（自然地理学专业论文）基于gis的重庆市北碚区滑坡灾害危险性评价.pdf

西南人学硕十学位论文 摘要 基于g i s 的重庆市北碚区 滑坡灾害危险性评价 自然地理专业研究生李强 指导教师徐刚教授 摘要 本文针对地质灾害研究中的核心问题灾害危险性评价，以北碚区滑坡地质灾害为例， 构建了一个以a r c g i s 地理信息系统为平台，采用3 5 m 3 5 m 的评价单元，利用非线性评价模型 ( 信息量模型) 和定量评价模型( 二元统计模型) ，进行区域滑坡地质灾害危险性评价的过程。 并取得了下列成果： 1 根据如下技术路线和工作流程：问题分析和资料收集评价模型选择指标体系 建立危险性评价数据库建设七i s 与数学模型结合进行危险性评价危险性评价结 果的确定和g i s 显示评价结果的合理性检验，完成了北碚区滑坡灾害的危险性评价，最 终得到的危险性图与已有的滑坡分布吻合良好，验证了所选用模型及指标体系的合理性；此 外，通过两种评价模型结果对比分析得知，在滑坡危险性评价中信息量模型略优于二元统计 模型； 2 根据北碚区滑坡灾害的发生发育特点、影响因素等实际情况，并咨询相关专家、参考 相关的文献，最终建立了坡度、坡向、相对高度、工程岩组、年均降雨量、建筑用地、工程 岩组、到交通干线、地表水体、断层地裂缝的距离等9 个因子组成危险性评价的指标体系， 实践证明，该指标体系科学合理，简洁易操作： 3 得出北碚区滑坡灾害分布的一些规律性： ( 1 ) 本区高危险、极高危险区的分布具有明显的条带性，主要沿本区的背斜低山山麓地 带延伸； ( 2 ) 本区两大暴雨中心( 缙云山、华蓥山) 及其周边区域是高危险、极高危险区的主要 两南大学硕士学位论文 摘要 分布区，说明暴雨是诱发本区滑坡灾害的主要因素： 4 应用专家咨询、文献查阅等综合确定权重的方法，确定了评价中各个指标的权重，这 种方法较纯经验的或纯数学的方法更为合理。 关键词：滑坡危险性评价信息量模型二元统计模型地理信息系统 i i 西南大学硕士学位论文 a b s t r a c t a s t u d y0 ng i s b a s e dh a z a r d a s s e s s m e n t a b o u tl a n d s l i d eo fb e i b e ii nc h o n g q i n g p o s t g r a d u a t eo fm a j o rp h y s i c a ig e o g r a p h y ： l i q i a n g s u d e r v i s i o n ：p r o f x u g a n 2s u d e r v l s l o n ：量，r 0 i x u l j a n 2 a b s t r a c t t h i sp a p e rf o c u s e so nt h ec o r ep r o b l 锄o ft h er c s e a r c ho fg e o 伊a p h i c a lh a z a r d s ， h a z a r d 硒s e s s m e m ，t d i ( i n gg e o l o g i c a lh a z a r d so fl a n d s l i d ei nb e i b e i 硒孤c x a m p l e i i l t h ep r o c e s so fr e s e a r c m n g ，t 1 1 i sp 印e rc o n s 仇l c t saw o r k f l o wb a s e do n 觚g i st oh a v e m eh a z a r da s s e s s m e n to fl a j l d s l i d e o nm eb a s i so fm 印p i n gu n i to f35 m 35 mt h e p a p e r m a l ( e su s eo fn o n l i n e 小m o d e i ( i n f o m a t i o n c o n t t m o d e l ) 觚d q u a n t i t a t i v e m o d e l ( t w od i m e n s i o n a ls t a t i s t i c a lm o d e l ) t oh a v eah a z a r d 硒s e s s m e n to f l a n d s l i d e t h er e s e a r c hi n “sp a p e r m a k e st h ef o l l o w i n ga c l l i e v 锄c n t s ： 1 b a s e do nt h ef o l l o w i n gr o u t e sa i l dn o w ：d a t ac 0 1 l e c t i o n 锄dp r o b l e m a i l a l y s is 一 e v a l u a t i o n m o d e le s t a b l i s h m e n to fa i n d e x - s y s t e m j b u i l d i n gd 矾a b 嬲eo fh a z a r da u s s e s s m c n t 3 i sa i l dm a t h 锄a t i c a l m o d e lc o m b i n i n g 肌a l y s i so fh a z a r da s s e s s m e n t c o n f i m a t i o no ft h er e s u l t so f h a z a r d嬲s e s s m e n ta 1 1 dg i sp r e s e n t a t i o n t e s to fr e a s o n a b l e n e s so fr e s u l t s t h e h a z a r da s s e s s m e n ta b o u tl a i l d s l i d eo fb e i b e iw a sc o m p l e t e d f i n a l l y t h eh a z a r dm a p i sg o tb y 铆ok i n d so fm o d e l so fh a z a r d 嬲s e s s m e n ta f t e rt h ea n a l y s i s ，w e 鼬d ，t h e r c s u l t s a g r e ew i mm ea c t u a l d i s t r i b u t i o no fl a i l d s l i d e ，w h i c hp r 0 v e st h a tt h e i n d e x s y s t e ma n da s s e s s m e n tr e s u l t sa r ee f r e c t i v e 。a n dt h 】的u g hc o m p a r a t i v ea n a l y s i so f t h er e s u l t so f 撕om o d e l s ，w e 蛔o w ，i nt h ee v a l u a t i o na b o u tl a n d s l i d eh a z a r d ，t h e i n f 0 姗a t i o nc o n t e n tm o d e l i sb e t t e rt h a nt w od i m e n s i o n a ls t a t i s t i c a lm o d e l ； i i i 西南大学硕十学位论文 a b s t r a c t 2 a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c sa i l dc o n t m u t i n gf a c t o r so f l a n d s l i d e h a z 矾si nb e i b e i ，a i l db a s i n go nt h ec x p e r to p i i l i o i l s ，c o m p r c h e n s i v el i t e r a t u r es e a r c h ， w ee s ta _ b l i s ht l l ei n d e x - s y s t e m ，w t l i c hc o n t a i n s9f a c t o r s ，s u c h 嬲，弱p e c t ，s l o p e ，r e l a l i v e h e i g h t s ，t h e 锄酉n e e r i n gr o c k 一印u p ，t 1 1 ei n t e r f k eo fa m m a l r a i n f a l l ，b u i l d i n gl o t ，t h e d i s t a i l c eo ft h o r o u g l l f 打e ，f a u l t 觚ds u r f 如ew a t e r ，e t c i tw 嬲p r 0 v e db yp r a c t i c et h a tt 1 1 e s y s t e mi ss c i e n t i f i c ，r e 弱o n a b l e ，l a c o i l i ca i l do p e r a t i o n a l ； 3 t h ed i s t r i b u t i o no fl a n d s l i d eh a z a r dh a sb e e ne d u c e d ： ( 1 ) t l l e r ca r eo b v i o u sr e g u l 撕t yo ft h eh i g l lr i s ka i l ds k y h i 曲r i s ka r c a i te x t e n d s m a i n l ya l o n gm ea i l t i c l i n a l l o w - m o u n t a i n ； ( 2 ) t w or a i n f a l lg u s hc c n t r e ( j i n y 吼，h u a ) ，i n gm o u n t a i n ) 锄dm es u r r o u n d i n g r c g i o n ，w h i c hi sm o s t l yd i s t r i b u t i n gt h eh i 曲a n ds k y - h i 曲h a z a r da r e ap a t t e m i ts h o w s t h a tr a i n f a l lg u s hi st h em a i nf a c t o rw h i c hi n d u c e st h el a i l d s l i d e ； 4 b a s e do nm ee x p e no p i n i o n sa n dl i t e r a t u r es e a r c h ，w ed e f i n e dt h ew e i g h t s y n t h e t i c a l ly t h ew e i 曲t i n gm e t h o di sa l s om o r er e a s o n a b l et h a np u r ee x p e r i c n c eo r p u r em a t h e m a t i c a lm e t h o d s k e yw o r d s ： l a n d s l i d eh a z a r da s s e s s m e n t t h ei n f o r m a t i o nc o n t e n t m o d e lt w od i m e n s i o n a ls t a t i s t i c a lm o d e l g i s i v 独创性声明 学位论文题目：基王鱼! 曼数重鏖壹j 匕碴区澧披塞室危险! 陛迁俭 本人提交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论 文中引用他人已经发表或出版过的研究成果，文中已加了特别标注。对本研究及 学位论文撰写曾做出贡献的老师、朋友、同仁在文中作了明确说明并表示衷心感 谢。 学位论文作者： 签字日期：砌影年年月7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。 本人授权西南大学研究生院( 筹) 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。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：口不保密， 口保密期限至 学位论文作者签名： 年月止) 。 谨施 导师签名。掺，圳 签字日期：切汐r 年年月fj 日签字日期：炒尸年年月衫日 西南大学硕士学位论文 1 绪论 基于g i s 的重庆市北碚区 滑坡灾害危险性评价 1 绪论 1 1 研究区概况 北碚区位于2 9 。3 97 3 0 。0 6 n ，1 0 6 。1 8 一1 0 6 。4 1 7 e 之间，面积7 5 5 k m 2 ， 是重庆市西北面的一个郊区，距主城区约5 0 l ( m ( 图卜1 ) 。在地质构造上，北碚区 为西南地台、川东南坳褶带、华蓥山隔档式复背斜帚状弧形构造区重庆弧的一部 分。地表出露的主要是二叠系、三叠系和侏罗系地层，岩性以砂岩、页岩、灰岩 和泥岩为主。它们褶皱形成构造线方向为北北东一南南西向的三个背斜和三个向 斜：牛鼻峡( 又称沥濞峡) 背斜、转龙向斜、温塘峡背斜、北碚向斜、观音峡背斜 和灯塔向斜。这些背向斜构成了北磅区地貌的骨架。在地形上，北碚区主要以低 山丘陵为主，间有槽谷和平坝，海拔最高1 3 1 2 m ，最低1 7 5 m 。气候上北碚属亚热 带季风性湿润气候，具有四季明显、气温高、热量丰富、雨量充沛、风力小、湿 度大和云雾多光照少等特点。年平均降雨量1 0 7 8 6 5 毫米，主要集中于5 9 月( 占 全年雨量的7 0 ) ，且多暴雨、夜雨。北碚区水网发达，水系密度大，嘉陵江横贯 全境，为全区最大河流，其它溪流主要有龙风溪、运河、郑家溪、明家溪和万家 溪等，呈羽枝状汇入嘉陵江，地形破碎、切割严重。人口稠密、工业发达、交通 图卜1 北碚区地理位置 f i g 1 - 1 t h e g e o g r a p h i cl o c a t i o no f b e i b e i 便捷，开矿、修路等人为活动强烈，水土流失严重，崩塌、滑坡、泥石流和地裂 等地质灾害频繁，妨碍了工农业生产和人民生活，已成为制约本区域经济和社会 可持续发展的严重制约因素。 i ，t i 南人，学硕十学付论文 1 绪论 1 2 选题背景与论文研究意义 1 2 1 选题背景 地质灾害是指地球岩石圈地壳表层，在大气圈、水圈和生物圈相互作用和影 响下，地质环境或地质体，由于自然地质作用或人为地质作用，给人类生命、物 质财富造成损失或使生态环境遭受破坏的灾害事件。它不仅会造成社会财产的损 失和地质环境的恶化，而且损伤人的生理、影响人的心理、甚至危及人的生命埋。 据统计，各种类型的地质灾害给人类带来的损失和灾难是巨大的，我国地质灾害 每年造成的经济损失高达9 0 一1 1 0 亿元。 地质灾害的研究方法常随相关学科的发展而不断完善和丰富，研究手段也随着 科学技术的进步而不断改进和提高，研究内容从最初的灾害形成机理向地质灾害 风险评价、综合区划转变，但是，在传统地质灾害灾情评估理论和方法不断完善 的同时，人们逐渐对采用传统的地质灾害灾情评估方法有了新的认识和发现：( 一) 对地质灾害评估的大量自然、社会和经济数据资料分散的保存在各单位和个人手 中，使数据难以共享，信息难以重复利用和在各部门之间流通，灾情评估信息的 价值大打折扣；( 二) 各种数据资料绝大多数是以文字报告、统计图表和专题地图 的形式保存的，大大限制了调查成果充分便捷的利用；( 三) 灾情评估过程中涉及 大量的自然、社会和经济数据，使用传统的方法计算起来，速度慢，误差大。如： 在以往的地质灾害危险性评价中基于等高线的坡度计算、对评价区只能粗略的划 分评价单元，这就大大的影响了评价的精度；( 四) 传统方法地质灾害灾情评估的 | l 寸效性差，这远远不能适应绝大多数地质灾害突发性特点而要求的迅速、准确的 灾情评估。以上这些不足阻碍了地质灾害防灾减灾工作的效率和效益的提高。从 灾害数据收集上看，突发性地质灾害的数据可能持续在几天、几周内，而连续性 的地质灾害数据，可能要日积月累，数据量都非常庞大。而且进行灾情评估时涉 及自然、社会、经济等各方面，相关部门要对这些数据进行综合分析、处理，以 便快速得出分析结果，迅速决策，或分析环境背景、历史演变等，而随信息技术 和地学理论发展起来的g i s 则可以在一个系统中实现这一系列功能。g i s 可以将数 掘收集、空间分析和决策过程合为一个共同的信息流，如果再加上与遥感技术的 结合，则将大大提高工作效率与效益。 、 目f j i ，应用g i s 技术的地质灾害的危险性评价与区划以及在此基础的之上的 预测预报逐渐成为当前地质灾害领域研究的热点：一是近年来随着g i s 技术和全 球信息化的迅速发展，g i s 技术在地质灾害风险评价、综合区划中的优势得到充分 体现，许多学者将其引入，并取得了可靠的成果。2 0 0 0 年国际滑坡会议所讨论的 重点问题之一就是滑坡灾害风险评价与g i s 技术，其报道的最新研究成果充分体 现了 4 i 灾害评价向火害管理研究方向逐步发展的趋势。这与刚际减灾i 略的“使 全社会从抵御灾害发展到风险管理”是一致的。二是随着人类对灾害理论研究的 同趋深入，一系列现代数学、物理研究的理论和手段被逐步运用于灾害建模和定 造分析之中，进一步完善了灾害研究理论，丰富了灾害研究方法，并取得了呵喜 的研究成果，使地质灾害风险评价、综合区划成为可能。三是为了减轻社会、经 济损失，许多国家和地区j 下在利用“3 s ”技术，建立基于灾害综合区划的的灾害 监测和预警系统。国内实际情况表明其预测预报精度很低，因此地质灾害危险性 区划工作显得尤为重要，这也为人们研究地质灾害提供了广阔的空间。 1 2 2 论文研究意义 利用g i s 软件本身提供的图形编辑、属性库管理、数字高程分析等功能的优 势，可以快捷方便的实现一般分析方法与手段难以解决的问题，从而根据变化了 的情况与资料，现实性的进行地质灾害灾情评估。本文应用的a r c g is 软件提供了 强大的空间分析工具：栅格数据的空间分析：d e m 水文分析；空间数据转换：g i s 的图形显示、制图和输出等，进行滑坡地质灾害的灾情评估，从而解决了传统地质 灾宅 灾情评估方法中的数据多源性问题、模糊性问题、非确定性和随机性、对数 掘进行简化而造成的大量信息丢失、传统处理方法成果表达缺乏直观性和可操作 性等问题。g i s 技术应用于区域地质灾害灾情评估尤其是滑坡地质灾害的危险性评 价可以提高区域地质灾害灾情评估研究的现代化水平和实际操作的效率，为区域 地质环境管理和地质灾害评估的信息化提供参考：有利于将区域分散的大量数据 资料集成共享，提高数据资源的利用价值；为危险性评价所建立的区域地质灾害 灾情数据库，有利于区域地质环境信息的有效管理与应用，有利于不断提高区域 地质灾害管理的水平和减灾能力。 滑坡灾害危险性评价对减灾发挥的重要作用主要表现以下几个方面： ( 1 ) 结合地区经济发展的程度判断滑坡灾害发生时可能的影响范围以及造成 的经济损失，计算实施各项防灾措施的经济效益： ( 2 ) 制定流域及灾区内的土地利用规划，如将重点投资及居民点放在危险性小 和风险小的地方，避免在危险性大和风险大的区域出现人 j 与资产的都集中情况： ( ：j ) 根据需要避难的对象、避难的目的地及路线，保证在滑坡灾害发生时将居 民安全地由风险大的地区转移到风险小的地区； ( 4 ) 根据居民财产集中区域的滑坡灾害风险大小，确定不同的防护标准： ( 5 ) 为指挥者提供防灾、救灾决策的依据，可以合理地预先制定出若干应急方 案，减少紧急情况发生时的慌乱与失误； ( 6 ) 为滑坡灾害保险提供依据，并为灾后恢复重建的资金投入提供科学的依 i q 南人学硕：卜学位论文 1 绪论 据。 1 3 国内外研究现状 1 3 1 国外研究现状 根据已有资料，最早将g i s 技术引入地质灾害危险度研究的是印度r o o r k e e 大学地球科学系的r p g u p t a 和b c j o s h i ( 1 9 9 0 ) ，他们用g i s 方法对喜 马拉雅山麓的r a m g a n g ac a t c h m e n t 地区进行滑坡灾害危险性分带，该研究利用 多源数据，如航片、i s i s 数据、假彩色合成图像和各种野外数据，分析了地质、 构造、地形、土地利用及滑坡分布等相关因素，并将其储存在g i s 系统中，利用 ( ；i s 的存储、更新、网格化、空问叠加功能，在图上绘出了滑坡灾害危险性分区图 。1 9 9 1 年意大利a c a r r a r a 等学者将g i s 技术与统计模型结合应用于滑坡灾害 的评价。1 9 9 2 年，加拿大的a f c h u n g 和a g f a b b r i 等学者利用g i s 进行了 滑坡灾害分区的多因素综合分析。1 9 9 4 年，美国科罗拉多州立大学m a r l 0 m e d i a n a v a r r o 和e l l e ne w 0 h l 在哥伦比亚的麦德林地区利用g i s 开展地质灾害 风险评估。其重点考虑了基岩和地表地质条件、构造地质条件、气候、地貌单元、 水文条件等因素。他们利用g i s 软件的空间信息存储、缓冲分析、d e m 模型及叠加 分析等功能，对滑坡、洪水和河岸侵蚀等灾害进行了分析踊1 。1 9 9 6 年m a r l 0 m e j i a n a v a r r 0 等人又将g i s 技术与决策支持系统( d s s ) 结合，利用g i s 及工程数学模 型建立了自然灾害及风险评估的决策支持系统，进行了灾害敏感性分析、脆弱性 分析及风险评估m 1 。1 9 9 7 年c j v a nw e s t b n 等人分析了g i s 在不同尺度地质滑坡 危险，日! 评价中的应用，将g i s 与统计模型结合划分滑坡灾害区域_ 。1 9 9 8 年c r o s s 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 ) 作为定遣化指标进行 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 0 0 0 年j o h n s o n 等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 质火害危险性、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 地区进行了崩塌、滑坡和泥石流等地质灾害的 危险性分析和风险区划研究。p a 1 e 0 1 l 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制图研究。2 0 0 1 年a u r o m e i h y 等人在对伊朗k h o r s h r o s t a m 地区滑坡灾害进行危险性分区时，基于简单的格网单元，考虑影响滑坡的一系列 因素，包括岩性、坡度、构造运动、土地利用以及地下水作用，每一个格网单元 的滑坡发生概率及其对影响因素的评价结果以s p i 表示，然后用模糊综合评判计 算潜在灾害指数( h p i ) ，所得结果用来绘制滑坡灾害分区图m 1 。此外，近几年美国、 加拿大等采矿大国在矿山工程地质监测、预报方面综合利用3 s 技术，建立起1 ：程 4 西南人学硕十学位论文 1 绪论 地质灾害空i 训数据库管理系统和工程地质灾害的分类及风险评估体系旧1 。 1 3 2 国内研究现状 我国基于g i s 的地质灾害危险性研究起步晚，但是也有不少学者在这一领域 开展了深入全面的研究工作。1 9 9 5 年殷跃平等在原地矿部环境地质研究所完成的 “全国地质灾害趋势预测与预测图编制”研究专题中，初步建立了以g i s 为基础 的全国地质灾害评价预测支持系统，运用g i s 分析技术，对各因素进行统计分析、 信息叠加复合，研究地质灾害类型、分布规律、成因机制、级别和灾害损失度等， 运用专家评价、模糊综合评价和危险性指数等方法对地质灾害危险性现状进行评 价，绘制出现状评价图，并建立了全国重点地质灾害数据库。自1 9 9 7 年，以成都 理工大学为代表的科研院所积极倡导在区域地质环境评价与地质灾害预测领域全 面引入g i s 技术，结合国土资源部“山区小流域地质环境评价与地质灾害预测的 g i s 系统 、“长江三峡地质灾害监测试验( 示范) 工程”等科研项目，构建了基于 g i s 的地质灾害综合数据库，建立了一套适合山区流域和水库区岸坡危险性评价的 指标体系，采用多元统计、信息量法、模糊综合评判、神经网络等数学模型进行 、危险性评价和预测，并基于g i s 开发了“地质灾害区域评价与预测的g i s 系统 ( g h g 工s ) ”。2 0 0 0 年向喜琼、黄润秋提出了基于g i s 的地质灾害风险评价，管理的 总体思路和具体步骤；唐川等人利用a r c i n f 0 的叠加分析功能，选取了地震烈度、 坡度、岩土体类型和现存滑坡密度等四个因子编制了云南省地震诱发滑坡危险区 预测图。2 0 0 1 年阮沈勇、黄润秋等对长江三峡库区的新滩一巴东库段的地质灾害 进行了研究，并利用信息量法模型与g i s 结合进行了危险性区划。2 0 0 2 年殷坤龙、 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、易损性和风险区划口0 。；武强、陈佩佩等将g i s 与人工神 经网络结合，对山西榆次地区地裂缝灾害进行了研究，并建立了地裂缝危险性评 价系统：沈芳利用g i s 技术对山区地质环境评价与地质灾害危险性进行了研究。 2 0 0 6 年，谢久兵( 中国科学院广州地球化学研究所) 利用m a p g i s 及其二次开发功 能，采用v b 高级编程语言进行地质灾害风险评估模型的建模与开发，设计开发出 一套便捷实用的用于地质灾害防灾减灾实践的操作和管理系统n 。 总体来看，这些应用主要集中在数据图形管理和简单的统计分析上，许多应 用往往是以g i s 作为数据库或者是制图工具，而较少涉及利用g i s 的强大的空问 分析功能进行地质灾害危险性分析和灾情评估，这一点，国外研究的深度超过了 国内的研究。总之，关于g i s 及r s 在地质灾害危险性评价中的应用仍处于不断地 探索阶段，并且这种探索正在逐步的深入，涉及和应用的g i s 功能正在逐步扩展。 两南大学硕十学位论文1 绪论 1 3 3 研究区地质灾害研究现状 现有的关于北碚区地质灾害的研究n 2 侧并不是很多，而且全部是针对北碚区 泥石流( 主要是坡面泥石流) 灾害的研究，主要包括泥石流发生与降水、植被、 地貌要素的关系；以及泥石流灾害的危险性分析。对于北碚区区域滑坡灾害的研 究尚属首次，因此本研究具有一定的理论与现实意义。 1 4 研究的主要内容、方法和技术路线 1 4 1 研究的主要内容 针对以上国内外研究现状，本文选择重庆市北碚区为研究区域，探讨g i s 技 术在区域地质灾害调查的危险性分析与防治的理论和方法。在传统的地质灾害危 险性区划与防治方法的基础上，针对传统方法存在的缺陷，利用g i s 多维空间技 术加以修j 下和补充，以达到能为政府部门的宏观决策提供更加详细准确的防治信 息，减少和避免地质灾害对人民生命财产的危害。 其主要研究内容如下： ( 1 ) 在野外调查和收集的数据资料基础上，结合g i s 空间分析技术和传统的 地质灾害危险性区划与防治方法对原始数据进行相关的处理，为地质灾害危险性 区划做准备。 ( 2 ) 研究区地质灾害危险性评价指标体系的构建； ( 3 ) 建立建立研究区地质灾害危险性评价数据库； ( 4 ) 数学模型与g i s 技术结合进行地质灾害危险性区划。传统的地质灾害危 险性区划有许多的方法，如单元网格剖分法、单元信息叠加法、等值线法、袭扰 系数法等等，这些区划方法得出的分区结果在面域上看都基本能与实际情况相符 合，但明显的缺点是体现在具体的点或者局部区域的不匹配，这些不匹配的点和 局部区域容易给防治部门的防治工作带来困难。本论文将通过结合目前的g i s 技 术与信息量和二元统计法对这。问题进行尝试性解决。 1 4 2 研究的主要方法 1 4 2 1g i s 方法 l 、栅格数据的空间分析( 空间叠加分析、距离制图、栅格计算、重分类、表 面分析栅格插值、地形因子提取) ； 2 、水文分析； 3 、空间数据的转换； 4 、g i s 的图形显示、制图和输出等功能。 6 西南人学硕士学何论文 1 绪论 1 4 2 2 数理统计方法 信息量法和二元统计法。 1 4 3 研究的技术路线 本文通过选取典型研究区域，在研究区内，通过现场调研、资料收集完成室外 部分的工作；然后，根据研究区域的地理特征和收集到的资料的可用性，同时参 考前人的研究成果，确定评价的指标体系；通过a r c g i s 相关工具建立滑坡危险性 评价的数据库：在此基础上将g i s 与数学模型相结合，制定切实可行的滑坡危险 性评价技术路线，并完成重庆北碚区地质灾害危险性评价，及其相应的图件( 图 l 一2 ) 。 重庆市北碚| 又：滑坡灾害危险性评价 问题分析收集相关资料 评价原则 建立危险性评价指标体系 建立危险性评价数据库( 空间数据和属性数据) 矿 高h 图ii 坡灾害分布图层、建筑用地图层、交通线路及其距离i 、断层地裂缝及其距离图层、地表水体及其距离图层 均降雨量分布图层、工程岩组图层 d e m 生成 驯睢 翦厕曼向图层l 瞍图层i 5 m 半3 5 m 栅格作为评价的基本单元 i s 与数学模型结合的滑坡危险性评价 信息量模型卜- 叫卜一二元统计模型 危险性评价结果 ii 危险性评价结果 两种模型评价结果合理性的检验和比较 图1 2研究的主要技术路线 f l g i 2 t h em a i np m c e s so f t h i sr e s e a 比h 7 两南大学硕十学位论文1 绪论 1 5 研究区滑坡灾害概况 1 5 1 研究区滑坡灾害特点 滑坡是北碚区重要的地质灾害，主要具有如下特点： ( 1 ) 滑坡类型以基岩顺层滑坡和松散堆积层滑坡为主： ( 2 ) 滑坡规模大，危害严重。本区滑坡数量多且规模大，如柳荫镇灰坝村铁 厂沟蠕滑体面积6 0 0 亩，危及5 0 0 亩耕地和1 0 0 多户人家的安全：柳荫镇江北滑 坡面积7 0 万m 3 。而且在空间上很多滑坡都位于人口密集，农业生产条件较好的丘 陵区，因此，一旦发生滑坡，对耕地、水利设施和人民生命财产造成很大的危害： ( 3 ) 滑动时间持久。柳荫镇灰坝村铁厂沟蠕滑体缓慢滑动持续2 0 多年，暴 雨或连阴雨后加速滑动，以后逐渐停息。由于长时间反复滑动，持续不断地造成 灾害。 1 5 2 研究区滑坡灾害成因 ( 一) 岩性组合是滑坡发生的物质基础和根本原因 地表组成物质的性状决定着滑坡发生的可能性和滑坡的时空分布。研究区地 表岩土体可分为四大岩组：( 1 ) 砂岩夹煤系半坚硬一坚硬岩组；( 2 ) 泥岩为主的半 坚硬岩组；( 3 ) 碳酸盐类坚硬岩组：( 4 ) 松散堆积层。它们的抗剪强度和发生滑 坡的难易程度各不相同。 ( 1 ) 砂岩夹煤系半坚硬一坚硬岩组，该岩组以须家河组地层为主。此组可以分 为两个亚层：上亚层以砂岩为主，两套砂岩夹一套泥页岩和薄煤层；下亚层以泥 岩和薄煤层为主，两套煤系夹一套砂岩。从岩石的组合顺序可以看出，一旦上层 的砂岩风化或有裂隙、断层存在，地表水很容易下渗到夹层中的泥页岩及薄煤层 中，使其遇水软化抗剪强度降低形成滑动面： ( 2 ) 泥岩为主的半坚硬岩组，该岩组中存在着本区最主要的易滑层之一 珍珠冲组和自流井组及其风化层。岩性以紫红色、黄灰色、灰绿色泥岩、粉砂质 泥岩为主，夹石英砂岩、粉砂岩、石灰岩等，它们都含有相当丰富的黏土矿物如 蒙脱石，伊利石和高岭石，含量高达2 0 一4 0 ，这些黏土矿物质具有亲水性和胀缩 性，遇水后大量吸水，并软化和泥化，抗剪强度大大降低，即易滑动； ( 3 ) 碳酸盐类坚硬岩组，对于滑坡来说是最稳定的岩组； ( 4 ) 松散堆积层，含有数量不等的碎石，结构疏松，内聚力和抗剪强度都比较 低，透水性较强，当诱发强度达到一定程度的时候，很容易形成滑坡。 ( 二) 地质构造复杂性和岩体的破碎程度 地质构造复杂性和岩体的破碎程度直接控制着软弱结构面的发育和边坡稳定 两南大学硕士学位论文 1 绪论 性以及滑坡的形成与发展。斜坡内部结构，包括不同岩土体的相互结合情况和岩 层中的断层、裂隙与斜坡的组合关系等都与滑坡的发生密切相关。 ( 三) 地貌条件 ( 1 ) 坡度是滑坡灾害的主要控制因素之一，它制约着滑坡灾害的发育、类型 和空间分布： ( 2 ) 相对高度，滑坡对相对高度的要求较低，一般相对高度大于3 0 m 的斜坡 即可产生滑坡。研究区相对高度大于3 0 m 的范围占到整个研究区的2 7 6 。 ( 四) 降雨条件 暴雨和长期阴雨是滑坡发生的主要诱发因素，暴雨和长期阴雨使大量地表水 渗透到易滑层内部，不仅增加了易滑层的重量，而且改变了易滑层的物理力学性 质，降低其抗剪强度，从而发生滑坡。研究区降雨量一般每隔2 4 年有一个少雨 低值出现，而每隔1 2 1 4 年则出现一个雨量高峰。但总体来说，本区的降雨量呈 现逐渐增加的趋势。还有暴雨的频率也逐渐增多，由1 9 3 5 1 9 5 0 年的2 4 次a ， 增至1 9 5 1 1 9 8 0 年的2 6 次a ，再增加到1 9 8 1 1 9 9 3 年的3 3 次a 引。降雨量 的不断增大和暴雨次数的逐年升高都成为滑坡的发生的重要诱因。 ( 五) 人为因素 人为因素对滑坡的产生起着越来越大的作用主要表现在以下方面： ( 1 ) 人工高边坡越来越多。在经济迅猛发展的今天，人类工程活动同益增多， 尤其是切坡建房和道路交通设施等工程活动中，人为的改变并恶化了地质环境， 如人为切坡后形成新的高大陡峻的临空面，破坏了斜坡坡脚原有的稳定性，这些 人为的因素通常与自然因素叠加成综合效应，加速了滑坡的形成； ( 2 ) 滥采滥挖滥弃现象严重。在工程建设中尤其是农村住宅更新换代中，无 组织的零乱地采石、取土，破坏了原有的地形，降低了斜坡的稳定性，为滑坡的 发生创造了有利的条件；此外，人为堆积物如矿渣、尾矿、建筑垃圾等，由于乱 堆乱放，在重力失衡和外来因素的诱发下极易形成滑坡。 9 西南人学硕十学位论文 2 滑坡灾害危险性评价的理论基础和技术方法 2 滑坡灾害危险性评价的理论基础和技术方法 2 1 滑坡灾害危险性评价理论 2 1 1 滑坡灾害危险性评价的前提 作为区域滑坡灾害危险性评价与区划的基础，通常要作以下四个基本的理想 假定来简化评价过程： 工程地质条件与已有的滑坡相类似的斜坡，更易于发生滑坡 这是区域滑坡地质灾害危险性评价的理论前提。它假定在一个区域内部，滑 坡这一地质现象的发生是受控于统一共同的规律，这才使得从探究控制和影响滑 坡发生的因素入手来评价和预测滑坡地质灾害危险性成为可能。 同时还假定，在某个时间段内，若斜坡基本地质条件不发生显著的变化，则 斜坡未来的演化特征将与过去相同。这使得可以根据过去一定历史阶段的滑坡时 间段过程密度去预测未来相应时期内的滑坡密度，同一斜坡在不同时段的发展状 态可以与同一时间区域内不同斜坡的发展状态进行类比。 有了此假定，便有可能根据已有滑坡的工程地质条件来预测其他可能发生滑 坡的斜坡，但是必须注意，仅当两个斜坡具有相似的静态工程地质条件和动态作 用因素时，其稳定性程度或危险性程度才是可以类比的，当然还需要考虑到两个 不同的斜坡所处的演化发展阶段常常也是不相同的。 控制和影响滑坡的主要因素条件已经认识清楚 没有这一假设，滑坡地质灾害危险性评价就变成了一个黑箱问题，成因机 制分析便失去了基础，对滑坡地质灾害进行危险性评价就是一句空话。 危险性程度可以量化表达 危险性程度能够获得准确的数量化表达，这是定量评价的前提。离开了这一 基本假设，则很难用数学模型定量化评价和表达滑坡地质灾害的危险性。 区域内所有可能的滑坡类型都已很清楚 理想状况下，要求所有斜坡破坏类型都能被识别出来，并可以进行适当的分 类。这正是区域( 性) 滑坡地质灾害这一概念成立的重要条件之一。 显而易见，在危险性评价时，无论采用何种评价模型和方法，评价结果的正 确性都依赖于这些假定本身的正确性。对于区域滑坡地质灾害危险性评价这一复 杂的问题，这些假定是必须的，因而现今条件下，任何区域滑坡地质灾害危险性 评价模型都是理想的近似，得出的评价结果只能是一个概略的综合。认识到这一 点，则不难理解区域滑坡地质灾害危险性评价结果不可能完全符合实际的根本原 斟2 。 l o 西南人学硕士学位论文2 滑坡灾害危险性评价的理论基础和技术方法 2 1 2 滑坡灾害危险性评价内容 张梁( 1 9 9 6 ) 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 害危险程度分区心别。 罗元华等( 1 9 9 8 ) 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瞳3 1 。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 害危险性评价有点评价、面评价和区域评价之分。地质灾害危险性点评价的基本 目标或主要内容是确定灾害活动概率或发展速率，确定成灾范围以及不同程度的 危险区；面评价的基本目标是分析评价灾害活动数量、发生概率或发展速率、危 险面积及划分危险区；区域评价的基本目标是根据地质灾害危险性构成，进行危 险性区划。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 水入侵等缓发性或类进性地质灾害危险性的基础指标。 陈君( 2 0 0 1 ) 认为危险性包含了致灾体与承灾对象的多重属性，危险性应由致 灾体规模、致灾体自身稳定性、承灾对象价值以及致灾体与承灾对象遭遇的概率 综合确定比4 】。 综上所述，地质灾害危险性评价的研究内容越来越广泛，但是理论体系尚待完 善，越来越多的学科融入到地质灾害危险性评价中，其研究内容也同趋深入，但 是其研究的重点还是以灾害体现阶段活动情况、受灾体情况以及灾害体发展趋势 为主。 结合前人的研究成果和研究区的实际以及资料的可用性等具体情况，本文将研 究确定为滑坡地质灾害危险性面评价，并将其评价的内容界定为： 在对历史地质灾害活动程度分析的基础之上，综合考虑内在和外在易于诱发滑 坡地质灾害发生的各种因素及各因素间可能的相互组合对滑坡发生的影响，更进 一步刻画和预测滑坡地质灾害发生的可能性大小以及可能造成的危害区的位置、 范围等。 2 2 地质灾害危险性评价的技术方法和原理 2 2 1 地质灾害危险性评价常用的方法、 根据前人的研究成果，可以将滑坡地质灾害危险性评价方法分为定性评价、定 西南人学硕士学位论文2 滑坡灾害危险性评价的理论基础和技术方法 性一定量评价、非线性评价和g i s 与定量方法结合评价四大类( 图2 一1 ) 。下面对 几种常用的模型进行简单的介绍，并分析各模型的优缺点。 图2 1地质灾害危险性评价方法 f i g 2 l t h em e a n sa b o u th a z a r dv a i u a t i o no fg e o l o g i c a id i s a s t e r ( 一) 专家打分法 专家打分法是决策支持系统中经常用到的一种间接定性评价方法，该方法得 到的是专家的经验值，往往比普通数学方法得到的结果更加接近灾害发生的实际 情况，对灾害预测更具有指导意义。但是，调查问卷的结果可能由于调查对象的专 业背景以及实践经验的不同而有很大的差别，这就给统计分析带来较大的影响，从 而使调查结果产生误差。因此，采用专家打分法首先要选择合适的专家成员：另外， 由于专家打分法带有一定的主观性，也会影响权重计算结果。针对上述缺陷，若要 采用专家打分法，需要在群组决策中应用效果较好的特征根法( g e m ，g r o u p e i g e n v a l um e t h o d ) 对专家打分进行统计分析，确定理想( 最优) 专家。 ( 二) 层次分析法 层次分析法是一种进行多目标决策分析的方法，该方法能把复杂系统的决策 思维进行层次化，把决策过程中定性和定量因素有机结合起来，通过判断矩阵的 建立、排序计算和一致性检验得到的最后结果更具有说服力。同时，由于可将人 的主观性依据用数量的形式表达出来，使之更具条理性和科学性，从而可以避免 由于人的主观性导致权重预测与实际情况相矛盾的现象，克服决策者和决策分析 1 2 西南大学硕十学位论文2 滑坡灾害危险性评价的理论基础和技术方法 者相互沟通的困难及决策者的个人偏好，提高决策的有效性。但是，在构造判断矩 阵时，由于决策者很难掌握标度的标准，因此往往做出的判断不能满足一致性检 验，这会导致计算收敛较慢，迭代次数较多，从而增加计算量。建议在应用中采用 平均特性修正矩阵的方法对判断矩阵