基于堰塞坝几何形态的数理统计对其稳定性影响研究

摘要

堰塞湖是一种常见的地质现象，由于降雨、地震、火山喷发等原因引起山体崩滑而堵塞山谷、河道而形成。堰塞坝的形成具有高突发性、高危险性以及高复杂性，大部分堰塞坝在形成之后短时间内就会溃决，加之极端恶劣的勘察条件，使得专业人员很难在有限的时间内获取详细的坝体参数，而堰塞坝的几何形态参数是相对容易获取的。堰塞坝一直是我国自然灾害防治领域的重点课题，研究堰塞坝地形几何参数对堰塞坝稳定性的影响，利用有限的地形数据对堰塞坝的稳定性及寿命进行快速评估预测，对应急抢险具有重要的科学价值与实际意义。 本文在广泛阅读并理解国内外堰塞坝相关领域文献的基础上，大量收集了堰塞坝案例，建立了一个大型堰塞坝的数据库。基于该堰塞坝数据库，运用SPSS软件统计分析了堰塞坝的特征。分别基于 Fisher 判别分析、逻辑回归、多元变量回归模型等数理统计方法分别建立了两个利用几何形态因素的堰塞坝稳定性快速评估模型和一个堰塞湖寿命预测模型，并分析了各个模型中各自变量的重要程度。最后通过唐家山堰塞坝、红石岩堰塞坝以及木鱼镇滑坡堰塞坝三个实际案例，对建立的堰塞坝稳定性快速评估模型和堰塞湖寿命预测模型进行了实际案例验证。主要结论有： （1）堰塞坝主要分布于地质灾害多发的国家和地区；地震和降雨是堰塞坝最主要的诱发因素；据统计得出，有12%的堰塞坝在形成后1小时之内溃决，33%的堰塞坝在形成之后的1 天之内溃决，70%的堰塞坝会在 1 个月内溃决；溢流漫顶是堰塞坝最主要的破坏模式。 （2）基于几何形态的稳定性评估模型交叉正确率达77%，AUC值分别为0.839与0.835，达到优秀的判别水平。对堰塞坝稳定性影响最大的几何形态因素是堰塞坝坝高和坝体积，其次为堰塞湖库容和湖水面积。 （3）对实际堰塞坝案例进行实例验证结果表明，基于几何形态的堰塞坝稳定性评估模型预测结果与实际情况基本吻合，对于抢险救灾具有一定的实际意义与参考价值。

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