水電工程庫區地質災害敏感性分析

劉永亮，宋書志（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川成都610072）

水電工程庫區地質災害敏感性分析

劉永亮，宋書志（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川成都610072）

水電工程水庫蓄水后容易引發庫岸邊坡滑坡、坍岸等地質災害，可能對水庫安全運行與移民安置造成較大危害。地質災害敏感性分析對災害管理、防治、安置點規劃是極其必要的，有助于緩解、乃至規避地質災害活動導致的嚴重后果。本文通過分析某大型水庫庫岸邊坡地質災害與多種影響因子的相關性，選擇其中10個控制地質災害敏感性的因子，利用線性回歸模型，計算了各影響因子的權重，在地理信息系統軟件中生成滑坡敏感性地圖。疊加當前正在活動的滑坡分布圖與滑坡敏感性地圖，結果表明，活動的地質災害72%以上都位于敏感性地區中較不穩定和不穩定的區劃范圍內。該水庫邊坡地質災害敏感性評價結果與研究區實際情況相吻合，可為水庫蓄水后的災害管理、防治、安置點規劃提供可靠地分析依據。

影響因子；地質災害；敏感性分析；線性回歸

1 引言

水電工程庫區發生的地質災害影響了庫區人民生產生活環境，且對水電工程運營增加了風險。水電工程庫區范圍較大，目前主要依靠定性的方法進行庫區地質災害人工排查，這樣耗費時間較長且難以保證排查的準確性與完整性，而對庫區地質災害預測與防治方法上，主要依靠對單個地質災害體進行穩定性分析與監測預報，缺乏對整個庫區進行高效、宏觀性地質災害預測的技術手段。在地質災害評價過程中，地質災害敏感性分析作為一種快速、定量的區域性地質災害預測方法，在區域災害評價中已經成為當前的熱點研究問題，在許多地區，開始受到各行業的重視。

地質災害敏感性分析方法可以分為定性方法和定量方法。定性方法依賴專家主觀經驗對地質災害的定性描述，結合各類專題圖，直接進行地質災害敏感性評價，在地質災害發生機理不完全清楚的情況下，存在很大的主觀性風險。定量方法依賴數據的特征，“用數據說話”，形式更加嚴謹和客觀，很大程度上能消除定性方法的主觀性因素，因此在地質災害敏感性分析研究中，大量的研究主要關注在定量分析方法上。

地質災害發生機理較為復雜，受多類因素的影響，是一個多影響因子綜合的過程，目前大部分影響因子研究都集中在地形地貌、基本地質條件、植被覆蓋、人類活動范圍、水文氣象條件等幾方面。本文以瀑布溝水電站庫區為研究區，依據影響水庫蓄水后形成的地質災害特點，選取庫區巖性、斷裂、地形、植被覆蓋、蓄水高程、土地利用以及土壤侵蝕等因子，建立線性回歸模型，借助GIS的空間分析技術手段，形成瀑布溝庫區地質災害敏感性區劃圖，以對庫區的地質災害敏感性進行分析。

2 研究區概況

瀑布溝水電站位于四川省西部大渡河中游漢源縣和甘洛縣接壤處，庫區地跨漢源、石棉、甘洛三縣境區，是大渡河流域水電梯級開發的下游控制性水庫工程，是大渡河流域梯級水電站開發的關鍵項目之一。該區域河谷總體呈東西向展布，具有峽谷與寬谷或河谷盆地相間分布的特點（如圖1）。

3 影響因子分析

3.1 影響因子選擇

地質災害是與各種要素相關聯的，深入理解地質災害與各種要素的相關性，合理選擇與其密切相關的影響因子，會增加地質災害敏感性分析結果的適應性。地質災害的孕育及演化過程受到內因和外因的雙重影響。各種因子在地質災害形成的過程中有著不同的作用，因子的影響程度也在不同區域表現不一致。目前大量研究都集中在巖性、地形地貌、斷裂等主要內部影響因素上[1～3]，劉新喜[4]也針對庫水位下降對滑坡穩定性進行了研究，李鐵峰[5]探討了降雨對滑坡的影響，胡德勇[6]在主要影響因素上又添加了地形曲率、河流、土地覆蓋、道路等自然要素與人為活動因素。

圖1 研究區位置圖

通過對各種研究歸納總結，可將影響因子總體上分為地質條件、地形地貌條件、植被土壤條件、人類活動條件、水文氣象條件等。根據研究區域發生的實際情況，本文選取10個影響因子對研究區域開展敏感性分析研究，這些影響因子為：地層巖性、斷裂、蓄水高程、坡度、坡向、剖面曲率、平面曲率、植被覆蓋、土地利用、土壤侵蝕，將其按照類別分成三類。

3.2 因子量化方法

為了定量研究各類影響因子對地質災害的影響，需要對影響因子進行量化，因子量化的方法有多種，其中確定性系數CF值能反映災害點的聚集程度，是目前敏感性研究中主要的定量化方法。首先利用每類影響因子的各二級分類因子中地質災害面積除以各二級影響因子的面積，得到一個面積比，然后對個面積比歸一化處理，即為個二級分類因子的定量化指標值。所采用的公式如下：

式中：i=1，2，…，m，是影響因子序號；j=1，2，…，n，是各影響因子的二級分類序號。xij是各類二級因子的指標值；Sij是各類二級因子的面積；Aij是各類二級因子中滑坡災害面積；按照（1）式計算出的初始值，將其歸一化處理，即可到各類影響因子的定量化指標值。

通過對以上因子的量化，從已有地質災害數據統計計算，從而得出各因子的量化指標，如圖2。

4 敏感性分析模型建立

圖2 影響因子定量化指標

地質災害的孕育和發生，是一個多因子作用下的復雜過程，目前并沒有充分的機理驗證地質災害的產生，基于多因子的敏感性分析需要解決的一個主要問題，就是因子的權重問題，即因子對地質災害產生的貢獻程度。敏感性分析模型就是為了定量確定個因子的權重值，進而通過計算各因子的影響值，從而獲得整個區域內，各因子綜合作用下的地質災害敏感性結果。

設P為某事件發生的概率，取值范圍為[0，1]，從而可建立線性回歸方程：

此即為線性回歸模型，其中α為常數，βi（i=1，2，…，m）為線性回歸系數，利用（2）可進行地質災害的預測。

基于瀑布溝庫區已有地質災害數據，采用本文研究的10種影響因子作為自變量，采用SPSS軟件進行線性回歸分析，通過計算分析，因子顯著性水平均小于0.05，認為回歸結果通過5%顯著性水平檢驗，得到線性回歸系數，因此，可得到計算災害發生概率的預測方程：

式中：x1，x2，…，x10分別代表地層巖性、斷裂、坡度、坡向、剖面曲率、平面曲率、植被覆蓋、土地利用、土壤侵蝕、蓄水高程。

將實驗區數據帶入方程（3），可得到各格網單元的P值，即為該格網點的發生地質災害的概率，將概率劃分為3個區間（穩定、一般、不穩定），可得到研究區地質災害敏感性區劃圖（圖3）。

圖3 瀑布溝庫區地質災害敏感性區劃圖

5 結果分析與討論

將研究區域地質災害與地質災害敏感性區劃圖疊加，可以計算出，72%的地質災害區域分布在不穩定區域內，而穩定區域發生地質災害只占整個區域地質災害的8%。故而本文研究得到的地質災害敏感性區劃圖能較好的符合研究區域地質災害發生的實際情況。

6 結論

（1）影響因子的選擇需要綜合地質條件、地形地貌、蓄水高度、植被、土壤、土地利用等因素，本研究區域中除蓄水高度為研究區特有影響因子，其他影響因子具有通用性，可為相似環境水庫敏感性分析提供影響因子定量化系數。

（2）研究區格網大小需要綜合考慮已有數據的精度，以及研究區域的大小，在保證精度的前提下，盡量減小數據計算的規模，是進行大區域敏感性分析的有效優化手段。

（3）研究結果能為瀑布溝地質災害的防治以及移民安置提供依據，為水電工程的安全建設與運營提供更加高效可靠的技術手段。

[1]馬顯春，王 雷，趙法鎖.滑坡穩定影響因子敏感性分析及治理方案探討[J].地質力學學報，2008，14（4）.

[2]李雪平，唐輝明，陳 實.基于GIS的Logistic回歸在區域滑坡空間預測中的應用[J].公路交通科技，2005，22（6）.

[3]蘭恒星，伍法權，周成虎，王思敬.基于GIS的云南小江流域滑坡因子敏感性分析[J].巖石力學與工程學報，2002，21（10）.

[4]劉新喜，夏元友，等.庫水位下降對滑坡穩定型的影響[J].巖石力學與工程學報，2005，27（8）.

[5]李鐵峰，從威青.基于Logistic回歸及前期有效雨量的降雨誘發型滑坡預測方法[J].中國地質災害與防治學報，2006，17（1）.

[6]胡德勇，李 京，陳云浩，蘇 偉.基于GIS的熱帶雨林地區滑坡敏感性分析——馬來西亞金馬倫高原個案研究[J].自然災害學報，2008，17（6）.

P642

A

2095-2066（2016）05-0114-02

2016-2-1

劉永亮（1984-），男，工程師，碩士研究生，主要從事3S與數字流域方面的工作。