三峡库区万州区滑坡灾害风险评估研究

发布时间：2017-04-12 05:15

  本文关键词：三峡库区万州区滑坡灾害风险评估研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：滑坡是一种常见的地质现象,但其造成的后果却是一种社会和经济问题,具有灾害性,不仅给人类生命安全带来威胁,而且对财产、环境、资源等具有破坏性。就其危害性而言,滑坡给人类带来的灾难性的影响和危害仅次于地震,其影响范围虽然不大,但其所发生的频率却远远超过地震。我国是世界上地质环境脆弱,地质灾害多发的国家之一。在过去的三十年,随着人口增长和土地利用扩张,滑坡及其次生灾害(如滑坡涌浪、滑坡坝、堰塞湖等)已造成了大量的人员伤亡和经济损失。近几年来,据中国地质调查局资料表明,地质灾害以平均每年2万起的规模发生,造成了年均1200人伤亡及失踪,年均直接经济损失达41.43亿元。在六大类地质灾害中(滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、地裂缝和地面沉陷),滑坡灾害发育最为广泛,比例高达50.6%～86.1%,占全年地质灾害一半以上,造成的年平均经济损失超过20多亿元。21世纪以来,我国滑坡灾害防治工作面临着更加严峻的形势,包括明显增加的地震活动、极端气候条件以及城镇化发展带来的更加剧烈的人类工程活动等。面对如此严峻的滑坡灾害形势,没有预警机制和风险控制的灾害预防工作是达不到防灾减灾目的的。灾害减缓,预防先行,传统的地质成因机制、工程治理技术等方面的研究已经难以满足综合防灾减灾的实际需求。而滑坡灾害风险预测及风险控制是滑坡研究从地质学、工程治理、监测预报向灾害风险评估、预测与管理的一种综合延伸,是防灾减灾另一种重要有效的手段。我国国土面积大、灾害类型复杂、成灾机理复杂多样,滑坡灾害风险研究还处于起步阶段,深入系统的滑坡风险研究亟待加强。鉴于此,本文首先探讨了国内外滑坡风险评估与管理体系,提出并深入分析了滑坡分类、时间尺度和空间尺度等风险评估关键问题,在此基础上详细阐述了国内滑坡灾害风险研究的主要内容、技术流程和基本方法。接着,论文以三峡库区万州区为例,完成了万州全区、万州城区以及万州孙家滑坡风险评估示范研究,实现了滑坡风险在空间尺度上由大到小、评估结果由粗略至精细的风险定位研究,同时,考虑滑坡风险评估的时间尺度问题,开展了基于诱发因素重现期分析的滑坡危险性和动态风险评估研究。基于以上研究,论文主要取得了以下成果和结论：(1)总结和探讨了国内外滑坡风险评估与管理体系及技术流程,探索性的提出了滑坡风险评估几个关键问题以及考虑时空尺度的国内滑坡风险评估技术流程。总结了国际上主流的、被广泛认可和使用的滑坡风险评估与管理体系,明确了滑坡风险评估与管理的基本概念及框架,即由澳大利亚地质力学学会(AGS)、国际滑坡与工程边坡联合技术委员会(JTC-1)等主要滑坡风险研究学术机构首次提出并经过多年修改和完善的风险管理框架。提出了滑坡风险评估研究中的三个关键问题,即滑坡分类、时间尺度和空间尺度。围绕三个关键问题深入剖析了滑坡风险评估中的基本要素,即基础数据、模型方法、关键过程以及评价单元的时空尺度问题。基于以上研究,探索性的提出了考虑时空尺度变化的国内滑坡灾害动态风险定位研究技术流程。(2)全面介绍了滑坡风险评估主要研究内容,深入探讨了不同空间尺度条件下的滑坡灾害风险定量化评估技术方法。全面介绍了滑坡灾害风险评估的主要研究内容,包括基础数据与滑坡编录、易发性评价、危险性评价以及灾害后果评价中的承灾体调查与识别、承灾体价值评估和承灾体易损性评价等。基于区域、场地和单体滑坡三个不同的空间尺度,详细阐述了滑坡频率和概率的分析方法。针对区域滑坡频率和概率问题,介绍了滑坡规模-频率(M-F)评价方法,深入研究了考虑诱发事件的区域滑坡概率分析方法,在此基础上提出了区域滑坡灾害从易发性到危险性的评价思路；就场地滑坡危险性而言,主要探讨了考虑稳流和瞬流两种不同水文力学条件下降雨对斜坡稳定性的影响；对于单体滑坡,主要研究了可靠度理论在滑坡破坏概率分析中的应用,深入分析了滑坡Run-out计算方法以及Tsunami Squares方法的基本原理。总结了不同空间尺度的承灾体易损性评价方法,提出了考虑滑体与承灾体之间相互作用冲击能量或冲击力的建筑物易损性定量评价方法。针对框架结构,从能量角度出发,将建筑物易损性定义为滑体对建筑物的冲击能与建筑物自然状态下承受最大冲击能量的比值,采用TS方法求解滑体对建筑物的冲击能,应用ANSYS数值软件模拟分析建筑物自然状态下在滑体冲击作用面上能够承受的最大冲击能量；对于砌体结构,从冲击力角度出发,将建筑物易损性定义为滑体对建筑物的冲击力与建筑物自然状态下承受最大冲击力的比值,结合TS方法得到的滑坡Run-out结果,根据经验公式求解滑体对建筑物冲击力,并参考《砌体结构设计规范》求解建筑物结构的最大抗水平冲击力。(3)基于统计分析方法,完成了万州全区滑坡灾害易发性评价。在深入分析万州区自然地理条件、地质环境特征以及滑坡灾害类型特征与影响因素的前提下,结合研究区详细的滑坡编录数据,开展了易发性指标因素的选取、状态分级和相关性分析,建立了包括坡度、坡向、坡体结构、地层岩性、地质构造、水的作用和土地利用等在内的易发性评价指标体系,分别应用信息量模型和逻辑回归模型开展了万州区滑坡灾害易发性评价。对比发现,两种模型易发性评价结果比较接近,都具备较高的准确性,预测精度达到87%。万州区易发性评价结果表明：①、易发性高的地区大部分是研究区土地利用总体规划中的建设用地；②、易发性高的地区主要分布在侏罗系中统上沙溪庙组第三段(J2s3)、第二段(J2s2)等地层；③、易发性高的地区基本上属于库区范围内,越靠近库水变动带和河网影响带易发性越高；④、高易发地区主要集中在万州区主城区。(4)考虑降雨诱发因素的的万州区滑坡灾害危险性及风险评价,实现区域滑坡易发性到危险性的评价研究。统计分析万州区50年内的降雨数据及其与该区滑坡灾害年发生量的关系,结果表明,排除滑坡编录数据不完整和水库蓄水以来对滑坡年发生量的影响,1978-2003年的二十多年间,降雨事件与滑坡事件呈现了十分明显的正相关性。应用耿贝尔分布函数拟合万州区年降雨量极值概率分布曲线,得到5年、10年、20年和50年等不同重现期的年极值降雨量,结合滑坡编录数据计算不同重现期各易发性等级内滑坡灾害发生的空间概率、时间概率及危险性,结果表明：①、诱发事件的重现周期越长其诱发区域滑坡灾害发生的空间概率越大；②、由于区域滑坡危险性是空间概率和时间概率的乘积,诱发事件的重现期越长,其诱发滑坡的空间概率越大,但是时间概率却相对降低,所以导致年平均危险性并没有明显的规律可循；③、同一诱发事件重现期内不同易发性级别的区域发生滑坡灾害的危险性截然不同,并且高易发区滑坡发生的危险性明显大于低易发区。基于以上研究,实现了全区滑坡灾害从易发性到危险性的评价,得到了万州区时间尺度为10年的滑坡灾害危险性评价结果,进而在全区承灾体调查、价值估算及易损性分析的基础上完成了万州区10年期滑坡灾害风险评价研究。(5)基于瞬态水文力学条件的TRIGRS模型,完成了万州城区堆积层滑坡危险性及风险评价,实现了场地滑坡灾害动态风险评价研究。统计分析万州城区滑坡灾害类型及特征,在充分考虑城区滑坡工程治理现状的前提下,提出了受降雨和库水位联合作用下的堆积层滑坡是威胁万州城区的重要灾害类型。根据降雨极值分布理论,统计分析万州城区50年降雨资料,得出整合库水位条件的单日最大降雨量、5日累积最大降雨量、10日累积最大降雨量等危险性工况,充分考虑城区滑坡治理工程对斜坡稳定性影响,应用TRIGRS模型分别计算各种工况下城区堆积层滑坡动态危险性。结合万州城区承灾体调查、价值估算及易损性分析成果,完成了城区受降雨和库水位联合作用下的堆积层滑坡动态风险评估研究。(6)基于孙家滑坡影响因素和解体模式分析,应用Tsunami Squares方法模拟在极端降雨条件下孙家滑坡Run-out特征；考虑滑坡灾害作用的强度及承灾体抗灾能力,开展了定量或半定量滑坡易损性评价,进而完成孙家滑坡风险评估研究。根据勘察和现场调查资料,详细探讨了孙家滑坡发生失稳破坏的影响因素及其解体模式,孙家滑坡的影响因素包括地形条件较陡,砂岩与页岩互层且页岩隔水为软弱夹层,前缘采石场开挖形成两级切坡为滑坡形成创造了临空条件以及暴雨作用等；孙家滑坡受强降雨影响,后缘土质斜坡先发生失稳破坏,推动中前部岩质滑坡发生大面积滑移。根据解体后滑体的分布情况和破碎程度,进行孙家滑坡失稳概率分析,结果表明该滑坡在百年一遇的暴雨条件下可能发生再次失稳破坏,应用Tsunami Squares方法模拟在极端降雨条件下孙家滑坡Run-out特征,并在此基础上完成孙家滑坡危险性评价。基于孙家滑坡Run-out模拟结果,提取滑坡运动的速度、滑体厚度及影响范围等滑坡作用强度参数,结合承灾体脆弱性或承灾能力分析,开展定量或半定量易损性评价；针对建筑物易损性,以滑坡冲击能量或冲击力与承灾体抗冲击能或抗冲击力比值作为易损性值。基于现场调查资料进行承灾体价值估算,进而完成孙家滑坡定量风险评估,评估结果表明：孙家滑坡在一百年一遇的极端降雨条件下失稳破坏造成的总人口伤亡风险为33人,总经济损失风险为2658万元。(7)以三峡库区万州区为例,开展了万州全区、万州城区及万州孙家滑坡三个不同空间尺度的滑坡灾害风险评估示范研究,实现了滑坡风险在空间尺度上由大到小、评估结果由粗略至精细的风险定位研究。基于探索性提出的国内滑坡灾害风险评估技术流程,开展了万州全区、万州城区以及万州区孙家滑坡三个不同空间尺度的滑坡灾害风险评估示范研究。采用统计分析方法得到的万州全区滑坡灾害风险结果表明万州区滑坡高风险区域主要位于万州城区及铁峰山背斜侧翼条状地带；根据全区的风险区划结果定位到滑坡高风险的万州城区,应用确定性模型开展考虑降雨和库水位等诱发因素作用下的万州城区堆积层滑坡风险评估研究,结果表明城区风险较全区预测结果偏小,究其原因为全区较大的空间尺度条件下,单方面考虑了城区强烈的人类工程活动造成对斜坡稳定性不利的影响,而忽视了有利于斜坡稳定性的滑坡工程治理措施；根据铁峰山背斜侧翼条状高风险区定位到孙家滑坡,其在百年一遇的极端降雨条件下再次失稳滑动将会造成总人口伤亡风险33人,总经济损失风险2658万元的高风险。示范研究实现了滑坡风险在空间尺度上由大到小、评估结果由粗略至精细的风险定位研究。
【关键词】：滑坡灾害 风险评估 时空尺度 万州区 动态风险
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P642.22
【目录】：

• 作者简介6-8
• 摘要8-12
• ABSTRACT12-19
• 第一章 绪论19-33
• §1.1 选题的背景及意义19-21
• §1.2 国内外研究现状及存在的问题21-29
• 1.2.1 滑坡灾害风险评估与管理体系标准化研究进展21-23
• 1.2.2 滑坡风险评估技术方法和应用实践研究现状23-28
• 1.2.3 存在的问题28-29
• §1.3 研究内容及技术路线29-33
• 1.3.1 论文主要研究内容29-30
• 1.3.2 技术路线30-31
• 1.3.3 主要创新点31-33
• 第二章 滑坡风险评估与管理理论体系33-54
• §2.1 滑坡风险评估与管理基本概念33-35
• §2.2 滑坡风险评估技术流程概述35-42
• 2.2.1 风险评估技术流程35-38
• 2.2.2 风险评估基础数据38-42
• §2.3 滑坡风险评估关键问题探讨42-51
• 2.3.1 滑坡灾害分类研究43-45
• 2.3.2 风险评估时间尺度45-47
• 2.3.3 风险评估空间尺度47-51
• §2.4 国内滑坡风险评估技术流程探讨51-54
• 第三章 滑坡风险评估主要内容与技术方法54-76
• §3.1 概述54
• §3.2 基础数据与滑坡编录54-55
• §3.3 滑坡灾害易发性评价55-57
• 3.3.1 信息量模型55-56
• 3.3.2 逻辑回归模型56-57
• §3.4 滑坡灾害危险性评价57-68
• 3.4.1 滑坡频率和概率分析58-64
• 3.4.2 极值降雨特征及其重现期分析64-65
• 3.4.3 滑坡滑动特征(RUN-OUT)分析65-68
• §3.5 滑坡灾害后果评价68-76
• 3.5.1 承灾体调查与识别68-69
• 3.5.2 承灾体经济价值评估69-70
• 3.5.3 承灾体易损性评价70-76
• 第四章 万州区滑坡灾害风险研究76-105
• §4.1 万州区基础地理与地质环境概况76-81
• 4.1.1 万州区自然地理概况76-78
• 4.1.2 万州区地质环境概况78-81
• §4.2 万州区滑坡灾害概况及其影响因素81-82
• §4.3 万州区滑坡灾害易发性评价82-93
• 4.3.1 滑坡易发性评价指标体系建立83-87
• 4.3.2 基于信息量模型的滑坡易发性分区87-89
• 4.3.3 基于逻辑回归模型的滑坡易发性分区89-92
• 4.3.4 滑坡易发性结果对比分析与精度评价92-93
• §4.4 万州区滑坡灾害危险性区划93-98
• 4.4.1 滑坡灾害规模—频率分析94
• 4.4.2 考虑降雨诱发因素的滑坡危险性评价94-98
• §4.5 万州区滑坡灾害风险区划98-105
• 4.5.1 万州区承灾体类型及易损性评价98-99
• 4.5.2 万州区承灾体价值评估99-103
• 4.5.3 万州区滑坡灾害风险区划103-105
• 第五章 万州城区滑坡灾害风险研究105-124
• §5.1 概述105-106
• §5.2 万州城区滑坡灾害类型及特征106-108
• §5.3 万州城区滑坡灾害危险性区划108-119
• 5.3.1 确定性模型指标因素109-115
• 5.3.2 基于TRIGRS模型的危险性区划115-117
• 5.3.3 滑坡危险性区划结果分析及验证117-119
• §5.4 万州城区滑坡灾害风险区划119-124
• 5.4.1 万州城区承灾体调查与识别120-122
• 5.4.2 万州城区滑坡风险区划122-124
• 第六章 万州区孙家滑坡风险研究124-150
• §6.1 滑坡区概况124-126
• 6.1.1 自然地理124-125
• 6.1.2 地质环境125-126
• §6.2 滑坡基本特征126-129
• 6.2.1 滑坡空间形态126-127
• 6.2.2 滑坡物质组成及结构特征127-128
• 6.2.3 滑坡水文地质条件128-129
• §6.3 滑坡破坏机理及解体模式129-136
• 6.3.1 滑坡影响因素及破坏机理129-130
• 6.3.2 滑坡变形破坏过程及解体模式130-136
• §6.4 孙家滑坡危险性评价136-142
• 6.4.1 孙家滑坡失稳概率分析136-138
• 6.4.2 滑坡Run-out数值模拟138-142
• §6.5 孙家滑坡风险评估142-150
• 6.5.1 承灾体类型及价值估算143-145
• 6.5.2 承灾体易损性评价145-148
• 6.5.3 孙家滑坡风险评估148-150
• 第七章 结论与展望150-154
• §7.1 结论150-152
• §7.2 下一步工作展望152-154
• 致谢154-156
• 参考文献156-166

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 张业成，，张梁;论地质灾害风险评价[J];地质灾害与环境保护;1996年03期

2 乔建平;杨宗佶;;区域滑坡风险综合评估的三要素[J];工程地质学报;2012年01期

3 王涛;吴树仁;石菊松;;国际滑坡风险评估与管理指南研究综述[J];地质通报;2009年08期

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