兰州地区地质灾害易发性评价Word文档下载推荐.docx
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位于高易发区的县(区)有:
七里河区、安宁区;
位于易发区的县(区)为皋兰县;
相对较稳定(不易发区)的县(区)为榆中县。
(5)分析兰州13年间植被覆盖度变化情况发现,兰州市南北两山植被总体呈增长的趋势,其中的劣等植被覆盖面积变化最大;
2013年兰州南北两山植被已经进入很好的生长期,两山绿化和生态恢复产生了成效。
由于人们的绿化意识不断提高,政府的大力投资和对南北两山进行的生态保护、恢复等工作,对两山的绿化、植被恢复方面起了重要作用。
关键词:
滑坡;
孕灾环境;
致灾因子;
易发性;
兰州地区
Abstract
Becauseofitscomplexgeologicalstructure,largerelief,stronghumanactivities,frequentgeologichazards,LanzhouisoneofthemostseriousgeologicalhazardinnorthwestChina.Inthisstudy,wechooseLanzhouareaandthesurroundingastheresearchobject,usedthe1:
50,000DEMdataandtheremotesensingimage,basedonArcGISandENVIplatform,extractseveralfactorsofdisasterenvironment,suchasslope,aspectandsoon;
Second,wecombinedthedisasterenvironmentfactorslayerandhistoricaldisasterdatatostudythecharactersofspatialdistributionofgeologichazard;
Third,suitabilityanalysisoftopographicfactorstogeo-disasterswascarriedoutwiththemethodofsensitivityindex(SI),certaintyfactor(CF)andcorrelationcoefficientinthestudyareaofgeo-disasters,precisionanalysisresultedonROCcurve;
Finally,weusedtheremotesensingimagesinLanzhouareain2000、2008、2013yeartoanalyzethevegetationcoveragechangebasedonERDAS,Cometotheconclusion:
(1)InLanzhouarea,geologichazardsareeasilyoccurredin25°
slope,1700m~2600melevation,15m~45mRDLS,5m~30mcuttingdepth,southeast、south、southwestsunnyconvexslope.
(2)Itisconcludedthatthebestsuitabletopographicfactorsforgeo-disasterinthestudyloessareaare:
slope,aspect,SOS,elevation,RDLSandcuttingdepth.(3)Theassessmentresultsofthethreemodelswerecomparedanditcanbeseenthatthesensitivitydistributionofgeologicalhazardsisbasicallyconsistent.TheareaundertheROCcurveoftheIMislarger,andtheLRissecond,andthePIisslightlylower.Fromitsaccuracy,itshowsthattheIMisslightlyhigherthantheLR,andthelowestisthePI.(4)Theassessmentresultsshowthatthecounty(district)locatedinthehigherproneareasofgeologicalhazardsare:
Chengguandistrict,Xigudistrict,Yongdengcounty;
thehighproneareasofgeologicalhazardsare:
Qilihedistrict,Anningdistrict;
Gaolancountyislocatedintheproneareas;
andtherelativelystableareaisYuzhongcounty.(5)Duringthe13years,thevegetationinNorthandSouthMountainsaregeneralinagrowingtrend,andtheinferiorvegetationchangedgreatest.In2013,thevegetationinthetwomountainsenteredagoodgrowthperiod;
greeningandecologicalrestorationproducedgoodresults.Becausethegreenconsciousnessofpeopleareconstantlyimproving,theheavilygrowinginvestment、theecologicalprotectionandrecoveryjobofgovernmentplayedanimportantroleinvegetationrestoration.
Keywords:
landslidehazard;
hazard-pregnant
environment;
disaster-causingfactors;
susceptibility;
Lanzhou
图目录
表目录
第1章 绪论
近年来,全球范围内已发生数起极端自然灾害事件,自然灾害风险并没有因社会经济发展而减弱(IPCC,2012),反而有上升态势。
我国自改革开放以来,伴随经济的飞速发展,各类经济工程活动的规模和范围呈逐步扩大,且由于乱砍滥伐以及过度开采,造成了地质环境的不断恶化,进而致使地质灾害频繁发生。
我国灾害种类多、分布地域广、造成损失大,是自然灾害发生频率较高的国家之一,2/3以上国土面积的山区均不同程度发生有地质灾害[1]。
据统计,我国每年就地质灾害造成的损失高达1000多亿,损失的农田达4000多万公顷,影响到2亿人民群众的安居乐业,随着人口的增长与经济的繁荣,地质灾害所带来的威胁还在逐年增长。
人们加强自然灾害的风险管理与预警工作,进行面向突发性自然灾害应急响应的灾害风险快速评估关键技术研究很有必要。
如何规避自然灾害的影响、解决自然灾害造成的损失,是全人类生存和地球可持续发展必然要解决的问题,这就需要我们做好防灾减灾的防范工作、居安思危,与危险共生。
近年来,我国也出现许多相关地质灾害的研究成果,但大多集中在成因上,且对西北干旱与半干旱地区灾害的研究较少。
地处半干旱的兰州地区,位于黄河上游的黄土高原西部,市区位于黄河两岸河流阶地上,其南北两侧为绵延起伏的高山和纵横沟壑的黄土峁梁,地表植被稀少,地形陡峭,人类工程地质活动频繁,降水相对集中,小范围短时暴雨往往强度大,局地性强,滑坡泥石流等地质灾害造成的损失严重,灾害的预防难度也较大[2]。
建国以来,兰州地区发生灾害性滑坡100多起,造成了严重的经济损失[3],其危害程度位居全国各省会城市之首。
西部大开发以来,随着城市化的步伐加快、经济快速发展、人口不断增长,人类对空间的需求和环境压力愈来愈大。
一方面,大量人类工程活动对周围环境的影响明显上升,由人类活动(开挖坡脚、破坏植被、矿产资源开发等)所引发的地质灾害越来越多:
滑坡、泥石流等地质灾害呈明显的高发趋势[4];
另一方面,不断发生的各类地质灾害严重制约了经济发展和社会稳定。
因此,对滑坡、泥石流等地质灾害进行深入的研究和全面的认识,进行地质灾害的危险性模拟与评价,为工程建设和经济规划提供依据,并为政府的防灾减灾和土地的合理利用规划工作提供决策和支持,责任任重而道远。
任何的地质灾害均发生于一定的孕灾环境中,因而在防灾减灾的措施中,可以通过改变孕灾环境的某些因素,来改变灾害发生的频率、强度和损失情况,对灾害有着放大和缩小的作用[5]。
例如:
退耕还林可有效的防止水土流失、防风固沙、改善局地气候条件,同时对减少洪涝、干旱等灾害的发生有积极的作用。
基于此,研究需要针对兰州地区的具体情况,深入分析其孕灾环境与致灾因子,以期为兰州地区防灾减灾和灾后治理提供新的思路。
1.1地质灾害概述
1.1.1地质灾害及其分类
地质灾害指的是由于自然变异和人为作用使得地质环境和地质体发生对人类和社会造成危害或者潜在危害的事件[6]。
地质灾害的发生是由于地球在其内动力、外动力与人为地质动力作用影响下而发生异常能量释放、岩土体变形移位等物质运动和环境异常变化等现象[7]。
它严重的威胁到人类生命、财产安全,破坏人类赖以生存的资源与环境,制约着社会经济发展和人民安居乐业。
由于任何的地质灾害都是在一定的条件诱发下产生的,研究区的这种“诱发”因素,主要有天然(地震、降水等)与人为(工程活动等)两种,研究区发生的地质灾害按照诱因可分为自然地质灾害与人为地质灾害两类。
自然地质灾害发生的地点、强度都受自然因素的制约,不会以人类历史的发展为转移;
人为地质灾害则受到人类工程活动的影响严重,会随着社会经济的发展而日益增加。
其中,“诱发”地质灾害的人为原因主要有如下几点:
(1)矿产资源的开挖:
兰州地区各种有色金属、稀土、能源矿产资源丰富,但由于经济落后,设备、技术不发达,开挖采掘不规范,有时会造成矿井坍塌,造成崩塌等地质灾害。
(2)边坡、坡脚的开挖:
兰州地区人口众多,地域狭小,由于土地限制,人们不得不“毁山造地”,开挖坡脚、破坏山体来建造房屋、修筑道路,在山体边坡形成陡坎,极易发生地质灾害。
(3)灌溉用水软化岩土体:
由于兰州地区独特的地质条件,黄土地层及其发育,渗水性强。
在不合理灌溉作用下,地表水与地下水会软化岩土体,为滑坡提供大量物质基础。
(4)其他破坏土质环境的活动:
乱砍滥伐、放炮采石、坡脚土体严重堆积等。
就地质环境与岩土体变化速度而言,地质灾害又可分为以下四类(2008年国土资源部、水利部、地矿部地质灾害勘察规范):
(1)滑坡:
滑坡是指由于地震、人工切坡等因素影响,使得斜坡面上剪应力超过其抗剪强度,导致斜坡岩土体沿着贯通的剪切破坏面在重力作用下整体或分散的发生滑移的地质灾害现象。
(2)崩塌:
斜坡岩土体在重力作用下突然脱离母体,滚动堆积于坡脚的地质现象[8]。
(3)泥石流:
山区由于集中降水形成的带有大量泥块、石浆等固体物质的特殊洪流[9]。
(4)地面塌陷:
地表岩土体在自然或人为因素作用下向下陷落形成地面塌陷坑的现象[10]。
黄土滑坡与崩塌是黄土地区很重要且异常发育的地质灾害,这是由于我国黄土高原地质构造复杂、断裂发育、新构造运动强烈,黄土及下伏中新生界泥岩、沙质泥岩等岩土体疏松、欠压密的岩性性质,以及研究区内地形高低起伏、沟壑纵横的地貌特征,加之降雨集中、局地性暴雨多,植被稀疏,土体裸露等因素所导致的[11]。
其中,黄土滑坡又是山区最常见的地质灾害,据统计,我国滑坡约有1/3发生于黄土高原地区,仅甘肃省就有各类大小滑坡4万处,其中,体积大于50万m3的滑坡约5580处[4]。
研究兰州地区的黄土滑坡灾害对于研究整个西部黄土高原的地质灾害都有着重要的意义。
1.1.2滑坡产生原因及其危害
滑坡,又称“垮山”、“地滑”等,是由斜坡岩土体在重力的作用下,经过人为、地震、水流、等条件的诱发,最终沿着贯通的剪切破坏面分散或整体的向着软弱带滑动的现象。
滑坡常伴随着泥石流与崩塌共同发生,不仅摧毁了农田与房屋,还破坏了人类赖以生存的环境,对人类生产生活造成了极大的威胁。
滑坡的产生,往往是存在于特定的地理地貌条件下的,主要有如下四个方面:
(1)岩土类型:
岩土体是滑坡的物质基础,结构松散,抗剪、抗风能力低的岩土体极易在地震与集中降水的作用下发生松动,伴随着水流一起沿斜面滑动下来,产生滑坡。
(2)地质构造条件:
断层发育、不连续、有裂隙的岩土体就会在地震或人类工程活动影响下与其他地层分裂,在重力影响下向下垮塌发生滑坡。
(3)地形地貌条件:
沟壑、河谷阶地等特殊的地貌部位,容易积聚水流、堆积岩土体与松散物,如果有适宜的坡度,便极易发生滑坡。
(4)水文地质条件:
地表水流会带动岩土体与松散物向下滑移,地下水的浸泡会使岩土体软化、结构松散,更易被地表水带动。
而就产生滑坡的内外应力与人为影响而言,对于地壳运动与人类工程活动(坡脚开挖、矿山开采等)频繁的地区,更易发生滑坡灾害,且滑坡发生的强度越大,其造成的危害就越大,影响滑坡强度的原因有地形、岩性、地质构造与诱因四个方面:
(1)地形:
高差较大、坡体开阔无堆积的陡坡会使得滑坡物质滑移时速度加快,破坏的农田与房屋更多,造成较大的危害。
(2)岩性:
滑坡面岩土体力学性质越薄弱、抗剪力越小、土体越软弱,发生滑坡的岩土体就越多,造成的灾害也就越大。
(3)地质构造:
裂隙越大、节理断层越发育、越不连续的地质构造越易发生滑坡,造成的灾害也就越大。
(4)诱发因素:
诱发滑坡的外因强度越高(如:
集中强降雨、强地震等),滑坡发生的强度就越大。
滑坡不仅会对道路交通造成严重的阻塞和威胁,还会摧毁房屋、农田,毁坏水利水电设施、破坏森林,对农业生产收获以及工业制造造成极大的破坏,最终影响到人民的吃饭、工作等一系列生活活动,另外,大型滑坡还会造成人员伤亡,比如,在工矿、矿山发生的滑坡、崩塌等灾害,就会使得矿坑坍塌,毁坏矿山设施,造成工人的伤害、死亡事件。
因此,如何从历史地质灾害数据中获取经验,得到应对灾害的方法,从根本出发治理类似于滑坡、崩塌等地质灾害就显得尤为重要。
1.2国内外研究现状综述
人类对自然灾害的认识是从20世纪初期开始的。
自1960年以来,人们才开始逐步对地质灾害有了一些较深刻的认识,随着70年代以来地质灾害对人类生产生活造成的破坏和损失的急剧增加,促使科学家们不断进行地质灾害研究。
随着各国的科学家对灾害进行乐更加深入和系统的研究,带动灾害研究的理论方法体系与研究技术手段的不断快速发展。
地质灾害研究也不再局限于对已发生灾害的研究,而拓展到了对地质灾害易发性评价领域的研究。
长期以来,地质灾害发生的地点、面积、强度等基础信息的调查获取都是依靠测绘人员在实地的探测与勘察,需要大量的测绘人员耗费大量的时间才能调查完成。
这种调查方法的优点在于获取的信息准确、可靠,其不足之处在于耗费的人工与时间、费用大量、信息实时性不足等。
但随着近些年来计算机技术发生着翻天覆地的变化,地理信息系统(GIS)与遥感(RS)技术也伴随着这种变化而飞速发展,人工勘测灾害信息的时代已成为过去,由GIS、RS结合的地质灾害调查与研究将成为现今地质灾害易发性研究的主要、重要手段。
总体来说,地质灾害易发性评价研究从被提出一直到如今,主要经历了下面几个阶段:
20世纪60年代,美国以及一些西方国家首先提出并开展了对地质灾害的研究。
由于受到当时的经济、信息技术的限制,研究的技术手段与理论依据都还不够完善,因此,当时的研究只是针对于单一种类的地质灾害或者小范围区域的地质灾害易发性评价。
为了安全合理的利用斜坡地带,一些专家提出了采用敏感因素法对斜坡地带进行地质灾害危险性区划分带[13]。
20世纪70年代初,一些法国的专家及研究者使用ZERMOS法进行地质灾害危险性区划[14]。
这代表着单因素与小区域的地质灾害易发性评价已相对成熟,多因素的数学评价模型开始被应用于地质灾害研究当中了。
20世纪80年代以来,单因素、小区域的灾害易发性评价研究在各国已普遍取得了较好的成果,于是各国专家开始开展针对于多因素评价预测模型的地质灾害易发性研究。
GIS的数据处理、数据管理、图件绘制和显示输出功能在区域滑坡稳定性分区及地质灾害预测的研究中得到了广泛应用。
20世纪90年代以来,GIS在地质灾害危险性评价研究中更加的广泛与深入,其强大的空间分析功能与专业模型与专家系统的结合,使得地质灾害评价、区划、风险评价和灾害发生过程的虚拟现实成为可能[15],地质灾害的研究方法正逐步实现着定量化、模型化、现代化。
GIS系统不仅是一个可以对灾害信息管理分析的数据库系统,其强大的空间分析功能还可以从空间和时间尺度上分别分析不同的灾害致灾因子,圈定出可能发生地质灾害的范围。
自80年代以来,GIS与RS技术在区域地质灾害稳定性分区预测的研究中开始得到广泛的应用,经历了从定性模型到定量模型,再到与非线性学科相结合的过程,并提出了许多针对不同地质灾害的数学研究模型。
通常进行滑坡危险性评价的定量评价方法主要有两种[16],一种是基于物理确定模型和工程地质的方法,它是在滑坡发生的物理机制基础上,采用数学模型定量的描述斜坡稳定状态,但这种确定性模型需要搜集工程地质、水文地质等方面的大量数据[17],适合对某些特定地质灾害的监测、评价和预测;
另外一种方法是基于统计分析的理论,即通过对历史灾害数据的调查与分析,来预测与评价地质灾害的易发性。
根据计算评价因子权重的若干方法可分为:
信息量模型、概率指数模型、证据权重模型、模糊逻辑模型等。
而基于GIS和多元非线性统计模型——Logistic模型,能够结合历史灾害数据对地质灾害易发性给出一个定量的结果,它以能客观定量灾害因子权重的优势受到了越来越多专家学者的关注。
目前,GIS在地质灾害易发性评价方面已取得了一些阶段性成果,主要发展趋势可概括为:
(1)从历史与现状分析趋向预测与研究相结合;
从个体分析趋向个体与区域相结合;
从定性分析趋向定量化评估;
从单要素分析趋向综合要素评估。
(2)对地质灾害理论上的认识进一步扩展,研究与方法趋向于内容更丰富,形成多学科、多专业相互交叉渗透的综合性学术体系。
(3)从单纯的风险评估理论研究发展为风险评估与防灾减灾相结合,更好地服务于社会经济建设与政府的防灾减灾管理。
(4)信息技术特别是遥感和GIS技术的发展,为地质灾害区划研究提供了处理复杂问题的手段。
由于GIS强大的空间分析能力(空间化技术与空间化管理),目前,GIS支持下的地质灾害多因素模型评价研究正在逐步取代传统的调查统计和手工方法,并向网络技术发展。
1.2.2国外研究现状
国外进行地质灾害危险性评价工作较早,方法技术比较成熟,研究成果也比较丰富,其中具有代表性的工作主要有:
80年代,地质灾害易发性评价研究处于起步阶段:
意大利学者Carrara[18]、美国学者Brabb[19]分别就地质灾害易发性评价问题做了系统的总结并结合GIS及预测模型、多变量模型研究了此问题。
90年代,更加涌现出一批专家学者对地质灾害易发性评价做了大量深入的研究:
GuPta[20]、VanDijike.JJ[21]、Niemann和Howes[22]、Anbalagam[23]、Bhawani.S、VanWesten和C.J[24]、Atkinson与Massari[25]采用GIS技术分别结合LIWIS邻域分析模型、DEM的景观几何特征、风险批评矩阵、统计模型、Logistics模型等方法进行了地质灾害易发性分区图的制作。
20世纪以来,众多国外学者在地质灾害易发性评价方面的研究已趋于成熟:
2007年Chen和Wang在加拿大肯齐谷的滑坡灾害危险性评价中应用了Logistics回归模型的方法[26]。
2010年Phadham与Lee[27]采用人工神经网络方法和Logistics模型相对比的研究方法评价地质灾害危险性。
2004年8月意大利召开的32届国际地质大会及2005年5月在加拿大召开的国际滑坡风险评价管理大会上,基于GIS的区域滑坡危险性评价技术和方法的研究引起了与会者的高度重视[28]。
2008年中国西安召开的第10届国际滑坡与边坡工程会议,集中展示了区域滑坡危险性评价方面的最新进展[31]。
日渐成熟的GIS技术在地质灾害危险性评价中得到了广泛的开发和应用,而Logistic回归模型也凭借其出色的非线性拟合优势逐渐受到了诸多学者的重视[32]。
国外对地质灾害的研究已经相当成熟:
一方面,灵活的运用现代科技手段进行地质灾害研究,对灾害的成因、机理、特征进行更广更深的研究。
另一方面,将3S技术广泛的应用到对中小流域的地质灾害研究当中去,以做好准确预测灾害等级与时空分布等提前预警,防患于未然。
1.2.3国内研究现状
国内采用GIS与RS技术进行地质灾害易发性评价的工作起步较晚,到20世纪90年代才由戴福初和李军[42]首次提出。
国内在这地质灾害易发性评价领域的研
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