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滑坡灾害空间预测是时间预报和风险研究的基础,尽管大量学者对其进行过研究,提出了有重要价值的理论和方法,但依然存在不少需要改进的问题。当前空间预测的主要方法还停留在对定性到半定量方法的研究,预测指标体系不够完善,预测过程中不能很好地考虑到力学机制的地质模型。随着科技的发展,滑坡灾害空间预测的研究方法和方式有着较大的改进。WEBGIS是地理信息系统(GIS)和网络发展的产物,它为滑坡灾害空间预测研究提供了推动作用。
论文针对当前滑坡空间预测中存在的问题,选取三峡坝区到巴东段为研究区域,基于GIS技术系统地开展滑坡灾害的空间预测研究。其中以坝区到巴东段长江干流区域为例,在1:5万的比例尺下开展区域滑坡灾害空间预测研究;以巴东新城区为例,在1:1万的比例尺下开展重点地段滑坡灾害空间预测研究。在此基础上研制三峡库区地质灾害预测预报系统,集成各种预测方法和模型,利用能够实时更新的预测信息,为政府决策部门提供土地利用和城市建设等基础设施的规划以及地质灾害应急预案的决策依据,为人们的生命和经济财产提供安全的保障,保护自然环境,促进社会的和谐发展。论文通过系统地对滑坡灾害空间预测的研究,取得了以下方面的研究成果。
(1)首先总结国内外滑坡灾害空间预测的研究现状,针对其中存在的问题和不足之处进行详细的分析,如预测方式的选择、滑坡样本的处理、预测因素的选取与量化研究,等等。在此基础上提出论文的研究主旨和研究内容,并根据滑坡灾害空间预测目的与任务,设计论文研究的框架结构,建立了适合于区域、地段和场地不同研究层次的滑坡灾害空间预测体系。
(2)结合滑坡灾害发生的特点,采用层次分析法建立区域滑坡危险性评价指标体系,并运用SPSS软件计算指标间的相关性,以剔除对评价目标影响较小的评价指标以及指标间具有较强的相关性指标,使建立的预测模型能更好地反映出地质模型的基本特征。
(3)利用最优分割法的思想和信息量计算原理,结合在各种预测因素下滑坡发生的情况,提出预测因素状态的确定方法。因素状态确定的主要原则是在考虑到各因素状态分布规律和各状态下滑坡分布的规律的同时,尽量体现出各因素状态间对滑坡影响的差异性。
(4)在区域滑坡灾害研究层次上,以三峡坝区到巴东段长江干流库岸滑坡为研究对象,由于栅格数据具有利于统计和计算的特点,在中小比例尺下可以代表滑坡的形态,故采用栅格单元开展滑坡灾害空间预测。首先从地形地貌、工程地质、水文地质、人类工程活动等方面分析研究区滑坡发生特点,选择各类滑坡的影响因素,如坡度、坡向、山脊山谷、岩性组合、坡体结构、断层、土地利用等,以栅格单元构建滑坡预测的评价指标体系,提出了基于栅格文件的信息量模型空间预测流程,在此基础上对研究区开展滑坡灾害空间预测,将GIS和滑坡灾害空间预测有机的结合在一起。重点介绍基于栅格数据的滑坡灾害空间预测流程,预测因素状态的确定方法,信息量计算过程和预测结果的合理性分析。
(5)在地段滑坡灾害研究层次上,以巴东新城区为例,根据地形地貌和地质特征划分自然斜坡单元,针对不同类型的滑坡构建相应的评价指标体系,提出基于矢量数据的滑坡空间预测流程,在此基础上开展滑坡灾害空间预测。首先根据坡体的物质成分将研究区滑坡分为岩质滑坡和土质滑坡,根据岩质滑坡的特点选取坡度、坡向、坡高、岩性、岩体结构、节理密度、断层、公路、建筑区等以斜坡单元的形式构建岩质滑坡评价指标体系,对于土质边坡根据土质滑坡特点选取坡度、坡向、坡高、岩性、公路、建筑区等构建以斜坡单元的形式土质滑坡评价指标体系,以信息量模型为例开展滑坡灾害空间预测研究。重点介绍栅格文件和矢量文件叠加方式,以及通过各种地质测量点(如产状测点和节理测点)进行空间分布的估值方法和基于斜坡单元信息量的计算过程。
(6)在将滑坡简化为无限斜坡的假设条件下,推导无限斜坡模型稳定性计算的一般公式,讨论公式中降雨入渗的考虑方式并推导不同库水位下斜坡稳定性的计算公式。
(7)根据研究区岩土体分部特征对滑坡进行分类,并根据三峡库区大量的勘察资料统计了三峡库区各类滑坡相关的物理力学参数,在此基础上利用无限斜坡模型在巴东新城区开展在了降雨和库水位影响下的浅层滑坡稳定性研究。
(8)利用.net(c#)语言,基于ArcGIS Server和Oracle10g数据库,开发三峡库区地质灾害预测预报系统。该系统采用数据字典管理模式,利用开源的ibastis.net和castle框架,基于ArcGIS Server9.3提供的组件接口进行二次开发,主要功能以滑坡预测预报为主涵盖空间预测、时间预报、涌浪计算和灾情评估四大功能,预测结果以可视化的网页形式实时展示,提高了数据管理和滑坡预测的工作效率,具有较强的可移植性和扩展性、功能强大、界面友好。