浙西淳安降雨型滑坡发育规律及危险性评价研究

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我国东南沿海地区丘陵山地发育,地质环境条件脆弱,加上经济发达,人口稠密,工程活动频繁,降水丰沛且多集中降雨,导致以降雨型滑坡为主的突发性地质灾害成为东南地区主要自然灾害之一。浙江省近年由降雨引发的滑坡事件发生频率呈上升态势,据统计,“十二五”期间浙江省滑坡等突发地质灾害发生数量比“十一五”增加了127%,并且造成了重大人员伤亡和财产损失。浙西淳安县是浙江省滑坡最为发育的地区之一,滑坡灾害在每年汛期频繁发生,对人民生命财产安全构成严重威胁。因此,研究浙西地区降雨型滑坡发育规律并探索符合研究区特征的滑坡危险性评价方法和技术流程,是实现滑坡灾害防灾减灾战略的重大而迫切需求,具有十分重要的科学价值和现实意义。论文以区域滑坡灾害危险性评价理论为基础,以地理信息系统、遥感、空间数据库、概率统计和计算机编程方法为主要技术手段,以浙西淳安县降雨型滑坡为研究对象,以建立适合我国东南地区的区域滑坡定量危险性评价方法和技术流程为目的,开展了发育规律分析、遥感解译、野外详细调查、时空数据库构建、降雨阈值分析、易发性评价方法对比、时间频率和滑坡强度分析等方面的研究工作,取得了以下主要研究成果和结论:(1)设计并开发了基于遥感和时态地理信息系统的滑坡时空数据库。针对研究区滑坡灾害规模小、频率高及受降雨和人类活动影响强烈等特点,本文提出了隐性滑坡遥感识别方法和技术流程,包括创建遥感解译GIS工作环境、易发程度初步分析、建立解译规则、确定解译点位及解译区段和划定重点调查区等内容,通过解译和识别隐性滑坡,即滑坡易发的边坡或斜坡,并结合野外详细调查最终确定研究区滑坡编目。实际应用表明该方法对隐性滑坡解译的正确率AUC值为92.9%,可有效指导野外滑坡调查并提高工作效率。提出了基于时态GIS的滑坡时空数据模型,即基于事件的多级基态修正模型(DMBSAE),设计和开发了基于事件的滑坡时空数据库,并讨论了四库(临时库、现势库、历史库和档案库)结构、滑坡时空数据类型及其组织和存储机制、滑坡历史状态再现和历史变化回溯等关键问题。该时空数据库以淳安县2013年地质灾害详细调查成果为基期数据,建立了滑坡与降雨事件之间的关联关系,经过2014和2015年运行和动态更新,目前共有历史滑坡644处。(2)研究了滑坡发生与降雨事件的关系和规律。研究区降雨具有典型的梅雨主控区降雨类型特征,受其影响滑坡事件发生数量月际分布呈典型的“单峰”结构,即在6月份梅汛期达到峰值,滑坡发生数量占总数的65.0%;滑坡发生与暴雨、大暴雨事件具有强相关性,而与降水量相关性较弱;引发滑坡的降雨事件具有较长的历时,主要集中在11日内,其中与5日降雨相关的滑坡占38%;分别拟合了高、中、低易发岩组区引发滑坡的降雨强度(I)—历时(D)降雨阈值曲线,基于此给出了区域滑坡预警预报降雨阈值的参考值。(3)本文选取信息量法(IVM)、逻辑回归(LR)、人工神经网络(ANN)和支持向量机(SVM)四种方法开展了滑坡易发性空间预测对比研究,通过高程、坡度、坡向、曲率、工程地质岩组、距断层距离、距道路距离、土地利用和植被等9个滑坡影响因子的32种不同组合,分析了影响因子和评价方法选择对预测结果造成的不确定性。研究结果表明,随着因子数量的增加,四种方法的正确率和预测率总体呈上升趋势,但最优组合并不是出现在最大因子数量的组合,说明增加某些因子并不能提升预测精度;不同评价方法的易发性预测结果在空间分布上存在较大不确定性,因此需要进行多种组合测试方能得出比较合理的预测模型。基于曲线下面积(AUC)检验结果表明:四种方法正确率和预测率的最大值排序均是:人工神经网络>信息量法>支持向量机>逻辑回归,且基于人工神经网络方法生成的滑坡易发程度分区更为合理。因此,人工神经网络方法是研究区开展滑坡易发性预测的较优方法,预测精度较高,鲁棒性较好,其与坡度、岩组、道路、高程、土地利用和植被等6个影响因子组合构成最优滑坡易发性预测模型,由其生成的滑坡易发性指数图的正确率和预测率分别为88.34%和88.13%。(4)综合滑坡的空间概率、时间频率和滑坡强度实现了淳安县滑坡危险性评价。滑坡强度分析结果表明发生-6.5~-5.4级强度滑坡的概率为0.47;同时,根据未来滑坡发生的时间频率与历史滑坡时间概率具有相似性的假设,估算了研究区滑坡发生时间频率。根据滑坡危险性的定义,基于滑坡的空间概率、时间频率和滑坡强度分析结果,实现了滑坡危险性评价。滑坡活动强度指数(R)检验表明,R值在极低危险区、低危险区、中危险区和高危险区符合“RⅠ(0.03)<RⅡ(0.47)<RⅢ(4.30)<RⅣ(9.21)”规则;另外,检验组滑坡样本落在滑坡高危险区的百分比为56.25%,且极低危险区占整个研究区的面积百分比为64.3%,证明分区合理。滑坡危险性评价结果表明,中、高危险区主要分布在有通村公路沟谷的两侧斜坡区域,其滑坡发育具有密度高和强度大等特点,而沟谷平地和广大植被覆盖度高的山区则危险性很小。根据本文的研究成果,提出了应对浙西地区滑坡灾害防灾减灾的措施建议。
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