软弱岩土突发地质灾害风险评估模型

发布时间：2020-01-17所属分类：农业论文浏览：1次

摘 要： 摘 要: 建立软弱岩土突发地质灾害风险评估模型是预防地质灾害的基础，但传统风险评估模型准确性不高。针对上述问题，建立一个新型的软弱岩土突发地质灾害风险评估模型。该评估模型以危险性、易发性和易损性为主要内容，通过 Hadoop 确立风险评估指标，并按照

　　摘 要: 建立软弱岩土突发地质灾害风险评估模型是预防地质灾害的基础，但传统风险评估模型准确性不高。针对上述问题，建立一个新型的软弱岩土突发地质灾害风险评估模型。该评估模型以危险性、易发性和易损性为主要内容，通过 Hadoop 确立风险评估指标，并按照不同的分级标准对其进行分级量化处理，利用 AHP 确定指标权重，对地质灾害易发性进行评估，将软弱岩土突发地质灾害风险评估划分为 15 个分级图，以此为基础建立软弱岩土突发地质灾害风险评估模型。通过仿真和对比试验对其进行验证，结果表明: 该模型能够有效评估出地区地质灾害风险，并优于传统评估模型，评估误差小于 3 km2 。

　　关键词: 软弱岩土; 地质灾害; 风险评估; 模型; 仿真实验; 对比分析

　　我国地域辽阔，覆盖着大片软弱岩土，因其水文地质等条件使得软弱岩土具有流变特性，这种特性如果不受到外力的震动作用轻易不会造成地质灾害，但是一旦遭受外力，像地震、暴 雨、海啸、洪水、人类活动等强烈震动作用，就会促使软弱岩 土 加 速 流 动，导致发生严重的地质灾害[1]。因此为能有效防治这种突发性地质灾害，进行风险评估是必要的基础工作之一。

　　文献[2]提出的基于 GIS 的贫困地区降雨诱发型地质灾害风险评估，路基填料浸泡特性进行了常规压缩试验和循环荷载下的压缩试验研究，认为路基浸水与行车荷载是影响弱变质岩路基变形不可忽视的 2 个重要因素; 文献[3]提出的中国县域单元地质灾害风险评估，提出地震灾区地质灾害，包括公路沿线崩滑灾害，刘应辉按照“发育度”、“潜势度”、“危险度”和“危害度”的“四度” 递进地质灾害评价思想对研究区进行了总体评价和区划; 但是以上传统的风险评估模型准确性不高，预估时间准确性低，逃脱时间少，导致人员伤亡率和财产损失伤亡率居高不下，很难帮助人们达到预防地质灾害的目的。因此针对上述问题，建立一个新型的风险评估模型，该模型优于传统风险评估模型，能准确评估出地区风险，对防治和减少地质灾害、加强突发地质灾害预测的准确性、保障国家财产和人民群众生命安全、促进国民经济与社会的稳定快速发展等具有重要意义。

　　1 突发地质灾害风险评估模型大型

　　工程建设是软弱岩土突发地质灾害发生的主要原因。工程建设必然破坏原有软弱岩土地质地貌，降低了软弱岩土的力学性能和稳定性，在外力强烈的动态干扰下极易发生地质灾害。突发性地质灾害不仅威胁人们的生命安全，还造成严重的经济损失。图 1 为 2011 - 2015 年全国软弱岩土突发性地质灾害造成的危害情况。

　　图 1 显示，2011 年全国因软弱岩土突发地质灾害造成的危害极大，伤亡惨重，经济网损失大， 2012 - 2015 年间，灾害造成的伤亡人数和经济损失下降 50% 左右，由图 1 可见，因软弱岩土突发地质灾害造成的危害持续存在，从而看出建立一个软弱岩土突发地质灾害风险评估模型的紧迫性。

　　1. 1 地质灾害风险评估内容

　　软弱岩土造成的突发性地质灾害之所以存在风险，最大原因是其具有不确定性。也由此可以判断出地质灾害风险是灾害发生频率、灾害监测系统是否稳定、人类综合管理以及社会自身防御能力等综合作用的产物[4]。因此软弱岩土地质灾害风险评估的主要内容包括灾害发生的频率和灾后系统的承受能力。

　　突发性地质灾害风险评估的重点是对灾害体和承灾体的评估。地质灾害风险存在的唯一条件是由承灾体所造成的伤害和损失或者当承灾体暴露于灾害体之下。但是当承灾体不存时，则视为无风险。图 2 为易发性、易损性、风险性三者逻辑组成图。由图 2 可知，软弱岩土地质灾害风险评估内容包括 3 个方面: 危险性分析、易损性分析和期望损失分析。其中前两者是突发性地质灾害风险评估的基础，通过这二者的分析可以明确风险区面积、大致方位、灾害发生的时间等; 而最后一项则是确定地质灾害造成的人员伤亡、经济损失、地质破坏程度等。综合以上三者的评估值，就可以获得某地地质灾害的风险水平[5]。软弱岩土地质灾害风险评估的内容体系如图 3 所示。

　　1. 2 评估指标的确立

　　软弱岩土突发地质灾害风险评估结果的准确性易受到选取的各个评估指标数据准确性的影响。为保证评估指标数据的准确性，选用 Hadoop 平台对指标数据进行处理，其处理过程如图 4 所示。指标数据处理完成后，需要选取指标建立评估模型。软弱岩土突发地质灾害风险评估指标有两种: 基础因子和易损因子[6]。前者包括坡度、断层情况等。后者有道路级别、人口密度和生态环境等。

　　1. 3 评估指标分级处理

　　各评估指标明确后，按照不同的分级标准对其进行分级量化处理，得到软弱岩土突发地质灾害风险评估的 15 个分级图，其危险评估指标分级量化标准如表 1 所示。而对于易损性评估，参照以往国内外对软弱岩土突发地质灾害风险研究状况，只选取 6 个指标因子进行量化分级，如表 2 所示。

　　1. 4 指标权重的确定

　　利用美国运筹学家 T. L. Satty 提出的 AHP 方法来确定该模型评价指标的权重。其步骤主要有以下 3 点。

　　2 仿真实验

　　利用上述建立的软弱岩土突发地质灾害风险评估模型对某地进行地质灾害风险评估。

　　2. 1 评估区情况

　　选取的地质灾害评估区位于我国西北地区介于 32°11' ～ 42°57'N、92°13' ～ 108°46' E 之间，大部分位于中国地势二级阶梯上。地处黄河中上游，地域辽阔，地质环境较为复杂[8]。

　　2. 2 地质灾害危险性评估

　　图 6 为某地地质灾害危险区空间分布图。利用上述软弱岩土突发地质灾害危险性评估指标及通过 GIS 空间运算，对图中地质灾害各个程度的危险性进行计算[9]。经计算，图 6 中高危险区面积为 9. 34 万 km2 ，占该地总面积的 23. 31% ; 中等危险区面积为 8. 65 万 km2 ，，占总面积的 22. 4% ; 低危险区面积为和极低低危险区面积分别为 36. 2 万 km2 和 19. 23 万 km2 ， 一共占全省总面积的 52. 37% 。

　　2. 3 地质灾害易损性评估

　　图 7 为某地地质灾害易损区空间分布图。经计算，图 7 中高易损区面积为 7. 42 万 km2 ，占该地总面积的 21. 45. % ; 中等危险区面积为 32. 54 万 km2 ，占总面积的 32. 4% ; 低危险区面积为和极低危险区面积分别为 35. 32 万 km2 和 14. 64 万 km2 ，一共占全省总面积的 54. 38% 。

　　2. 4 地质灾害易发性评估

　　图 8 为某地地质灾害易发区空间分布图。经计算，图 8 中高危险区面积为 14. 87 万 km2 ，占该地总面积的 27. 67% ; 中等危险区面积为 30. 24 万 km2 ，，占总面积的 25. 35% ; 低危险区面积为和极低危险区面积分别为 34. 54 万 km2 和 32. 87 万 km2 ，一共占全省总面积的 55. 02% 。

　　2. 5 地质灾害风险评估

　　根据以上对地质灾害危险性、易损性、易发性的评估结果利用 ArcGIS 进行叠置分析处理，将该地软弱岩土突发地质灾害风险程度划分为 4 个等级，如图 9 所示。从图 9 中可以看出，评估区内的高风险区主要集中在该地的中部和南部地区，主要原因是两地为侵蚀地貌，岩石为变质碎屑岩，地质松软，再加上该地主要有铁路和高速公路等数条交通干线通过，易发生突发性地质灾害; 中等风险区主要集中在北部地区，其中有一条细中等风险区带贯穿南北; 低风险区存在于南北中三个地带，面积较大; 而极地风险区位于东边边界地带，为侵蚀盆地地貌，人口稀少，无重要的基础设施通过，风险性低[10]。

　　经过计算，该地高风险区占地面积 16. 32 万 km2 ，占总面积的 19. 2% ; 中等风险区占地 18. 53 万 km2 ，占总面积的 21. 3% 低风险区占地面积为 37. 9 万 km2 ，占总面积的 45. 7% ; 极低风险区占地面积为 10. 52 万 km2 ，占总面积的 15. 14% 。其评估结果与该地的实际调查情况一致，说明该模型在评估软弱岩土突发地质灾害风险是可行的。

　　相关期刊推荐：《自然灾害学报》Journal of Natural Disasters(双月刊)1992年创刊，为灾害学学术性刊物。旨在展示我国灾害科学的研究成果，促进自然科学与社会科学在灾害科学方面的结合。刊登各种自然灾害和社会科学在灾害科学方面的结合。刊登各种自然灾害和发生机理、灾害与人类社会的关系及其影响、防灾减灾系统工程等方面的研究论文。读者对象为灾害学研究工作者、防灾减灾专业技术人员及相关专业大专院校师生。有投稿需求的作者，可以咨询在线编辑。

　　3 对比分析

　　为验证该模型在风险评估方面的准确性，利用该评估模型与传统评估模型分别对该地进行突发地质灾害风险评估。为保证实验结果的客观性，一共进行 8 组对比试验。对比结果如图 10 所示。

　　风险评估包括人工操作时间、风险评估时间和风险计算时间。分别采用传统风险评估模型和上文建立的模型进行对比实验。从对比曲线可以分析出，采用传统风险评估模型，实际评估数值与实际数值误差大部分都超过 5 km2 ，而且从曲线走势能够分析出，误差波动性较大，因此证明传统评估模型易受客观因素影响，一致性差。而上文建立的风险评估模型不仅误差小，而且在稳定性上也表现良好，误差均 < 3 km2 。

　　4 结束语

　　综上所述，软弱岩土造成的突发性地质灾害一直是我国地质灾害预防的重点研究工作之一，其风险评估是此项工作的重要组成部分。传统风险评估模型准确性不高，预估时间准确性低，逃脱时间少，导致人员伤亡率和财产损失伤亡率居高不下，随着地质灾害程度的逐渐加深，很难达到人们的要求，因此建立一个新型的突发地质灾害风险评估模型。该模型能够有效评估出地区地质灾害风险，预判灾害发生时间准确，其准确度较之传统评估模型有了很大的提高。