基于库水位及降雨联合作用的滑坡危险性评价

周健，张中旭，冯兴法，李莉

（1.重庆市万州区交通设计院有限公司，重庆万州 404100；2.重庆三峡学院，重庆万州 404100；3.中煤科工重庆设计研究院（集团）有限公司，重庆渝中 400042）

一、研究背景

中国有960万km2的陆地面积，地质条件极为复杂，是世界上滑坡灾害最为严重的国家之一。同时中国也是世界上地质灾害发生频率较多的国家之一，尤其是中国西南部地区，受地形地势的影响，平均每年至少造成15亿的直接经济损失。因此为了防治自然灾害带来的损失，我国先后建设了一系列国家工程，在和自然灾害抗衡的过程中，在三峡水利工程等重大工程项目全过程中，都不同程度地受到了滑坡灾害的各种威胁[1]。仅在长江三峡地区就有超过滑坡170余个，体积约为14.2亿m2，占变形破坏总数的67.3%和总体积的88.8%，其中大型滑坡33个，体积约为13.1亿m3。因此，为了做好减灾防灾工作，对处于复杂的特殊的地质环境下不同省市区域的滑坡地质灾害进行危险性评价是有必要的。

滑坡地质灾害的危险性评价指在特定的时间和空间内滑坡发生概率大小的预估或者预测。因此，针对某个给定区域的滑坡危险性评价是在滑坡易发区的基础上，利用模糊数学理论分析可能滑动的频率或概率，一般而言，主要集中在空间概率、时间概率、滑坡体积等方面。现今，利用以往数据的数理统计分析方法以及基于贝叶斯数学理论的诱发因素，进行空间和时间概率上分析和计算进行滑坡危险性分析是主流。但处于复杂地质环境条件下的滑坡灾害，其产生原因并非单一因素，通常由多种因素耦合而成。根据统计数据，三峡库区大多数滑坡常常由水位动态变化叠加降雨作用引起。因此，考虑多个不同因素叠加下的滑坡危险性评价，可以提升滑坡地质灾害对防灾减灾理论适应性和预测准确性，对这个领域的理论和方法具有指导意义。

本文根据谢家龙等人调查云阳区域内地质条件及滑坡灾害数据[2]，借助逐步判别法和逻辑回归模型计算分析滑坡发生空间概率，考虑库岸区与非库岸区的地域区划，对不同降雨情况下和不同三峡水库蓄水位联合作用下的时间概率进行分析，并完成具体滑坡的危险性评价。

二、地质条件及灾害特征

（一）地质条件

本文选定重庆市云阳县为研究区域，云阳县处于长江三峡库区的腹地，总面积约为3649km2。其库区腹地内地形陡峻，岭谷特征较为明显，河谷两侧区域分布坡度为＞35°，该区域崩塌、滑流、堰塞湖等灾害极易发生。同时，研究区域由于受到华蓥山和方斗山之间形成褶皱体系，叠合大巴山断裂褶皱带的同时影响，造成研究区域褶皱地质构造很发达。研究区域出露地层主要有第四系（Q）、侏罗系（J）和三叠系（T），分布较为广泛的易滑地层为侏罗系砂岩和泥岩。从气候来看，研究区域云阳县隶属亚热带暖湿季风气候区，雨量丰沛，年平均降雨量1100毫米左右，主要集中在5至9月份。研究区域云阳县地表水系发达，长江沿中部而过，磨刀河、长滩河、蓬溪河、塘溪河及众多小溪流汇集于长江，构成了错综而成的地表径流，而研究区域地下水主要来自孔隙水，常常靠降雨补给。

（二）地质灾害特征

自长江三峡大坝建成以来，在研究区域云阳县内，主要受到水库蓄水位动态调节蓄水叠加降雨共同作用下，导致滑坡灾害频率较高，造成对人民生命和财产破坏严重。从有统计资料算起，云阳县20多年发生了905起历史滑坡，其中，中大型和大型滑坡205起，占比22.7%，比例较小，小型滑坡700起，占比77.3%，占到大多数。从滑坡发生时间来看，绝大多数滑坡发生在6-8月期间，该区域滑坡主要原因之一是降雨诱发。由于滑坡发育的空间特征，该区域滑坡沿河系发育呈条带状，其中约75.6%发生在水系0～6公里范围内（图2）。由于三峡水库水位的动态调节和蓄水，该地区历史性滑坡大部分发生在海拔175米以下。此外，通过分析滑坡的发生与工程地质岩层的关系可知，软硬砂岩和粘土层滑坡产生的滑坡数量多达566处占比62.5%。

图1 月均降雨量和滑坡次数关系统计

图2 研究区历史滑坡距水系距离分布

三、滑坡危险性评价因子及模型

（一）因子选取

由于地质环境的变化导致地质灾害的发生，合理选择灾害管理因素是滑坡灾害区划的重要前提。根据已有的灾害历史统计特征，结合文献资料、实地调查，环境、降水和人类活动为滑坡致灾因子，所以选择高差、坡度、距断层距离、地质岩性等因子作为选择滑坡诱发因素条件，通过分析选取降水量、涉水距离、道路距离、土地利用类型等作为滑坡危险评价的主要因子。

导致滑坡地质灾害发生会受到多个因素制约，有必要建立完善的体系对滑坡危险性进行评价[3]。首先，地形地貌因子是制约滑坡发生概况、规模的主要因子，常常选择地形地貌因子从属的坡度、坡向和相对高差作为主要指标。其次，降雨常常引起滑坡，加之评价区域降水丰沛，水系众多，河流冲刷严重，因此降雨叠加不利地形因素常常诱发滑坡。再次，由于研究区域处于山区丘陵地带，道路施工和建设对地形地貌造成扰动甚至破坏，这加剧了边坡的失稳。最后，人类生产生活也引起了边坡的失稳，土地资源各种利用和开发不同程度地造成水土流失，影响生态环境，间接导致三峡库区和研究区域滑坡的诱发。

（二）过程评价

根据前人的研究[4-6]，常常以研究区域的地质环境背景和灾害特征因素作为分析的要素，利用逐步判别方法在一级评价指标中选取关键性指标，借助逻辑回归数学模型进行滑坡区域敏感性划分，从而分析和计算滑坡发生的空间概率。对研究区域而言，考虑三峡库区的特性地形，分为库区区域及非库区区域。在非库区区域，主要考虑不同降雨历时、规模引起滑坡诱发的时间概率；在库区区域，既要考虑降雨作用，又要考虑不同库水位变化情况下滑坡诱发的时间概率。对研究区域滑坡概率进行分析时，需要考虑空间和时间概率影响，从而进行滑坡风险区划分确定。

（三）空间概率分析

根据滑坡诱发的敏感性确定滑坡的空间概况，主要表达为在特定条件下，在某一特定区域根据历史滑坡灾害面积除以总的区域面积并形成比值。因此，本文借助数理统计软件SPSS逐步判别方法在一级评价指标中选取关键性指标，利用逻辑回归数学模型进行滑坡区域敏感性划分，分析得到滑坡诱发空间概率。逻辑回归模型的原理如下：

设Y为因变量，表示发生滑坡与否（若滑坡发生为1；反之为0）。设X自变量，代表的是评价因子。因此，P为滑坡概率的函数表达式见下：

因为滑坡可表达为离散数据乙级连续数据，其表现形式存在差异，因而引入滑坡发生率，利用数学手段进行一个标准下的各因素进行量化，公式如下[7]：

上式中：ALij——第i个一级因子下从属的第j个二级因子内的滑坡数目；ATij——第i个一级因子下从属的第j个二级因子研究区域的栅格总数；dij—— 一级因子下从属的第j个二级因子滑坡发生概率；n——一级因子总数；m——二级因子总数；Iij——一级因子下从属的第j个二级因子滑坡发生概率归一化数值。

（四）时间概率分析

1.研究区域云阳县属于三峡库区，降雨叠加库水位动态调节和蓄积是主要滑坡引起因素。从历史滑坡数据的统计来看，距水系5公里范围内共发生滑坡625起，占69%。从研究区域云阳县历史滑坡诱发因素统计来看，水库水位导致的历史滑坡239个，距离水系5km之内的滑坡223个，占比93%。因此本文，距离水系5km作为划分库岸区以及非库岸区的界限，在降雨季节的非库岸区主要考虑时间概率；而库岸区域，考虑诱发滑坡灾害的时间概率侧重考虑不同水库水位状态叠加常年平均降雨量最值作用的叠加。

2.根据研究区域云阳县50年降雨，借助Pearson—Ⅲ分布函数分析获得研究区域云阳县不同降雨重现期下的降雨最值。

3.滑坡发生时间概率分析计算：设A极端降雨事件，B为水库水位状态事件，C为滑坡事件，哪位滑坡诱发的时间概率为：

四、讨论与结论

（一）讨论

1.滑坡风险评估关键在于客观数据的获取的选取，是滑坡地质灾害领域的研究难点和热点。本文借助逐步判别方法利用逻辑回归模型可一定程度避免人为主观性，评价结果可信度有所提高。同时，文中借助数理统计软件SPSS软件可进行相关性分析，把纵向分析和横向比较两种结合，可以相互改进，但文中方法仍有待深化和讨论。

2.考虑研究区域的差异性，应综合考虑评价指标和模型的差异性，在实际危险性评价中，可借助GIS空间分析和其他模块分析获取研究区域的基础数据。同时，如何保障GIS空间提取的评价因子数目和类型是紧密关系的，还需要进行大量的尝试和论证。

（二）结论

1.本文借助逐步判别方法利用逻辑回归模型进行危险性区划，距离水系5km作为划分库岸区以及非库岸区的界限，在降雨季节的非库岸区主要考虑时间概率。而库岸区域，考虑诱发滑坡灾害的时间概率侧重考虑不同水库水位状态叠加常年平均降雨量最值作用的叠加。分析不同区域不同工况下的滑坡灾害概率值，滑坡主要受到强降雨和库水位低的影响。

2.根据风险评估，滑坡灾害等级较高时，滑坡区主要分布在长江干流及其支流沿线，且分布在人类工程活动密集的建设用地区域。受长江和沪蓉高速公路建设影响研究区中部；而城镇集中、人口密集对应高危区。所以，研究区中部、城镇集中、人口密集区域应加强监测，做好治理。

3.滑坡危险性评估模型具备操作性强、量化程度高，可在研究区开展定性定量滑坡危险性分析和评价。同时，在研究区域滑坡地质灾害防治过程中，可能存在点面结合和互通问题，因此选取合适网格单元能够进一步完善地质灾害区划，对滑坡地灾减灾具有指导作用。