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    云南省鎮(zhèn)雄縣滑坡地質(zhì)災(zāi)害主要致災(zāi)因子篩選及危險(xiǎn)性分區(qū)

    2015-03-27 03:50:42余飛燕呂蒙楊軍
    地質(zhì)與資源 2015年2期
    關(guān)鍵詞:鎮(zhèn)雄縣巖組巖性

    余飛燕,呂蒙,楊軍

    1.昆明理工大學(xué)國(guó)土資源學(xué)院,云南昆明650093;2.云南大學(xué)資源環(huán)境與地球科學(xué)學(xué)院,云南昆明650504

    云南省鎮(zhèn)雄縣滑坡地質(zhì)災(zāi)害主要致災(zāi)因子篩選及危險(xiǎn)性分區(qū)

    余飛燕1,呂蒙1,楊軍2

    1.昆明理工大學(xué)國(guó)土資源學(xué)院,云南昆明650093;2.云南大學(xué)資源環(huán)境與地球科學(xué)學(xué)院,云南昆明650504

    綜合環(huán)境地質(zhì)學(xué)、自然地理學(xué)等學(xué)科的理論和方法,對(duì)野外實(shí)地調(diào)查及室內(nèi)整理的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)模型計(jì)算,系統(tǒng)研究了鎮(zhèn)雄縣滑坡地質(zhì)災(zāi)害的時(shí)空分布規(guī)律.基于GIS疊加分析功能,得出鎮(zhèn)雄縣滑坡地質(zhì)災(zāi)害的主要致災(zāi)因子,采用滑坡確定性系數(shù)(CF)法對(duì)滑坡地質(zhì)災(zāi)害各個(gè)因子數(shù)據(jù)進(jìn)行量比,并根據(jù)主要致災(zāi)因子數(shù)據(jù)與滑坡形成有利級(jí)別進(jìn)行多元線性回歸模型的建立,最終獲得適用于鎮(zhèn)雄縣滑坡地質(zhì)災(zāi)害主要致災(zāi)因子的多元線性回歸模型,在此基礎(chǔ)上對(duì)滑坡地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性進(jìn)行分區(qū),得到各個(gè)分區(qū)的分布情況.

    滑坡;多元線性回歸模型;CF;致災(zāi)因子;云南省鎮(zhèn)雄縣

    0 引言

    鎮(zhèn)雄縣已發(fā)現(xiàn)滑坡地質(zhì)災(zāi)害111個(gè),屬于滑坡地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)地區(qū),滑坡頻繁發(fā)生.據(jù)報(bào)道,2012年7月21日,鎮(zhèn)雄縣持續(xù)強(qiáng)降雨天氣使洪水肆虐、山體滑坡、房屋垮塌,致7人死亡、2人失蹤、3人受傷,直接經(jīng)濟(jì)損失3.15億元.2013年1月11日鎮(zhèn)雄縣果珠鄉(xiāng)高坡村趙家溝村民組發(fā)生嚴(yán)重山體滑坡事故,造成46人死亡,多戶人家被埋.地質(zhì)災(zāi)害給鎮(zhèn)雄縣人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)了巨大的損失,所以對(duì)鎮(zhèn)雄縣進(jìn)行滑坡地質(zhì)災(zāi)害主要致災(zāi)因子篩選及其危險(xiǎn)性分區(qū)研究十分有意義.

    本文通過(guò)野外調(diào)查和室內(nèi)分析,初步分析了鎮(zhèn)雄縣滑坡發(fā)育控制因素和主要影響因素,并采用滑坡確定性系數(shù)(CF)方法對(duì)滑坡地質(zhì)災(zāi)害各個(gè)因子數(shù)據(jù)進(jìn)行量化,消除定性數(shù)據(jù)人為主觀因素的影響,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)均為客觀的定量數(shù)據(jù),保障分析結(jié)果的客觀性.應(yīng)用多元線性回歸模型計(jì)算評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)各單元格地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生概率,對(duì)整個(gè)鎮(zhèn)雄縣的滑坡地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了區(qū)劃.

    1 研究區(qū)的地質(zhì)環(huán)境條件

    鎮(zhèn)雄縣區(qū)域構(gòu)造上位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)婁山弧形箱形褶皺區(qū),屬于滇東、滇東北新華夏系、華夏系構(gòu)造體系.區(qū)內(nèi)以多字型構(gòu)造較為發(fā)育,地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,構(gòu)造形跡以褶皺為主,向、背斜構(gòu)造的相間排列及斷裂構(gòu)造的錯(cuò)移,致使巖體褶曲破壞嚴(yán)重,巖體多呈塊狀、碎塊狀,斷層帶附近,巖體更為破碎,呈斷層角礫巖,為滑坡地質(zhì)災(zāi)害的形成及發(fā)展孕育了條件.

    區(qū)內(nèi)地層出露較齊全,除第三系、泥盆系地層外,其他地層均有出露,尤以二疊系、三疊系較為發(fā)育,且上二疊統(tǒng)峨眉山玄武巖分布廣泛.各時(shí)代地層之間均呈整合或假整合接觸,其主要巖性為淺海相碳酸鹽巖、碎屑巖,其次是濱海相、海陸相交互相的砂巖、泥巖、頁(yè)巖和含煤建造.第四系沉積類型單一,山間小盆谷堆積.偶見(jiàn)河流階地,厚度小.地層巖性巖相的特殊分布,以及二疊系、三疊系地層中以軟巖、軟硬相間巖(巖組)為主,在地形陡峭地段易形成滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害.

    研究區(qū)以構(gòu)造侵蝕峽谷中—高山地形地貌為主,水資源較為發(fā)育,縣內(nèi)大小河流共有21條,徑流長(zhǎng)度超過(guò)10 km的河流共17條,另有遍布全縣的大小沖溝不計(jì)其數(shù),地表河流、沖溝支流天然落差較大,河流河床陡險(xiǎn)多石,河水流量受控于降水量的時(shí)空分布明顯,豐、枯季節(jié)各河流水流量變化較大,洪峰流量亦大小不一.

    同時(shí),鎮(zhèn)雄縣干濕季明顯,冬天較長(zhǎng),氣溫相差大,氣溫的急劇變化加速了巖體的風(fēng)化,巖土體力學(xué)性質(zhì)降低,為滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生提供了條件.鎮(zhèn)雄縣降雨時(shí)空分布不均,降雨主要集中在每年的6~8月份.干季,巖體干燥,風(fēng)化強(qiáng)烈.雨季降雨時(shí)間長(zhǎng),軟化土體,抗剪強(qiáng)度急劇降低.暴雨、持續(xù)強(qiáng)降雨,松散土體處于飽和狀態(tài),形成強(qiáng)烈的地表徑流,沖刷和淘蝕斜坡腳,容易誘發(fā)老滑坡復(fù)活,新滑坡隨之產(chǎn)生.

    2 研究方法

    本文所采取的數(shù)據(jù)量化及分析方法為滑坡確定性系數(shù)(CF)分析方法[1-3].該方法是一種結(jié)合確定性系數(shù)(CF)來(lái)分析影響滑坡發(fā)生的各個(gè)因素敏感性的方法.滑坡確定性系數(shù)(CF)分析方法為一個(gè)概率函數(shù),最早由E.H.Shortliffe和B.G.Buchanan[4]提出,由D. Heckerman[5]進(jìn)行完善改進(jìn),具體表示為:

    式中:PPa為因子分級(jí)a中發(fā)生滑坡的條件概率,可表示a單元中的滑坡面積百分比值;PPs為事件在整個(gè)研究區(qū)中發(fā)生的先驗(yàn)概率,表示為整個(gè)研究區(qū)的滑坡面積百分比值.

    通過(guò)式(1)的函數(shù)轉(zhuǎn)化,CF為[-1,1].正值代表事件發(fā)生確定性的增長(zhǎng),即滑坡變形失穩(wěn)的確定性高;負(fù)值代表確定性的降低,表示滑坡變形失穩(wěn)的確定性低;接近于0值,代表先驗(yàn)概率與條件概率十分接近,事件發(fā)生的確定性不能進(jìn)行確定.

    計(jì)算出每一數(shù)據(jù)層的CF后,需要將不同數(shù)據(jù)層的CF進(jìn)行合并.假定要合并的兩數(shù)據(jù)層的CF值分別為x和y,合并得到的結(jié)果為Z,合并的公式如下:

    每個(gè)因子數(shù)據(jù)層的CF計(jì)算及合并均在ArcGIS軟件中進(jìn)行.按一定的規(guī)則對(duì)合并后得到的Z值進(jìn)行重新劃分,得到滑坡形成條件分區(qū)結(jié)果.通過(guò)對(duì)比已有滑坡數(shù)據(jù),可確定每一種致災(zāi)因子對(duì)滑坡發(fā)生的影響程度,從而確定滑坡主要致災(zāi)因子.

    3 滑坡主要致災(zāi)因子的篩選

    3.1 滑坡地質(zhì)災(zāi)害影響因子敏感性分析

    滑坡災(zāi)害是各種內(nèi)外影響因素綜合作用的產(chǎn)物,涉及地形地貌、地質(zhì)環(huán)境,以及水文動(dòng)力等方面,滑坡災(zāi)害影響因素的選取是危險(xiǎn)性研究的基礎(chǔ).根據(jù)鎮(zhèn)雄縣具體情況以及資料收集情況,選擇了高程、坡度、起伏度、巖性(巖組)等8個(gè)因子來(lái)進(jìn)行致災(zāi)因子敏感性分析.

    3.1.1 高程

    鎮(zhèn)雄縣地處烏蒙山脈北緣斜坡山地,處于金沙江南岸,總體地勢(shì)西南高、東北低,全縣最低高程520 m,最高高程2416 m,縣境內(nèi)最大高差達(dá)1896 m.本文將高程因子分為小于700 m、700~1200 m、1200~1700 m、1700~2200 m以及大于2200 m等5類.通過(guò)(1)式得到的CF值可知高程因子中700~1200 m滑坡易發(fā)性高.

    3.1.2 坡度

    在平緩地帶,滑坡是很難形成的.斜坡失穩(wěn)形成滑坡一般發(fā)生在小于60°的地帶,超過(guò)60°,斜坡失穩(wěn)一般以崩塌的形式出現(xiàn).鎮(zhèn)雄縣屬于山區(qū),坡度變化明顯,高坡度地區(qū)主要集中在鎮(zhèn)雄縣中東部地區(qū),坡度高達(dá)50°,中部及中西部相對(duì)平緩.本文將坡度因子分為4類,通過(guò)(1)式得到坡度分級(jí)及CF值(見(jiàn)表1).由表1可知坡度因子5~15°滑坡易發(fā)性高.

    表1 坡度分級(jí)及CF值Table 1 Slope grading and CF values

    3.1.3 起伏度

    起伏度為特定區(qū)域內(nèi)(30 m×30 m柵格單元內(nèi))的相對(duì)高差.本文為了方便后期數(shù)據(jù)分析,引入起伏度的概念對(duì)地形變化進(jìn)行量化.鎮(zhèn)雄縣境內(nèi)山高坡陡,溝谷縱橫,主要為山區(qū),面積占縣域總面積的46%.本文將起伏度因子分為5類.起伏度分級(jí)及CF值見(jiàn)表2.由表2可知起伏度因子中30~200 m滑坡易發(fā)性高.

    表2 起伏度分級(jí)及CF值Table 2 Grading of relief amp litude and CF values

    3.1.4 巖性(巖組)

    鎮(zhèn)雄縣巖體總體以沉積巖為主,主要巖性為碳酸鹽巖、碎屑巖,第四系沉積類型單一,為山間小盆谷堆積、偶見(jiàn)河流階地,厚度小.本文將巖性因子分為堅(jiān)硬巖組、半堅(jiān)硬巖組、軟弱巖組、松散巖巖組等4類.通過(guò)(1)式得到的中半堅(jiān)硬巖組滑坡易發(fā)性高,CF值為0.681.

    3.1.5 坡向

    有學(xué)者研究認(rèn)為,斜坡的朝向可能也與滑坡的易發(fā)性程度有關(guān),但要因地區(qū)而異.本文根據(jù)斜坡朝向?qū)⑵孪蛞蜃臃譃闁|、西、南、北與平地等5個(gè)二級(jí)因子.其中北朝向指角度在0~45°與315~360°范圍內(nèi),東朝向?yàn)槠孪蚪嵌仍?5~135°范圍內(nèi),南朝向?yàn)槠孪蚪嵌仍?35~225°范圍內(nèi),西朝向?yàn)槠孪蚪嵌仍?25~315°范圍內(nèi).通過(guò)CF分析得到坡向南區(qū)段滑坡易發(fā)性高.

    3.1.6 與水系距離

    總體上,鎮(zhèn)雄縣水資源發(fā)育,地表河流天然落差較大,河流河床陡險(xiǎn)多石,河流兩側(cè)邊坡前緣常年受水浸潤(rùn),土體之間的摩擦力減小,土體的抗滑力下降,引發(fā)了大量滑坡.本文將鎮(zhèn)雄縣與主要水系的距離因子劃分為與水系距離小于200、200~400、400~600 m以及大于600 m 4級(jí).通過(guò)(1)式的函數(shù)轉(zhuǎn)化得到每個(gè)區(qū)段的CF值,通過(guò)CF分析得到距離水系200~400 m區(qū)段是滑坡易區(qū)域.

    3.1.7 與道路距離

    在道路的修建和運(yùn)營(yíng)過(guò)程,對(duì)于斜坡土體有一個(gè)擾動(dòng)作用,可能破壞土體的平衡,尤其是在土體處于極限平衡狀態(tài)時(shí).故本文將公路基礎(chǔ)建設(shè)作為滑坡的一個(gè)誘發(fā)因子.本文取鎮(zhèn)雄縣主要道路為研究對(duì)象,與道路距離因子分為小于500、500~1000、1000~1500 m以及大于1500 m 4級(jí).通過(guò)CF分析,與道路距離在小于500 m區(qū)段滑坡易發(fā)性高,即敏感性高.

    3.1.8 降雨

    眾所周知,降雨是引發(fā)滑坡發(fā)生的最為普遍的因素之一,特別是暴雨和綿綿細(xì)雨的危害更大.根據(jù)對(duì)鎮(zhèn)雄縣滑坡的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn),全縣共有滑坡地質(zhì)災(zāi)害111處,發(fā)育中型滑坡52個(gè),小型滑坡37個(gè),大型滑坡22個(gè).這些滑坡全部具備了滑坡發(fā)生的必要條件,其出發(fā)因素絕大多數(shù)是降雨.鎮(zhèn)雄縣降雨量時(shí)間分配極不均勻,主要集中在6~8月,占全年總量的76%,境內(nèi)多年平均降雨量為923.6 mm.本文根據(jù)年暴雨天數(shù)劃分了4類:小于1天、1~2天、2~3天及大于3天.通過(guò)CF分析,年暴雨天數(shù)在大于3天區(qū)段滑坡易發(fā)性高.

    3.2 主要致災(zāi)因子的篩選

    基于上述對(duì)于選取的各個(gè)致災(zāi)因子的敏感性分析,根據(jù)公式(2)對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)層進(jìn)行合并,合并字段為CF值.首先將其中2個(gè)因子數(shù)據(jù)層進(jìn)行合并形成新的數(shù)據(jù)層,再將另外一個(gè)因子數(shù)據(jù)層與新的數(shù)據(jù)層合并,直到所有數(shù)據(jù)層均合并為止.為了使合并結(jié)果便于解釋,將合并圖層的CF字段值進(jìn)行分級(jí),分為3級(jí).劃分的標(biāo)準(zhǔn)與相應(yīng)級(jí)別的意義如表3所示.

    表3 CF級(jí)別劃分Table 3 Level grading of CF values

    通過(guò)對(duì)滑坡主要致災(zāi)因子的分析,得出巖性(巖組)、坡度、坡向、起伏度、與水系距離、與道路距離、降雨量等因子能作為影響鎮(zhèn)雄縣滑坡發(fā)育的主要因子.

    4 滑坡危險(xiǎn)性分區(qū)結(jié)果及其評(píng)價(jià)

    4.1 回歸模型的建立

    統(tǒng)計(jì)學(xué)中回歸的含義是指:變量之間定量的依存關(guān)系[6-10].

    標(biāo)準(zhǔn)的線性回歸方程[11-14]如下:

    將回歸原理用于滑坡形成條件分析中,βi表示各致實(shí)因子回歸系數(shù);xi表示各致災(zāi)因子指標(biāo)值,取值范圍[-1,1].因變量Y就是滑坡形成條件有利級(jí)別,取值范圍[1,6].

    隨機(jī)選取局部區(qū)域柵格單元(本文隨機(jī)選取200個(gè)柵格作為樣本數(shù)據(jù)),采用各因子數(shù)據(jù)類CF值作為回歸模型的自變量,滑坡形成條件有利級(jí)別作為因變量,將數(shù)據(jù)導(dǎo)入SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件,進(jìn)行多元線性回歸分析,得到鎮(zhèn)雄縣滑坡地質(zhì)災(zāi)害主要因子的回歸模型,如表4.

    表4 滑坡地質(zhì)災(zāi)害主要因子回歸分析表Table 4 Regression analysis of major factors of landslide disaster

    將最終統(tǒng)計(jì)量帶入(3)得出:Y=3.176+1.843×x1+…+1.121×x7

    式中:x1,x2,x3……x7,分別代表巖性(巖組)、坡度、坡向、與水系距離、與道路距離、起伏度及降雨等致災(zāi)因子的CF值.

    表4中顯著性水平sig.均接近于零,說(shuō)明自變量對(duì)因變量均有顯著影響.

    4.2 回歸模型的檢驗(yàn)

    根據(jù)所得回歸模型,進(jìn)行主要致災(zāi)因子圖層疊加分析,得到最終滑坡地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)度分區(qū)結(jié)果(如圖1所示).分別統(tǒng)計(jì)各分區(qū)覆蓋的區(qū)域面積,結(jié)果如表5所示.

    由上表可以看出,已發(fā)的滑坡主要集中在高危險(xiǎn)區(qū)域,而歷史上很少發(fā)生滑坡的地區(qū)滑坡分布相對(duì)稀疏.這一結(jié)果表明所建模型分區(qū)符合歷史上滑坡分布現(xiàn)狀.因此,所建鎮(zhèn)雄縣滑坡地質(zhì)災(zāi)害主要致災(zāi)因子多元線性回歸模型合理、有效.

    表5 危險(xiǎn)性分區(qū)統(tǒng)計(jì)表Table 5 Statistics of risk zoning

    高危險(xiǎn)區(qū)主要分布在鎮(zhèn)雄縣縣城、潑機(jī)鎮(zhèn)、牛場(chǎng)鎮(zhèn)、羅坎鎮(zhèn)、塘房鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)(圖1).區(qū)內(nèi)主要巖性為粉砂巖、細(xì)砂巖、泥巖、頁(yè)巖夾灰?guī)r,其特點(diǎn)是滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育集中,活動(dòng)頻繁、穩(wěn)定性差.區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育59個(gè).

    不確定區(qū)主要分布在鎮(zhèn)以古鄉(xiāng)、花山鄉(xiāng)、以勒鎮(zhèn)、牛場(chǎng)鎮(zhèn)、場(chǎng)壩鎮(zhèn).區(qū)內(nèi)主要巖性為塊狀灰?guī)r、生物灰?guī)r、假鮞狀灰?guī)r、厚層狀灰?guī)r,局部夾鮞狀灰?guī)r,生物灰?guī)r.區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育22個(gè).

    低危險(xiǎn)區(qū)主要分布在鎮(zhèn)五德鎮(zhèn)、羅坎鎮(zhèn)、以勒鎮(zhèn)、場(chǎng)壩鎮(zhèn).區(qū)內(nèi)主要巖性為灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖、泥質(zhì)灰?guī)r、灰、青灰色灰?guī)r.區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育30個(gè).

    5 結(jié)論

    根據(jù)鎮(zhèn)雄縣滑坡地質(zhì)災(zāi)害成災(zāi)條件研究,本文得出以下結(jié)論.

    1)分析得出所選各個(gè)致災(zāi)因子的敏感區(qū)段,高程:700~1200 m;坡度:5~15°;起伏度:30~200 m;巖性(巖組):半堅(jiān)硬巖組;坡向:南;與水系距離:200~400 m;與道路距離:小于500 m;降雨:暴雨大于3天.

    2)根據(jù)滑坡地質(zhì)災(zāi)害確定性系數(shù)CF值,確定了每個(gè)因子數(shù)據(jù)類的主要程度,之后采用各圖層依次疊加分析,得到巖性(巖組)、坡度、坡向、起伏度、與水系距離、與道路距離等6個(gè)致災(zāi)因子為鎮(zhèn)雄縣滑坡地質(zhì)災(zāi)害的主要致災(zāi)因子.

    3)根據(jù)篩選出的主要致災(zāi)因子進(jìn)行多元線性回歸分析得出其多元線性回歸模型,并疊加已發(fā)滑坡數(shù)據(jù)對(duì)多元線性回歸模型進(jìn)行檢驗(yàn),所能解釋的滑坡面積占總滑坡面積的84.27%,檢驗(yàn)結(jié)果較好.

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    圖1 鎮(zhèn)雄縣滑坡地質(zhì)災(zāi)害分區(qū)圖Fig.1 Zonation map of geological landslide disaster in Zhenxiong County

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    RISK ZONING AND DISASTER-INDUCING FACTOR SCREENING OF LANDSLIDE IN ZHENXIONG COUNTY,YUNNAN PROVINCE

    YU Fei-yan1,LYU Meng1,YANG Jun2

    1.College of Land and Resources,Kunming University of Science and Technology,Kunming 650093,China;2.College of Resource Environment and Earth Sciences,Yunnan University,Kunming 650504,China

    Combining multi-disciplinary theories and methods like environgeology and physiography for field investigation and mathematical model calculation of indoor collected data,this paper systematically studies the space-time distribution regularity of the geological disaster of landslide in Zhenxiong County.Based on the GIS overlay analysis function,the major disaster-inducing factors of landslide are obtained.By quantizing each factor with certainty factor(CF)method,a multiple linear regression model with major disaster-inducing factor data and landslide-prone levels which is fit for the landslide in Zhenxiong is established.With the model,this region is zoned by the distribution of risk of landslide.

    landslide;multiple linear regression model;CF;disaster-inducing factor;Zhenxiong County of Yunnan Province.

    1671-1947(2015)02-0152-05

    P642.22;P694

    A

    2014-09-02;

    2014-11-27.編輯:李蘭英.

    余飛燕(1985—),女,工程師,昆明理工大學(xué)在讀碩士,礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè),通信地址云南省昆明理工大學(xué)蓮華校區(qū),E-mail//yfy26@qq.com

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