軟弱巖土突發地質災害風險評估模型

發布時間：2020-01-17所屬分類：農業論文瀏覽：1397次

摘 要： 摘 要: 建立軟弱巖土突發地質災害風險評估模型是預防地質災害的基礎，但傳統風險評估模型準確性不高。針對上述問題，建立一個新型的軟弱巖土突發地質災害風險評估模型。該評估模型以危險性、易發性和易損性為主要內容，通過 Hadoop 確立風險評估指標，并按照

　　摘 要: 建立軟弱巖土突發地質災害風險評估模型是預防地質災害的基礎，但傳統風險評估模型準確性不高。針對上述問題，建立一個新型的軟弱巖土突發地質災害風險評估模型。該評估模型以危險性、易發性和易損性為主要內容，通過 Hadoop 確立風險評估指標，并按照不同的分級標準對其進行分級量化處理，利用 AHP 確定指標權重，對地質災害易發性進行評估，將軟弱巖土突發地質災害風險評估劃分為 15 個分級圖，以此為基礎建立軟弱巖土突發地質災害風險評估模型。通過仿真和對比試驗對其進行驗證，結果表明: 該模型能夠有效評估出地區地質災害風險，并優于傳統評估模型，評估誤差小于 3 km2 。

　　關鍵詞: 軟弱巖土; 地質災害; 風險評估; 模型; 仿真實驗; 對比分析

　　我國地域遼闊，覆蓋著大片軟弱巖土，因其水文地質等條件使得軟弱巖土具有流變特性，這種特性如果不受到外力的震動作用輕易不會造成地質災害，但是一旦遭受外力，像地震、暴 雨、海嘯、洪水、人類活動等強烈震動作用，就會促使軟弱巖 土 加 速 流 動，導致發生嚴重的地質災害[1]。因此為能有效防治這種突發性地質災害，進行風險評估是必要的基礎工作之一。

　　文獻[2]提出的基于 GIS 的貧困地區降雨誘發型地質災害風險評估，路基填料浸泡特性進行了常規壓縮試驗和循環荷載下的壓縮試驗研究，認為路基浸水與行車荷載是影響弱變質巖路基變形不可忽視的 2 個重要因素; 文獻[3]提出的中國縣域單元地質災害風險評估，提出地震災區地質災害，包括公路沿線崩滑災害，劉應輝按照“發育度”、“潛勢度”、“危險度”和“危害度”的“四度” 遞進地質災害評價思想對研究區進行了總體評價和區劃; 但是以上傳統的風險評估模型準確性不高，預估時間準確性低，逃脫時間少，導致人員傷亡率和財產損失傷亡率居高不下，很難幫助人們達到預防地質災害的目的。因此針對上述問題，建立一個新型的風險評估模型，該模型優于傳統風險評估模型，能準確評估出地區風險，對防治和減少地質災害、加強突發地質災害預測的準確性、保障國家財產和人民群眾生命安全、促進國民經濟與社會的穩定快速發展等具有重要意義。

　　1 突發地質災害風險評估模型大型

　　工程建設是軟弱巖土突發地質災害發生的主要原因。工程建設必然破壞原有軟弱巖土地質地貌，降低了軟弱巖土的力學性能和穩定性，在外力強烈的動態干擾下極易發生地質災害。突發性地質災害不僅威脅人們的生命安全，還造成嚴重的經濟損失。圖 1 為 2011 - 2015 年全國軟弱巖土突發性地質災害造成的危害情況。

　　圖 1 顯示，2011 年全國因軟弱巖土突發地質災害造成的危害極大，傷亡慘重，經濟網損失大， 2012 - 2015 年間，災害造成的傷亡人數和經濟損失下降 50% 左右，由圖 1 可見，因軟弱巖土突發地質災害造成的危害持續存在，從而看出建立一個軟弱巖土突發地質災害風險評估模型的緊迫性。

　　1. 1 地質災害風險評估內容

　　軟弱巖土造成的突發性地質災害之所以存在風險，最大原因是其具有不確定性。也由此可以判斷出地質災害風險是災害發生頻率、災害監測系統是否穩定、人類綜合管理以及社會自身防御能力等綜合作用的產物[4]。因此軟弱巖土地質災害風險評估的主要內容包括災害發生的頻率和災后系統的承受能力。

　　突發性地質災害風險評估的重點是對災害體和承災體的評估。地質災害風險存在的唯一條件是由承災體所造成的傷害和損失或者當承災體暴露于災害體之下。但是當承災體不存時，則視為無風險。圖 2 為易發性、易損性、風險性三者邏輯組成圖。由圖 2 可知，軟弱巖土地質災害風險評估內容包括 3 個方面: 危險性分析、易損性分析和期望損失分析。其中前兩者是突發性地質災害風險評估的基礎，通過這二者的分析可以明確風險區面積、大致方位、災害發生的時間等; 而最后一項則是確定地質災害造成的人員傷亡、經濟損失、地質破壞程度等。綜合以上三者的評估值，就可以獲得某地地質災害的風險水平[5]。軟弱巖土地質災害風險評估的內容體系如圖 3 所示。

　　1. 2 評估指標的確立

　　軟弱巖土突發地質災害風險評估結果的準確性易受到選取的各個評估指標數據準確性的影響。為保證評估指標數據的準確性，選用 Hadoop 平臺對指標數據進行處理，其處理過程如圖 4 所示。指標數據處理完成后，需要選取指標建立評估模型。軟弱巖土突發地質災害風險評估指標有兩種: 基礎因子和易損因子[6]。前者包括坡度、斷層情況等。后者有道路級別、人口密度和生態環境等。

　　1. 3 評估指標分級處理

　　各評估指標明確后，按照不同的分級標準對其進行分級量化處理，得到軟弱巖土突發地質災害風險評估的 15 個分級圖，其危險評估指標分級量化標準如表 1 所示。而對于易損性評估，參照以往國內外對軟弱巖土突發地質災害風險研究狀況，只選取 6 個指標因子進行量化分級，如表 2 所示。

　　1. 4 指標權重的確定

　　利用美國運籌學家 T. L. Satty 提出的 AHP 方法來確定該模型評價指標的權重。其步驟主要有以下 3 點。

　　2 仿真實驗

　　利用上述建立的軟弱巖土突發地質災害風險評估模型對某地進行地質災害風險評估。

　　2. 1 評估區情況

　　選取的地質災害評估區位于我國西北地區介于 32°11' ～ 42°57'N、92°13' ～ 108°46' E 之間，大部分位于中國地勢二級階梯上。地處黃河中上游，地域遼闊，地質環境較為復雜[8]。

　　2. 2 地質災害危險性評估

　　圖 6 為某地地質災害危險區空間分布圖。利用上述軟弱巖土突發地質災害危險性評估指標及通過 GIS 空間運算，對圖中地質災害各個程度的危險性進行計算[9]。經計算，圖 6 中高危險區面積為 9. 34 萬 km2 ，占該地總面積的 23. 31% ; 中等危險區面積為 8. 65 萬 km2 ，，占總面積的 22. 4% ; 低危險區面積為和極低低危險區面積分別為 36. 2 萬 km2 和 19. 23 萬 km2 ， 一共占全省總面積的 52. 37% 。

　　2. 3 地質災害易損性評估

　　圖 7 為某地地質災害易損區空間分布圖。經計算，圖 7 中高易損區面積為 7. 42 萬 km2 ，占該地總面積的 21. 45. % ; 中等危險區面積為 32. 54 萬 km2 ，占總面積的 32. 4% ; 低危險區面積為和極低危險區面積分別為 35. 32 萬 km2 和 14. 64 萬 km2 ，一共占全省總面積的 54. 38% 。

　　2. 4 地質災害易發性評估

　　圖 8 為某地地質災害易發區空間分布圖。經計算，圖 8 中高危險區面積為 14. 87 萬 km2 ，占該地總面積的 27. 67% ; 中等危險區面積為 30. 24 萬 km2 ，，占總面積的 25. 35% ; 低危險區面積為和極低危險區面積分別為 34. 54 萬 km2 和 32. 87 萬 km2 ，一共占全省總面積的 55. 02% 。

　　2. 5 地質災害風險評估

　　根據以上對地質災害危險性、易損性、易發性的評估結果利用 ArcGIS 進行疊置分析處理，將該地軟弱巖土突發地質災害風險程度劃分為 4 個等級，如圖 9 所示。從圖 9 中可以看出，評估區內的高風險區主要集中在該地的中部和南部地區，主要原因是兩地為侵蝕地貌，巖石為變質碎屑巖，地質松軟，再加上該地主要有鐵路和高速公路等數條交通干線通過，易發生突發性地質災害; 中等風險區主要集中在北部地區，其中有一條細中等風險區帶貫穿南北; 低風險區存在于南北中三個地帶，面積較大; 而極地風險區位于東邊邊界地帶，為侵蝕盆地地貌，人口稀少，無重要的基礎設施通過，風險性低[10]。

　　經過計算，該地高風險區占地面積 16. 32 萬 km2 ，占總面積的 19. 2% ; 中等風險區占地 18. 53 萬 km2 ，占總面積的 21. 3% 低風險區占地面積為 37. 9 萬 km2 ，占總面積的 45. 7% ; 極低風險區占地面積為 10. 52 萬 km2 ，占總面積的 15. 14% 。其評估結果與該地的實際調查情況一致，說明該模型在評估軟弱巖土突發地質災害風險是可行的。

　　相關期刊推薦：《自然災害學報》Journal of Natural Disasters(雙月刊)1992年創刊，為災害學學術性刊物。旨在展示我國災害科學的研究成果，促進自然科學與社會科學在災害科學方面的結合�？歉鞣N自然災害和社會科學在災害科學方面的結合�？歉鞣N自然災害和發生機理、災害與人類社會的關系及其影響、防災減災系統工程等方面的研究論文。讀者對象為災害學研究工作者、防災減災專業技術人員及相關專業大專院校師生。有投稿需求的作者，可以咨詢在線編輯。

　　3 對比分析

　　為驗證該模型在風險評估方面的準確性，利用該評估模型與傳統評估模型分別對該地進行突發地質災害風險評估。為保證實驗結果的客觀性，一共進行 8 組對比試驗。對比結果如圖 10 所示。

　　風險評估包括人工操作時間、風險評估時間和風險計算時間。分別采用傳統風險評估模型和上文建立的模型進行對比實驗。從對比曲線可以分析出，采用傳統風險評估模型，實際評估數值與實際數值誤差大部分都超過 5 km2 ，而且從曲線走勢能夠分析出，誤差波動性較大，因此證明傳統評估模型易受客觀因素影響，一致性差。而上文建立的風險評估模型不僅誤差小，而且在穩定性上也表現良好，誤差均 < 3 km2 。

　　4 結束語

　　綜上所述，軟弱巖土造成的突發性地質災害一直是我國地質災害預防的重點研究工作之一，其風險評估是此項工作的重要組成部分。傳統風險評估模型準確性不高，預估時間準確性低，逃脫時間少，導致人員傷亡率和財產損失傷亡率居高不下，隨著地質災害程度的逐漸加深，很難達到人們的要求，因此建立一個新型的突發地質災害風險評估模型。該模型能夠有效評估出地區地質災害風險，預判災害發生時間準確，其準確度較之傳統評估模型有了很大的提高。

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