产研究所承担) 为 项目背景，进行高淳县地质灾害调查，重点查明滑坡崩塌、矿山塌陷等主要灾害类型的分布范围、规模、 地质背景条件以及诱发因素，并运用模糊数学评价方法进行危险性评价及分区。主要工作及研究内容包括： 1 在收集研究区地理与地质环境条件资料的基础上，通过野外地质灾害调查和室内资料整理，综合 分析研究区地质灾害的影响因素，总结出地质灾害的分布特征与发育规律 2 对研究区进行地质灾害危险性评价，具体内容包括： ( 1 ) 建立研究区地质灾害危险性评价指标体系。根据获得的资料及前人工作的经验积累，并咨询有 关专家，建立研究区灾害危险性评价指标体系及分级标准，并对指标进行筛选与优化： ( 2 ) 根据研究区地质灾害危险性评价的特点，采用模糊综合评判方法，确定影响地质灾害危险性的 主要地质环境因素，建立地质灾害危险性评估的数学模型，对研究区地质灾害危险性进行分区评价； ( 3 ) 划分单元网格，运用评价模型进行计算，得出评价结果： 3 对评价结果进行分析，最后得到高淳县地质灾害危险性分区评价图。 1 4 2 研究思路及技术路线 本文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l 所示，具体内容为： 1 资料收集：选择研究区，通过已有资料分析、遥感解译、群众报灾、野外调查等工作，全面收集 区域内的气象水文、地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质、工程地质、环境地质、地质灾害现状、 人类工程经济活动等资料，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，并咨询有关专家，建立地质灾害 危险性评价因子体系及分级标准；探讨因子的量化方法，因子的优化筛选方法以及因子的权重确定方法。 3 评价的理论方法研究：针对研究区的实际情况，研究地质灾害评价的理论和方法，然后选取构建 适当的评价模型。 4 计算分析：根据野外调查资料，计算分析，对研究区的地质灾害进行分区评价。 5 结论建议：对研究区地质灾害提出建议结论。 8 第一章绪论 高淳县地质灾害危险性评价研究 li r 资料收集 遥感解译野外调查 上i上 上 整理分析 l 高淳县地质灾害发育的影响因素 i _l上j 人 气 地地地 石 类 象形层质土工 水地岩构体程 文貌 性 造特 经 征济 活 rr厂- t1 1 选取评价指标 i 计算分析确定权值 j 构建评价模型 l 高淳县地质灾害危险性分区评价 0 结论与建议 图i 研究技术路线图