水電工程庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害敏感性分析

劉永亮，宋書志（中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川成都610072）

水電工程庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害敏感性分析

劉永亮，宋書志（中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川成都610072）

水電工程水庫蓄水后容易引發(fā)庫岸邊坡滑坡、坍岸等地質(zhì)災(zāi)害，可能對水庫安全運行與移民安置造成較大危害。地質(zhì)災(zāi)害敏感性分析對災(zāi)害管理、防治、安置點規(guī)劃是極其必要的，有助于緩解、乃至規(guī)避地質(zhì)災(zāi)害活動導(dǎo)致的嚴重后果。本文通過分析某大型水庫庫岸邊坡地質(zhì)災(zāi)害與多種影響因子的相關(guān)性，選擇其中10個控制地質(zhì)災(zāi)害敏感性的因子，利用線性回歸模型，計算了各影響因子的權(quán)重，在地理信息系統(tǒng)軟件中生成滑坡敏感性地圖。疊加當(dāng)前正在活動的滑坡分布圖與滑坡敏感性地圖，結(jié)果表明，活動的地質(zhì)災(zāi)害72%以上都位于敏感性地區(qū)中較不穩(wěn)定和不穩(wěn)定的區(qū)劃范圍內(nèi)。該水庫邊坡地質(zhì)災(zāi)害敏感性評價結(jié)果與研究區(qū)實際情況相吻合，可為水庫蓄水后的災(zāi)害管理、防治、安置點規(guī)劃提供可靠地分析依據(jù)。

影響因子；地質(zhì)災(zāi)害；敏感性分析；線性回歸

1 引言

水電工程庫區(qū)發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害影響了庫區(qū)人民生產(chǎn)生活環(huán)境，且對水電工程運營增加了風(fēng)險。水電工程庫區(qū)范圍較大，目前主要依靠定性的方法進行庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害人工排查，這樣耗費時間較長且難以保證排查的準確性與完整性，而對庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測與防治方法上，主要依靠對單個地質(zhì)災(zāi)害體進行穩(wěn)定性分析與監(jiān)測預(yù)報，缺乏對整個庫區(qū)進行高效、宏觀性地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測的技術(shù)手段。在地質(zhì)災(zāi)害評價過程中，地質(zhì)災(zāi)害敏感性分析作為一種快速、定量的區(qū)域性地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測方法，在區(qū)域災(zāi)害評價中已經(jīng)成為當(dāng)前的熱點研究問題，在許多地區(qū)，開始受到各行業(yè)的重視。

地質(zhì)災(zāi)害敏感性分析方法可以分為定性方法和定量方法。定性方法依賴專家主觀經(jīng)驗對地質(zhì)災(zāi)害的定性描述，結(jié)合各類專題圖，直接進行地質(zhì)災(zāi)害敏感性評價，在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生機理不完全清楚的情況下，存在很大的主觀性風(fēng)險。定量方法依賴數(shù)據(jù)的特征，“用數(shù)據(jù)說話”，形式更加嚴謹和客觀，很大程度上能消除定性方法的主觀性因素，因此在地質(zhì)災(zāi)害敏感性分析研究中，大量的研究主要關(guān)注在定量分析方法上。

地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生機理較為復(fù)雜，受多類因素的影響，是一個多影響因子綜合的過程，目前大部分影響因子研究都集中在地形地貌、基本地質(zhì)條件、植被覆蓋、人類活動范圍、水文氣象條件等幾方面。本文以瀑布溝水電站庫區(qū)為研究區(qū)，依據(jù)影響水庫蓄水后形成的地質(zhì)災(zāi)害特點，選取庫區(qū)巖性、斷裂、地形、植被覆蓋、蓄水高程、土地利用以及土壤侵蝕等因子，建立線性回歸模型，借助GIS的空間分析技術(shù)手段，形成瀑布溝庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害敏感性區(qū)劃圖，以對庫區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害敏感性進行分析。

2 研究區(qū)概況

瀑布溝水電站位于四川省西部大渡河中游漢源縣和甘洛縣接壤處，庫區(qū)地跨漢源、石棉、甘洛三縣境區(qū)，是大渡河流域水電梯級開發(fā)的下游控制性水庫工程，是大渡河流域梯級水電站開發(fā)的關(guān)鍵項目之一。該區(qū)域河谷總體呈東西向展布，具有峽谷與寬谷或河谷盆地相間分布的特點（如圖1）。

3 影響因子分析

3.1 影響因子選擇

地質(zhì)災(zāi)害是與各種要素相關(guān)聯(lián)的，深入理解地質(zhì)災(zāi)害與各種要素的相關(guān)性，合理選擇與其密切相關(guān)的影響因子，會增加地質(zhì)災(zāi)害敏感性分析結(jié)果的適應(yīng)性。地質(zhì)災(zāi)害的孕育及演化過程受到內(nèi)因和外因的雙重影響。各種因子在地質(zhì)災(zāi)害形成的過程中有著不同的作用，因子的影響程度也在不同區(qū)域表現(xiàn)不一致。目前大量研究都集中在巖性、地形地貌、斷裂等主要內(nèi)部影響因素上[1～3]，劉新喜[4]也針對庫水位下降對滑坡穩(wěn)定性進行了研究，李鐵峰[5]探討了降雨對滑坡的影響，胡德勇[6]在主要影響因素上又添加了地形曲率、河流、土地覆蓋、道路等自然要素與人為活動因素。

圖1 研究區(qū)位置圖

通過對各種研究歸納總結(jié)，可將影響因子總體上分為地質(zhì)條件、地形地貌條件、植被土壤條件、人類活動條件、水文氣象條件等。根據(jù)研究區(qū)域發(fā)生的實際情況，本文選取10個影響因子對研究區(qū)域開展敏感性分析研究，這些影響因子為：地層巖性、斷裂、蓄水高程、坡度、坡向、剖面曲率、平面曲率、植被覆蓋、土地利用、土壤侵蝕，將其按照類別分成三類。

3.2 因子量化方法

為了定量研究各類影響因子對地質(zhì)災(zāi)害的影響，需要對影響因子進行量化，因子量化的方法有多種，其中確定性系數(shù)CF值能反映災(zāi)害點的聚集程度，是目前敏感性研究中主要的定量化方法。首先利用每類影響因子的各二級分類因子中地質(zhì)災(zāi)害面積除以各二級影響因子的面積，得到一個面積比，然后對個面積比歸一化處理，即為個二級分類因子的定量化指標值。所采用的公式如下：

式中：i=1，2，…，m，是影響因子序號；j=1，2，…，n，是各影響因子的二級分類序號。xij是各類二級因子的指標值；Sij是各類二級因子的面積；Aij是各類二級因子中滑坡災(zāi)害面積；按照（1）式計算出的初始值，將其歸一化處理，即可到各類影響因子的定量化指標值。

通過對以上因子的量化，從已有地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)統(tǒng)計計算，從而得出各因子的量化指標，如圖2。

4 敏感性分析模型建立

圖2 影響因子定量化指標

地質(zhì)災(zāi)害的孕育和發(fā)生，是一個多因子作用下的復(fù)雜過程，目前并沒有充分的機理驗證地質(zhì)災(zāi)害的產(chǎn)生，基于多因子的敏感性分析需要解決的一個主要問題，就是因子的權(quán)重問題，即因子對地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生的貢獻程度。敏感性分析模型就是為了定量確定個因子的權(quán)重值，進而通過計算各因子的影響值，從而獲得整個區(qū)域內(nèi)，各因子綜合作用下的地質(zhì)災(zāi)害敏感性結(jié)果。

設(shè)P為某事件發(fā)生的概率，取值范圍為[0，1]，從而可建立線性回歸方程：

此即為線性回歸模型，其中α為常數(shù)，βi（i=1，2，…，m）為線性回歸系數(shù)，利用（2）可進行地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測。

基于瀑布溝庫區(qū)已有地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)，采用本文研究的10種影響因子作為自變量，采用SPSS軟件進行線性回歸分析，通過計算分析，因子顯著性水平均小于0.05，認為回歸結(jié)果通過5%顯著性水平檢驗，得到線性回歸系數(shù)，因此，可得到計算災(zāi)害發(fā)生概率的預(yù)測方程：

式中：x1，x2，…，x10分別代表地層巖性、斷裂、坡度、坡向、剖面曲率、平面曲率、植被覆蓋、土地利用、土壤侵蝕、蓄水高程。

將實驗區(qū)數(shù)據(jù)帶入方程（3），可得到各格網(wǎng)單元的P值，即為該格網(wǎng)點的發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的概率，將概率劃分為3個區(qū)間（穩(wěn)定、一般、不穩(wěn)定），可得到研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害敏感性區(qū)劃圖（圖3）。

圖3 瀑布溝庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害敏感性區(qū)劃圖

5 結(jié)果分析與討論

將研究區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害與地質(zhì)災(zāi)害敏感性區(qū)劃圖疊加，可以計算出，72%的地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域分布在不穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)，而穩(wěn)定區(qū)域發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害只占整個區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的8%。故而本文研究得到的地質(zhì)災(zāi)害敏感性區(qū)劃圖能較好的符合研究區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的實際情況。

6 結(jié)論

（1）影響因子的選擇需要綜合地質(zhì)條件、地形地貌、蓄水高度、植被、土壤、土地利用等因素，本研究區(qū)域中除蓄水高度為研究區(qū)特有影響因子，其他影響因子具有通用性，可為相似環(huán)境水庫敏感性分析提供影響因子定量化系數(shù)。

（2）研究區(qū)格網(wǎng)大小需要綜合考慮已有數(shù)據(jù)的精度，以及研究區(qū)域的大小，在保證精度的前提下，盡量減小數(shù)據(jù)計算的規(guī)模，是進行大區(qū)域敏感性分析的有效優(yōu)化手段。

（3）研究結(jié)果能為瀑布溝地質(zhì)災(zāi)害的防治以及移民安置提供依據(jù)，為水電工程的安全建設(shè)與運營提供更加高效可靠的技術(shù)手段。

[1]馬顯春，王 雷，趙法鎖.滑坡穩(wěn)定影響因子敏感性分析及治理方案探討[J].地質(zhì)力學(xué)學(xué)報，2008，14（4）.

[2]李雪平，唐輝明，陳 實.基于GIS的Logistic回歸在區(qū)域滑坡空間預(yù)測中的應(yīng)用[J].公路交通科技，2005，22（6）.

[3]蘭恒星，伍法權(quán)，周成虎，王思敬.基于GIS的云南小江流域滑坡因子敏感性分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2002，21（10）.

[4]劉新喜，夏元友，等.庫水位下降對滑坡穩(wěn)定型的影響[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2005，27（8）.

[5]李鐵峰，從威青.基于Logistic回歸及前期有效雨量的降雨誘發(fā)型滑坡預(yù)測方法[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2006，17（1）.

[6]胡德勇，李 京，陳云浩，蘇 偉.基于GIS的熱帶雨林地區(qū)滑坡敏感性分析——馬來西亞金馬倫高原個案研究[J].自然災(zāi)害學(xué)報，2008，17（6）.

P642

A

2095-2066（2016）05-0114-02

2016-2-1

劉永亮（1984-），男，工程師，碩士研究生，主要從事3S與數(shù)字流域方面的工作。