劉永亮,宋書志(中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司,四川成都610072)
水電工程庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害敏感性分析
劉永亮,宋書志(中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司,四川成都610072)
水電工程水庫蓄水后容易引發(fā)庫岸邊坡滑坡、坍岸等地質(zhì)災(zāi)害,可能對水庫安全運行與移民安置造成較大危害。地質(zhì)災(zāi)害敏感性分析對災(zāi)害管理、防治、安置點規(guī)劃是極其必要的,有助于緩解、乃至規(guī)避地質(zhì)災(zāi)害活動導(dǎo)致的嚴重后果。本文通過分析某大型水庫庫岸邊坡地質(zhì)災(zāi)害與多種影響因子的相關(guān)性,選擇其中10個控制地質(zhì)災(zāi)害敏感性的因子,利用線性回歸模型,計算了各影響因子的權(quán)重,在地理信息系統(tǒng)軟件中生成滑坡敏感性地圖。疊加當(dāng)前正在活動的滑坡分布圖與滑坡敏感性地圖,結(jié)果表明,活動的地質(zhì)災(zāi)害72%以上都位于敏感性地區(qū)中較不穩(wěn)定和不穩(wěn)定的區(qū)劃范圍內(nèi)。該水庫邊坡地質(zhì)災(zāi)害敏感性評價結(jié)果與研究區(qū)實際情況相吻合,可為水庫蓄水后的災(zāi)害管理、防治、安置點規(guī)劃提供可靠地分析依據(jù)。
影響因子;地質(zhì)災(zāi)害;敏感性分析;線性回歸
水電工程庫區(qū)發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害影響了庫區(qū)人民生產(chǎn)生活環(huán)境,且對水電工程運營增加了風(fēng)險。水電工程庫區(qū)范圍較大,目前主要依靠定性的方法進行庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害人工排查,這樣耗費時間較長且難以保證排查的準確性與完整性,而對庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測與防治方法上,主要依靠對單個地質(zhì)災(zāi)害體進行穩(wěn)定性分析與監(jiān)測預(yù)報,缺乏對整個庫區(qū)進行高效、宏觀性地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測的技術(shù)手段。在地質(zhì)災(zāi)害評價過程中,地質(zhì)災(zāi)害敏感性分析作為一種快速、定量的區(qū)域性地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測方法,在區(qū)域災(zāi)害評價中已經(jīng)成為當(dāng)前的熱點研究問題,在許多地區(qū),開始受到各行業(yè)的重視。
地質(zhì)災(zāi)害敏感性分析方法可以分為定性方法和定量方法。定性方法依賴專家主觀經(jīng)驗對地質(zhì)災(zāi)害的定性描述,結(jié)合各類專題圖,直接進行地質(zhì)災(zāi)害敏感性評價,在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生機理不完全清楚的情況下,存在很大的主觀性風(fēng)險。定量方法依賴數(shù)據(jù)的特征,“用數(shù)據(jù)說話”,形式更加嚴謹和客觀,很大程度上能消除定性方法的主觀性因素,因此在地質(zhì)災(zāi)害敏感性分析研究中,大量的研究主要關(guān)注在定量分析方法上。
地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生機理較為復(fù)雜,受多類因素的影響,是一個多影響因子綜合的過程,目前大部分影響因子研究都集中在地形地貌、基本地質(zhì)條件、植被覆蓋、人類活動范圍、水文氣象條件等幾方面。本文以瀑布溝水電站庫區(qū)為研究區(qū),依據(jù)影響水庫蓄水后形成的地質(zhì)災(zāi)害特點,選取庫區(qū)巖性、斷裂、地形、植被覆蓋、蓄水高程、土地利用以及土壤侵蝕等因子,建立線性回歸模型,借助GIS的空間分析技術(shù)手段,形成瀑布溝庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害敏感性區(qū)劃圖,以對庫區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害敏感性進行分析。
瀑布溝水電站位于四川省西部大渡河中游漢源縣和甘洛縣接壤處,庫區(qū)地跨漢源、石棉、甘洛三縣境區(qū),是大渡河流域水電梯級開發(fā)的下游控制性水庫工程,是大渡河流域梯級水電站開發(fā)的關(guān)鍵項目之一。該區(qū)域河谷總體呈東西向展布,具有峽谷與寬谷或河谷盆地相間分布的特點(如圖1)。
3.1 影響因子選擇
地質(zhì)災(zāi)害是與各種要素相關(guān)聯(lián)的,深入理解地質(zhì)災(zāi)害與各種要素的相關(guān)性,合理選擇與其密切相關(guān)的影響因子,會增加地質(zhì)災(zāi)害敏感性分析結(jié)果的適應(yīng)性。地質(zhì)災(zāi)害的孕育及演化過程受到內(nèi)因和外因的雙重影響。各種因子在地質(zhì)災(zāi)害形成的過程中有著不同的作用,因子的影響程度也在不同區(qū)域表現(xiàn)不一致。目前大量研究都集中在巖性、地形地貌、斷裂等主要內(nèi)部影響因素上[1~3],劉新喜[4]也針對庫水位下降對滑坡穩(wěn)定性進行了研究,李鐵峰[5]探討了降雨對滑坡的影響,胡德勇[6]在主要影響因素上又添加了地形曲率、河流、土地覆蓋、道路等自然要素與人為活動因素。
圖1 研究區(qū)位置圖
通過對各種研究歸納總結(jié),可將影響因子總體上分為地質(zhì)條件、地形地貌條件、植被土壤條件、人類活動條件、水文氣象條件等。根據(jù)研究區(qū)域發(fā)生的實際情況,本文選取10個影響因子對研究區(qū)域開展敏感性分析研究,這些影響因子為:地層巖性、斷裂、蓄水高程、坡度、坡向、剖面曲率、平面曲率、植被覆蓋、土地利用、土壤侵蝕,將其按照類別分成三類。
3.2 因子量化方法
為了定量研究各類影響因子對地質(zhì)災(zāi)害的影響,需要對影響因子進行量化,因子量化的方法有多種,其中確定性系數(shù)CF值能反映災(zāi)害點的聚集程度,是目前敏感性研究中主要的定量化方法。首先利用每類影響因子的各二級分類因子中地質(zhì)災(zāi)害面積除以各二級影響因子的面積,得到一個面積比,然后對個面積比歸一化處理,即為個二級分類因子的定量化指標值。所采用的公式如下:
式中:i=1,2,…,m,是影響因子序號;j=1,2,…,n,是各影響因子的二級分類序號。xij是各類二級因子的指標值;Sij是各類二級因子的面積;Aij是各類二級因子中滑坡災(zāi)害面積;按照(1)式計算出的初始值,將其歸一化處理,即可到各類影響因子的定量化指標值。
通過對以上因子的量化,從已有地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)統(tǒng)計計算,從而得出各因子的量化指標,如圖2。
圖2 影響因子定量化指標
地質(zhì)災(zāi)害的孕育和發(fā)生,是一個多因子作用下的復(fù)雜過程,目前并沒有充分的機理驗證地質(zhì)災(zāi)害的產(chǎn)生,基于多因子的敏感性分析需要解決的一個主要問題,就是因子的權(quán)重問題,即因子對地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生的貢獻程度。敏感性分析模型就是為了定量確定個因子的權(quán)重值,進而通過計算各因子的影響值,從而獲得整個區(qū)域內(nèi),各因子綜合作用下的地質(zhì)災(zāi)害敏感性結(jié)果。
設(shè)P為某事件發(fā)生的概率,取值范圍為[0,1],從而可建立線性回歸方程:
此即為線性回歸模型,其中α為常數(shù),βi(i=1,2,…,m)為線性回歸系數(shù),利用(2)可進行地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測。
基于瀑布溝庫區(qū)已有地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù),采用本文研究的10種影響因子作為自變量,采用SPSS軟件進行線性回歸分析,通過計算分析,因子顯著性水平均小于0.05,認為回歸結(jié)果通過5%顯著性水平檢驗,得到線性回歸系數(shù),因此,可得到計算災(zāi)害發(fā)生概率的預(yù)測方程:
式中:x1,x2,…,x10分別代表地層巖性、斷裂、坡度、坡向、剖面曲率、平面曲率、植被覆蓋、土地利用、土壤侵蝕、蓄水高程。
將實驗區(qū)數(shù)據(jù)帶入方程(3),可得到各格網(wǎng)單元的P值,即為該格網(wǎng)點的發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的概率,將概率劃分為3個區(qū)間(穩(wěn)定、一般、不穩(wěn)定),可得到研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害敏感性區(qū)劃圖(圖3)。
圖3 瀑布溝庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害敏感性區(qū)劃圖
將研究區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害與地質(zhì)災(zāi)害敏感性區(qū)劃圖疊加,可以計算出,72%的地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域分布在不穩(wěn)定區(qū)域內(nèi),而穩(wěn)定區(qū)域發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害只占整個區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的8%。故而本文研究得到的地質(zhì)災(zāi)害敏感性區(qū)劃圖能較好的符合研究區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的實際情況。
(1)影響因子的選擇需要綜合地質(zhì)條件、地形地貌、蓄水高度、植被、土壤、土地利用等因素,本研究區(qū)域中除蓄水高度為研究區(qū)特有影響因子,其他影響因子具有通用性,可為相似環(huán)境水庫敏感性分析提供影響因子定量化系數(shù)。
(2)研究區(qū)格網(wǎng)大小需要綜合考慮已有數(shù)據(jù)的精度,以及研究區(qū)域的大小,在保證精度的前提下,盡量減小數(shù)據(jù)計算的規(guī)模,是進行大區(qū)域敏感性分析的有效優(yōu)化手段。
(3)研究結(jié)果能為瀑布溝地質(zhì)災(zāi)害的防治以及移民安置提供依據(jù),為水電工程的安全建設(shè)與運營提供更加高效可靠的技術(shù)手段。
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2095-2066(2016)05-0114-02
2016-2-1
劉永亮(1984-),男,工程師,碩士研究生,主要從事3S與數(shù)字流域方面的工作。