地质灾害危险性评估的理论与方法

地质灾害危险性评估的理论与方法1基本概念1.1地质灾害地质灾害是由于自然或人为作用，多数情况下是二者共同作用引起的，在地球表层比较强烈地危害人类生命、财产和生存环境的岩土体移动事件。地质灾害在成因上具备自然演化和人为诱发的双重性，它既是自然灾害的组成部分，同时又属于人为灾害的范畴。在某种意义上，地质灾害已经成为制约社会经济发展和人类安居的重要因素，同时又具有自然、社会和资源的三重属性。1.2地质灾害易发区指在地形地貌、岩土结构性质、区域地壳活动性、气候条件和人类活动等因素作用下容易产生地质灾害的区域。可借用的概念是地质灾害多发区或敏感区。市县区域或1：25万精度以下划分地质灾害易发区，细分地质灾害多发区和敏感区，共具体布置地质灾害减轻措施使用；国家和省区域或1：50万精度以上划分地质灾害多发区，供宏观部署地质灾害防治工作使用。1.3地质灾害危险区是指明显可能发生地质灾害且将可能造成人员伤亡和经济损失的地域或地段。可借用的概念是地质灾害危害区或地质灾害风险区。1.4地质灾害危害程度是指地质灾害造成的人员伤亡、经济损失与生态环境破坏的程度，地质灾害危害程度分为四个等级：（1）特大级：威胁人数在1000人以上，或者可能造成的经济损失在1亿元以上的；（2）大级：威胁人数在500人以上1000人以下，或者可能造成的经济损失在5000万元以上1亿元以下的；（3）较大级：威胁100人以上500人以下，或者可能造成的经济损失在500万元以上5000万元以下的；（4）小级：威胁100人以下，或者可能造成的经济损失在500万元以下的。1.5地质灾害危险性评估工程建设地区地质灾害危险性评估是指在有可能遭受地质灾害危害的地区对拟建工程区、在建工程区或正在运行的工程区有针对性地进行地质灾害调查和可能的危害程度评估，评价建设用地的地质适宜性，提出防治措施。它是为保证工程规划的科学合理性、工程建设过程和工程运营安全而超前进行的一种地质灾害调查评价工作，主要适用于在地质灾害易发区（多发区）内进行工程建设的可行性研究阶段或城市规划、村庄和集镇规划阶段，是有效预防、减轻乃至避免地质灾害对工程设施及其运行环境的直接危害和间接危害的一种前期宏观性质的工作。这个阶段的工作报告是工程规划或工程建设用地审批的必备材料，是作为是否批准用地决策的依据之一。这项工作可以为专门的地质灾害勘查防治指明方向，但不能代替为保证工程建设安全或工程运营安全而进行的工程地质勘察和地质灾害勘查工作。1.6地质灾害危险性评估成果有效期（地质环境是变化的）1.7评估成果应用的监管问题（与评估工作同样重要）2基本要求2.1地质灾害危险性评估的灾种地质灾害危险性评估的灾种主要包括崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷（含岩溶塌陷和矿山采空塌陷）、地裂缝和地面沉降及不稳定斜坡等。本讲座主要讨论崩塌、滑坡和不稳定斜坡等灾害。2.2地质灾害危险性评估的主要内容（1）阐明工程建设区和规划区的地质环境条件基本特征。（2）调查分析工程建设区或规划区各种地质灾害的现状。（3）简要分析评估对象在建设或运营过程中与地质环境相互作用的范围、方式、强度与持续时间。如水库地区要评价水位升降变化对滑坡或不稳定斜坡的影响；山区城市建设区要评价工程削坡有关的边坡稳定性和可能诱发的崩塌（含危岩体）、滑坡（含变形斜坡）、泥石流或岩溶地面塌陷等的危害；铁路、高速公路或输气管道工程要考虑各种灾害的危害。（4）分析论证建设工程遭受地质灾害的可能性，工程建设中和运营中加剧或引发地质灾害的可能性。（5）进行地质灾害危险性现状评估、预测评估和综合评估。（6）给出建设场地工程建设地质适宜性的评估结论。（7）针对不同建设阶段，提出防治地质灾害的地质工作意见和防治地质灾害的具体措施建议。2.3地质灾害危险性评估类型（1）地质灾害危险性现状评估基本查明评估区已发生的崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷（含岩溶塌陷和矿山采空塌陷）、地裂缝和地面沉降等灾害的分布，分析地质灾害形成的地质环境条件、分布、类型、规模、变形活动特征，主要诱发因素与形成机制，对其稳定性进行初步判定，在此基础上对其危险性和对工程危害的范围与程度做出评估。（2）地质灾害危险性预测评估对工程建设场地及可能危及工程建设安全的邻近地区可能加剧或引发的地质灾害的危险性做出评估。——对建设工程自身可能遭受已存在的崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝、地面沉降等危害隐患和潜在不稳定斜坡变形的可能性、危险性和危害程度做出预测评估。——对工程建设中、建成后可能引发或加剧崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝和不稳定的高陡边坡变形等的可能性、危险性和危害程度做出预测评估。（3）地质灾害危险性综合评估依据地质灾害危险性现状评估和预测评估结果，充分考虑评估区的地质环境条件的差异和潜在的地质灾害隐患点的分布、危险程度，综合评估地质灾害危险程度。依据地质灾害危险性、防治难度和防治效益，对建设场地的适宜性作出评估，提出防治地质灾害的措施和建议。2.4地质灾害危险性评估工程对象与评估等级（1）按评估级别分：一级、二级、三级。在全面进行地质灾害危险性现状评估、预测评估和综合评估的总要求下，本项工作应充分考虑不同评估阶段不同灾种、不同工程类型与地质环境的作用特性和不同评估级别的不同要求。一级评估应有充足的基础资料，进行充分论证。开展1:10万地质灾害调查，重点地段开展1:2.5万~1:5万地质灾害调查，建立信息系统。二级评估应有足够的基础资料，进行综合分析。开展1:10万地质灾害调查，建立信息系统，重点地段进行路线追踪。三级评估应有必要的基础资料进行分析，重点地段进行路线追踪。（2）按评估灾种分：崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝和地面沉降及不稳定斜坡等；（3）按工程类别分：水利工程、电力工程（水电、火电、核电）、交通工程（铁路、公路、水路）、地下工程（放射性设施、军事设施、人防、洞库和公共设施）、机场、港口码头、矿山、村镇规划和城市规划（总体规划、扩建规划和迁建规划）、输气（油）管线、集中供水水源地、工业建筑、民用建筑、垃圾处理场、水处理厂等。2.5评估范围不能局限于建设用地和规划用地面积内，应视建设和规划项目的特点、地质环境条件和地质灾害种类予以确定。若危险性仅限于用地面积内，则按用地范围进行评估。（1）重要的线路工程建设项目，评估范围一般应以相对线路两侧扩展500－1000m为限。（2）区域性工程项目的评估范围，应根据区域地质环境条件及工程类型确定。2.6工作程度要求 （1）对拟建工程区，地质灾害危险性评估应能满足工程可行性研究和工程建设用地决策的要求，能够查明重要地质灾害的发育地段，圈定危险范围；（2）对在建工程区，地质灾害危险性评估应能明确指出地质灾害可能发生的地段或地质灾害隐患点，并提出工程对策；（3）对正在运行的工程区，应对工程运行以来的地质灾害危害性进行回访调查，对工程未来可能遭受的地质灾害进行评估；（4）野外调查和评估工作用图的比例尺应与工程可行性报告的图件基本一致；（5）评估工作以说清问题为原则，而不一定强求对评估区划图进行定量化表达。2.7地质灾害防治工程师的知识体系由于地质灾害的特殊性，对地质灾害防治工程师的知识体系提出了多方面的要求。作为地质工程学的主要部分，它要求的学科基础很广泛，涉及基础地质方面，如矿物学、岩石学、地层学、构造地质学和地貌第四纪地质等；应用地质方面如工程地质学和水文地质学；工程科学方面如结构设计、施工工艺与机械等，以及监测技术、环境科学、管理科学与灾害社会学等（图1）。地质灾害防治工程对地质工程师的素质有特定的要求，即要求他们除具有一般工程师的素养外，还应具备：（1）对地质灾害发生发展破坏规律的正确认识和深刻洞察力；（2）对地质材料力学性能方面（特别是与时间有关的性能）有较高的造诣；（3）一定的系统工程学方面的知识及灵活地综合分析与判断决策能力；（４）强烈的事业心和对国家、公民生命财产服务的责任感。３调查评估要求3.1路线踏勘为编制技术设计，确定工作精度，谈判项目经费而需要。3.2资料搜集鉴于地质灾害危险性评估级具有明确的工程减灾目的，又不同于直接为工程规划、设计与施工提供依据的工程地质调查勘察工作，资料“搜”集工作占有特殊的地位，地质资料包括遥感影象、区域地质、矿产地质、水文地质、工程地质、环境地质、气象水文和区域地质灾害调查资料等。工程资料包括历史人类活动状况、规划或拟建工程的投资、建设周期、主要工程技术指标、工程布置、工程建设与运营的特点，特别是关键工程单元对地质环境的特殊要求等。工程地质学工程地质学土体力学岩体力学水文地质学工程地质学地质灾害防治工程基础地质学工程科学矿物学岩石学地貌第四纪地质构造地质学地层学监测技术给排水工程施工工艺机械工程设计结构力学工程材料灾害社会学管理科学环境科学图1地质灾害防治工程师的知识体系3.3地质调查（1）调查范围与方法崩塌、滑坡其评估范围应以第一斜坡带为限；可借用的概念是区域分水岭为界。调查方法采用路线穿插追踪调查为主，根据工程性质、前期工程地质工作程度和资料丰富程度或业主要求，决定是否进行物探、坑槽探与取样测试。（2）地质环境条件调查要求（参照评估技术要求）地质环境条件分析历史地质灾害发生情况及可能原因；地形地貌：地貌形态、分布及地形特征（高程、高差、坡度、坡长）；岩土体物性：岩土体类型、组份、结构、工程地质性质（物理性质、水理性质、力学性质）；岩土体结构：块状、层状、碎裂、松散；斜坡类型：顺向、反向、斜向；地质构造：构造形态、分布、特征和组合形式；活动断层：断层活动的规模和方式，地震烈度地壳稳定性；地下水特征：类型、含水岩组分布、补径排条件、动态变化规律和水质水量；地表水活动：径流规律、河床沟谷形态、纵坡、径流速与流量等；地表植被：种类、复盖率、退化状况等；气候环境：气温变化特征、降水时空分布规律与特征、蒸发与风暴等；人类工程－经济活动方式、强度与范围。（3）崩塌调查要求（参照评估技术要求）一、崩塌区的地形地貌及崩塌类型、规模、范围，崩塌体的大小和崩落方向。二、崩塌区岩体的岩性特征、风化程度和水的活动情况。三、崩塌区的地质构造，岩体结构类型、结构面的产状、组合关系、闭合程度、力学属性、延展及贯穿情况及编绘崩塌区的地质构造图。四、气象（重点是大气降水）、水文和地震情况。五、崩塌前的迹象和崩塌原因，地貌、岩性、构造、地震、采矿、爆破、温差变化、水的活动等。六、当地防治崩塌的经验。（4）滑坡调查要求（参照评估技术要求）一、搜集当地滑坡史、易滑地层分布、水文气象、工程地质图和地质构造图等资料，并调查分析山体地质构造。二、调查微地貌形态及其演变过程；圈定滑坡周界、滑坡壁、滑坡平台、滑坡舌、滑坡裂缝、滑坡鼓丘等要素；并查明滑动带部位、滑痕指向、倾角，滑带的组成和岩土状态，裂缝的位置、方向、深度、宽度、产生时间、切割关系和力学属性；分析滑坡的主滑方向、滑坡的主滑段、抗滑段及其变化，分析滑动面的层数、深度和埋藏条件及其向上、下发展的可能性。三、调查滑带水和地下水的情况，泉水出露地点及流量，地表水体、湿地分布及变迁情况。四、调查滑坡带内外建筑物、树木等的变形、位移及其破坏的时间和过程。五、对滑坡的重点部位宜摄影或录像。六、调查当地整治滑坡的经验。（5）具体要求与调查数据表参照《地质灾害调查技术要求（1：25万～1：5万）》；《县市地质灾害调查基本要求》；《县市地质灾害调查基本要求——实施细则》和《县市地质灾害调查数据库建设技术要求》进行。调查工作量参考表1布置。表1调查工作量或工作精度地形特点地质环境观测点布置（个/100km2）1：250,0001：50,000平原区*简单1－230－40中等2－340－50复杂3－550－60丘陵区简单2－340－50中等3－550－60复杂4－660－70山区简单3－450－60中等4－660－70复杂6－870－80*平原部分供评估地面沉降灾害等参考。3.4地质环境复杂程度评估地质灾害的发生取决于两方面的因素，一是其自身的控制因素，或称内因，包括原始地形、岩土体物理力学性质、岩土体结构、构造和后期变化等；二是影响因素，也称外因，它包括自然影响因素和人为影响因素，前者如降雨或融雪、地下水变化、地震和温度变化，后者如地上或地下开挖、堆土或弃渣，地表或地下排水不当等。表2初步建立不同地势条件下的地质环境复杂程度分类鉴别特征。这种分类是相对性的，具体指标结合特定地区才能确定。表2地质环境条件复杂程度分类表区域复杂中等简单条件指标平原区*1、地质灾害发育强烈，已产生明显危害；2、隐伏地质构造复杂；3、第四纪沉积岩相变化大、欠固结土层多；4、地下水资源等开采强烈；5、地表工程荷载作用大而快速。1、地质灾害发育较强烈，有可能产生危害；2、隐伏地质构造较复杂；3、第四纪沉积岩相不稳定、欠固结土层较多；4、地下水资源等开采较强烈；5、局部地表工程荷载作用大。1、地质灾害发育不明显；2、隐伏地质构造简单；3、第四纪沉积岩相单一；4、地下水资源等开采较强烈；5、局部地表工程荷载作用大。丘陵区1、地质灾害发育强烈、具备危害历史；2、地形起伏变化大；3、地质构造复杂，基岩与第四纪沉积岩相及岩性变化大；4、岩土体工程地质性质不良；5、水文地质条件复杂；6、破坏地质环境的人类工程活动强烈。1、地质灾害发育强烈、有可能产生危害；2、地形起伏变化较明显；3、地质构造较复杂，基岩与第四纪沉积岩相及岩性变化较大；4、岩土体工程地质性质变化大；5、水文地质条件较复杂；6、破坏地质环境的人类工程活动较强烈。1、少见地质灾害发育；2、地形起伏变化一般；3、地质构造单一，基岩与第四纪沉积岩相分布稳定；4、岩土体空间分布稳定；5、水文地质条件单一；6、破坏地质环境的人类工程活动不明显。山区1、地质灾害发育强烈、危害大而频繁；2、地貌单元多，地形变化大；3、地质构造复杂；4、断裂作用强烈，基本地震烈度在7度以上；5、岩体结构复杂，工程地质性质差；6、水文地质条件复杂；7、破坏地质环境的人类工程活动强烈。1、地质灾害发育强烈、多次发生危害；2、地貌单元较多，地形变化较大；3、地质构造较复杂；4、断裂作用明显，基本地震烈度在7度～6度之间；5、岩体结构较复杂，工程地质性质不良；6、水文地质条件较复杂；7、破坏地质环境的人类工程活动较强烈。——————*平原部分供评估地面沉降灾害等参考。3.5地质灾害危险性级别确定滑坡等危险性评估的关键：一是划分出危险区域，二是明确重点危险地段甚至是地点。本项工作中的地质灾害危险性分级实质上带有危害性分级的性质。地质灾害危险性综合评估等级划分为大、中等、小三级，每级的四项条件中有一项满足视为达到相应危险等级。下述条件适用于一级评估，二、三级评估相应的危险等级可降低1—2个数量级考虑。（1）危险性大级遭受、加剧或引发地质灾害的可能性大；威胁人员安全；可能造成的直接经济损失在5000万元以上或占工程总投资的比例达到35％以上；（2）危险性中等级遭受、加剧或引发地质灾害的可能性较大；可能造成的直接经济损失在500万元～5000万元之间或占工程总投资的比例处于5％～35％之间；（3）危险性小级遭受、加剧或引发地质灾害的可能性小；可能造成的直接经济损失在500万元以下或占工程总投资的比例不足5％。地质灾害危险性现状评估分级、预测评估分级和综合评估分级可以参照上述要求进行。3.6评估方法确定判别区段危险性的量化指标，根据“区内相似，区际相异”的原则，采用定性、半定量分析法，进行工程建设区和规划区地质灾害危险性等级计算。常用方法有综合指数法、参数叠加法、模糊数学评判法、信息量法和人工神经网络法等。3.7区划方法地质灾害空间评价区划方法的选择取决于工作目的和工作尺度。一般可考虑两种方法，一是从高到低的方法，二是从低到高的方法，或二者结合考虑。（1）从高到低的方法从高到低的方法是一种先综合再分解的工作方式，一般以定性分析为主，可能情况下对主要因子予以赋值，给出量的概念。这种方法比较适用于小比例尺地质灾害空间区划图的编制和分区评价。由于是在综合意义上的分解工作，就要求研究者在区域地质灾害调查研究方面有较高的理论基础，对以往资料的收集分析比较系统全面，对所要研究评价的地区比较熟悉，能够比较准确地列出不同级别评价单元的主要影响因素。一般采用工程地质比拟法，成因历史分析法。（2）从低到高的方法从低到高的方法是一种先分析再综合的工作方式，一般是按某一尺度选定一系列评价单元（方格、行政区或自然搜索），对各单元按同一套因子定量（量化）计算，最后把数值接近的的单元合并同类项。研究建立空间数据处理的数学方法可采用图斑合并方法—传统聚类方法，基于空间邻接系数的聚类方法等。重复这种方法，直至达到工作目的。工作过程中注意不同级别的分区要采用不同的因子系列，并尽可能用量化指标表达。适宜采用各类统计数学方法。3.8建设用地地质环境适宜性地质灾害危险性小，基本不设计防治工程的，地质环境适宜；地质灾害危险性中等，防治工程简单的，地质环境基本适宜；地质灾害危险性大，防治工程复杂的，地质环境适宜性差（表3）。地质灾害危险性综合评估应根据各区（段）存在的和可能诱发的灾种多少、规模、稳定性和承灾对象社会经济属性等，综合判定建设工程和规划区地质灾害危险性的等级区（段）。分区（段）评估结果，应列表说明各区（段）的工程地质条件、存在和可能诱发的地质灾害种类、规模、稳定状态、对建设项目危害情况并提出防治要求。3.9工程措施地质灾害防治技术选择应立足于减轻灾害，在此前提下，选择的工程技术类型越简单，越易于实现越好。因为治理灾害一般不直接产出经济效益，经济实用的技术是应该首先推荐的，自然，为特殊的经济或工程目的者除外。表3建设用地地质适宜性分级表级别分级说明适宜地质环境复杂程度简单，工程建设遭受地质灾害危害的可能性小，引发、加剧地质灾害的可能性小，危险性小，地质灾害防治工程费用不足工程总投资的10％。基本适宜不良地质现象较发育，地质构造、地层岩性变化较大，工程建设遭受地质灾害危害的可能性中等，引发、加剧地质灾害的可能性中等，危险性中等，地质灾害防治工程费用占工程总投资的10%—30％。适宜性差地质灾害发育强烈，地质构造复杂，软弱结构成发育区，工程建设遭受地质灾害的可能性大，引发、加剧地质灾害的可能性大，危险性大，地质灾害防治工程费用占工程总投资30％以上。用于地质灾害防治的工程技术有多种，这里初步把它们分为以下三大类（图2）：预防措施工程措施预防措施工程措施主动型被动型复合型改变坡形填方压脚、削方减重排除地表水疏导、防渗增大抗滑力：锚固工程、注浆工程抗滑桩、挡墙、竖井桩、洞室抗滑键、设立防护网锚拉桩、锚拉墙排除地下水：截断地下水；浅层暗沟；深层水平钻孔、集水井、泄水涵洞、立体排水排气工程、焙烧、电化学生态措施工程技术躲避、监测预警图2地质灾害防治工程技术类型（1）主动型排水（地表、地下排水）、削方、灌浆、高压注浆和锚固（锚杆、锚索）等；（2）被动型抗滑桩、挡墙、竖井桩、回填和洞室抗滑键等；（3）复合型锚拉桩、锚拉墙等。监测工程贯穿于从勘查到竣工的全过程，且作为指导设计、变更设计与调整施工的依据，作为预测预报的依据，乃至作为工程危险警报的依据。4区域崩塌滑坡灾害因素分析4.1地形地形变化特点，包括地形的变化历史、地形图比例尺、等高线（等高距）、突变地形如悬崖、纵坡降等。此外，还应参考附近的重要地形特征，因为有些特征常被人为地改变着，而那些应用已有参考资料的人们可能还未意识到那些改变。其中，地形的变化历史及变化的具体情况特别值得查明。4.2地层构造包括地层成因时代，工程地质岩组划分，特别是第四纪堆积物和水理性质变化大的矿物，构造位置的构造形态，原生或次生结构面的发育特征及其与地形的关系，表生或浅生风化卸荷作用强度等。地质体结构形态是滑坡分析中最重要的一个因素。首先确定地层的构造、岩性和工程性质远比确定它的准确年代和类别更为重要。地质构造常常是岩质滑坡的重要控制因素。地质条件随现场部位的变化提供了破坏区和潜在滑坡活动的重要线索，地层的错位、节理方向的改变及倾角和走向的突变，是不均匀的地质条件的标志；不论在潜在的或已见的移动区，甚至于对在移动区以外很远，都必须鉴别地质构造，以预测对围绕滑坡地区计划兴建工程的影响。4.3地下水包括灾害体中地下水是否承压、地下水的成因、地下水随降雨、季节或融雪的变化；地下水的溢出形式及相应植被的特点；人类活动对地下水的影响及其与地下水的联系；地下水的水化学特征及其对防治工程的侵蚀性。水是大多数滑坡的主要因素。由降雨、渗水和泉形成的地表水的聚集是易滑地区地形变化的明显标志。但有时水的来源却注意不够。滑坡上部山坡的渗水可成为重新渗入滑坡土体内的地表水的来源，因而促使滑坡不稳定。水从地面渗出比其出口被堵塞时的地下动水压力小，因此一个滑坡的活动常常会因前缘附近的泉水被堵塞而加强，泉水流量的增大而活动减弱。4.4特殊气候系统特殊气候系统主要包括降雨量和降雨强度及其变化规律；温度、湿度变化特别是极端变化（有报道温度变化诱发滑坡）和气压变化等。统计分析表明，当累计降雨量超过l00mm时，川东各地开始出现一些小型滑坡。暴雨型泥石流的暴发在不同地区或同一地区的不同沟谷就表现出极不相同的临界雨量，如四川南部地区为50～100mm/24h；甘肃南部地区泥石流暴发的平均雨强为10～50mm/1h；北京北山地区泥石流爆发的前期雨量为50～240mm，暴雨强度为50～10mm/1h。泥石流暴发周期10～30a，个别2a或40～50a，也说明了地质背景的控制作用。不同于泥石流在降雨过程中发生，滑坡一般在一次降雨过程末期，且多在其后数天发生，因为斜坡体内地下水位的上升幅度到达最高值的时间均滞后于最大降雨强度发生时间。据研究，四川盆地暴雨滑坡的临界降雨强度为200mm/d；长江云阳、奉节地区诱发滑坡复活的临界降雨量为280～300mm，且降雨强度为140～150mm/d；陕西某县斜坡失稳的年降雨阈值为1600mm；鄂西山区近十年来的滑坡多在降雨当天或雨后1～6d内发生。4.5变形破坏历史调查地质灾害过去发生史。人类文明史中的挖方、填方；地表水、地下水径流状态的改变；坡面农垦、植被变化；水库边岸库水位动荡冲刷；明显的地形或植被移位（如醉汉林、马刀树等）；不同时期多时相航、卫片特征对比判断等。应特别强调历史文献调查和现场访问。文献调查不仅指地方志的查阅和辩伪，同时也包括近代对该地区的各种调查研究报告和论文，并对其可靠性进行再证实。现场访问是一种非常有效的方法，大部分老滑坡和—部分新滑坡或正在发生的滑坡，能够通过访问了解到，通过访问往往能获得关于运动状况和滑坡发生时的气象情况等宝贵资料。如灾害发生的时间、灾害发生前的征兆、发生时的日降雨量、运动状况、滑动速度、地质环境、过去发生滑坡及灾害记录及其周围滑坡情况。4.6地震地震对滑坡的影响可分为两个方面，一是地震活动与相应地区的滑坡发生具有长周期的相关性（刘传正，1990）；二是伴随一次地震发生，会直接引起岩土体崩滑或形成泥石流。统计资料说明，在Ⅷ度区以下的地震影响区内，山体崩滑或泥石流并非肯定出现，而在Ⅷ度及其以上的地震影响区内，山体崩滑或泥石流则伴随出现。这个统计规律对于高地震烈度区地质灾害防治工程的设防标准的合理确定是很有价值的，既要避免冒险，也要避免保守，造成无意义的加大投资。4.7人为作用分析人为活动是滑坡产生的原因之一，包括开挖、堆填、爆破和人为引起的地表或地下水径流系统变化。斜坡下部受切和修筑人工边坡，最易引起滑坡的产生。在日本狭小的国土面积内，短时间内修筑了许多铁路和公路，尤以高速公路和铁路建设，要求布置平缓的坡道和平滑的曲线，因而要修筑深路堑和高路堤。由于大量的开挖，使斜坡失去稳定性。由于城市居民集中，因而在山坡上修筑住宅，常常因坡脚开挖和搬运土方而在暴雨时期引起天然斜坡和人工边坡发生滑动。由于修筑水坝而在上游蓄水诱发斜坡滑动的实例相当多。浸水岸坡因水位急速下降，斜坡内产生指向坡外的动水压力，致使岩体抗剪强度降低，从而破坏了岸坡的稳定而发生滑坡。实际上，浸水斜坡因水库水位的动态变化而诱发滑坡的机理研究，是一个困难的问题。详细研究鉴定员的日志、工程管理人员的日报、爆破钻孔的钻进和用药量记录及承包商的日志，将会提供有关实际工程状况的线索。有时，这些记录包含有已被路堤覆盖的泉的资料、偶然放入填方中的不适当的材料的资料，及因为抢时间赶工程进度而被忘记了的超限爆破和位移的形迹。通过人们互相访问补充的成文记录，常常提供了触发滑坡滑动的各种因素的最佳线索。4.8生态系统与滑坡的相互作用生态环境在滑坡的性状上起着重要作用（尽管一般很小）。例如，良好的植被覆盖促使降雨的渗透、减小地表径流和局部冲刷，渗透作用使局部地下水增大的影响一般不如局部冲刷的影响严重。但是，有时植被也促进了地表水向地下渗流的转化，在持续暴雨期间诱发区域性滑坡暴发。厚的植被盖层由于蒸发作用增大了水的消耗，也将减少变为地下水的水量。当然，在寒冷季节和融雪期，则可能出现另外的情形。滑坡也可能改变当地的生态系统。地下水流因滑坡移动而改变，泉和渗水的位置发生变化，植物的差异反映了这种变化。例如，在潮湿地区，滑坡陷落区内的植物一般几个月就长起来了，而滑坡上的裂缝区和破裂壁区则相应失去旱季保持植物生长的能力。因此，植物的生长活力的减弱能显示出被植物掩盖的裂缝，在旱季借助彩色红外摄影也能够辨别。5区域崩塌滑坡灾害评估的理论方法5.1基本问题为了架构区域地质灾害研究的理论体系，首先分析需要研究解决的基本问题。问题1回答地质灾害发育状况研究一个地区的地质灾害发育状况，对地质灾害发育历史与现状用一个指标来反映，现状评价明确反映一个地区地质灾害发生的种类、数量、灾害体面积和体积的分布比例等，给地区经济社会开发的相关者提供一个背景值。问题2回答孕育地质灾害的地质环境特征对一个地区地质灾害发生的地质环境要素组合特征给予清楚表达，也即反映地质灾害发生的内在原因，地质灾害发生的潜在条件组合或潜能（潜势）包括地形地貌特征（高程、高差和斜坡坡度），地质体成分、结构、区域地壳动力背景、地质构造活动性、植被类型与覆盖度等因素，如平原地区一般不会发生滑坡和崩塌，而山区则不会发生地面沉降，即指上述的内在规定性。地质灾害发育现状也是反映未来发生灾害的基础条件之一，因为已发生灾害的地段，既是灾害势能在一定时期内释放的地点，同时也是容易诱发新灾害的脆弱地区，常常表现为地质灾害的周期性暴发地点。问题3回答某种诱发因素作用下地质灾害发生的可能程度明确一个地区地质灾害发育现状及基本地质环境要素组合特征的前提下，需要知道的是在什么突发因素下会暴发大规模地质灾害。大气降雨、地震和各种方式的人类活动等都是地质灾害的诱发因素，因此，需要回答在何时何地何因素作用下，一个地区地质灾害发生的可能性大小，即危险性大小，作为对该地区进行空间预警的依据指标，实现对整个地区的地质灾害大小的明确预警。如果预知一个地区突发因素大小及其持续时间，则不仅可以预警一个地区的地质灾害的发生空间，同时也可以预报一个地区地质灾害发生的时间范围，即实现时间预警。问题4回答地质灾害发生后造成的危害程度地质灾害具有自然和社会的双重属性。自然属性是指它是地壳表层动力作用的反映，是不以人的意志为转移的必然事件，是一种自然现象，是地球演化的表现形式之一。社会属性是指地质灾害的成生与人类社会密切相关，一个方面它给人类生活带来危害，另一方面，人类又参与到地质灾害成生过程之中，会主动减轻地质灾害或有意无意间加剧地质灾害。因此，必须回答地质灾害对人类、财产、工程设施和生存环境等的危害程度，回答诸如低危险区的小型灾害事件在人类社会经济活动发达地区可能表现为高危害性，而高危险区的大型灾害事件发生在无人区或人烟稀少的地区则表现为低危害性的具体程度或量值。总之，回答上述问题是一个调查研究现状——探索内因——分析外因——确定结果（危害性）的研究过程，是为提出防灾对策的渐进的认识研究过程，危险性的量化评价可用于空间评价预警和时间预警，而危害性评价可以作为防灾减灾的决策依据。5.2概念体系针对区域地质灾害调查研究的基本问题，本项研究提出用“发育度”描述现状；“潜势度”描述地质环境要素组合；“危险度”描述一种或多种突发因素参与下地质灾害发生的可能程度；“危害度”描述某种“危险度”的地质灾害对一个地区造成的危害程度。四者共同构成区域地质灾害递进分析的理论概念体系。概念1地质灾害“发育度”反映一个地区地质灾害的发育程度，是已发生地质灾害的空间数量分布、面积分布和体积分布的综合表现。概念2地质灾害“潜势度”是区域地质灾害孕育成生的条件组合或潜在能力的评价指标，代表着一个地区地质环境的特征，是反映地质灾害成生内因的一种综合表达。概念3地质灾害“危险度”反映一个地区在一定时间内因某种诱发因素作用（自然或人为因素）导致地质灾害发生的可能性大小的量化表达，即地质灾害预警等级的量化表达。概念4地质灾害“危害度”这个概念把地质灾害发生过程及其结局对地质环境和人类社会的危害联系起来，是地质灾害空间自然属性和社会属性的综合表现，用以确定一个地区是否应进行地质灾害防治以及进行何等程度的防治，也反映了一个地区社会经济活动的易损性和综合抗灾能力，从而为制订科学的防灾规划提供依据，也作为确定预警等级和启动政府社会减灾应急反应机制的依据。5.3研究框架区域地质灾害“发育度”、“潜势度”、“危险度”和“危害度”等“四度”分层次递进分析在理论上解决了地质灾害空间预警与时间预警的工作程序，也探索建立了方法体系，整个过程形成“四度”分析的学术思想和工作方法（图3）。区域地质灾害预警与防治区划区域地质灾害预警与防治区划潜势度计算区划危险度计算区划危害度计算区划区域地质灾害综合调查地质环境与灾害图层因子分析系统地质灾害信息系GGIS（数据库、图形库）基础因子响应因子发育度计算区划诱发因子易损因子发育因子图3地质灾害调查与评价预警递进分析程序图5.3.1开展区域地质灾害综合调查，根据防灾减灾目的，实地调查的主要灾种包括崩塌、危岩体、滑坡、变形斜坡（不稳定斜坡）、泥石流、地面塌陷、地裂缝和地面沉降等。某灾种调查的重点是斜坡的地层岩性、坡体结构、结构面组合特征、可能构成崩塌或危岩体的边界条件、坡体异常情况，可能的影响因素如降雨。人类工程活动等，附近人口、经济状况等，判断斜坡发生崩塌，或转化为滑坡、泥石流灾害的危险性及可能的影响范围。为满足地质灾害空间信息系统建设的需要，调查过程中应按统一的技术要求或数据格式填写登录调查表。5.根据调查结果，编制集成基于GIS的区域地质灾害信息系统，主要内容包括：区域地质灾害空间数据库；区域地质灾害分灾种图形库；区域数字化地形图；工程地质岩组图层；地质构造形迹图层；斜坡类型要素图层；地质灾害点空间分布图层；特征时段降雨量等值线图层；地震区划烈度或地震动参数等值线图层；人类工程活动方式、强度图层；………………。5.3.3全面统计分析区域地质灾害的分布特征，分别研究地质灾害分布与地质环境和诱发因素的关系，如地质灾害分布与地形（高程、坡度）、水系、植被、工程地质岩组、地质构造形迹、斜坡类型、降雨量分布和地震活动等的统计关系，为筛选提取地质灾害评价因子、进行因子分级和赋值，确定各因子的影响程度（权值）提供依据。本项研究提出并采用分别建立特征指标发育因子、基础因子和响应因子（即发育因子）、诱发因子和易损因子等作为计算因子实现“四度”表达。5.3.4（1）建立地质灾害发育因子、基础因子、响应因子、诱发因子和易损因子体系；（2）创建“发育度”、“潜势度”、“危险度”和“危害度”等“四度”概念模型和数学模型；（3）分别计算区域地质灾害“发育度”、“潜势度”、“危险度”和“危害度”分布；（4）编制了研究区的“四度”区划图，并分区评价；（5）提供区域地质灾害防治对策和综合预警或单因素预警理论方法与应用示范。5.3.5区划方法基于地质环境空间分析的地质灾害时空预警“四度”分析方法采用从低到高的区划方法。从低到高的方法是一种先分析再综合的工作方式，一般是按某一尺度选定一系列评价单元（方格、行政区或自然搜索），对各单元按同一套因子定量（量化）计算，把计算结果数值接近的的单元合并同类项，即图斑合并方法——传统聚类方法，基于空间邻接系数的聚类方法等。重复这种方法，直至达到工作目的。工作过程中注意不同级别的分区要采用不同的因子系列，并尽可能用量化指标表达。本项研究采用从低到高的方法，即图斑合并的方法，根据区域地质灾害“发育度”、“潜势度”、“危险度”和“危害度”等的单元计算结果，按照一定规则合并相邻的同级别或接近同级别的单元，形成相应的区划图。5.4地质灾害“发育度”地质灾害“发育度”是指某地区在目前地质环境及人文环境共同作用下地质灾害的发育程度，具体指地质灾害的空间发生频率、面积和体积分布几率的综合表现程度，单纯采用三者中的任何一个都不足以反映实际。因此“发育度”（F）是代表区域灾害频率（f）、面积（S）和体积（V）等特征的函数，表示为：F＝f（f，s，v）（1）为了建立反映实际情况的地质灾害“发育度”计算模型，首先对上述三方面指标进行无量纲化处理，或归一划处理。（1）地质灾害频率比设第i单元内灾害频率为fi，单元面积为Si，单元内灾害的频率密度ρfi；整个研究区面积为S，灾害总数为f，总频率密度为ρf，则：第i单元灾害频数比Rfi＝ρfi/ρf其中，ρfi=fi/Si；ρf=f/S（2）地质灾害面积模数比设第i单元内灾害体分布面积为ssi，单元面积为Si，i单元内灾害的面积模数ρsi；整个研究区面积为S，灾害点总面积为s，总面积模数为ρs，则：第i单元面积模数比Rsi＝ρsi/ρs其中，ρsi=si/Si；ρs=s/S（3）地质灾害体积模数比设第i单元内灾害点总体积为vi，单元面积为Si，i单元内灾害的体积模数ρvi；整个研究区总面积为S，灾害点总体积为v，总体积模数ρv，则：第i单元体积模数比RviRvi＝ρvi/ρv其中，ρvi=vi/Si；ρv=v/S因此，式（1）变为：Fi＝f（Rfi，Rsi，Rvi）（2）式中，Rfi，Rsi和Rvi统称“发育因子”。结合大量的实践和三峡库区地质灾害综合研究，可以建立一般公式（3）。Fi＝（3）式中，Fi―第i单元的灾害发育度；Rfi—第i单元的灾害频数比；Rsi—第i单元的灾害面积模数比；Rvi—第i单元的灾害体积模数比；—修正指数，一般取1.5～2.0。这个公式不但可以描述研究区的地质灾害发育现状，同时对具体地段的发育状况与整个地区的比较也可以给出明确概念。统计发现，三峡库区9309个2.5km×2.5km网格中有6317个网格没有灾害点，表明三峡库区有近68%的面积上目前没有灾害，这显然是不符合实际的，是调查遗漏或过于针对“以人为本”所致，从而出现调查“盲区”或“空区”。为了弥补“盲区”的缺陷，对公式（3）进行了修正。考虑到一个地区灾害点数造成的危害远高于面积和体积，综合考虑三者作用时增加了修正系数ｒ。公式（3）适用于空间三维展布的地质灾害类型，对于空间二维分布的线状地质灾害，如地裂缝，模型表达形式可写成：Fi＝ωfi·fIi+ωLi·LIi+ωWi·WIi（4）式中，fIi—单元内地裂缝发育条数指数；ωfi—单元内发育条数密度（单位面积上发育条数，条/km2）与整个评价区发育条数密度之比；LIi—单元内地裂缝长度指数；ωLi—单元内地裂缝长度密度（单位面积上长度，m/km2）与评价区对应值之比；WIi—单元内地裂缝宽度指数；ωWi—单元内单位面积上地裂缝宽度与评价区地裂缝平均宽度之比。5.5地质灾害“潜势度”地质灾害“潜势度”是指某一地区在没有任何降雨、地震和人类活动等诱发因素影响下地质环境孕育地质灾害的潜在能力。“潜势度”是各类地质灾害趋势预测的基础，可为地质灾害单因素预警或综合预警提供基础指标，具体量值是通过地质灾害基础因子与响应因子计算实现的。计算公式可写成：Q=（q1，q2，q3，……，qn）（5）式中，q1，q2，q3，……，qn是反映地质灾害潜势的因素值。如采用综合指数模型，（5）式可写成：（6）1，2，…，m；1，2，…，n式中，－第单元的“潜势度”指数；j－评价因子；m－评价单元数；n－评价因子数；－第j评价因子在第i评价单元的赋值；－第j个评价因子的权重。此时，地质环境要素组合为基础因子，而地质灾害的频数比、面积模数比和体积模数比作为地质灾害发生潜势的一种响应，也是基础因子的组成部分，反映地质环境的脆弱性，是地质灾害发生潜能的一种响应，所以把“发育因子”也称“响应因子”。因子选取与分级是否合理将关系到“潜势度”计算分区的准确性，合理的因子选择有利于把握研究区的潜在发展趋势，不合理的选择势必导致错误的结果，并同时影响后续的计算正确性。合理性主要表现在因子与灾害之间关联性好，因子全面，各因子相互独立，且在研究区有不同层次等级。根据地质灾害因子分析，选取基础因子（地形地貌、植被、岩组、构造）和响应因子（即发育因子，包括灾害频数比、面积模数比、体积模数比）作为地质灾害“潜势度”的判别因子。根据需要和资料详细程度可提取出二级因子（表4）。判别因子一般分为5级。各指标量值的赋值主要以调查资料的统计分析为基础，综合分析地质灾害与基础因子和响应因子的关系后对其进行分级。根据本区各因子与灾害分布的关系程度研究和专表4区域地质灾害基础因子与响应因子体系判别因子判别指标权重类一级因子二级因子单位基础因子地形地貌高程m根据因子分析确定，一般分为五级。根据研究地区的实际和专家经验确定，或根据一定数学模型计算比较得出。赋值山坡坡度°赋值斜坡类型代号赋值沟谷密度km赋值植被盖度%赋值岩组岩组类型代号赋值地质构造赋值响应因子灾害频数比赋值灾害面积模数比赋值灾害体积模数比赋值5.6地质灾害“危险度”地质灾害“危险度”是指一定时间内某空间区域在某种诱发因素作用下发生地质灾害的可能性，是在潜势度分析基础上迭加诱发因子进行的，其数学模型与“潜势度”计算模型必须一致。如同样采用综合指数模型，则：（7）1，2，…，m；1，2，…，p式中，－第单元的“危险度”指数；j－评价因子；m－评价单元数；p－评价因子数；－第j评价因子在第i评价单元的赋值；－第j个评价因子的权重。地质灾害“危险度”判别因子选取原则是，从地质环境的角度出发，既要充分考虑地质灾害发生形成的内在基本因素（地形地貌、岩组、地址构造、植被），又要兼顾诱发其发生的外部因素，通常指降雨、人类工程活动、地震烈度等。根据研究区内地质灾害调查的实际资料及已有的工作经验，“危险度”计算需要的判别因子分为三大类：基础因子、响应因子和诱发因子（表4，表5）。诱发因子的赋值依据是，根据研究区的地质灾害发生历史，特别是统计分析不同地段不同诱发因素的临界值范围。赋值范围也分为5级，最高值为5，最小值取1。如遇多个诱发因子参与计算，权值根据诱发因素的相对重要性确定。当得到一个地区的诱发因子预报数值时，计算出的地质灾害“危险度”可以作为预警指标使用。表5地质灾害诱发因子体系判别因子判别指标权重类一级因子二级因子单位诱发因子降雨量1日最大降雨量mm根据因子分析确定，一般分为五级。根据研究地区的实际和专家经验确定，或根据一定数学模型计算比较得出。赋值3日最大降雨量mm赋值7日最大降雨量mm赋值年均降雨量mm赋值地震活动地震烈度度赋值地震动参数cm/s2赋值人类活动方式强度5.7地质灾害“危害度”地质灾害“危害度”指地质灾害发生后对其影响区内各类承灾体的伤害或财产破坏损失程度，它是地质灾害社会属性的表现形式。重点考虑地质灾害的强度与受灾区人类生命财产的易损性，并用量化指标表示，表达为：R＝R（r1，r2，r3，……，rn）（8）式中，r1，r2，r3，……，rn是反映地质灾害各项危害的因素值。区域地质灾害“危害度”与“危险度”、承灾体的易损性密切相关。研究表明，承灾体易损性是一个难以确定的变量，它不仅与承灾体类型、结构功能等有关，而且与其所处的空间位置（离灾害体远近、灾害