黄土滑坡早期识别与险情预测-以黑台灌区为例

摘要

甘肃永靖黑方台地区，作为大水漫灌诱发黄土滑坡的典型区域，因其滑坡群发性和频发性特点，已经成为黄土高原乃至全国地质灾害最为严重的地段之一，强烈制约了当地社会经济发展。然而，黑台灌区基于区域尺度的滑坡空间预报研究较为薄弱，特别是缺少在区域稳定性定量化评价基础上的滑坡早期识别以及滑坡失稳后危害范围的预测研究。为了给黑台灌区灾害风险管理提供可靠的定量化依据，推动黄土斜坡空间预报的发展，并进一步为建设经济高效的区域黄土滑坡监测预警体系提供理论依据和实际指导，本文以甘肃黑台灌区为例，利用时序InSAR技术开展区域地表形变监测，分析宏观变形特征，进行滑坡早期识别，建立相应的基于物理力学过程的三维斜坡稳定性评价模型，评价潜在滑坡失稳概率，同时开展滑坡体积、滑动距离的险情预报方法研究，获取潜在滑坡致灾范围。主要取得以下研究成果： （1）黑台台塬已发育62处滑坡，其中12处为黄土-泥岩滑坡，多为大方量短程滑动，其余50处为黄土内部滑坡，依据运动特征可划分为黄土浅层错动、黄土远程滑动和黄土饱和泥流，三类滑坡发生具有先后关系，前期多为黄土浅层错动，后期转化为黄土饱和泥流。地形叠加分析表明，在过去40年间，焦家段经历了频繁的滑坡活动，近年来地形变化趋于平稳，而党川段和磨石沟段近 10年来地貌剥蚀变化较为活跃，并处于持续演变状态。 （2）利用时序InSAR技术，获取黑台2014-2017年地表形变结果，结合现场调查，证明了其在区域尺度变形监测中具有很高的适用性。结果表明：黑台现阶段，地表变形仍然十分剧烈，主要集中在台面西南部新源村附近和党川、磨石沟和野狐沟等台塬斜坡段，西南部以地表不均匀沉降为主，台塬斜坡段变形表现为后缘垮塌、裂缝发育和坡体多级滑动。成功捕获DC03、DC04和DC05滑坡滑前形变信息，变形速率为-40~64mm/yr，为潜在滑坡编目提供参考，同时考虑地形、地貌和孕灾环境特点，早期识别出43处不稳定斜坡。 （3）为定量化评价潜在不稳定斜坡失稳概率，完善区域斜坡稳定性定量评价，建立Scoops3D物理力学模型。历史评价结果中对80%以上的已发生滑坡进行了准确评价，模型能够在一定程度上真实反映斜坡稳定性状态。现状评价结果表明：台塬斜坡部位仍有31.43%的区域稳定系数在1.2以下，分布在党川段、盐集段和野狐沟段。43处潜在滑坡中，有26处FS<1，具有较高的危险性。黄茨段、磨石沟段部分区域，形变虽然剧烈，计算结果表明潜在滑坡FS>1.5，转化为滑坡的概率较低，多为小范围局部变形。区域稳定性呈现出明显的差异，与地下水主导的斜坡临空面变化和裂缝发育过程密切相关，经过多年滑坡活动，焦家段孕灾环境显著改善，而党川段仍具备发育大规模滑坡的条件，故稳定性较差。 （4）除了评价滑坡易发区和圈出潜在滑坡具体位置，危害范围预测也是滑坡空间预报的重要内容。以早期识别圈定的潜在滑源区为基础，分析滑坡运动过程，建立滑源区面积-体积经验公式： 2V ?0.0045S ?1.7812S?1.7668 ，R2=0.98。选取多元线性回归模型，遴选关键致灾因子，针对不同滑坡类型，分别建立滑动距离经验公式。计算得到43处潜在滑坡体积和滑动距离，结果表明：党川段险情尤为严重，需要尽早采取防灾避让措施。

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