基于庫水位及降雨聯合作用的滑坡危險性評價

周健，張中旭，馮興法，李莉

（1.重慶市萬州區交通設計院有限公司，重慶萬州 404100；2.重慶三峽學院，重慶萬州 404100；3.中煤科工重慶設計研究院（集團）有限公司，重慶渝中 400042）

一、研究背景

中國有960萬km2的陸地面積，地質條件極為復雜，是世界上滑坡災害最為嚴重的國家之一。同時中國也是世界上地質災害發生頻率較多的國家之一，尤其是中國西南部地區，受地形地勢的影響，平均每年至少造成15億的直接經濟損失。因此為了防治自然災害帶來的損失，我國先后建設了一系列國家工程，在和自然災害抗衡的過程中，在三峽水利工程等重大工程項目全過程中，都不同程度地受到了滑坡災害的各種威脅[1]。僅在長江三峽地區就有超過滑坡170余個，體積約為14.2億m2，占變形破壞總數的67.3%和總體積的88.8%，其中大型滑坡33個，體積約為13.1億m3。因此，為了做好減災防災工作，對處于復雜的特殊的地質環境下不同省市區域的滑坡地質災害進行危險性評價是有必要的。

滑坡地質災害的危險性評價指在特定的時間和空間內滑坡發生概率大小的預估或者預測。因此，針對某個給定區域的滑坡危險性評價是在滑坡易發區的基礎上，利用模糊數學理論分析可能滑動的頻率或概率，一般而言，主要集中在空間概率、時間概率、滑坡體積等方面。現今，利用以往數據的數理統計分析方法以及基于貝葉斯數學理論的誘發因素，進行空間和時間概率上分析和計算進行滑坡危險性分析是主流。但處于復雜地質環境條件下的滑坡災害，其產生原因并非單一因素，通常由多種因素耦合而成。根據統計數據，三峽庫區大多數滑坡常常由水位動態變化疊加降雨作用引起。因此，考慮多個不同因素疊加下的滑坡危險性評價，可以提升滑坡地質災害對防災減災理論適應性和預測準確性，對這個領域的理論和方法具有指導意義。

本文根據謝家龍等人調查云陽區域內地質條件及滑坡災害數據[2]，借助逐步判別法和邏輯回歸模型計算分析滑坡發生空間概率，考慮庫岸區與非庫岸區的地域區劃，對不同降雨情況下和不同三峽水庫蓄水位聯合作用下的時間概率進行分析，并完成具體滑坡的危險性評價。

二、地質條件及災害特征

（一）地質條件

本文選定重慶市云陽縣為研究區域，云陽縣處于長江三峽庫區的腹地，總面積約為3649km2。其庫區腹地內地形陡峻，嶺谷特征較為明顯，河谷兩側區域分布坡度為＞35°，該區域崩塌、滑流、堰塞湖等災害極易發生。同時，研究區域由于受到華鎣山和方斗山之間形成褶皺體系，疊合大巴山斷裂褶皺帶的同時影響，造成研究區域褶皺地質構造很發達。研究區域出露地層主要有第四系（Q）、侏羅系（J）和三疊系（T），分布較為廣泛的易滑地層為侏羅系砂巖和泥巖。從氣候來看，研究區域云陽縣隸屬亞熱帶暖濕季風氣候區，雨量豐沛，年平均降雨量1100毫米左右，主要集中在5至9月份。研究區域云陽縣地表水系發達，長江沿中部而過，磨刀河、長灘河、蓬溪河、塘溪河及眾多小溪流匯集于長江，構成了錯綜而成的地表徑流，而研究區域地下水主要來自孔隙水，常常靠降雨補給。

（二）地質災害特征

自長江三峽大壩建成以來，在研究區域云陽縣內，主要受到水庫蓄水位動態調節蓄水疊加降雨共同作用下，導致滑坡災害頻率較高，造成對人民生命和財產破壞嚴重。從有統計資料算起，云陽縣20多年發生了905起歷史滑坡，其中，中大型和大型滑坡205起，占比22.7%，比例較小，小型滑坡700起，占比77.3%，占到大多數。從滑坡發生時間來看，絕大多數滑坡發生在6-8月期間，該區域滑坡主要原因之一是降雨誘發。由于滑坡發育的空間特征，該區域滑坡沿河系發育呈條帶狀，其中約75.6%發生在水系0～6公里范圍內（圖2）。由于三峽水庫水位的動態調節和蓄水，該地區歷史性滑坡大部分發生在海拔175米以下。此外，通過分析滑坡的發生與工程地質巖層的關系可知，軟硬砂巖和粘土層滑坡產生的滑坡數量多達566處占比62.5%。

圖1 月均降雨量和滑坡次數關系統計

圖2 研究區歷史滑坡距水系距離分布

三、滑坡危險性評價因子及模型

（一）因子選取

由于地質環境的變化導致地質災害的發生，合理選擇災害管理因素是滑坡災害區劃的重要前提。根據已有的災害歷史統計特征，結合文獻資料、實地調查，環境、降水和人類活動為滑坡致災因子，所以選擇高差、坡度、距斷層距離、地質巖性等因子作為選擇滑坡誘發因素條件，通過分析選取降水量、涉水距離、道路距離、土地利用類型等作為滑坡危險評價的主要因子。

導致滑坡地質災害發生會受到多個因素制約，有必要建立完善的體系對滑坡危險性進行評價[3]。首先，地形地貌因子是制約滑坡發生概況、規模的主要因子，常常選擇地形地貌因子從屬的坡度、坡向和相對高差作為主要指標。其次，降雨常常引起滑坡，加之評價區域降水豐沛，水系眾多，河流沖刷嚴重，因此降雨疊加不利地形因素常常誘發滑坡。再次，由于研究區域處于山區丘陵地帶，道路施工和建設對地形地貌造成擾動甚至破壞，這加劇了邊坡的失穩。最后，人類生產生活也引起了邊坡的失穩，土地資源各種利用和開發不同程度地造成水土流失，影響生態環境，間接導致三峽庫區和研究區域滑坡的誘發。

（二）過程評價

根據前人的研究[4-6]，常常以研究區域的地質環境背景和災害特征因素作為分析的要素，利用逐步判別方法在一級評價指標中選取關鍵性指標，借助邏輯回歸數學模型進行滑坡區域敏感性劃分，從而分析和計算滑坡發生的空間概率。對研究區域而言，考慮三峽庫區的特性地形，分為庫區區域及非庫區區域。在非庫區區域，主要考慮不同降雨歷時、規模引起滑坡誘發的時間概率；在庫區區域，既要考慮降雨作用，又要考慮不同庫水位變化情況下滑坡誘發的時間概率。對研究區域滑坡概率進行分析時，需要考慮空間和時間概率影響，從而進行滑坡風險區劃分確定。

（三）空間概率分析

根據滑坡誘發的敏感性確定滑坡的空間概況，主要表達為在特定條件下，在某一特定區域根據歷史滑坡災害面積除以總的區域面積并形成比值。因此，本文借助數理統計軟件SPSS逐步判別方法在一級評價指標中選取關鍵性指標，利用邏輯回歸數學模型進行滑坡區域敏感性劃分，分析得到滑坡誘發空間概率。邏輯回歸模型的原理如下：

設Y為因變量，表示發生滑坡與否（若滑坡發生為1；反之為0）。設X自變量，代表的是評價因子。因此，P為滑坡概率的函數表達式見下：

因為滑坡可表達為離散數據乙級連續數據，其表現形式存在差異，因而引入滑坡發生率，利用數學手段進行一個標準下的各因素進行量化，公式如下[7]：

上式中：ALij——第i個一級因子下從屬的第j個二級因子內的滑坡數目；ATij——第i個一級因子下從屬的第j個二級因子研究區域的柵格總數；dij—— 一級因子下從屬的第j個二級因子滑坡發生概率；n——一級因子總數；m——二級因子總數；Iij——一級因子下從屬的第j個二級因子滑坡發生概率歸一化數值。

（四）時間概率分析

1.研究區域云陽縣屬于三峽庫區，降雨疊加庫水位動態調節和蓄積是主要滑坡引起因素。從歷史滑坡數據的統計來看，距水系5公里范圍內共發生滑坡625起，占69%。從研究區域云陽縣歷史滑坡誘發因素統計來看，水庫水位導致的歷史滑坡239個，距離水系5km之內的滑坡223個，占比93%。因此本文，距離水系5km作為劃分庫岸區以及非庫岸區的界限，在降雨季節的非庫岸區主要考慮時間概率；而庫岸區域，考慮誘發滑坡災害的時間概率側重考慮不同水庫水位狀態疊加常年平均降雨量最值作用的疊加。

2.根據研究區域云陽縣50年降雨，借助Pearson—Ⅲ分布函數分析獲得研究區域云陽縣不同降雨重現期下的降雨最值。

3.滑坡發生時間概率分析計算：設A極端降雨事件，B為水庫水位狀態事件，C為滑坡事件，哪位滑坡誘發的時間概率為：

四、討論與結論

（一）討論

1.滑坡風險評估關鍵在于客觀數據的獲取的選取，是滑坡地質災害領域的研究難點和熱點。本文借助逐步判別方法利用邏輯回歸模型可一定程度避免人為主觀性，評價結果可信度有所提高。同時，文中借助數理統計軟件SPSS軟件可進行相關性分析，把縱向分析和橫向比較兩種結合，可以相互改進，但文中方法仍有待深化和討論。

2.考慮研究區域的差異性，應綜合考慮評價指標和模型的差異性，在實際危險性評價中，可借助GIS空間分析和其他模塊分析獲取研究區域的基礎數據。同時，如何保障GIS空間提取的評價因子數目和類型是緊密關系的，還需要進行大量的嘗試和論證。

（二）結論

1.本文借助逐步判別方法利用邏輯回歸模型進行危險性區劃，距離水系5km作為劃分庫岸區以及非庫岸區的界限，在降雨季節的非庫岸區主要考慮時間概率。而庫岸區域，考慮誘發滑坡災害的時間概率側重考慮不同水庫水位狀態疊加常年平均降雨量最值作用的疊加。分析不同區域不同工況下的滑坡災害概率值，滑坡主要受到強降雨和庫水位低的影響。

2.根據風險評估，滑坡災害等級較高時，滑坡區主要分布在長江干流及其支流沿線，且分布在人類工程活動密集的建設用地區域。受長江和滬蓉高速公路建設影響研究區中部；而城鎮集中、人口密集對應高危區。所以，研究區中部、城鎮集中、人口密集區域應加強監測，做好治理。

3.滑坡危險性評估模型具備操作性強、量化程度高，可在研究區開展定性定量滑坡危險性分析和評價。同時，在研究區域滑坡地質災害防治過程中，可能存在點面結合和互通問題，因此選取合適網格單元能夠進一步完善地質災害區劃，對滑坡地災減災具有指導作用。