黄土丘陵区降雨滑坡易发性及动态危险性评价研究——以甘肃秦安县为例

摘要

滑坡是我国最为常见、影响范围最广的地质灾害，而降雨是滑坡发生的重要诱因，尤其在地质环境脆弱的黄土高原，降雨滑坡尤其严重，造成了巨大的人员伤亡和财产损失。滑坡的易发性和危险性评价可为滑坡灾害隐患排查和治理避让提供依据，是目前识别潜在滑坡区域最为行之有效的方法之一。本文以秦安县黄土丘陵地貌区为例，开展降雨滑坡的易发性与动态危险性评价。首先在现有的滑坡风险评价体系下，通过野外调查和遥感解译，提取“滑坡属性”并将之数字化，建立了较为完整的区域降雨滑坡数据库，进而研究本区降雨滑坡的滑坡类型，分布特征和发育规律，分析滑坡发育的影响因素。而后通过影响因素的选取，建立恰当的评价指标体系，利用信息量模型实现各因素的“滑坡属性”的分级量化，开展了空间尺度下基于统计模型的降雨滑坡的易发性评价。为满足更高精度的滑坡评价，引入时间尺度，建立考虑时空尺度和基于物理过程的滑坡危险性的动态评价方法，通过理论模型的建立、模型的编程开发和模型参数获取，完成了滑坡的动态危险性评价。本文通过一系列的野外调查、室内分析、理论推导和编程开发获得以下成果:
　　(1)开展了基于信息量模型的降雨滑坡易发性评价。
　　通过前期资料收集和野外调查，获取了秦安县城区滑坡的详细数据，建立了滑坡编录空间数据库。建立了考虑地层岩性、坡度、坡向、起伏度、干流距离、支流距离和植被共7大类指标因素的评价指标体系。利用信息量模型计算出各指标因素与滑坡易发性之间的量化关系，并获得研究区信息量值。根据已滑坡区信息量值的分布特征，将研究区的滑坡易发性分为5个等级，其中极低易发区占全区10.5％;低易发区占43.9％;中易发区占26.0％;高易发区占14.5％;极高易发区面积为占5.1％。利用ROC曲线作为模型评价准确度的检验手段，其AUC=0.770，表明基于信息量的易发性评价模型对本研究区潜在降雨滑坡区的分布预测具有一定准确性。
　　(2)建立了基于水—力耦合的降雨滑坡动态危险性评价理论模型。
　　融合降雨入渗理论、水分运移机理、浅层降雨滑坡失稳机制与区域稳定性评价研究，建立了基于物理方程的浅层降雨滑坡区域危险性评价的全定量分析模型。滑坡动态危险性模型从地形的表示、水文状况和土柱的稳定性计算3个方面入手。数字地形模型利用栅格单元为基本计算单元，以栅格土柱的高程、坡度和坡向条件反映原始地形。水文模型利用改进的坡面Green-Ampt模型，充分考虑了降雨过程中上层饱和区的水分侧向运移，及其对湿润锋的影响;稳定性计算模型采用极限平衡法，分析湿润锋为滑面的土柱稳定性。基于物理方程的动态危险性评价模型可分析降雨过程中，区域边坡稳定性的实时变化。
　　(3)编程开发降雨滑坡动态危险性评价模型，分析模型参数的敏感性，并与坡面Green-Ampt模型进行比较。
　　在动态危险性评价模型理论的基础上，利用Matlab软件完成了模型的开发。模型参数包含4各方面:程序控制参数、地形参数、岩土体参数和降雨参数。在参数敏感性方面，在同等坡度条件下，3种土体的稳定性从大到下依次为:次生黄土，原生黄土和坡积黄土;在同等土体条件下，坡度越大湿润锋深度越小，但稳定性系数越小，危险性越高。通过与坡面Green-Ampt模型相比较，结果显示两者在湿润锋入渗深度计算上相差不大。但在稳定性计算方面，由于未考虑饱和区的渗流力，坡面Green-Ampt模型的计算结果更加保守。
　　(4)以古城乡为例，展开降雨滑坡动态危险性建模和评价研究。
　　利用动态危险性评价模型完成了24h，10mm/h降雨强度下秦安县古城乡区域的浅层土体的稳定性计算，获取了小时级的区域稳定性结果。以稳定性系数作为危险性分级依据，将全区分为5个危险性等级。在10mm/h的降雨强度下，连续降雨时长超过7小时则可能会有滑坡发生，连续降雨时长超过14小时则极可能会有滑坡发生。至24小时降雨完成时，极高危险区和高危险区占计算区域面积的5.9％，极低危险区（安全区）面积下降了71.5％。

目录

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摘要

第1章 引言

1．1 选题依据及研究意义

1．2 区域滑坡灾害评价国内外研究现状

1．2．1 黄土丘陵区滑坡灾害研究综述

1．2．2 区域滑坡灾害评价发展综述

1．2．3 滑坡易发性研究现状

1．2．4 滑坡危险性评价研究现状

1．3 主要研究内容与技术路线

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 技术路线

第2章 自然地理及地质环境条件

2．1 概述

2．2 自然地理

2．2．1 地形地貌

2．2．2 气象水文

2．2．3 植被类型

2．3 地质环境条件

2．3．1 地层岩性

2．3．2 新构造活动与地震

2．3．3 人类工程活动

第3章 降雨滑坡数据库及滑坡特征分析

3．1 滑坡数据库

3．2 滑坡特征分析

3．2．1 滑坡类型及破坏机理

3．2．2 滑坡分布特征及发育规律

3．3 小结

第4章 秦安县城区降雨滑坡易发性评价

4．1 信息量模型理论

4．2 评价指标体系建立及分级量化

4．2．1 地层岩性及组合

4．2．2 坡度

4．2．3 坡向

4．2．4 地形起伏度

4．2．5 水系距离

4．2．6 植被覆盖指数

4．3 基于信息量分析模型的降雨滑坡评价

4．3．1 降雨滑坡易发性评价

4．3．2 评价结果检验

4．4 小结

第5章 古城乡降雨滑坡动态危险性评价

5．1 动态危险性评价模型理论

5．1．1 数字地形模型

5．1．2 水文模型

5．2 模型开发及建模

5．2．1 模型开发

5．2．2 模型建模

5．3 模型计算分析

5．3．1 参数对模型计算的影响

5．3．2 与坡面Green-Ampt模型的对比

5．4 动态危险性评价

5．4．1 动态稳定性计算

5．4．2 动态危险性评价

5．5 小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 存在的问题及展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果