四川省雅江縣上游河段滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

胡 鵬，楊東強(qiáng)，王薦霖

1.核工業(yè)西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都610061；2.中國建筑西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都610052

0 引言

中國西南地區(qū)地勢(shì)具有西高東低的特點(diǎn)，特別是在一級(jí)地貌與二級(jí)地貌過渡地帶，山高坡陡，滑坡災(zāi)害是其最常見、最嚴(yán)重的地災(zāi)類型［1-2］.尤其是2020年8月以來，四川省各地區(qū)連續(xù)性的強(qiáng)降雨使得滑坡災(zāi)害頻發(fā).因此，為了預(yù)測(cè)和防治滑坡災(zāi)害帶來的損失，必須要弄清其誘發(fā)因素及成因類型，對(duì)該區(qū)域滑坡的誘發(fā)機(jī)率進(jìn)行系統(tǒng)的分析，優(yōu)先治理滑坡災(zāi)害發(fā)生機(jī)率大、造成損失嚴(yán)重的地區(qū)，才能更有效地減輕、避免各類地質(zhì)災(zāi)害帶來生命財(cái)產(chǎn)損失［3］.

本研究通過對(duì)雅江縣上游兩岸滑坡災(zāi)害分布發(fā)育特征的調(diào)查，對(duì)研究區(qū)內(nèi)滑坡的各個(gè)要素及分布規(guī)律進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，提取有關(guān)因素，進(jìn)而建立評(píng)價(jià)體系，預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)滑坡發(fā)生的危險(xiǎn)性，并劃分危險(xiǎn)等級(jí)，以期為雅江縣流域內(nèi)滑坡災(zāi)害的預(yù)警和防治提供依據(jù)，為當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)活動(dòng)以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供支持.

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于四川省甘孜藏族自治州雅江縣上游雅礱江流域，整體最大高差約2 500 m.研究區(qū)處于西南地區(qū)構(gòu)造活動(dòng)極為頻繁的區(qū)域，區(qū)域構(gòu)造屬鮮水河斷裂帶與理塘斷裂帶之間［4］.兩條斷裂在第四紀(jì)以來活動(dòng)頻繁，加上印支期和喜馬拉雅期以來造山運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的強(qiáng)烈的河流下切，形成了以中高山為主、呈典型的“V”型深切峽谷的地貌特征.區(qū)內(nèi)災(zāi)害隱患點(diǎn)較多，通過野外實(shí)地調(diào)查共獲得滑坡數(shù)據(jù)114個(gè)（圖1、2）.

圖1 研究區(qū)滑坡災(zāi)害點(diǎn)分布圖Fig.1 Distribution map of landslide disaster points in the study area

2 滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

2.1 評(píng)價(jià)方法與原理

目前，區(qū)域滑坡危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的方式有很多.相比于其他評(píng)價(jià)方式，邏輯回歸法有著可解決指標(biāo)間的相互依賴問題、模型清晰、概率值得起推敲等優(yōu)點(diǎn)；而確定性系數(shù)法則可依托于野外實(shí)際情況，人為地對(duì)邏輯回歸得出的結(jié)論進(jìn)行修正［5-6］.故本文選用邏輯回歸法與確定性系數(shù)法疊加分析，評(píng)價(jià)研究區(qū)滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性特征.先在研究區(qū)內(nèi)以一定的間距生成3 000個(gè)樣本點(diǎn)，并隨機(jī)選取調(diào)查滑坡中的100個(gè)，共3 100個(gè)樣本數(shù)據(jù)作為危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的原始數(shù)據(jù)；選取研究區(qū)內(nèi)平均分布的14個(gè)滑坡數(shù)據(jù)作為評(píng)價(jià)成果的驗(yàn)證數(shù)據(jù)，用以驗(yàn)證評(píng)價(jià)結(jié)果的精確性.主要思路如圖3所示.

圖2 研究區(qū)地層巖性圖Fig.2 Stratigraphy of the study area

圖3 滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)思路流程圖Fig.3 Risk assessment flowchart of landslide disaster

邏輯回歸模型的表達(dá)式為［7-9］：

式中，xi為關(guān)于Pi的自變量，εi為系數(shù).

事件發(fā)生的條件概率Pi為：

則事件不發(fā)生的概率為：

從而：

式中，α0為常數(shù)項(xiàng)；β1…βn為各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的邏輯回歸系數(shù).

確定性系數(shù)模型的表達(dá)式為［10-13］：

式中，PPa為滑坡數(shù)目與評(píng)價(jià)指標(biāo)面積的比值；PPs為滑坡總面積與研究區(qū)面積的比值.

單個(gè)評(píng)價(jià)因子的確定性權(quán)計(jì)算公式為：

式中，Wci為評(píng)價(jià)因子Ci的權(quán)重；CFij為評(píng)價(jià)因子Xi第j個(gè)分類的確定性系數(shù).

綜合確定性權(quán)的計(jì)算公式為：

式中，LSP為評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定性權(quán).

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

依據(jù)控制研究區(qū)滑坡發(fā)育特征的工程環(huán)境條件，可將影響滑坡危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的因素分為7個(gè)內(nèi)在指標(biāo)及1個(gè)外在指標(biāo)（圖4）.

圖4 滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.4 Risk assessment index system of landslide disaster

2.3 滑坡災(zāi)害分布特征

2.3.1 坡度

坡度主要影響地面的起伏程度，直接決定斜坡體臨空面的發(fā)育情況及應(yīng)力分布特征.通過分析研究區(qū)滑坡與地形坡度關(guān)系不難看出，坡度為30～45°區(qū)間滑坡數(shù)量最多，為54個(gè)，占滑坡總數(shù)的47.37%（圖5a、6a）；此坡度區(qū)間災(zāi)害點(diǎn)密度也最大，為7.06個(gè)/100 km2.滑坡的誘發(fā)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，斜坡覆蓋層的天然休止角通常為35°左右［14］.當(dāng)?shù)匦纹露冗^小時(shí)，無法誘發(fā)滑坡；當(dāng)?shù)匦纹露榷逊e到天然休止角（30～45°）時(shí)，滑坡極易發(fā)生了，而過大的地形坡度造成的地質(zhì)災(zāi)害則以崩塌為主.只有當(dāng)?shù)匦纹露仍谝粋€(gè)合適的區(qū)間內(nèi)時(shí)，才容易誘發(fā)滑坡.

2.3.2 坡向

斜坡坡向?qū)τ谛逼路€(wěn)定性的影響主要取決于太陽輻射對(duì)斜坡樹木發(fā)育、土體凍融、土壤濕度等要素的影響，進(jìn)而間接影響滑坡的發(fā)生［15-17］.研究區(qū)朝向北側(cè)斜坡土體水分不易蒸發(fā)，土壤濕度大于南坡，土體的凍脹情況亦強(qiáng)于南坡，從而使得北坡土體裂隙數(shù)量多于南坡，故發(fā)生滑坡的數(shù)量較多（21個(gè)，占滑坡總和18.42%），災(zāi)害點(diǎn)密度較大，為9.49個(gè)/100 km2，（圖5b、圖7）.

圖7 滑坡數(shù)量與坡向關(guān)系圖Fig.7 The diagram of landslide numbers by slope aspects

2.3.3 拔河高度

斜坡的拔河高度反映了河流對(duì)河谷底部的切割程度，反映了斜坡臨空面的發(fā)育情況及坡體的應(yīng)力分布特征［18］.當(dāng)拔河高度過低時(shí)，臨空高度不足，但其受到人類工程活動(dòng)的影響較大；當(dāng)拔河高度過高時(shí)，人類工程活動(dòng)較少，坡頂?shù)匦纹露容^大，崩塌為主要的地質(zhì)災(zāi)害方式.研究區(qū)拔河高度600～900 m范圍的滑坡數(shù)目最多，為36個(gè)，占總和的36.98%；拔河高度300～600 m范圍災(zāi)害點(diǎn)密度最大，為8.07個(gè)/100 km2，占總數(shù)30.70%（圖5c）.滑坡的數(shù)量與拔河高度呈現(xiàn)近似正態(tài)分布的關(guān)系（圖6b）.

2.3.4 工程地質(zhì)巖組

依據(jù)研究區(qū)地層巖性、巖體結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況、巖體風(fēng)化情況、巖體強(qiáng)度的不同，可將區(qū)內(nèi)地層分為較軟巖類、較軟巖夾較硬巖類、較硬巖夾較軟巖類、較硬巖類4類.通過圖5d可知，研究區(qū)滑坡主要分布于軟硬互層巖類的邊坡中.當(dāng)斜坡巖層性質(zhì)一致時(shí)，巖層的內(nèi)摩擦角、內(nèi)聚力與斜坡穩(wěn)定性系數(shù)呈近似線性關(guān)系；而斜坡巖層性質(zhì)不一致時(shí)，這種線性關(guān)系便發(fā)生改變，雨水極易沿巖體結(jié)構(gòu)面入滲坡體，軟巖受雨水軟化后便會(huì)形成軟弱帶，斜坡極易沿著這層軟弱帶產(chǎn)生滑動(dòng).當(dāng)軟巖厚度較小時(shí)，巖層內(nèi)聚力及內(nèi)摩擦角的細(xì)微變化都會(huì)對(duì)斜坡穩(wěn)定系數(shù)產(chǎn)生較大影響.因而，較硬巖夾較軟巖地區(qū)相對(duì)于其他區(qū)域更容易引發(fā)滑坡［19］（圖6c）.研究區(qū)較硬巖夾較軟巖類地區(qū)滑坡個(gè)數(shù)72個(gè)，占滑坡總和的63.16%，災(zāi)害點(diǎn)密度為0.10個(gè)/100 km2.

2.3.5 斷裂帶

研究區(qū)范圍內(nèi)斷裂帶數(shù)量雖較少，但通過查閱區(qū)域地質(zhì)資料可知，距雅江縣城下游約10 km處，斷裂帶較發(fā)育，受區(qū)域斷裂影響較大.研究區(qū)斷裂帶附近滑坡分布相對(duì)密集（圖5e），滑坡與斷裂帶距離在1000～2000 m范圍災(zāi)害點(diǎn)密度最大，為18.09個(gè)/100 km2.

2.3.6 岸坡結(jié)構(gòu)

雖然研究區(qū)岸坡結(jié)構(gòu)以橫向坡、斜向坡為主，其中斜向坡分布滑坡數(shù)目最多，但順向坡結(jié)構(gòu)松散，抗風(fēng)化能力低，受擾動(dòng)后極易引發(fā)滑坡，災(zāi)害點(diǎn)密度最大，為9.48個(gè)/100 km2，占滑坡總和的22.81%（圖5f、6d）.

2.3.7 河流水系

研究區(qū)屬深切峽谷地貌，河流的側(cè)蝕作用及下蝕作用不斷沖刷岸坡，致使岸坡巖體軟化，臨空面發(fā)育，斜坡穩(wěn)定性降低，容易造成新滑坡的發(fā)生及老滑坡的復(fù)活.研究區(qū)內(nèi)滑坡沿雅礱江干流、支流兩岸呈明顯的沿河流線性分布特征，其中距河流水系0～200 m范圍滑坡數(shù)目最多，為35個(gè)，占35.07%；距河流水系200～400 m范圍災(zāi)害點(diǎn)密度最大，為10.04個(gè)/100 km2，占滑坡總和的29.82%（圖5g、6e）.

2.3.8 降雨

雨水入滲，增大了坡體的下滑力，同時(shí)研究區(qū)地層以較硬巖夾較軟巖類為主，所夾較軟巖極易受到雨水的侵蝕，導(dǎo)致承載能力降低，形成滑動(dòng)面.研究區(qū)年平均降雨量主要為780 mm（圖5h），該范圍內(nèi)滑坡的數(shù)目最多，為90個(gè)，占滑坡總和的78.95%，災(zāi)害點(diǎn)密度最大，為8.47個(gè)/100 km2（圖6f）.

圖5 研究區(qū)滑坡危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)圖Fig.5 Risk assessment maps of landslide disaster in the study area

圖6 評(píng)價(jià)指標(biāo)與滑坡數(shù)量關(guān)系Fig.6 Relationship between evaluation indexes and amount of landslide

2.4 滑坡災(zāi)害結(jié)構(gòu)組成特征

經(jīng)野外實(shí)地調(diào)查，研究區(qū)滑坡可分為土質(zhì)滑坡及巖質(zhì)滑坡兩大類.

2.4.1 土質(zhì)滑坡這類滑坡多發(fā)生于沿道路兩側(cè)及已有滑坡前緣產(chǎn)生的二次滑動(dòng)，滑坡規(guī)模通常相對(duì)較小，滑源區(qū)高程較低，受人類活動(dòng)的影響較大，危害形式以堵塞道路為主.滑坡堆積體主要為殘坡積、滑坡堆積塊碎石土，碎石粒徑通常在3～5 cm.

2.4.2 巖質(zhì)滑坡

這類滑坡是研究區(qū)滑坡的主要類型，滑坡的穩(wěn)定性受“鎖固段”控制，滑坡形態(tài)以長條形、箕形為主，規(guī)模通常較大，危害也較大.依據(jù)滑坡堆積體組成結(jié)構(gòu)特征，可將其分成完全解體滑坡和不完全解體滑坡兩類.

完全解體滑坡多發(fā)生在拔河高度較高地帶，滑坡滑動(dòng)區(qū)域長度通常較長，整體落差較大.滑體處在滑源區(qū)時(shí)有著較大的勢(shì)能，當(dāng)“鎖固段”破裂滑動(dòng)產(chǎn)生時(shí)，這些勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能并順著結(jié)構(gòu)面釋放，使滑體在滑動(dòng)時(shí)完全解體，呈高速流動(dòng)狀態(tài).堆積體形態(tài)為塊石堆積，滑坡形態(tài)呈長條形、扇形（圖8）.

圖8 完全解體滑坡堆積體形態(tài)特征Fig.8 Morphological characteristics of completely disintegrated landslide

不完全解體滑坡堆積體形態(tài)多為箕形，滑體主要沿巖體結(jié)構(gòu)面以整體下挫的形式或沿基覆界線產(chǎn)生滑動(dòng)，后緣可見圈椅狀地形、雙溝同源等滑坡的典型特征.這類滑坡堆積體前緣多有“假基巖”出露，表面往往有一定厚度的覆蓋層，由殘坡積、崩坡積和滑坡堆積組成（圖9）.

圖9 不完全解體滑坡堆積體形態(tài)特征Fig.9 Morphological characteristics of incompletely disintegrated landslide

2.5 危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果

通過2.3節(jié)的分析可知，滑坡的誘發(fā)是由多個(gè)因素引起的，且每個(gè)因素之間都有著內(nèi)在的聯(lián)系.邏輯回歸分析的核心在于通過對(duì)比各個(gè)因素之間的內(nèi)在聯(lián)系從而得出回歸系數(shù)，可使評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性得到保障.其具體公式如下［20-21］：

式中，Rij為滑坡災(zāi)害面積Szij與其對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)面積Sij的比值；Xij為評(píng)價(jià)指標(biāo)的歸一化值；ij為第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的第j個(gè)子集；m為子集個(gè)數(shù)；

依據(jù)公式（9）（10）可求得研究區(qū)各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)的歸一化值（表1）.如表1中坡度0～15°范圍內(nèi)滑坡面積與坡度為0～15°區(qū)域面積的比值即為Rij，Rij與研究區(qū)面積的比值即為Xij.

表1 評(píng)價(jià)指標(biāo)歸一化值計(jì)算表Table 1 Calculation results for normalized value of evaluation indexes

隨后將各評(píng)價(jià)指標(biāo)的歸一化值Xij賦值在3 100個(gè)樣本點(diǎn)上，再將其導(dǎo)入SPSS軟件計(jì)算各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的回歸系數(shù).回歸系數(shù)值越大，說明其對(duì)滑坡誘發(fā)的影響程度越高.計(jì)算結(jié)果見表2.

依據(jù)公式（6）（7）計(jì)算各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)的確定性系數(shù)權(quán)值（表3）.

將所得回歸系數(shù)（表2）與各評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)的確定性系數(shù)權(quán)值（表3）分別代入ArcGIS軟件中，加權(quán)求和分別得出研究區(qū)滑坡發(fā)生的概率P1、P2，隨后將P1與P2相疊加，進(jìn)而得到研究區(qū)滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性成果圖（圖10）.

圖10 滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性成果圖Fig.10 Risk zoning map of landslide disaster in the study area

表2 回歸系數(shù)計(jì)算結(jié)果Table 2 Calculation results of regression coefficient

表3 各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定性系數(shù)權(quán)值Table 3 Certainty factor weights of evaluation indexes

3 評(píng)價(jià)結(jié)果驗(yàn)證與分析

為了確保評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性，利用以下兩種方法對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn).

1）查驗(yàn)點(diǎn)驗(yàn)證

研究區(qū)共調(diào)查滑坡災(zāi)害114個(gè)，隨機(jī)選取其中的100個(gè)滑坡點(diǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，剩余14個(gè)點(diǎn)作為查驗(yàn)點(diǎn)，用以驗(yàn)證成果的精確性.14個(gè)查驗(yàn)點(diǎn)在危險(xiǎn)性分區(qū)圖中的分布如表4所示.

表4 查驗(yàn)點(diǎn)分布統(tǒng)計(jì)表Table 4 Risk zoning and number of landslide disaster inspection points

2）ROC曲線驗(yàn)證

本研究選用ROC檢驗(yàn)曲線用以驗(yàn)證評(píng)價(jià)結(jié)果的精確性.ROC曲線下面積越大，表明評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確程度越高.ROC曲線下面積為85.48%（圖11），評(píng)價(jià)結(jié)果精確性較高.

圖11 ROC檢驗(yàn)曲線Fig.11 ROCtest curve of risk zoning

評(píng)價(jià)結(jié)果表明：研究區(qū)高危險(xiǎn)區(qū)、極高危險(xiǎn)區(qū)主要位于呷拉鎮(zhèn)一帶山脊的兩側(cè)，分布滑坡74個(gè)，占總數(shù)的65.91%，災(zāi)害點(diǎn)密度為8.00個(gè)/100 km2.該區(qū)域范圍內(nèi)年平均降雨量為780 mm，地層以較硬巖夾較軟巖為主，岸坡結(jié)構(gòu)多為順向坡，且分布有一條斷裂帶，皆為易引發(fā)滑坡的致災(zāi)因素.評(píng)價(jià)結(jié)果（表5）與實(shí)際野外調(diào)查結(jié)果相符.

表5 滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表Table 5 Risk evaluation results of landslide disaster

4 結(jié)論

依據(jù)雅江縣上游河段滑坡的野外調(diào)查結(jié)果，結(jié)合DEM高程數(shù)據(jù)，分析研究區(qū)內(nèi)滑坡災(zāi)害的發(fā)育分布特點(diǎn)，并基于邏輯回歸與確定性系數(shù)的疊加分析，對(duì)研究區(qū)滑坡危險(xiǎn)性進(jìn)行分區(qū)評(píng)價(jià)，取得如下成果.

1）雅江縣上游河段滑坡主要分布在海拔2 500～3 000 m、拔河高度600～900 m、坡度30～45°、距離河流水系0～200 m范圍內(nèi)較硬巖夾較軟巖類地帶.

2）雅江縣上游河段滑坡以巖質(zhì)滑坡為主，巖質(zhì)滑坡又可進(jìn)而分為完全解體滑坡和不完全解體滑坡兩類.完全解體滑坡多發(fā)生在拔河高度相對(duì)較高、巖體結(jié)構(gòu)破碎地段，滑體多以碎屑流的方式滑動(dòng)，滑坡形態(tài)多呈長條形，堆積體為塊石堆積；不完全解體滑坡形態(tài)多呈箕形，滑體沿巖體結(jié)構(gòu)面整體下挫或沿基覆界線產(chǎn)生滑動(dòng).

3）雅江縣上游河段高危險(xiǎn)區(qū)、極高危險(xiǎn)區(qū)面積占總面積的46.75%，該區(qū)內(nèi)滑坡數(shù)目為滑坡總和的65.91%.說明該區(qū)域內(nèi)滑坡分布相對(duì)聚集，危害程度較高，與實(shí)際野外調(diào)查結(jié)果相符.

4）雅江縣上游河段極高危險(xiǎn)區(qū)、高危險(xiǎn)區(qū)主要位于呷拉鎮(zhèn)一帶山脊的兩側(cè)；中等危險(xiǎn)區(qū)主要位于呷拉鎮(zhèn)、瓦多鄉(xiāng)斜坡的中部，普巴絨鄉(xiāng)上游河段；低危險(xiǎn)區(qū)、極低危險(xiǎn)區(qū)主要位于普巴絨鄉(xiāng)、瓦多鄉(xiāng)坡腳河流的兩岸，木絨鄉(xiāng)上游河段.

5）經(jīng)查驗(yàn)點(diǎn)及ROC曲線驗(yàn)證，危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)成果有較高的精確度（85.48%），能夠作為研究區(qū)防災(zāi)減災(zāi)工作及河谷兩岸開發(fā)利用的合理方案依據(jù).