三峡库区万州区滑坡灾害风险评估研究

三峡库区万州区滑坡灾害风险评估研究

滑坡是一种常见的地质现象,但其造成的后果却是一种社会和经济问题,具有灾害性,不仅给人类生命安全带来威胁,而且对财产、环境、资源等具有破坏性。就其危害性而言,滑坡给人类带来的灾难性的影响和危害仅次于地震,其影响范围虽然不大,但其所发生的频率却远远超过地震。我国是世界上地质环境脆弱,地质灾害多发的国家之一。在过去的三十年,随着人口增长和土地利用扩张,滑坡及其次生灾害(如滑坡涌浪、滑坡坝、堰塞湖等)已造成了大量的人员伤亡和经济损失。

近几年来,据中国地质调查局资料表明,地质灾害以平均每年2万起的规模发生,造成了年均1200人伤亡及失踪,年均直接经济损失达41.43亿元。在六大类地质灾害中(滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、地裂缝和地面沉陷),滑坡灾害发育最为广泛,比例高达50.6%～86.1%,占全年地质灾害一半以上,造成的年平

均经济损失超过20多亿元。21世纪以来,我国滑坡灾害防治工作面临着更加严峻的形势,包括明显增加的地震活动、极端气候条件以及城镇化发展带来的更加剧烈的人类工程活动等。面对如此严峻的滑坡灾害形势,没有预警机制和风险控制的灾害预防工作是达不到防灾减灾目的的。

灾害减缓,预防先行,传统的地质成因机制、工程治理技术等方面的研究已经难以满足综合防灾减灾的实际需求。而滑坡灾害风险预测及风险控制是滑坡研究从地质学、工程治理、监测预报向灾害风险评估、预测与管理的一种综合延伸,是防灾减灾另一种重要有效的手段。我国国土面积大、灾害类型复杂、成灾机理复杂多样,滑坡灾害风险研究还处于起步阶段,深入系统的滑坡风险研究亟待加强。鉴于此,本文首先探讨了国内外滑坡风险评估与管理体系,提出并深入分析了滑坡分类、时间尺度和空间尺度等风险评估关键问题,在此基础上详细阐述了国内滑坡灾害风险研究的主要内容、技术流程和基本方法。

接着,论文以三峡库区万州区为例,完成了万州全区、万州城区以及万州孙家滑坡风险评估示范研究,实现了滑坡风险在空间尺度上由大到小、评估结果由粗略至精细的风险定位研究,同时,考虑滑坡风险评估的时间尺度问题,开展了基于诱发因素重现期分析的滑坡危险性和动态风险评估研究。基于以上研究,论文主要取得了以下成果和结论：(1)总结和探讨了国内外滑坡风险评估与管理体系及

技术流程,探索性的提出了滑坡风险评估几个关键问题以及考虑时空尺度的国内滑坡风险评估技术流程。总结了国际上主流的、被广泛认可和使用的滑坡风险评估与管理体系,明确了滑坡风险评估与管理的基本概念及框架,即由澳大利亚地质力学学会(AGS)、国际滑坡与工程边坡联合技术委员会(JTC-1)等主要滑坡风险研究学术机构首次提出并经过多年修改和完善的风险管理框架。提出了滑坡风险评估研究中的三个关键问题,即滑坡分类、时间尺度和空间尺度。

围绕三个关键问题深入剖析了滑坡风险评估中的基本要素,即基础数据、模型方法、关键过程以及评价单元的时空尺度问题。基于以上研究,探索性的提出了考虑时空尺度变化的国内滑坡灾害动态风险定位研究技术流程。(2)全面介绍了滑坡风险评估主要研究内容,深入探讨了不同空间尺度条件下的滑坡灾害风险定量化评估技术方法。全面介绍了滑坡灾害风险评估的主要研究内容,包括基础数据与滑坡编录、易发性评价、危险性评价以及灾害后果评价中的承灾体调查与识别、承灾体价值评估和承灾体易损性评价等。

基于区域、场地和单体滑坡三个不同的空间尺度,详细阐述了滑坡频率和概率的分析方法。针对区域滑坡频率和概率问题,介绍了滑坡规模-频率(M-F)评价方法,深入研究了考虑诱发事件的区域滑坡概率分析方法,在此基础上提出了区域滑坡灾害从易发性到危险性的评价思路；就场地滑坡危险性而言,主要探讨了考虑稳流和瞬流两种不同水文力学条件下降雨对斜坡稳定性的影响；对于单体滑坡,主要研究了可靠度理论在滑坡破坏概率分析中的应用,深入分析了滑坡

Run-out计算方法以及Tsunami Squares方法的基本原理。总结了不同空间尺度的承灾体易损性评价方法,提出了考虑滑体与承灾体之间相互作用冲击能量或冲击力的建筑物易损性定量评价方法。针对框架结构,从能量角度出发,将建筑物易损性定义为滑体对建筑物的冲击能与建筑物自然状态下承受最大冲击能量的比值,采用TS方法求解滑体对建筑物的冲击能,应用ANSYS数值软件模拟分析建筑物自然状态下在滑体冲击作用面上能够承受的最大冲击能量；对于砌体结构,从冲击力角度出发,将建筑物易损性定义为滑体对建筑物的冲击力与建筑物自然状态下承受最大冲击力的比值,结合TS方法得到的滑坡Run-out结果,根据经验公式求解滑体对建筑物冲击力,并参考《砌体结构设计规范》求解建筑物结构的最大抗水平冲击力。

(3)基于统计分析方法,完成了万州全区滑坡灾害易发性评价。在深入分析万州区自然地理条件、地质环境特征以及滑坡灾害类型特征与影响因素的前提下,结合研究区详细的滑坡编录数据,开展了易发性指标因素的选取、状态分级和相关性分析,建立了包括坡度、坡向、坡体结构、地层岩性、地质构造、水的作用和土地利用等在内的易发性评价指标体系,分别应用信息量模型和逻辑回归模型开展了万州区滑坡灾害易发性评价。对比发现,两种模型易发性评价结果比较接近,都具备较高的准确性,预测精度达到87%。万州区易发性评价结果表明：①、易发性高的地区大部分是研究区土地利用总体规划中的建设用地；②、易发性高的地区主要分布在侏罗系中统上沙溪庙组第三段(J2s3)、第二段(J2s2)等地层；

③、易发性高的地区基本上属于库区范围内,越靠近库水变动带和河网影响带易发性越高；④、高易发地区主要集中在万州区主城区。

(4)考虑降雨诱发因素的的万州区滑坡灾害危险性及风险评价,实现区域滑坡易发性到危险性的评价研究。统计分析万州区50年内的降雨数据及其与该区滑坡灾害年发生量的关系,结果表明,排除滑坡编录数据不完整和水库蓄水以来对滑坡年发生量的影响,1978-2003年的二十多年间,降雨事件与滑坡事件呈现

了十分明显的正相关性。应用耿贝尔分布函数拟合万州区年降雨量极值概率分布曲线,得到5年、10年、20年和50年等不同重现期的年极值降雨量,结合滑坡编录数据计算不同重现期各易发性等级内滑坡灾害发生的空间概率、时间概率及危险性,结果表明：①、诱发事件的重现周期越长其诱发区域滑坡灾害发生的空间概率越大；②、由于区域滑坡危险性是空间概率和时间概率的乘积,诱发事件的重现期越长,其诱发滑坡的空间概率越大,但是时间概率却相对降低,所以导致年平均危险性并没有明显的规律可循；③、同一诱发事件重现期内不同易发性级别的区域发生滑坡灾害的危险性截然不同,并且高易发区滑坡发生的危险性明显大于低易发区。基于以上研究,实现了全区滑坡灾害从易发性到危险性的评价,得到了万州区时间尺度为10年的滑坡灾害危险性评价结果,进而在全区承灾体调查、价值估算及易损性分析的基础上完成了万州区10年期滑坡灾害风险评价研究。

(5)基于瞬态水文力学条件的TRIGRS模型,完成了万州城区堆积层滑坡危险性及风险评价,实现了场地滑坡灾害动态风险评价研究。统计分析万州城区滑坡灾害类型及特征,在充分考虑城区滑坡工程治理现状的前提下,提出了受降雨和