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基于多期DEM和滑坡強度的滑坡風(fēng)險評估

文檔作者：薛強張茂省孫萍萍程秀娟文檔來源： 1．國土資源部黃土地質(zhì)災(zāi)害重點實驗室／中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心 2．挪威巖土工程研究院		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年02月19日
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第32卷第6期
2013年6月
地質(zhì)通報
GEoL0 GICAL BULLETIN OF CHINA
Vo1．32．NO．6
June，2013
基于多期DEM和滑坡強度的滑坡風(fēng)險評估
薛 強 ，張茂省 ，孫萍萍 ，程秀娟 ，Anders Solheim ，Trond Magne Vernang2
XUE Qiang ，ZHANG Mao—sheng ，SUN Ping—ping ，CHENG Xiu-juan ，
Anders Solheim2，Trond M agne Vernang2
1．國土資源部黃土地質(zhì)災(zāi)害重點實驗室／中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心．陜西西安710054：
2．挪威巖土工程研究院，挪威奧斯陸0806
1．Key Laboratoryfor Geo—hazards in Loess A rea,MLR／Xi"an Center D，。Geological Survey,CGS,
Xi"an 710054,Shoanxi，China；
2．Div~ion加r Natural Hazards Norwegian Geotechnical Institute，Oslo o8o6，Norway
摘要：滑坡危險性定量評估是滑坡風(fēng)險評估中的關(guān)鍵和難點，也是當(dāng)前國際風(fēng)險管理研究中的熱點問題。以滑坡密集分布的黑
方臺南塬為研究區(qū)，以32處典型滑坡為研究對象，依據(jù)多期三維數(shù)字高程模型(DEM)，提出了一種基于強度的滑坡危險性定
量評估技術(shù)方法。根據(jù)多期三維地形信息的解譯及野外調(diào)查，編制多期滑坡分布圖，計算滑坡活動的頻率。利用GIS技術(shù)，利用
滑坡體積與速度的乘積計算滑坡強度。將滑坡危險性定義為滑坡頻率和滑坡強度的乘積，同時調(diào)查和分析了黑方臺地區(qū)各類
承災(zāi)體的類型、價值及其在相應(yīng)滑坡強度下的易損性，在此基礎(chǔ)上開展了單體滑坡風(fēng)險評估和黑方臺南塬滑坡風(fēng)險區(qū)劃。
關(guān)鍵詞：滑坡強度；頻率；危險性：風(fēng)險：黑方臺
中圖分類號：P642．22 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1671—2552(2013)06—0925—10
Xue Q，Zhang M S，Sun P P，Cheng X J，Anders S，Trond M V．Landslide risk assessment based on multi-period DEM and
activity intensity．Geological Bulletin of China,2013，32(6)：925—934
Abstract：Quantitative hazard assessment is the key and dificulty in landslide risk assessment and is also the hot issue in the current in—
ternational risk management study．The method of landslide hazard quantitative assessment is proposed based on multi～period three—
dimensional DEM and landslide intensity in the southern part of Heifangtai terace，where 32 typical landslides are extensively dis—
tributed．Via interpretation of multi—period three—dimensional terrain information and field survey．the multi—period landslide inven—
tory map was compiled and on this basis，the landslide frequency was calculated．Landslide intensity was calculated by the product of
landslide volume and velocity using GIS technology．Landslide hazard was defined as the result of the landslide frequency timing land—
slide intensity．In the mean time，the types，values and vulnerability in corresponding landslide intensity of the elements at risk were
investigated and analyzed in Heifangtai．On such a basis，single landslide risk assessm ent was carried out，and the landslide risk zoning
map of southern I-Ieifangta was comp~ed．
Key words：landslide intensity；frequency；hazard；risk；Hei~angtai
滑坡風(fēng)險管理在國際上越來越流行、越來越普
及，已經(jīng)成為國際減災(zāi)防災(zāi)戰(zhàn)略之一_l121?；嘛L(fēng)險
是滑坡對生命、健康、財產(chǎn)或環(huán)境產(chǎn)生不利影響的概
率和嚴(yán)重程度的量值， 目前國際上較為流行的滑坡
風(fēng)險計算方法為Rell等1312005年提出的風(fēng)險計算公
式：尺= × × ： xVxE，其中尸㈦為滑坡頻率，P㈣
為滑坡到達(dá)承災(zāi)體的概率，P 為承災(zāi)體的時空概
率， 為承災(zāi)體易損性，E為承災(zāi)體價值。但在實際
測量分析評估過程中， ：L)和P( ： 很難準(zhǔn)確地獲得。
因此對此公式進行分解組合，其中 xPcr：uxp )相
收稿日期：2013-03—26：修訂日期：2013-05—23
資助項目：中國地質(zhì)調(diào)查局項目(編號：1212011014024、1212010640330)和國家科技支撐計劃課題(編號：2012BAK10B02)
作者簡介：薛強(1979一)，男，碩士，工程師，從事地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查和研究工作。E—mail：xueqiang_79@163．com
926 地質(zhì)通報 GEOLocICAL BULLETlN OF CHlNA 2013
當(dāng)于滑坡危險性． × 相當(dāng)于危害性．則R=危險
性×危害性。從以上滑坡風(fēng)險計算公式可以看 ，滑
坡風(fēng)險評估的關(guān)鍵是定量評估滑坡的危險性。而滑
坡危險性是某一地區(qū)某一時間段內(nèi)一定規(guī)模的滑坡
發(fā)生的可能性，是空間位置、規(guī)模和滑移速度、發(fā)生
頻率的一個綜合概念。
滑坡危險性評估就是要對滑坡的空間位置、規(guī)
模和滑移速度、發(fā)生頻率等做出客觀、合理、可信的
仙計．評估方法主要依賴于地質(zhì)環(huán)境條件、地質(zhì)災(zāi)害
特 、誘發(fā)因素及所掌握的資料。結(jié)合黑方臺地區(qū)滑
坡的特征和所掌握的資料，本文提出一種依據(jù)多期
二維數(shù)字高程模型(1)EM)，基于強度概念的滑坡危
險性定量評估技術(shù)方法。將滑坡危險性定義為滑坡
頻率和滑坡強度的乘積，而滑坡強度可通過滑坡體
積與速度的乘積計算得到， 此對危險性的評估體
現(xiàn)了滑坡的空問位置、規(guī)模、速度及頻率等因素。同
時結(jié)合易損性評估，對黑方臺南塬32處典型滑坡進
行了風(fēng)險評估。通過本次研究，探索建立了一種基于
多期DEM 和滑坡強度的滑坡風(fēng)險評估技術(shù)方法，
為滑坡風(fēng)險評估研究提供了一種新思路。
1 滑坡強度理論與技術(shù)方法
根據(jù)甘肅永靖黑方臺地區(qū)滑坡形成時代新、發(fā)
生頻次高、坡體變形嚴(yán)重等特點，因地制宜，將滑坡
危險性定義為滑坡頻率和滑坡強度的乘積。存此基
礎(chǔ)L，以黑方臺地區(qū)多期地形圖為數(shù)據(jù)源，通過變
形量與變形速率的計算，探索滑坡強度分析評估的
原理．進而初步建立基于滑坡強度指標(biāo)的危險性和
風(fēng)險評估技術(shù)方法
1．1 滑坡強度概念
滑坡強度分析評估一直是滑坡研究中的難點，
如何進行強度評估，世界上至今還沒有形成共識。然
而滑坡的強度信息是進行危險性評估的一個重要閃
素．從物理學(xué)的基本定義分析，滑坡強度是指滑坡事
件發(fā)生過程中釋放的能量的大小。進行滑坡強度分
析的目的是評估滑坡的風(fēng)險，因此可以認(rèn)為滑坡強
度是滑坡的破壞能力，其指標(biāo)因子主要包括數(shù)量、頻
率、體積、密度、速度、距離等?；屡c地震等自然災(zāi)
害不同，活動強度的測算方法有多種。Cardinali等【41
分析了滑坡強度評估的方法．提出滑坡強度是滑坡
體積與速度的函數(shù)，并探討了滑坡強度制圖方法。
吳樹f■等l I提出滑坡強度主要包括滑坡活動的頻率
(數(shù)量)、規(guī)模和運動速度，是活動頻率、規(guī)模和速度
的乘積。本次研究采用滑坡體積與速度的乘積表示
單體滑坡強度 即
I=VxS
其中：，為滑坡的強度． 為滑坡的體積，s為滑
坡的速度
1．2 基于強度的滑坡危險性和風(fēng)險評估技術(shù)方法
本次研究以黑方臺地區(qū)多期1：1000-1：10000地
形圖為數(shù)據(jù)源，建立DEM，通過ArcGIS的空間分析
功能計算滑坡在不同時期的變形量與變形速率，評
估其強度及危險性，最后結(jié)合承災(zāi)體及其易損性進
行風(fēng)險評估。
這種方法包含以下步驟：研究 范圍的確定一
滑坡(斜坡單元)識別一編制多期滑坡分布圖一汁算
滑坡發(fā)生頻率一計算滑坡變形量及變形速率一計算
滑坡強度一危險性定量評估一承災(zāi)體及其易損性評
估一風(fēng)險評估。工作方法流程如圖1所示。
2 數(shù)據(jù)來源及多期滑坡分布圖
黑方臺地 滑坡在時問和空間上均具有頻發(fā)性，
掌握過去滑坡的時間和位置是預(yù)測末來滑坡發(fā)生的
關(guān)鍵。本次研究借助1977年、1997年和20()1年3期
1：10000地形數(shù)據(jù)和2010年1：1000地形數(shù)據(jù)，通過多
期三維地形信息的解譯和2010年的野外調(diào)查來確定
滑坡(或斜坡單元)在各個時期內(nèi)的空間分布。研究區(qū)
位于黑方臺南塬黃河岸邊，面積為5．15km。。
圖1 滑坡危險性和風(fēng)險評估方法流程
Fig．1 The flow chart ofthe m ethod for
landslide hazard and risk assessment

第32卷第6期 薛強等：基于多期DEM 和滑坡強度的滑坡風(fēng)險評估
枷f 量 器量毫 量量量暑至三篁昱曼 三蜀銎 曼三三至姜；品瑩 量至瑩至瑩暑黑 瑩三 暮暮蘭1 2至- 曼璺墨器墨 S量
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地質(zhì)通報 GEOLOGICAL BULLETIN OF CHtNA 2013
表2 黑方臺南塬黃河岸邊滑坡強度分級
Table 2 The classification of activity intensity
of landslide in Heifangtai terrace
的滑坡發(fā)生的可能性，是空間位置、規(guī)模(強度)、發(fā)
生頻率的一個綜合概念。理論上，滑坡危險性圖可
表述為某一地區(qū)一定規(guī)模的滑坡的空間位置和發(fā)生
概率。因此為了評估滑坡的危險性，首先需要進行
滑坡發(fā)生頻率的評估。
4．1 滑坡頻率估計
頻率是滑坡的發(fā)生率或活動率，它可以是整體
的．也可以是局部的，可通過對歷史數(shù)據(jù)的分析來獲
得 一般而言，甲 個滑坡或斜坡單元的完整活動記
錄足很難得到的?；禄顒宇l率可分為絕對頻率和
相對頻率。絕對頻率可表示為同一地點或適當(dāng)?shù)匦?
單元(如斜坡)內(nèi)觀測的滑坡事件數(shù)量，它既包括滑
坡的首次發(fā)生，也包括滑坡的復(fù)活及局部活動，單位
為滑坡數(shù)／年、復(fù)活數(shù)／年。相對頻率是指發(fā)生在不同
大小地帶單元里的滑坡數(shù)量，可表示為所觀測滑坡
事件的數(shù)量與單元而積的比值．單位為滑坡數(shù)／年／
單位面積 。本次研究中滑坡頻率采用相對頻率。
由于缺少整個黑方臺地 的完整數(shù)據(jù)，}大I此僅
對黑方臺南塬黃河岸邊32處典型滑坡或斜坡單元
進行分析研究。另外由于大多數(shù)滑坡發(fā)生的時間信
息是無法準(zhǔn)確獲得的，岡此本次研究通過對多期滑
坡分布圖的分析來確定滑坡頻率，頻率觀測期從
1977年到2010年，共33年 單個滑坡的活動頻率
通過觀測期內(nèi)識別fjJ的滑坡的發(fā)生數(shù)量或活動數(shù)量
(局部地形信息的改變)來確定，．
每個滑坡或斜坡在多期滑坡分布岡上每發(fā)生1
次整體或局部的活動即表示發(fā)生1次滑坡，評估地
形單元以2{)10年識別的滑坡或斜坡單元為基準(zhǔn)?；?
坡頻率F可用下式來計算：
F=
其中，F(xiàn)為滑坡發(fā)卞或活動的頻率(單位：滑坡
數(shù)／a·km )，N為滑坡發(fā)生或活動的數(shù)量， 為觀測
期(單位：a)，A為評估單元面積(單位：km )。計算結(jié)
果見表3
表3 黑方臺南塬黃河岸邊滑坡頻率及危險性計算結(jié)果
Table 3 Calculation of landslide frequency and hazard in Heifangmi terrace
滑坡 滑坡 面 頻率‘滑 數(shù) 強度 危險性 滑坡 滑坡 面 頻率 滑 數(shù) 強度 危險性
編}， 數(shù)量 ／km ／a．km 指標(biāo) 編 數(shù)量 ／krn ／a kin 指標(biāo)
JHl 4 0 0l57 7．74 0 0173 0．1 341 兒{l7 4 0 0202 6．0O 0∞ 76 ()3459
JH2 3 0 0285 3 l9 0．0096 0．0307 YHl 4 0 0313 3．87 O Ol 02 ()．0394
JH3 4 0 0264 4．6O 0．0】83 O．O844 YH2 3 0 0l11 8 16 0 (x)23 0 0l90
JH4 4 0．0286 4 25 0 0166 0．0706 YH3 2 0 0()35 l7 55 O 00O0 0．0000
J}{5 4 0 0765 l 58 0．11 78 0．1 865 HHl 4 00284 4_27 0【x】78 0．0334
JH6 3 0 0l64 5．55 0．0979 0．5435 HH2 5 0 1印2 0．90 (】l222 (】lO94
JH7 4 0 0937 l 29 0．1079 01 397 PH 4 O 2160 0 56 0 1274 0 071 5
JH8 4 0．1168 1 04 0．2523 0．2618 JY H 3 0 0326 2 79 0 0142 0．0395
JH9 4 0．1759 0 69 0 3352 0-23l0 DHl 3 0 0303 3．00 0 Ol25 0 0375
JH l0 4 0 l092 1 l】 O．1521 0 l688 DH2 4 0．0949 l 28 O 1514 ()l934
JH11 4 0 0908 133 O 1531 O．2043 SH 4 0．2923 0．4l 0 6375 0 2644
JHl2 4 0 042l 2 88 0．0925 0 2661 SHl 4 0_2656 0 46 0 5694 0 2599
JHl3 5 0 0413 3．67 O．184l 0．6750 SH2 5 O_381 5 0．40 0 2995 0 Il89
JHl4 4 0 0247 4 90 0．0589 0 2887 FH 1 4 O．1 267 0．96 O．o853 0 08l6
JH l5 4 0 0137 8．83 0 0274 0-2424 FH 2 5 O 3751 0．40 0 2658 0 1()74
JHl6 4 0 0278 4l36 0．0722 0 3l49 FH3 4 O 13l4 0．92 O．O839 0 0774
第32卷第6期 薛強等：基于多期DEM 和滑坡強度的滑坡風(fēng)險評估 931
圖5 滑坡規(guī)模一頻率關(guān)系
Fig．5 M agnitude—frequency relation of landslide
由于頻率的空間分布特性，定量危險性評估
較強地依賴于滑坡規(guī)模與頻率間關(guān)系的有效性。
如果可引起災(zāi)難性結(jié)果的潛在滑坡事件發(fā)生的概
率非常低，其威脅的區(qū)域可歸為低危險性；另一方
面，可將頻繁發(fā)生小規(guī)模滑坡的區(qū)域分為中或高
危險性。這些關(guān)系可用滑坡累積(或非累積)頻率一
規(guī)模曲線表示。
通過對黑方臺南塬黃河岸邊32處滑坡的統(tǒng)計
分析得到滑坡規(guī)模一頻率關(guān)系(圖5)，規(guī)模相對滑坡
數(shù)量的頻率呈冪律分布，表達(dá)式為：
F=O 1589A_。 粥
R =0．9819
其中：F為規(guī)模等于或大于 的滑坡事件的頻率．A
為滑坡規(guī)模(面積：km )。
4．2 滑坡危險性評估
前面已對滑坡的活動頻率和強度進行了評估．
單體滑坡或斜坡單元的危險性取決于滑坡頻率和滑
坡強度，是滑坡頻率和強度的乘積，即
H=Fx，
表4 黑方臺南塬黃河岸邊滑坡危險性分級
Table 4 The classification of landslide
hazard in Heifangtai terrace
其中，日為滑坡的危險性，，為滑坡頻率，，為滑坡
強度。
黑方臺南塬黃河岸邊滑坡危險性計算結(jié)果見
表3。同樣將滑坡危險性分為以下4級：危險性很高、
危險性高、危險性中和危險性低(表4)。圖6為黑方
臺南塬黃河岸邊滑坡危險性評估圖。
5 滑坡風(fēng)險評估
5．1 滑坡危害性評估
承災(zāi)體的易損性主要由滑坡的強度和承災(zāi)體的
物質(zhì)結(jié)構(gòu)所決定，而滑坡強度由體積和速度決定。根
據(jù)野外調(diào)查和以往的經(jīng)驗． 給出一般情況下黑方臺
地區(qū)各類承災(zāi)體的類型及其在相應(yīng)滑坡強度下的易
損性(表5)。承災(zāi)體分為建筑物一基礎(chǔ)設(shè)施和人員兩
大類，建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施包含居民樓、居民房、工廠、
變電站、公路(G309國道)、通訊電纜、輸電線路、水
庫(八盤峽庫區(qū))、灌溉水渠、耕地、泵站、采石場和寺
廟等；人員包含直接人員、間接人員和流動人員，直
接人員指滑坡發(fā)生時直接造成本區(qū)居民或工作人員
的傷亡，間接人員是指滑坡?lián)p壞居民區(qū)或基礎(chǔ)設(shè)施
而對人員造成的間接傷害．流動人員是指滑坡發(fā)生
時對途經(jīng)該區(qū)的人員造成的傷害。承災(zāi)體易損性從0
表5 黑方臺地區(qū)承災(zāi)體分類及其易損性一覽表
Table 5 The classification and vulnerability of the elements at risk
8 6 4 2 O 8 6 4 2 0
^-Ⅷ 日 飄鴛棼 豫囂
地質(zhì)通報 GEOLoGICAL BULLETlN oF CHlNA
表6 黑方臺南塬黃河岸邊滑坡風(fēng)險計算結(jié)果
Table 6 Calculation of risk of HeifanIgtai landslide
滑坡 危害性 危險陛 險 滑坡 。 。． 危險 風(fēng)險
編號 性 危 險性 等級 編
號
危害性 性 等
編號 等級 級
Ⅲ 1 _股級 中 L JHI2 一般級 很高 M PH 特大級 中 H
JH2 骰級 低 L JH13 較大級 很高 H JYH 一般級 低 L
JH3 ‘般級 中 L JH14 一般級 很高 M DH1 較大級 低 L
JH4 一般級 中 L JH15 較犬級 高 H DR2 較大級 高 H
JH5 較大級 高 H JH16 重大級 很高 VH SH 特大級 很高 VH
JH6 散級 很高 M JH17 重大級 很高 VII SHl 特大級 很高 VII
JH7 大級 中 H YH1 ‘般級 低 L SH2 重大級 中 H
JH8 特大級 很高 VH YH2 一般級 低 L Fill 重大級 中 H
JH9 特大級 高 VH YH3 一股級 低 L FH2 特大級 中 H
JHl() 重大級 高 H HH1 般級 低 L FI-I3 重人級 中 H
JH11 特人級 高 VH HH2 較大級 中 M
到1，0代表沒有損失，1代表完全損壞。為方便起
見，將易損性( )分為以下4級：
當(dāng)050人或D>100萬元。
根據(jù)2010年野外調(diào)查．黑方臺南塬黃河岸邊
32處滑坡的危害性如表6所示。綜合考慮滑坡危險
性和危害性，確定滑坡風(fēng)險分級標(biāo)準(zhǔn)，風(fēng)險等級分為
以下4級：風(fēng)險很高(vH)、風(fēng)險高(H)、風(fēng)險中(M)
和風(fēng)險低(L)(表7)。
同時根據(jù)滑坡后移侵蝕率、滑坡強度分析滑坡
擴展影響的范圍，本次主要從滑坡后緣及前緣分析
滑坡破裂發(fā)展趨勢及影響范圍。由于黑方臺地區(qū)滑
坡多為灌溉引起的后緣侵蝕破壞，且屬于高位滑坡，
滑動后飽和、近飽和的黃土產(chǎn)生液化流動，滑坡前緣
表7 滑坡風(fēng)險分級
Table 7 The classificati0n of landslide
risk in Heifangtai terrace
注：VH一風(fēng)險很高；H～ 風(fēng)險高；M一風(fēng)險中；L一風(fēng)險低

934 地質(zhì)通報 GEOLOGICAL BULLETIN OF CHINA 2013年
流速較快．因此可認(rèn)為滑坡影響范圍風(fēng)險等級與滑
坡風(fēng)險等級? 致。根據(jù)風(fēng)險等級可編制黑方臺地區(qū)
滑坡風(fēng)險評估圖(圖7)。
6 結(jié)論
(1)滑坡危險性定量評估方法很多，但都有其
適應(yīng)條件和局限性，評估方法選擇時除了綜合考
慮地質(zhì)環(huán)境條件、地質(zhì)災(zāi)害特征、誘發(fā)因素外，還
必須結(jié)合目前所掌握的資料靈活采取有效的評估
方法。本文根據(jù)黑方臺地區(qū)擁有多期三維數(shù)字高
程模型(DEM)資料的特點．提出了基于多期DEM
和滑坡強度的滑坡風(fēng)險評估方法體系和技術(shù)流程，
完成了滑坡風(fēng)險評估
(2)通過三維地形信息的解譯及野外調(diào)查編制
了黑方臺南塬黃河岸邊1977年、1997年、2001年和
2010年多期滑坡分布圖，在此基礎(chǔ)上計算『滑坡活
動頻率。
(3)將單體滑坡強度定義為滑坡體積與速度的
乘積，并通過不同時期的DEM 對黑方臺南塬黃河
岸邊32處滑坡的活動強度進行了評價。
(4)將滑坡危險性定義為滑坡頻率和滑坡強
度的乘積，同時調(diào)查和分析了黑方臺地區(qū)各類承
災(zāi)體的類型、價值及其在相應(yīng)滑坡強度下的易損
性．在此基礎(chǔ)上進行了滑坡風(fēng)險評估，編制了黑方
臺地區(qū)滑坡風(fēng)險評估圖，其中風(fēng)險等級為很高的
滑坡7處，風(fēng)險高的11處，風(fēng)險中的4處，風(fēng)險低
的10處
致謝：感謝朱立峰、裴贏、畢俊擘、胡煒在野外三
維激光掃描工作中給予的幫助．感謝甘肅省地質(zhì)環(huán)
境監(jiān)測院為本文提供地形圖
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