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摘要：

以三峽庫區(qū)萬州滑坡地質(zhì)災(zāi)害為研究對象，在收集該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害資料及現(xiàn)場調(diào)查基礎(chǔ)上，總結(jié)、歸納和分析了滑坡災(zāi)害的形成條件及影響因素，采用主成分分析法建立了滑坡地質(zhì)災(zāi)害評價體系；用網(wǎng)絡(luò)分析法確定模型中各評價指標的權(quán)重值．基于GIS軟件對研究區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的各指標數(shù)據(jù)進行提取，通過統(tǒng)計、疊加、合并、分類等分析方法獲得滑坡災(zāi)害危險性評價等級圖，以此為依據(jù)進行滑坡災(zāi)害危險性區(qū)劃．研究成果可以為區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害防治工作提供理論依據(jù)和技術(shù)支持．

關(guān)鍵詞：

危險性評價；滑坡地質(zhì)災(zāi)害；網(wǎng)絡(luò)分析模型；地理信息系統(tǒng)

三峽庫區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，人類工程活動強烈，滑坡等地質(zhì)災(zāi)害廣泛發(fā)育且頻繁發(fā)生，對三峽水庫調(diào)度運營及當?shù)厝嗣裆敭a(chǎn)安全構(gòu)成嚴重危害，直接或間接影響該區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和社會安定［1］．對庫區(qū)滑坡進行危險性評價與區(qū)劃，是實現(xiàn)庫區(qū)防災(zāi)減災(zāi)戰(zhàn)略及保障水庫正常運營的迫切需求．進行危險性評價時，國內(nèi)外學(xué)者往往通過對滑坡危險性影響因素的總結(jié)分類來選取其評價指標，依據(jù)專家經(jīng)驗打分來確定各指標的權(quán)重．大多靠主觀經(jīng)驗來確定，缺乏定量、客觀、科學(xué)的方法［2－9］．本文對三峽庫區(qū)萬州滑坡地質(zhì)災(zāi)害危險性評價，用主成分分析法和網(wǎng)絡(luò)分析法分別確定了滑坡災(zāi)害評價指標及其權(quán)重值，并將滑坡危險性評價與地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)相結(jié)合，進行萬州滑坡地質(zhì)災(zāi)害危險性評價．

1研究區(qū)滑坡概況

1．1研究區(qū)地質(zhì)背景萬州區(qū)位于重慶市東北部，屬于三峽庫區(qū)腹心地帶，總面積約3457km2．地處川東盆地長江河谷帶，主要的地貌單元包括侵蝕堆積河漫灘、階地和構(gòu)造剝蝕低山丘陵兩種類型［10］．研究區(qū)位于川東褶皺帶萬縣復(fù)向斜北東段近軸部，南靠方斗山背斜，北臨鐵峰山背斜，川東褶皺帶走向北東，形態(tài)上呈現(xiàn)背斜緊閉、向斜寬闊的隔檔式梳狀構(gòu)造特征．出露的地層主要有侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組第二、三段（J2s2，J2s3），上統(tǒng)遂寧組（J3s）部分層位，以及不同成因的第四系松散堆積層．

1．2滑坡的發(fā)育規(guī)律及影響因素結(jié)合研究區(qū)滑坡災(zāi)害發(fā)育的地質(zhì)環(huán)境，以滑坡的宏觀發(fā)育規(guī)律和主要控制因素的分析為基礎(chǔ)，總結(jié)概括如下［11－16］：區(qū)域野外調(diào)查表明，坡體的變形發(fā)展以及最終的破壞形式都與斜坡的規(guī)模、結(jié)構(gòu)類型、微地形、左右邊界條件及平剖面形態(tài)等條件因素有關(guān)：對于斜坡結(jié)構(gòu)，逆向坡最為穩(wěn)定、橫向坡和斜向坡次之，而順向坡對斜坡體的穩(wěn)定性最為不利；而局部的陡坎、峭壁、臨空面等微地形也很不利于坡體的穩(wěn)定性．庫區(qū)蓄水和水庫調(diào)度使各高程段的滑坡涉水狀況不同，水位的規(guī)律性差別對斜坡體的穩(wěn)定性也有較大影響．故斜坡的高程及坡高也需考慮．坡度不僅影響坡體內(nèi)部已有或潛在滑動面的下滑力，也影響著斜坡的變形破壞機制和形式．同時隨坡度增加，滑坡發(fā)生概率也會增大．區(qū)域調(diào)查資料表明，坡體朝向不同時，坡體上植被的覆蓋度及類型也不同，坡體的穩(wěn)定性也就不同．陽坡比陰坡易于滑坡的發(fā)生；陽坡巖體風化破碎，易于發(fā)生基巖崩滑；陰坡土層厚，易發(fā)生土地坍滑；陽坡易于爆發(fā)泥石流、發(fā)生基巖崩滑，陰坡土體保水，易于淺層坍滑．當河流沖蝕坡腳時，會產(chǎn)生眾多臨空面，使斜坡滑移控制面暴露，易于引發(fā)滑坡．故以坡體與河流的距離來衡量其受河流沖刷的程度，有必要作為影響因素來考慮．研究區(qū)滑坡主要發(fā)生在侏羅系的泥巖以及砂巖泥巖互層．這種軟硬相間的巖層組合一般上硬下軟，軟巖易于風化且其抗剪強度較低，易于形成滑坡的滑面．不同的巖性及其組合對斜坡的變形破壞有重要影響．斷層使斷層帶及其附近范圍內(nèi)的巖土體遭到破壞，從而破壞坡體的完整性，同時是提供地下水滲透的重要通道，使斜坡的變形破壞加劇，因此斷層的影響不容忽略［17］．

2評價指標體系的確定

對于評價指標的選取，沈芳、向喜瓊等［18－19］通過對滑坡發(fā)育因素的總結(jié)分類，選取斜坡規(guī)模、坡度、工程地質(zhì)巖性、邊坡結(jié)構(gòu)類型、水動力地質(zhì)作用、軟弱地層狀況、構(gòu)造復(fù)雜程度、變形情況、己有動力地質(zhì)現(xiàn)象、植被發(fā)育情況、結(jié)構(gòu)面組合狀況、降雨、地震、人類工程活動和地表水體等作為評價因素指標，并擬定了各自的量化處理方法．在前人研究基礎(chǔ)上，結(jié)合上節(jié)對各類影響因素的總結(jié)分析及每一類因素的具體特征，綜合分析初步確定主要提取以下14個數(shù)據(jù)作為本次研究的參評因子：斜坡的結(jié)構(gòu)（X1）、斜坡微地形（X2）、斜坡左右邊界（X3）、斜坡平面形態(tài)（X4）、剖面形態(tài)（X5）、斜坡高程（X6）、坡高（X7）、坡度（X8）、坡向（X9）、與河流的距離（X10）、斜坡規(guī)模（X11）、地層巖性（X12）、植被發(fā)育（X13）、與斷層間的距離（X14）．在進行區(qū)域滑坡災(zāi)害危險性評價時，以上的某些因素在研究區(qū)不具備分異性，或?qū)碌刭|(zhì)災(zāi)害的發(fā)生所起的作用甚微，因此有必要對評價指標進行再篩選，從而選取出主要指標，剔除關(guān)聯(lián)度較大或?qū)υu價目標貢獻較小的指標．本文采用主成分分析法［20－22］進行篩選．首先通過地質(zhì)分析，結(jié)合專家經(jīng)驗和領(lǐng)域知識對各個指標進行人為分劃和打分，將其按對滑坡危險性的貢獻程度劃分為4個等級，分別賦值，并將其無量綱化．用Z－score法［20－21］對無量綱化后的數(shù)據(jù)進行標準化變換，計算出各因子之間的相關(guān)系數(shù)矩陣（見表1）．用雅可比法求出特征值λi（i＝1，2，…，p），由此計算出對應(yīng)的特征向量以及各個主成分的貢獻率與累積貢獻率．進行綜合評價時，一般主成分的個數(shù)由累積貢獻率來決定，取累積貢獻率超過85％的前n個主成分．由計算得：第一、二、三主成分的的累積貢獻率高達86．674％，所以只需要求出第一、二、三主成分Z1，Z2，Z3即可．3網(wǎng)絡(luò)分析模型（ANP）的建立網(wǎng)絡(luò)分析法（ANP）是一種適應(yīng)非獨立遞階層次結(jié)構(gòu)的決策方法，在層次分析法基礎(chǔ)上發(fā)展而形成的一種新的實用決策方法［23］．繼承了AHP方法的優(yōu)點，又克服了AHP方法的一些不足，在建立過程中取消了不合理的假設(shè)，更符合實際．雖然在確保相對權(quán)重矩陣的客觀性上沒有很大的改進，但在本文中運用主成分分析法確定各評價因子的相對權(quán)重，使網(wǎng)絡(luò)分析法［24－28］構(gòu)建的相對權(quán)重矩陣的可信性大為提升．據(jù)前文的分析可知，該模型的控制層為滑坡的危險性，影響網(wǎng)絡(luò)的各因素為：地層巖性、滑坡與斷層的距離、坡高、滑坡與河流的距離、坡向、坡度與高程．其模型結(jié)構(gòu)圖如圖1所示．根據(jù)上節(jié)確定評價指標過程中各指標的得分（式3），對各指標進行成對比較，確定每一層次中的要素對其控制標準的相對重要性，構(gòu)成一個成對比較矩陣，即判斷矩陣（見表3）．

4基于GIS的區(qū)域滑坡危險性評價

在進行滑坡災(zāi)害危險性評價時，評價單元面積的大小將直接影響評價結(jié)果的精度和準確性．本文主要借鑒地理學(xué)中地勢起伏度研究中的最優(yōu)統(tǒng)計單元的確定方法，采用均值變點法［29］，計算研究區(qū)的最佳單元面積．在GIS中調(diào)入研究區(qū)的DEM數(shù)據(jù)，對其進行不同窗口的鄰域分析，窗口類型選擇矩形，大小為n×n，依次計算2×2，3×3，…，30×30網(wǎng)格下的地勢起伏度．處理上述不同網(wǎng)格下的數(shù)據(jù)，構(gòu)建出樣本序列Y，利用均值變點法［29］計算出Y的統(tǒng)計量S與Si的值；然后再做S與Si的差值的變化曲線（如圖2所示），在第8個點時，其差值最大，該點所對應(yīng)的評價單元面積為256m2，即為研究區(qū)的評價單元面積．利用GIS進行危險性評價［30－33］時，首先以課題組已建好的萬州滑坡地質(zhì)災(zāi)害危險性評價數(shù)據(jù)庫［34－35］為基礎(chǔ)，從庫中轉(zhuǎn)換和派生出所需要的各因子圖層．依據(jù)萬州滑坡各因子圖層的分布規(guī)律及實際調(diào)查統(tǒng)計數(shù)據(jù)，分類見表4．

利用分類后的各因子圖層與滑坡災(zāi)害分布圖層（有滑坡災(zāi)害發(fā)生的柵格屬性值賦為1，無滑坡發(fā)生的區(qū)域?qū)傩灾蒂x為0）進行柵格“乘”運算，得到各評價指標的屬性表，將屬性表輸出，按式（4）計算出每個圖層各類別的得分大小．然后利用GIS提供的柵格計算器對不同的圖層做柵格相加，得到研究區(qū)各評價指標的綜合得分，值域為－6．573827～6．132437，數(shù)值越大，反應(yīng)各評價指標對滑坡的貢獻率越大，危險性越高．上述方法得到結(jié)果是呈現(xiàn)連續(xù)分布的數(shù)值，為了便于描述不同地區(qū)的危險程度不同，將所取得的得分圖進行重分類，劃分為五個等級，極低危險區(qū)、低危險區(qū)、中危險區(qū)、高危險區(qū)、極高危險區(qū)．對于評價結(jié)果的重分類，相關(guān)文獻很少提及，大都是依照個人經(jīng)驗，本文則主要依據(jù)隨著得分的不斷增加，滑坡面積所占比例的增長情況來對研究區(qū)的滑坡災(zāi)害危險性得分進行重分類（如圖3所示），當?shù)梅种捣謩e增長至－2．467、－0．560、3．354及5．246時，其滑坡的面積比發(fā)生了明顯的增長，據(jù)此將得分值進行重分類（見表5）．按此標準分類后得到的危險性評價等級圖如圖4所示．從評價結(jié)果可知，萬州的極高危險區(qū)占研究區(qū)面積的12．89％，高危險區(qū)占研究區(qū)面積的14．57％，中危險區(qū)占研究區(qū)面積的26．23％，低危險區(qū)和極低危險區(qū)占研究區(qū)面積的46．31％，其中超過80％的已知滑坡分布在極高危險區(qū)與高危險區(qū)中。同時，萬州區(qū)的極高危險區(qū)呈現(xiàn)帶狀分布，主要有4個聚集帶：1）長江兩岸極高危險區(qū)，2）以主城區(qū)為中心的高危險區(qū)，3）磨刀溪兩岸的極高危險區(qū)，4）瀼渡河兩岸的極高危險區(qū)，除上述幾個主要聚集帶外，極高危險區(qū)還在白土鎮(zhèn)以及后山鎮(zhèn)等地零星分布．

5結(jié)語

通過野外調(diào)查、查閱和收集資料，查明區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的分布、類型，并對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的原因及影響因素進行分析．運用主成分分析法建立了研究區(qū)內(nèi)滑坡地質(zhì)災(zāi)害危險性評價指標體系．利用網(wǎng)絡(luò)分析法確定了各指標的權(quán)重值，用均值變點法計算出研究區(qū)的格網(wǎng)單元面積，．將危險性評價的各指標及權(quán)重定量化，提高了其客觀性、可靠性．將滑坡危險性評價與地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)相結(jié)合，通過GIS技術(shù)的空間分析和疊加功能，獲得地質(zhì)災(zāi)害危險等級分布圖．由于研究的范圍與數(shù)據(jù)的可獲得性等原因，本文未考慮降雨以及人類工程活動等影響因素；由于各評價指標數(shù)據(jù)的不連續(xù)性與類型的多樣性，在指標量化的過程中，依然帶有一定的主觀性．因此，在以后的研究工作中，需全面考慮各影響因素，完善危險性評價體系；尋找一種更好的數(shù)據(jù)量化方法，盡可能減少指標確定過程的主觀隨意性．

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作者：胡秋芬 王剛 王世梅 郭振 單位：三峽大學(xué) 土木與建筑學(xué)院 三峽大學(xué) 地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與生態(tài)環(huán)境湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心 遼寧工程勘察設(shè)計院