地质灾害评估的文献综述

地质灾害评估的文献综述

地质灾害是地质环境恶化、人类生命财产破坏、人类生存和发展的严重破坏的过程和现象。这是地质事件，严重破坏了人类的生命财产和环境。它既包含致灾体,又包括承灾体或受灾体,两者相辅相成,缺一不可。那些仅仅是地质环境恶化,而没有直接破坏人民生命财产和生活环境的单纯的地质事件,则只能成为某种地质现象或地质环境问题,而不能称其为地质灾害。地质灾害评估不仅是深入认识地质灾害灾情状况的基础,而且是制定防灾政策,规划防治区域,实施防治措施以及优选防灾项目,进行项目管理的基础。我国在一些领域进行的灾害评估,已经在减灾、防灾中发挥了重要作用。例如在我国一些区域或城市完成的洪水灾害评估、地震灾害评估等,不但为国家经济规划和工程建设提供了重要依据,而且直接指导了减灾工作。我国地质灾害的危险性评价工作自20世纪80年代开始兴起,经过20多年的发展,虽然在理论和实践方面都取得了丰富成果,然而还未形成系统完善的理论与方法,也没有统一的评价标准。各专业灾害评价仍处于日益深入的探讨和总结过程。1环境危险性的定义危险是指有遭到损害的可能。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小。VarnesD.J.(1984)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。EinsteinH.H.(1988)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(1995)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(1996)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(1998)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。在其它专业中也有类似危险性的定义。Panizza(1988)将环境危险性定义作为“在给定的时期中一定领域内某一特定的现象(自然的或多少直接由人类引起的)发生的概率”。D.R.布里林格,等(1988)将地震危险性定义为:某一场址上,在我们关心的时间范围内,由于附近发生地震的影响,而使某一选定的强度量超过某一特定的临界水平的概率。2泥石流危险性评价张梁(1996)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(1998)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。地质灾害危险性评价有点评价、面评价和区域评价之分。并认为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(2001)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。李泳(1999)在谈到泥石流危险性的评价内容时,认为泥石流危险性评价的主要问题是评价因子作用模糊,评价结果不确定,为此,泥石流的危险性应该从以下几个层次予以评价:(1)泥石流存在的环境评价;(2)泥石流活动性的评价;(3)泥石流破坏能力的评价。3滑坡危险性的评估方法地质灾害危险性的评价内容、评价过程、评价手段不同,其评价方法各异。对于地质灾害危险性点评价,按评价过程(或评价思路),其评价方法有经验法和条件分析法。经验法是根据地质灾害具有重复性、周期性特点(即一个地区或一个灾害体的活动常常并非经过一次活动就永远停歇,而是随着外界条件的变化而反复活动),在具有相同或相近地质、地形地貌等条件的地区或区段内,一处已发生或存在潜在的地质灾害,那么在另一处也有可能会发生或存在隐患的地质灾害。因此,可以利用灾害的重现性,用灾害频率代替活动概率。对于那些活动频繁,而且又有长时间观测记录或充分研究资料的灾害,可以建立比较系统的灾害时间序列,据此进一步分析不同时间尺度的灾害周期性变化规律,确定不同规模灾害事件的发生概率或灾害活动概率。条件分析法是通过对潜在灾害体的动力状态或形成条件进行分析,认识它们目前的稳定程度,进而判断它们活动的可能,从而间接地确定它们发生的概率。张倬元,等(1994)认为,可应用岩土力学的理论与方法,通过力学平衡计算,得到滑坡的稳定系数(K),用来指示斜坡失稳的可能性。由于稳定系数反映的是由斜坡内在因素控制的现状环境下的斜坡稳定程度,对于今后斜坡状态只是其变化的基础。所以在计算现状环境下斜坡稳定系数的同时,应根据今后可能出现的情况(如暴雨、地震、认为活动及实施防治工程等)设定相应的参数,计算稳定系数,从而研究导致斜坡失稳的都有哪些因素,这些因素出现的频率有多大,进而可以确定灾害的发生概率。王文俊(2002)把典型滑坡、崩塌的孕育形成过程划分为成形阶段、松动阶段、蠕动和局部活动阶段、整体活动阶段4个阶段,根据对区内外若干发生过周期性活动的灾害实例分析,确定了处于不同阶段的灾害体的活动概率:稳定型为0.01;基本稳定为型0.02;较不稳定型为0.05;不稳定型为0.1;正在变形的为0.2。对于地质灾害危险性面评价和区域评价(或区划),按评价过程(或评价思路),其评价方法应用较多的有专家评判法(地貌分析法)、因子迭加法和指标综合法。地貌分析法(专家评判法)是最为简单的定量评价方法,是由专家根据自己的知识和在相似地区的工作经验对研究区的地质灾害危险性直接作出判断,并进行分区分级。因子迭加法的基本原理是将灾害形成的每一因子,按其在灾害形成过程中的作用程度进行分析,并用不同的颜色、线条或其它符号表示在相同比例尺的图上,一个因子做一张图(单因子图),然后将参加区划的几张单因子图叠在一起,视其叠置后的颜色浓度、线条密度进行滑坡发生危险性分区。指标综合法也称为作用权值迭加法,其基本原理是把所有因子在滑坡形成中所起的作用以权值(作用指数)来表示,然后把这些作用权值按一定的数学方法(数理统计、模糊评判等)进行处理,所得的综合指标与区域滑坡发生现状进行类比分析,确定滑坡发生可能性的区域特征值,以此进行区域滑坡危险性分区。根据地质灾害危险性评价过程(或评价思路)中所采用的不同手段,地质灾害危险性的评价方法有:统计分析法、模糊评判法、层次分析法、主成分分析法、神经网络法、信息量法和GIS计算机技术分析等。统计分析法是运用数理统计理论,根据已知研究区的滑坡灾害分布情况,建立影响参数和滑坡发生与否的数学统计模型,在测试区得到验证后,将其应用到地质环境相同或相似的地区,预测研究区的灾害危险性分布规律。最常用的统计分析是判别分析和回归分析,前者更适合于连续变量,后者可以应用于含有定性变量的分析。主成分分析法在地质灾害综合评估中的应用,是根据主成分分析法的分类原理和实施步骤以及多指标体系中指标的选取,针对地质灾害的危险性,建立了评价的多指标体系和分级特征,对地质灾害危险性进行分段综合评价,并给出建设工程可能诱发或加剧的地质灾害和建设工程本身可能遭受的地质灾害危害的程度。主成分分析法在保证数据信息损失最小的前提下,经线性变换和舍弃一小部分信息,以少数新的综合变量取代原始采用的多维变量,能较好地进行地质灾害的分区,但也存在变量多重相关性的危害作用,有时会扭曲客观结论,故在指标的选取上要合理。该方法的具体计算结果的解释更加重要。人工神经网络(ArtificialNeuralNetwork)是基于现代生物学研究人脑组织的成果基础上,用大量简单的处理单元广泛连接组成的复杂网络,由模拟人脑的学习、记忆、推理、归纳等功能。陈佩佩,等(2001)在分析地裂缝灾害成因的基础上,利用地理信息系统(GIS)的空间分析功能,建立了构造、地下水开采、地层和地貌4个地学信息专题层图;采用人工神经网络(ANN)这一以工程技术手段模拟人脑神经网络的结构和功能特征的技术系统,建立了地裂缝灾害危险性非线性模拟评价模型,开发研制了危险性评价系统,进而对榆次地裂缝灾害危险性进行了非线性模拟评价,并将研究区按危险性系数进行了分区。信息量法用于地质灾害危险性区划的主要思路是:通过对已变形或破坏区域的现实情况和提供的信息,把反映各种影响区域稳定性因素的实测值转化为反映区域稳定性的信息量值,然后通过某些因素对所提供的研究对象信息量的计算来评价,亦即用信息量的大小来评价影响因素与研究对象关系的密切程度。信息量用条件概率计算,实际计算时可用频率估计条件概率来估算。地理信息系统(GIS)计算机技术分析是利用GIS在收集、分析空间数据方面的能力,将实际工作所收集到的离散数据点进行统计识别,生成系列图件和模拟地图,进行空间检索与分析、属性数据的调用、图表计算、数学模拟,及对不同图层的复合、分解、叠加等运算,来实现不同的分析目的。尽管GIS的基本构成并不具备地质灾害定量评价的功能,但是它却能为定量评价提供强有力的支持。通过构建地质灾害危险性评价数据库、知识库和危险性评价数字环境模型,在GIS的支持下,提取主要的危险性评价指标,依据知识库对各类因子进行了分级和赋权,与其它评价方法或模型结合,实现对地质灾害危险性的评价或区划。由于各种分析评价方法有各自的优点和缺点,在进行地质灾害危险性评价时,可同时采用几种评价方法,以弥补单独使用某种方法时的不足,如极差分析模糊评判法、层次分析模糊评判法、信息模糊评判法、基于GIS的人工神经网络法、基于GIS的信息量法等。层次分析模糊评判法是采用层次分析法选取与地质灾害密切相关的因子,确定出不同层次不同影响因子的权重,以此来刻划各影响因素对产生地质灾害的影响程度及各影响因素之间的组合效应,然后通过模糊综合评判法,在确定各因子隶属度的基础上进行多因子综合,得到各单元的地质灾害危险性程度评价结果。信息模糊法是一种直接指标与间接指标相结合的区划方法,区划结果可以得到有效的验证。韦方强,等(2000)通过利用川西地区详尽的泥石流资料建立的模糊信息应用模型,对四川省泥石流危险度进行了区划。模糊信息模型的基本思想是通过已知来推断未知,即在要进行泥石流危险度区划的区域选择一个典型的样区并全面掌握样区内的泥石流活动状况,利用泥石流活动的直接指标方法划分出泥石流危险区,在此基础上建立泥石流危险度区划的数学模型并验证模型的准确性,然后利用这个模型对整个区域进行泥石流危险度区划。4危险度定数法不同层次的评价有不同的服务目的,各因子在不同层次上所处地位不同,所产生的作用和作用方式也不同。将不同问题区别开来,区别不同因子的作用,然后才能选择适当的数学方法,建立确定的评价模型。金晓媚,等(1999)在对重庆市崩塌和滑坡的危险性进行评价时,采用危险性指数表示,评价单元的危险性指数计算公式为:式中:Zw———评价单元危险性指数;tw———调整系数;Szi———灾害体的可能成灾范围,104m2,;Pi———灾害体活动概率;S———评价单元面积,104m2;i———灾害体。李泳(1999)提出对泥石流危险性应进行三个层次的评价:泥石流存在环境的质量评价、泥石流活动性的评价和泥石流破坏能力的评价,并以势函数定义了泥石流危险度的统一形式。假设危险度(D)由某个特征函数(φ)决定D=f(φ),并将φ0所确定的危险度D0作为度的基数,即f(φ0)=D0。φ1与φ2所确定的“度”的级差,应该由φ1与φ2的数量关系唯一决定。设f(xφ)-f(φ)=f(x),即如果函数值每增一系数x,则危险度增加f(x),从而泥石流危险度D=D0+klnφ,其中,φ是以φ0为单位的数值,k由D与φ的对应关系决定。在进行危险度区划时,函数φ在区域中考虑,函数φ由φ(x,r)来代替,r为区域分异因子,这时,D=D0+klnrφ。张梁(1996)在进行区域性地质灾害危险性分析(面评估)时,采用层次分析法,建立不同灾种的危险性评价模型,在此基础上按单元求取危险性指数,划分危险性等级,进行危险性分区评价。根据地质灾害危险性构成,计算危险性指数的表达式为:式中:ZW———地质灾害危险性指数;ZL、AL———历史灾害强度及其权重;ZQ、AQ———潜在灾害强度及其权重;G、M、P———历史灾害规模、密度、频次;z、x、q、r———控制地质灾害活动的地质条件、地形地貌条件、气候植被条件、人类活动的充分程度;αz、αx、αq、αr———4方面控制条件的权重;k———潜在地质灾害的判别系数,不同计算单元取值为0或1。k值的意义是:某单元内4方面影响条件中,若其中一方面条件不具备,则地质灾害不可能发生时,k值取0;相反,单元内虽然缺少一种或几种条件,地质灾害仍可能发生时,k值取1。进行个体地质灾害危险性分析(点评估)时,首先从整体上评价该灾害体的活动程度、发展趋势,然后评价它的破坏范围以及该范围内不同的地区受灾害威胁的程度。地质灾害发生概率计算公式为:式中:r———灾害发生概率;Pi———灾害发生