黄河上游地区崩塌滑坡泥石流地质灾害风险评价.pdf

第12卷第2期 2 0 0 6年6月 地 质 力 学 学 报 JOURNAL OF GEOMECHANICS Vol112 No12 Jun. 2 0 0 6 文章编号 100626616 2006 0220211208 收稿日期 2006204202 基金项目中国地质大调查“黄河上游新构造活动与地壳稳定性研究”项目200012400103资助。 作者简介张春山19642 , 男,博士,研究员,地质工程专业,主要从事地质灾害与地应力方面研究工作。 E2mail zhangcs401 sina. com 黄河上游地区崩塌滑坡泥石流 地质灾害风险评价 张春山 1 ,李国俊 2 ,张业成 3 ,马寅生 1 1 1 中国地质科学院地质力学研究所,北京 100081; 2.浙江省第十一地质大队,浙江 温州 325006; 31 国土资源部实物地质资料中心,河北 065201 摘 要本文在对黄河上游地区崩塌、滑坡、泥石流进行野外地质调查和资料收集 的基础上,确定了灾害风险评价的主要影响要素和指标体系,进行了以县市、 旗为单元的风险评价。评价单元共116个。研究区地质灾害风险共分为5级,高 风险单元3个,较高风险单元8个,中等风险单元24个,较低风险单元54个,低 风险单元27个。风险评价结果表明,评价区内不同地区崩滑流灾害风险程度相对 差异较大,总体分布特点是中部地区较高,北部和南部较低。从风险指数的结果来 看,有些风评价单元的风险指数非常接近临界值,一旦危险性条件和易损性条件发 生改变,将会引起地质灾害的风险级别发生变化。因此,在西部大开发的进程中, 无论是在开发资源还是进行各种工程活动,都应注意保护环境,避免地质灾害向着 严重的方向发展。 关键词黄河上游;地质灾害;风险评价 中图分类号 P64212文献标识码 A 1 地质灾害概况 黄河上游地区是指从内蒙古托克托县城到黄河源头的黄河流域范围,共包括116个县 市、旗。崩塌、滑坡、泥石流灾害简称崩滑流灾害是本区主要突发性地质灾害,分布 十分广泛。崩塌灾害发生较少,主要分布在六盘山地区和陇中高原地区,以黄河干流及一些 主要支流沿岸和铁路沿线、水库库岸地区较为常见,其次分布在南部山地。研究区发育有不 同规模的滑坡3万余处,以中部黄土高原和六盘山地区最为发育,其次分布在北部的大青 山、贺兰山和南部的青海高原地区。研究区发育有不同规模的泥石流沟1000条以上,全区 116个县市、旗中有59个县市、旗发生不同程度的泥石流灾害。最严重地区为地 处陇中高原的西宁 兰州 天水地区,以江河沿岸最为发育;其次分布在贺兰山东麓的石嘴 山 小口子地区;再次是零星分布在西北部的祁连山、南部的阿尼玛卿山的一些地区。受气 候影响,本区崩滑流活动主要发生在每年的3～9月,即春末至初秋季节。其中3～6月份多 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 为融雪洪水引起的崩滑流,主要分布在南部的巴颜喀拉山、阿尼玛卿山和西北缘的冷龙岭地 区。6～9月份主要为暴雨洪水引起的崩滑流,主要分布在中部和北部地区。崩滑流地质灾 害的频繁发生,严重地制约经济的发展和西部大开发的顺利实施。本文试图通过崩滑流灾害 风险评价反映黄河上游地区总体风险水平与地区差异,为指导国土资源开发、环境保护、规 划和实施地质灾害防治工程提供科学依据。 2 地质灾害风险评价 211 崩滑流灾害风险评价体系 控制和影响崩滑流灾害风险的因素很多,但概括起来主要包括两个方面一是崩滑流灾 害活动条件,二是崩滑流灾害受灾体条件 [1～2] 。崩滑流灾害活动条件是指影响灾害活动程度 的各种因素,在风险评价中,称其为危险性条件。通常条件下,崩滑流灾害活动条件越充 分,崩滑流灾害活动越强烈,即灾害发育的数量越多,密度和规模越大,活动频次越高,灾 害风险越高,所造成的破坏损失越严重。崩滑流灾害受灾体条件是指受灾害危害对象的数 量、密度、价值以及抗御崩滑流灾害的能力与遭受崩滑流灾害破坏后的可恢复性,在灾害风 险评价中,称其为易损性条件。通常情况下,易损性越高,崩滑流灾害的风险程度越高,即 受灾体数量越多、密度和价值越高,对灾害的抗御能力和遭受灾害破坏后的可恢复性越差, 所造成的破坏损失越严重。 本文根据崩滑流灾害的形成条件,将风险评价体系概括为二个方面图 1 。一是危险 性分析。主要包括历史活动程度条件和潜在形成条件。二是易损性分析。主要包括包括评价 区的承灾能力和防治能力。风险评价是在危险性分析和易损性分析的基础上进行的。 崩滑流灾害风险评价 崩滑流灾害风险程度与时空变化 危险性分析 潜在 形成条件 历史 活动程度 灾 害 规 模 灾 害 频 次 灾 害 密 度 岩 土 性 质 地 质 构 造 地 形 地 貌 气 候 条 件 植 被 条 件 人 为 活 动 其 他 易损性分析 评价区承灾能力 受灾体类型、 数量、 价值 防治 能力 减 灾 工 程 经 济 水 平 人 口 房 屋 生 命 线 工 程 交 通 设 施 水 利 工 程 国 土 资 源 生 态 环 境 其 他 图1 崩滑流灾害风险评价系统示意图 Fig11 Scheme of the risk uation system of avalanches , landslides and mudflows 212 风险评价要素的选取与数据预处理 21211 风险评价要素的选取 根据崩滑流灾害形成条件和风险评价体系,作者选取可以数 据化或经过分析整理可以概化成数据的主要影响因素作为风险评价的主要指标。 在危险性要素中,选取下列因素作为评价因子历史活动程度选取崩滑流的发育密度 即平均单位面积发育多少处崩滑流来反映灾害的历史活动程度。潜在形成条件则选取地 212地 质 力 学 学 报2006 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 形地貌 用地貌类型和切割程度来反映;地质条件 用易灾岩土的发育程度、活动断裂 发育程度、地震烈度和差应力值来反映;气候条件 用降水量和暴雨及融雪程度反映;植 被条件 用森林植被度来反映;人为条件 用耕地、放牧、采矿、工程建设活动程度反 映。 在易损性要素中,选取下列因素作为评价因子人口 用平均人口密度反映;交通设 施 用铁路、公路线密度反映;经济水平 用产值密度和邮电业务总量反映;国土资源 用耕地丰度即耕地面积占国土面积比率反映。 房屋 用单位面积房屋数量即密度来反 映。 21212 数据预处理 在广泛收集资料和野外调查的基础上,根据黄河上游崩滑流灾害发育 特征、分布规律,对选定的风险评价要素进行分级,确定数据概化标准表1 ,其原则是 将各种因素均划分为5级,以便比较其相对程度。在此基础上将黄河上游地区原始资料进行 表1 黄河上游地区崩滑流风险评价要素概化分级表 Table 1 Generalized grading of risk uation elements of avalanches , landslides and mudflows in the upper reaches of the Yellow River 风险评价要素 要素分级 ABCDE 危 险 性 要 素 易 损 性 要 素 崩滑流发育密度处Π100km2 20 地震烈度 9 活动断裂线密度 km Π100km2 5 易灾性岩土发育程度块状岩浆岩、变 质岩为主,易灾 性岩土极不发育 块状岩浆岩、变 质岩为主,部分 地区发育有易灾 性岩土 软硬相间的层状 碎屑岩为主,黄 土等易灾性岩土 比较发育 以软硬相间的层 状、片状碎屑岩 等黄土和易灾性 岩土发育 黄土和易灾性 岩土特别发育 地貌类型主要为高原和河 谷平原 主要为山间平原 和河谷平原 主要 为 侵 蚀 丘 陵、台地 主要为黄土塬、 黄土梁峁、侵蚀 低山 中山,部 分丘陵、台地 主 要 为 黄 土 塬、黄 土 梁 峁、侵蚀高山 地形切割程度 m Π21km20～2020～7575～150150～600 600 年平均降水量mm 600 年平均暴雨日数天 015 森林植被度 2015～2010～155～10 5 差应力值MPa 313 人为活动程度微弱较微弱较强烈强烈特别强烈 人口密度人Πkm2 800 国内生产总值密度万元Πkm2 100 铁路线密度 km Π100km2 10 公路线密度 km Π100km2 80 耕地丰度 kh Π100km2 4 邮电业务总量万元Π100km2 500 房屋密度间Πkm2 5000 等级赋值124710 312第2期张春山等黄河上游地区崩塌滑坡泥石流地质灾害风险评价 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 概化预处理。 将概化预处理后各评价要素的数据进行归一化处理,其目的是使所有要素的评价结果均 位于区间[0 , 1]之间。资料依据概括如下 1崩滑流发育密度主要来源于本文建立的近50年来黄河上游地区地质灾害灾情属性 数据库,黄河流域地貌及外动力地质现象图 1 Π200万 [3] 、甘肃省地质灾害发育分布图 [4]等 资料。用每百平方公里崩滑流发育的处数来表示,单位处Π100km 2 。 2活动断裂发育程度主要来源于中国及毗邻海区新构造图 1 Π400万 [5] ,从图上量取 得到活动断裂长度,用活动断裂的线密度来表示,单位kmΠ100km 2 。 3地貌类型主要来源于中国及毗邻地区地貌图 1 Π400万 [5] ,黄河流域地貌及外动力 地质现象图 1 Π200万 [3]等资料 ,按表1分级标准得到各评价单元的地貌等级。 4切割程度主要来源于中国及毗地海区地貌图 1 Π400万 [6] ,黄河流域地貌及外动力 地质现象图 1 Π200万 [3]等资料 ,按表1分级标准得到各评价单元的切割程度等级。 5年降水量主要来源于中国自然地理图集中[7]的“中国年降水量分布图”,直接从图 上得到各评价单元的年降雨量平均值,单位为毫米。 6暴雨日数来源于中国自然地理图集中[7]的“华北地区年暴雨日数及年雷暴日数图”, 直接从图上得到各评价单元的年暴雨日数,单位为天。 7易灾岩土来源于黄河流域岩土工程地质类型图 1 Π200万 [8] ,黄河流域工程地质图 1 Π200万 [9] 。从图上按各评价单元的岩土类型或组合类型得到易灾岩土等级。 8人为活动来源于国家统计局1999年统计资料中的人口密度、工程状况等资料,按 人类活动的强弱得到人类活动程度等级。 9森林植被资料来源于1Π10万地形图国家测绘局, 1971年 , 并辅以卫片校核,直 接从图上量取得到各评价单元的森林植被的面积,用占国土面积的百分数表示,单位为。 10差应力值来源于收集到的研究区及邻区的原地地应力测量资料包括压磁法、空 芯包体法和水压致裂法 , 利用二维有限元模拟结果取得差应力值,单位为MPa。 11地震烈度来源于中国地震烈度区划图 1 Π400万 [10] ,黄河流域地质构造及地震烈 度分区图 1 Π200万 [11]等资料。直接从图上得到各评价单元的地震烈度值。 12易损性要素中的各因素指标均来源于国家统计局1999年统计资料。 213 崩滑流地质灾害风险评价 21311 各因素的权重值确定 由于不同要素作用于崩滑流地质灾害的方式和影响程度不同, 而这些要素有的是可以明确判断和度量的,而有些因素则是不能完全确定或模糊不清的,这 就形成了一个灰色系统,因而可以用灰色关联分析的方法来确定各因子对灾害所做贡献的大 小,从而确定各因子的权重值 [12～14] 。 本文利用已概化并进行归一化处理的数据,用灰色关联分析方法分别求得黄河上游地区 各关联因子的关联度和关联序,在此基础上,按各因素的关联度占所有因素的关联度之和的 比重作为权植表 2 。在以往的风险评价中,一般按关联度从小到大的顺序给定权值分别 为1、2、3、4⋯⋯n,n为关联因子的个数。本次评价则是用各关联因子的关联度占所有评 价因子的关联度之和的比重作为权重值,这种权值确定方法可以避免人为夸大各因子之间的 作用,更趋于合理。 412地 质 力 学 学 报2006 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 表2 各关联因子的关联度及权重值表 Table 2 Association degrees and weight values of all kinds related association factors 危 险 性 因 素 因素 崩滑流 发育密度 活动断裂 线密度 地貌 类型 地形切 割程度 年平均 降水量 年平均暴 雨日数 易灾性岩土 发育程度 人为活 动程度 植被度 差应 力值 地震 烈度 关联度1017531017372017330017634017690017318017635017300017658017405 关联序57841931026 权值1011004010958010979011019011027010978011021010975011023010989 易 损 性 因 素 因素人口密度国内生产总值密度公路线密度铁路线密度邮电业务总量耕地丰度房屋密度 关联度1018778018805019033018774018786018687 关联序421536 权值1011661011666011709011660011662011642 崩滑流的点密度只能说明过去崩滑流的活动状况,今后的发展趋势及衰减程度则主要取 决于崩滑流的潜在条件,而人口和社会经济状况等承灾能力又是崩滑流灾害的对象和前提。 利用层次分析方法,可以得出在危险性要素中,崩滑流密度的权重值为0142 ,其它危险性 要素的总权重值为0158 ;在易损性要素中,人口密度的权重值为0145 ,其它要素的总权重 值也为0155。 21312 崩滑流风险评价的数学模型 崩滑流的风险程度可用风险指数来表示。风险性指数 越高,未来发生崩滑流的风险性就越大。风险性指数是在危险性分析和易损性分析的基础上 进行的,可用危险性指数和风险性指数的乘积来表示。风险性评价指数可用下列数学模型表 示。 FXiXzWXiYSi WXi ∑ m j 1 RjXi,j YSi ∑ M jm1 RjXi,j 式中FXi 评价单元的风险性指数; WXi 评价单元的危险性指数; YSi 评价单元的易损性指数; Xz 修正系数,使风险指数的值落在一定的范围内; M 关联因子总数; m 危险性要素关联因子总数; Rj 各关联因子的权重值; Xi,j 各关联因子概化后的数据。 21313 崩滑流风险性评价结果 利用风险评价的数学模型,分别计算出各评价单元的危险 性指数、易损性指数和风险指数表 3 。为了比较直观地反映各评价单元的风险程度,对 危险性指数进行分组区划,并以专题图形式反映风险程度分布图图2、表 4 。 512第2期张春山等黄河上游地区崩塌滑坡泥石流地质灾害风险评价 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 表3 黄河上游地区崩塌、滑坡、泥石流灾害风险评价结果表 Table 3 Results of risk uation of avalanches , landslides and mudflows in the upper reaches of the Yellow River 单元名称风险指数风险等级单元名称风险指数风险等级单元名称风险指数风险等级 兰州市017225E 临夏市017135E 西宁市016983E 石嘴山市016193D 天水市015852D 秦安县015813D 广河县015656D 庄浪县01484D 甘谷县014743D 静宁县014653D 临夏县013737D 武山县013325C 隆德县012954C 和政县012952C 清水县012941C 土默特右旗011272B 大通县011266B 乌海市011248B 五原县011224B 平罗县011207B 临河市011129B 互助县011116B 托克托县011103B 青铜峡市011102B 皋兰县011098B 泾源县010985B 漳 县010881B 杭锦后旗01087B 尖扎县010829B 天祝县010821B 循化县010798B 贵德县010769B 灵武市010733B 海原县01073B 同心县010714B 化隆县010711B 乌拉特前旗010705B 中卫县010704B 靖远县010645B 古浪县010638B 永靖县012922C 陇西县012905C 民和县012842C 东乡县01279C 临洮县012416C 积石山县01238C 包头市012341C 固原县012308C 湟中县012257C 通渭县012047C 临潭县012006C 定西县011989C 张家川县011983C 白银市011874C 湟源县011815C 和作市010627B 固阳县010623B 卓尼县010589B 卓资县010575B 门源县01057B 永登县010567B 达拉特旗010559B 惠农县010554B 和林格尔县010515B 盐池县010508B 同德县010499B 同仁县010494B 凉城县010492B 景泰县010476B 夏河县01046B 武川县010444B 陶乐县010436B 甘德县010404B 玛沁县010404B 海晏县010399A 磴口县010397A 兴海县010393A 祁连县01037A 察哈尔右中010368A 河南县01036A 银川市011786C 榆中县011776C 呼和浩特市011771C 平安县011699C 永宁县011669C 会宁县011568B 中宁县011516B 西吉县011461B 康乐县01146B 吴忠市011458B 贺兰县011454B 乐都县011404B 岷 县011396B 渭源县011336B 土默特左旗011307B 玛曲县010343A 久治县010332A 贵南县010325A 达日县010324A 共和县010313A 碌曲县010296A 若尔盖县010294A 红原县01028A 玛多县010272A 泽库县010262A 刚察县010256A 阿坝县010254A 乌拉特中旗010238A 曲麻莱县010228A 乌拉特后旗010219A 杭锦旗010216A 阿拉善左旗01021A 四子王旗010209A 鄂托克前旗010202A 鄂托克旗010201A 达尔罕旗010162A 3 结论与建议 评价区不同地区崩滑流灾害风险程度相对差异较大,总体分布特点是中部地区较高,北 部和南部较低。五个风险等级的单元分布是高风险区3个,较高风险区8个,中等风险区24 个,较低风险区54个,低风险区27个。根据风险评价结果,提出如下建议 612地 质 力 学 学 报2006 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 表4 黄河上游地区崩滑流风险等级划分及风险单元个数表 Table 4 Risk grading of avalanches , landslides and mudflows in the upper reaches of the Yellow River and number of risk units 风险性等级ACCDE 风险性程度低风险较低风险中等风险较高风险高风险 风险性指数 0164 风险单元个数27542483 图2 黄河上游地区崩塌、滑坡、泥石流风险程度图 Fig12 Risk grades of avalanches , landslides and mudflows in the upper reaches of the Yellow River 1.高风险区2.较高风险区3.中等风险区4.较低风险区5.低风险区 1从风险指数的结果来看,有些风评价单元的风险指数非常接近临界值,一旦危险 性条件和易损性条件发生改变,将会引起地质灾害的风险级别发生变化。因此,在西部大开 发的进程中,无论是在开发资源还是进行各种工程活动,都应注意保护环境,避免地质灾害 向着严重的方向发展。 2在进行国土资源规划时,各项工程都应尽可能避开地质灾害高风险区。如果有些工 程如西气东输等国家重要工程无法避开而需要在高风险区穿越时,需进行专门的地质灾 害调查与评估,应针对具体灾害采取必要的防治措施,防患于未然。 712第2期张春山等黄河上游地区崩塌滑坡泥石流地质灾害风险评价 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 参考文献 [ 1 ] 张春山,吴满路,张业成.地质灾害风险评价方法及展望[J ].自然灾害学报, 2003 , 12 1 96～102. [ 2 ] 张春山,张业成,胡景江,等.中国地质灾害时空分布特征与形成条件[J ] ,第四纪研究, 2000 , 20 6 559～ 566. [ 3 ] 地矿部水文地质工程地质技术方法研究队,内蒙古地质矿产局水文地质工程地质队.黄河流域地貌及外动力地质 现象图 1 Π200万 . 吉林省地震测绘印刷中心. 1987. 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Institute of Geomechanics,Chinese Academy of Geological Science,Beijing100081 ,China; 2.No111Geological Party, Wenzhou325006Zhejiang,China; 3.National Geological Material Center,Ministry of Land and Resources,Hebei065201 ,China Abstract Based on field geological investigations of avalanches , landslides and mudflows in the upper reaches of the Yellow River , the authors determined the main influence factors and index system of the hazard risk uation and made risk uation with the county city or qi as a unit. There are a total of 116 units in the study region and the geological hazard risk is divided into 5 grades. There are 3 high risk units , 8 relatively high risk units , 24 moderate risk units is three , 54 relatively low risk units and 27 low risk units. The results of risk uation indicate that the risk grades of avalanche , landslide and mudflow hazards differ greatly in different area of the region.The general distribution pattern is as follows the risk is higher in the central area and lower in the north and south.The risk indices show that the risk indices of some risk units are very close to the critical value , and once the dangerous conditions and vulnerable conditions change , the risk grades of geological hazards would change accordingly. Therefore during the development of western China , whether for mineral exploration and mining or for various engineering operations , we should pay attention to environmental protection so as to avoid aggravation of geological hazards. Key words upper reaches of the Yellow River ; geological hazard; risk uation 812地 质 力 学 学 报2006 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.