《高山区地质灾害链危险性评价》-征求意见稿

5T/XXXXXXX—XXXX高山区地质灾害链危险性评价本文件规定了高山区地质灾害链危险性评价的总体要求、评价指标体系、取值规则和评价结果形成规则。本文件适用于在高山区由于温度变化引发的地质灾害链危险性评价工作。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T40112地质灾害危险性评估规范T/CAGHP地质灾害防治基本术语DZ/T0448滑坡崩塌泥石流灾害精细调查规范3术语、定义和缩略语3.1术语和定义3.1.1高山区highmountainareas由海拔高度在2500米以上，且相对高差超过500米的山地所构成的连续地理区域。3.1.2地质灾害链geologicalhazardchain具有灾种转化特征的地质灾害。3.1.3地质灾害链影响因子influencingfactorsofgeologicalhazardchain地质灾害链影响因子是指在形成、发展、传播和终止整个灾害链过程中，对灾害链的各环节产生促进、触发、加剧或抑制作用的因素集合。3.1.4孕灾条件hazard-formingconditions控制地质灾害形成与发育的地质环境背景要素。3.1.5诱发因素triggeringfactors引起地质体发生变化的自然和人为活动要素。T/XXXXXXX—XXXX63.1.6地质灾害链易发性susceptibilityofgeologicalhazardchain地质灾害链发生的难易程度。3.1.7度日因子degreedayfactor单位正积温条件下，所能融化的雪或冰的深度，用于表征积雪或冰川的消融速率。注：度日因子的单位为mm·℃-1·d-3.1.8超越概率exceedanceprobability某个事件或值超过预定值的可能性单次灾害链事件中，其动力学指标的取值超过某一给定阈值的概率。3.1.9动力学数值模拟kinematicnumericalsimulation借助计算机与数值计算方法，通过求解描述物理系统动力学行为的核心数学方程，对该系统随时间演化的过程、规律和结果进行模拟与分析3.1.10地质灾害链危险性riskofgeologicalhazardchain特定诱发因素下地质灾害链发生的可能性或概率。3.1.11地质灾害链危险性评价riskassessmentofgeologicalhazardchain在查明地质灾害链孕灾地质环境条件基础上，开展特定诱发因素下灾害链发生可能性的评价工作。3.1.12区域尺度地质灾害链危险性评价riskassessmentofgeologicalhazardchainatregionalscale在流域、山系或行政区域等宏观范围内，基于对孕灾地质环境与动态诱发因素的系统分析，评价地质灾害链在该范围内发生可能性的空间分布。3.1.13灾点尺度地质灾害链危险性评价riskassessmentofgeologicalhazardchainatdistasterpointscale针对区域尺度内的具体地质灾害点，借助动力学数值模拟等手段计算其动力学指标的超越概率，评价该点触发链生灾害可能性的空间分布。3.2缩略语下列缩略语适用于本文件T/XXXXXXX—XXXX7DDF：度日因子（degreedayfactor）PDD：正积温（positivedegree-day）GPR：高斯过程回归（gaussianprocessregression）SVR：支持向量回归（supportvectorregression）4总体要求4.1评价对象与范围4.1.1高山区地质灾害链危险性评价的对象为高山区内由温度变化诱发的地质灾害链，通常包括“冰碛物-冰川泥石流-堵江”和“冰岩崩-碎屑流-堵江”两类典型地质灾害链。4.1.2评价范围应涵盖区域和灾点两个尺度，其范围如下：4.1.2.1区域尺度a）空间范围上应覆盖可能受温度变化诱发的灾害链影响的宏观区域，重点考虑冰川分布区和重大灾害链历史事件影响区。宜以二级流域为评价范围，一般不小于104km2；b）时间范围上考虑温度变化诱发因素的长期变化趋势及累积效应，评价当下及未来灾害链发生的可能性。4.1.2.2灾点尺度a）空间范围上指灾害链自物源启动后，链生各灾种所波及的整个区域，主要包括运动路径、冲击区域及最终堆积区；b）时间范围上指由触发性条件所诱发的灾害链全过程。4.2数据要求4.2.1区域尺度数据要求区域尺度数据收集应包括孕灾条件数据、诱发因素数据。数据在精度、分辨率和时效性上应保障模型计算的可靠性。4.2.2灾点尺度数据要求灾点尺度数据收集应包括高分辨率地形数据、模型参数数据。数据在精度与准确度上应满足动力学模拟的输入要求。4.3评价方法要求4.3.1区域尺度评价方法要求高山区地质灾害链区域尺度危险性评价应综合考虑孕灾条件和诱发因素耦合致灾机制，可采用层次分析法和机器学习方法进行评价。4.3.2灾点尺度评价方法要求高山区地质灾害链灾点尺度危险性评价应综合考虑灾害链动力学演化过程，可采用动力学数值模拟和概率统计方法进行评价。4.4评价精度指标要求4.4.1区域尺度评价精度指标要求区域尺度评价结果的精度宜采用能综合反映模型预测性能的指标进行衡量，可用的指标包括受试者工作特征曲线下面积（AUC）、精确率、召回率、F1分数及预测正确率等。建议使用预测正确率进行精度评价，该指标为模型预测正确的样本占全部样本的比例。4.4.2灾点尺度评价精度指标要求灾点尺度评价精度的验证应基于模拟结果与实测动力学参数对比。实践中建议以模拟的中、高、极高危险区范围与实际灾害范围的一致性作为主要验证依据，并采用精确率、召回率、F1分数等指标进行量化评定。84.5评价结果呈现要求4.5.1区域评价结果呈现要求区域尺度评价成果应通过图件与评价报告相结合的方式呈现。图件应至少包括地质灾害链危险性等级分布图，清晰展示低、中、高、极高四个危险等级的空间分布。图件制作须符合专业制图规范。4.5.2灾点评价结果呈现要求灾点评价成果应以图件为核心进行呈现，必须包含危险性等级分布图，清晰展示四个等级的空间分布。图件制作须符合专业制图规范。所有模拟参数、过程与精度评价结论需在配套评价报告中予以完整说明。4.6工作流程要求4.6.1明确区域尺度评价的宏观范围和灾点尺度评价的具体对象；4.6.2数据收集与处理：a）区域尺度：收集并处理区域地质灾害链孕灾条件及诱发因素数据，在灾害发育区与稳定区系统布设正、负样本点，形成模型训练数据集；b）灾点尺度：收集并处理灾点高精度地形、灾害链动力学模型参数等数据。4.6.3危险性评价模型建立a）区域尺度：基于支持向量机回归算法评价区域地质灾害链易发性，采用高斯过程回归算法建立诱发因素时空分布预测模型b）灾点尺度：确定动力学模拟的初始条件、边界条件与灾害链动力学模型参数概率分布，建立适用的灾害链动力学模型并确定关键动力学指标。4.6.4危险性计算与等级划分：a）区域尺度：耦合地质灾害链易发性等级与诱发因素强度等级，基于判别矩阵划定区域尺度危险性等级；b）灾点尺度：基于动力学模拟结果，计算栅格单元动力学指标超越概率，划分灾点尺度危险性等级。4.6.5结果精度评价。4.6.6撰写评价报告。5评价指标体系5.1区域尺度危险性评价指标体系高山区地质灾害链区域尺度危险性评价指标体系包括两个层级，常用一级评价指标5个，二级评价指标26个，如表1所示。评价指标选择应客观，建议结合评价区域实际情况选择。表1高山区地质灾害链区域尺度危险性评价指标体系T/XXXXXXX—XXXX95.2灾点尺度危险性评价指标体系高山区灾点尺度地质灾害链危险性评价体系，包含2个一级指标和5个二级指标。所有指标均基于动力学模拟，以动力学指标的超越概率来定量表征危险性，如表2所示。建议结合灾点尺度地质灾害链的实际情况选择。表2高山区地质灾害链灾点尺度危险性评价指标体系T/XXXXXXX—XXXX6取值规则6.1区域尺度取值规则6.1.1收集地质灾害链及影响因子数据6.1.1.1收集目标区域地质灾害链及其范围数据，应涵盖灾害链的启动区、运动路径与堆积区。数据应准确、客观，来源以官方地质灾害普查成果、应急管理部门或权威科研机构发布的灾害目录为准。6.1.1.2收集目标区域地质灾害链影响因子数据，要求如下：a）地形地貌数据，包括平均高程、相对高差、地形起伏度、平均坡度、沟谷纵坡降、流域面积、主沟长度、平面曲率、剖面曲率、总曲率、沟壑密度、距沟壑距离数据。高程数据空间分辨率不低于30m×30m，建议使用ASTERGDEM或更高精度数字高程模型。其他地形地貌因子可基于高程数据分析制作；b）地质条件数据，包括地层岩性、距活动断层距离、断层密度、覆盖层厚度、土壤类型和地震烈度数据。岩性数据比例尺应不低于1:500,000；c）水文条件数据，包括据水系距离、河网密度数据；d）地表覆被与人类活动数据，包括土地利用、距公路距离、归一化差异植被数据；e）诱发因素数据，包括逐年平均温度、逐日平均温度、极端温差等，时间序列长度应不少于20年，原始空间分辨率应不低于1千米。6.1.2处理地质灾害链及影响因子数据6.1.2.1灾害链分布数据应进行栅格化表征，将矢量面数据转换为与评价单元一致的二值栅格（1/0）。6.1.2.2对收集到的地质灾害链影响因子数据应进行严格的质量控制，数据应具有时空一致性、物理合理性与数值准确性，要求如下：a）识别并剔除因观测误差或传输错误导致的异常值；b）对数据缺失区采用地统计学方法进行空间插值；c）统一不同来源数据的格式、量纲与空间基准。6.1.2.3地质灾害链孕灾条件数据标准化与分类的要求如下：a）相对高差、地形起伏度、平均坡度、沟谷纵坡降、流域面积、主沟长度、平面曲率、剖面曲率、总曲率、沟壑密度、距沟壑距离、距活动断层距离、断层密度、覆盖层厚度、距水系距离、河网密度、距公路距离、归一化差异植被指数设置为连续分布的影响因子，将其数值按0-1范围进行转换b）应将平均高程、坡向、地层岩性、土壤类型、地震烈度、土地利用类型设置为不连续因子，参照行业标准或评价区实际情况进行分类，并使用罗马数字或类别代码进行标识。6.1.2.4地质灾害链诱发因素数据，通过空间插值将其转换为覆盖全区的连续栅格数据。6.1.2.5所有影响因子数据均需进行标准化的网格化处理，并集成至统一的空间分析框架下，要求如下：a）所有图层应统一转换为GeoTIFF格式，空间分辨率原则上优于30米，并须采用统一的大地坐标系与地图投影（建议使用CGCS20003°分带坐标系）进行精确的空间配准；b）所有数据图层的空间范围须完整覆盖评价区流域单元，并基于统一的边界进行精确裁剪，构建无缝、完备的多维因子数据集。6.1.3制作高山区地质灾害危险性模型训练样本6.1.3.1基于历史灾害调查数据与遥感解译成果，确定地质灾害链系统的空间分布。正样本应取自灾害T/XXXXXXX—XXXX链的启动区、运动路径与堆积区；负样本应取自无灾害发育且地质条件稳定的区域。6.1.3.2在正、负样本空间内，采用系统化布点方式生成样本点，确保空间分布的均匀性与随机性。建议将样本分为训练集和验证集，比例宜为7：3，用于模型构建与精度检验。6.1.3.3提取各样本点对应的全部影响因子数值。应对因子进行共线性诊断与统计显著性检验，剔除冗余及不显著因子，优化特征集。6.1.3.4将样本数据整理为模型可读的二维表格结构，其中每行代表一个样本，每列代表一个特征变量，形成规范的训练数据集。6.2灾点尺度取值规则6.2.1模型建立与计算域要求a）模型应完整覆盖灾害链的物源区、流通区与潜在堆积区；b）计算域范围应沿运动路径向物源区上游及堆积区下游分别扩展至少20%，以充分捕捉灾害链的远程效应与横向扩散，避免边界效应导致的失真。6.2.2空间分辨率要求地形数据应采用高精度DEM，其分辨率不宜低于12.5米，对于关键成灾地段，建议分辨率提升至更高的精度，以精确模拟流深、流速等指标的局部变化。6.2.3软件选取原则所选软件必须为经过大量案例验证的物理动力学模型，具备模拟特定灾害链动力学过程的能力。6.2.4参数选取与设定规则a）物源体积、初始形态等，应基于现场调查与遥感解译直接量测确定；b）对于数值模拟中涉及的关键模型参数存在不确定性，取值应避免使用单一确定值；c）关键模型参数（如摩擦系数）的取值，应优先基于研究区或邻近区域的同类灾害案例，通过反演分析设定合理概率分布。若无反演条件，可参考已发表的区域经验值确定其合理分布类型。6.2.5不确定性处理与抽样a）对于反映运动特性的关键动力学参数，须采用概率方法表征其不确定性。推荐使用贝叶斯方法，融合现场观测、实验数据与专家经验，确定其概率分布类型；b）建议采用蒙特卡洛方法进行随机抽样，以表征参数不确定性。总模拟次数建议不少于1000次，以确保超越概率结果的统计稳定性。6.2.6模拟执行与结果输出标准a）对每一次参数组合，均需执行一次完整的动力学模拟；b）每次模拟都应记录完整的时空演化数据，至少包括运动覆盖范围、动态流深场、运动速度场，以便后续计算各类指标的超越概率；c）基于全部有效模拟结果，为每个栅格单元计算其指标超过设定阈值的频率（即超越概率并最终生成概率分布图。7评价结果形成规则7.1区域尺度危险性评价结果形成规则7.1.1危险性评价结果的计算7.1.1.1诱发因素强度等级划分a）计算每个栅格逐年四月至十月冰雪融化期的正积温。式中，PDD为单位时间内正积温；Tt为某天的日平均气温；Ht为逻辑变量，Tt≥0℃时，Ht=1.0，≤0℃时，Ht=0.0。b）基于冰川冰与冰川雪度日因子空间分布数据集，计算每个栅格的逐年融化水当量：M=PDD.(DDFice+DDFsnow)T/XXXXXXX—XXXX式中，DDFice为冰川冰度日因子；DDFsnow为冰川雪度日因子；M为融化水当量（mm）。c）根据区域内融化水当量的统计分布特征，以均值和标准差为基础，将温度诱发因素强度划分为四个等级。低强度等级，0mm≤M<2.0×104mm；中强度等级，2.0×104mm≤M<2.6×104mm；高强度等级，2.6×104mm≤M<3.3×104mm；极高强度等级，3.3×104mm≤M<8×104mm。7.1.1.2诱发因素强度时空分布模型建立基于高斯过程回归建立每个栅格逐年融化水当量的时序回归预测模型，以时间序列作为输入变量，以对应年份融化水当量作为输出变量，捕捉融化水当量的长期趋势与年际波动，实现对未来时期诱发因素强度等级空间分布的预测。f(x)~GP(m(x),k(x,x'))式中：x,x’为任意随机变量；m(x)为均值函数，k(x,x’)为协方差函数。7.1.1.3区域尺度综合易发性计算地质灾害链易发性计算应基于预处理后的训练样本和选定的孕灾条件因子，可采用SVR实现。通过数据驱动的方式自动学习各影响因子的权重关系，避免主观设定权重。a）模型训练与因子筛选。以SVR为例，模型训练与因子筛选步骤如下：i）因子筛选。模型训练前，计算因子间皮尔逊相关系数，消除因子间多重共线性。对于相关系数大于0.7的因子，应剔除其中一个或采用主成分分析进行降维处理；ii）模型训练。输入制备的训练样本数据，使用SVR算法进行模型训练。通过交叉验证和网格搜索确定模型的最佳正则化参数C，避免过拟合。b）易发性指数计算。基于筛选出的关键控制因素，使用优化后的SVR模型计算各栅格单元的易发性指数。步骤如下：i）将各栅格单元的关键影响因子值输入已训练的SVR模型，每个栅格得到一个逻辑回归预测值。式中，f(x)为SVR模型输出的预测值，αi、αi*为拉格朗日乘子，K(xi,x)为核函数，b为偏置项；ii）将该预测值通过Platt缩放概率校准方法，转换为介于0-1之间的易发性指数式中，P为地质灾害链易发性指数A,B为Platt缩放的校准参数。c）综合易发性等级划分。根据计算得到的综合易发性指数P，将区域地质灾害链易发性划分为4个等级。低易发区，P<0.25；中易发区，0.25≤P<0.5；高易发区，0.5≤P<0.75；极高易发区，P≥0.75。7.1.1.4区域尺度危险性等级划分地质灾害链危险性计算应基于易发性指数和诱发因素强度，应采用灾害链综合易发性等级与温度诱发因素强度等级的叠加分析方法进行划定，将每个栅格单元划分为低、中、高或极高四个不同危险性等表3高山区地质灾害链区域尺度危险性等级判别矩阵地质灾害链危险性等级综合易发性等级低中高极高诱发因素低低低中高中低中高极高T/XXXXXXX—XXXX强度等级高中高极高极高极高高极高极高极高7.1.1.5区域尺度危险性评价图件制作基于上述危险性等级划分结果，制作流域尺度地质灾害链危险性评价专题图，应清晰展示低、中、高、极高四个危险性等级的区域空间分布。7.1.1.6结果精度评价结果精度评价应主要针对地质灾害链易发性计算结果进行，旨在分析模型预测结果与实际灾害分布情况的一致程度。a）验证数据准备，精度评价应基于未参与模型训练的历史灾害点数据进行。将验证数据集中的灾害点与易发性计算结果进行叠加分析；b）评价指标与要求，宜采用多个统计指标来定量评价易发性模型的预测准确性，以预测准确率为例，该值是模型预测正确的样本占全部样本的比例，能直观反映模型在复杂地理环境中的综合判别性能，评价标准为：当预测准确率<0.7时，模拟结果准确度不合格；当0.7≤预测准确率<0.8时，模拟结果准确度合格；当0.8≤预测准确率<0.9时，模拟结果准确度良好；当预测准确率≥0.9时，模拟结果准确度优秀c）评价结果分析，精度评价报告应包含各评价指标的计算结果与解读；模型在不同易发性等级区对历史灾害点的捕获能力分析；模型存在的局限性及不确定性说明。7.2灾点尺度评价结果形成规则7.2.1评价结果计算7.2.1.1考虑参数不确定性的动力学模拟基于6.2节生成的参数概率数据集，采用蒙特卡洛方法驱动选定的动力学模型进行多次模拟。每次模拟需完整记录各栅格单元的动力学指标，包括但不限于运动速度、流深及冲击力。全部模拟结果的集合共同构成了灾害动力学指标的概率场，用以量化由输入参数不确定性所导致的结果变异范围。7.2.1.2基于动力学指标超越概率的危险性等级划分在在计算过程中，需根据评价目标选取相应的动力学指标，并设定合理的阈值。以流深超越概率为例，若将阈值设为0，则计算结果反映的是灾害链波及该单元的可能性，即该单元至少被灾害运动覆盖一次的概率。针对每一栅格单元，统计其流深超过阈值0的模拟次数Nhit，按下式计算该单元的超越概率pe：式中：Pe为栅格单元的超越概率；Nhit为该栅格单元在动力学模拟中动力学指标超过设定阈值的次数；Ntotal为动力学模拟的总次数。根据计算得到的超越概率Pe值划分地质灾害链危险性等级：低危险，0≤Pe<0.01；中危险，0.01≤Pe<0.1；高危险，0.1≤Pe<0.5；极高危险，0.5≤Pe≤1.0。7.2.1.3灾点尺度危险性评价图件制作基于上述危险性等级划分结果，生成灾点尺度地质灾害链危险性评价图。图件应直观反映不同危险性等级的空间分布，并叠加灾害源区与主要承灾体等信息。制图宜采用由冷色调至暖色调的色彩渐变系统，确保图面清晰、规范，符合专业制图要求。7.2.1.4结果精度评价灾点尺度危险性计算结果的精度评价，旨在评价基于超越概率的危险性区划与实际灾害影响范围的一致性。鉴于动力学指标（如速度、冲量）的实地监测数据难以获取，精度评价建议以实际灾害范围作为验证基准。T/XXXXXXX—XXXXa）验证数据准备。用于精度评价的实际灾害范围数据应为二值化栅格或矢量格式，其中“1”表示实际受灾区域，“0”表示未受灾区域。数据来源应包括实地测绘、高精度遥感解译或权威应急调查记录，并确保其空间准确性。b）评价指标与方法。将模拟得到的四个危险性等级合并为二值化预测区：将中危险、高危险与极高危险区合并为“预测危险区”（值为1低危险区视为“预测安全区”（值为0）。将该预测结果与实际灾害范围进行叠加分析，生成混淆矩阵，并据此计算精确率、召回率与F1分数等量化指标。以F1分数为主要评价指标，其精度等级划分如下：F1分数<0.6，不合格；0.6≤F1分数<0.7，合格；0.7≤F1分数<0.8，良好；F1分数≥0.8，优秀。c）评价结果分析。精度评价报告应包含各项指标的计算结果与合理解读，重点分析模