基于MAPGIS对觉拉雄曲流域滑坡可信度分析.pdf

第 09 卷 第 11 期 中 国 水 运 Vol.9 No.11 2009 年 11 月 China Water Transport November 2009 收稿日期2009-10-21 作者简介周 毅（1984-），男，吉林大学 建设工程学院，硕士研究生，研究方向为岩体工程与土体工程。 基于 M A P G I S 对觉拉雄曲流域滑坡可信度分析 周 毅 1，王钢城1，左 辉2，霍从顺3 （1 吉林大学 建设工程学院，吉林 长春 130026；2 广东省地质建设工程集团公司，广东 广州 510080； 3 核工业西南勘察设计研究院有限公司，四川 成都 610000） 摘 要在 MAPGIS 平台基础上，针对边坡空间失稳破坏的特征，采用 MAPGIS 空间数据分析功能和 DTM 分析 功能， 探讨了西藏觉拉雄曲流域的主要滑坡的稳定状况， 利用 MAPGIS 系统对其进行了边坡失稳的确定性系数 （CF） 计算，并进行滑坡因子敏感性分析，确定了各因子中对应于滑坡发生的最不利数值区间，得出在现有资料条件下， 该区段滑坡发生的敏感条件为坡度和边坡所处位置高程的结论。 关键词工程地质；确定性系数；MAPGIS 技术；可信度分析 中图分类号P642.2 文献标识码A 文章编号1006-7973（2009）11-0161-02 一、前言 滑坡作为一种自然灾害体，其变形破坏的演化过程具有 地域性、多层次性和时效性等特点。目前，边坡稳定性分析 的一般过程为实际边坡→地质概化模型→数学力学模型→ 计算分析→结果→监测和验证。模型概化与分析方法是边坡 研究的核心问题之所在。 地理信息系统（GIS）是将计算机技术与地学空间数据 结合，通过系统建立、操作与模型分析，产生有效的高层次 信息。在区域边坡稳定性分析中引进 GIS 技术，可以从自然 与地质环境的角度，分析环境地质信息，综合研究边坡空间 稳定性问题，具有显著的优势和特点 （1）在 GIS 中地域性 特征非常容易实现； （2）信息的多源与多层次性在 GIS 中可 很方便地实现； （3）由于 GIS 是基于计算机管理的，数据的 编辑、更新极为容易，可以完全体现出信息的时效性。[1]-[2] 二、觉拉雄曲流域滑坡群概况 隆子县地处西藏山南地区，喜马拉雅山东段北麓。觉拉 雄曲是隆子县隆子雄曲的一级支流，两岸滑坡灾害发育，调 查区气候以高原温带半干旱季风气候区为主，年降雨量 279.41～600mm。本调查段长约 4.8km，调查面积 9.89km2，出露地层为侏罗系维美组一段（J3W1）灰黑色碳 质板岩，该滑坡群分布在觉拉雄曲两侧，总体表现为大型牵 引式堆积层中浅层滑坡。在该调查区共调查出 12 个滑坡， 其中列为重点对象的有 5 个，如图 1 所示，其失稳直接威胁 到觉拉雄曲的沿岸的安全。重点滑坡的各参数如表 1 表 1 各滑坡的参数 滑体名称 前缘高 程/m 后缘高 程/m 相对高 差/m 平均厚 度/m 纵向长 /m 前缘宽 /m 坡面倾 向/ 体积/ 万 m 3 列那滑坡 3727 4067 340 30 1300 1000 2030 1000 列那左岸滑坡 3799 3926 127 25 640 1050 2035200 伦巴滑坡 3863 3937 77 25 425 1200 1525330 汤旺滑坡 4108 4188 80 30 430 1240 1525300 伦日贡布滑坡 4078 4143 65 10 250 500 40190 表 2 滑坡因子选取及分组 滑坡因子 分组 坡度（） 高程/m Ⅰ 0～10 3700～3900 Ⅱ 10～20 3900～4100 Ⅲ 20～30 4100～4300 Ⅳ 30～45 4300～4500 V 45 4500 图 1 隆子县觉拉雄曲滑体分部图 三、滑坡发生的确定性系数 采用确定性系数 CF（H）值进行滑坡的危险性区划时， 假定滑坡的危险性可以根据过去的滑坡与确定为诱发因素的 数据集之间的统计关系进行确定。即未来滑坡在达到与自己 或相似条件地区的其他滑坡发生时所处的相似的环境条件 时，将发生滑动，可以作为边坡稳定分析的参照标准。这些 用作参照标准的滑坡可以处于研究区，也可处于类似条件地 区。其适用的模型单元类型为网格单元和均一条件单元。 CF （H） 作为概率函数， 这一函数最早由 E.H.Shortliffe 提出，它在专家系统 MYCIN 中得到了应用，公式为 162 中 国 水 运 第 09 卷 CF 1 1 as as as as as sa pppp pppp pppp pppp pppp pppp −⎧ ≥ ⎪ − ⎪ ⎨ − ⎪ ⎪ − ⎩ （1） 式中ppa代表数据类 a 的单元中存在的滑坡面积与单 元面积的比值； pps表示整个研究区的滑坡面积与研究区面积 的比值。通过式（1）的函数转化，CF（H）值为[－1，1]。 正值代表事件发生确定性的增长，即滑坡变形失稳的确定性 高，此单元为滑坡易发区；负值代表确定性的降低，表示滑 坡变形失稳的确定性低，不易发生滑坡；接近于 0 值代表先 验概率与条件概率十分接近，时间发生的确定性不可能进行 确定，即此单元不能确定是否为滑坡易发区。计算出每一数 据层的 CF（H）值后，可对其进行合并。假定要合并 2 个数 据层的 CF（H）值分别为 CF（H）1和 CF（H）2。若同一 结论 H 分别被不同的两条规则推出，而得到两个可信度 CF （H）1和 CF（H）2，则最终的 CF（H）为 121212 121212 1212 ;0,0 ;0,0 ;0 CF HCF HCF HCF HCF HCF H CF HCF HCF HCF HCF HCF HCF H CF HCF HCF HCF H −⋅≥≥⎧ ⎪ ⋅ ⎨ ⎪ ⋅ ⎩ 当 当 当 （2） 每个因子数据层的 CF （H） 值计算及合并均在 MAPGIS 中完成。首先，将因子数据层按一定规则划分为不同的数据 类别；然后，在 MAPGIS 中将每个因子数据层与滑坡层进行 叠加，计算因子层中每个数据类中滑坡的面积，滑坡的面积 与数据类的面积相比得到滑坡在此数据类中发生的频度。根 据式（1）进行 CF 的计算，从而确定因子层的每一数据类对 于滑坡发生的影响程度，行因子的敏感性分析。将因子数据 层的 CF（H）值按式（2）合并，以一定规则对合并后的 CF （H）值进行重新划分，得到滑坡变形失稳危险性区划结果。 通过与新的滑坡数据的对比，可以确定每一种影响因子对滑 坡发生的影响程度，确定滑坡发生的关键因子[3]。 四、隆子县觉拉雄曲滑坡因子敏感性分析与确定性系数 计算 滑坡影响因子包括有岩性、结构、坡度、降雨、岩土工程 参数分区、环境因素、历史滑坡和高程等多个因子，对于西藏 隆子县伦巴村滑坡群， 根据资料情况， 该地区的工程地质条件 和降雨条件大致相同，所以本文主要选取了坡度和高程 2 个 因子。对每个因子进行分组，结果见表 2。利用 MAPGIS 技 术， 首先， 将滑体分布图进行矢量化； 然后， 进行相应的转换， 利用 MAPGIS 的 DTM 分析功能，可以得到坡度、坡元等参 数， 并通过空间分析功能与滑坡区进行叠加计算， 生成具有综 合属性的滑坡因子图，再通过双属性统计可得[4]。 （1） 坡度 斜坡的坡度一直被认为是影响滑坡稳定性的 重要因素，它从几何特征上决定了滑坡的分布；同时，坡度 直接决定了斜坡的应力分布，控制着滑坡的稳定性。隆子县 觉拉雄曲段的斜坡以中缓坡为主，尤其以 20～45范围 内的中缓坡居多。对于不同坡度范围内的斜坡单元进行 CF 系数计算的结果（图 2）表明，流域内最利于滑坡发育的坡 度为 20～30和 30～45。 （2）高程从对不同高程范围的 CF 系数的计算结果可 以发现， 隆子县觉拉雄曲段滑坡发育的较有利高程为 3700～ 3900m 和 4100～4300m，见图 3[5]。 图 3 不同坡度的 CF 值 图 4 各高程范围滑坡发生的 CF 值 五、结论 （1）应用 MAPGIS 技术进行区域性滑坡发生的概率分 析是一种较为简便和实用的方法，可以方便地提供某个区域 内滑坡发生与敏感性因子的关系。 （2） 应用MAPGIS 技术， 对隆子县觉拉雄曲的滑坡进行的 因子敏感性分析表明，在所选取的滑坡因子（坡度、高程等）中 最利于滑坡发生的条件是① 坡度以20～30和30～ 45为主；② 高程主要位于 3700～3900m 和 4100～ 4300m 的高程的高山地貌。 参考文献 [1] 鲁光银、韩旭里、朱自强、许和言等.地质灾害综合评估 与区划模型.中南大学学报第 36 卷第 5 期.2005.10. [2] 周 伟、 袁 春、 李江风等.基于 GIS 的地质灾害预测.中国 地质灾害与防治学报第 13 卷第 4 期.2002.12. [3] 兰恒星，伍法权，周成虎等.基于 GIS 的云南小江流域滑 坡因子敏感性分析[J].岩石力学与工程学报，2002，21 （10） 1 500～1 506. [4] 朱进守、曹建文、苑泉等.西藏隆子县古滑坡复活变形特 征及成因研究以当来木古滑坡为例.安徽农业科学 第 36 卷第 5 期.2008. [5] 刘淑珍、范建容、朱平一、文安邦、周 麟等.西藏自治区 雅鲁藏布江中游地区环境灾害成因分析.自然灾害学报 第 10 卷第 2 期.2001.05.