發(fā)布時(shí)間：2020-01-17所屬分類：農(nóng)業(yè)論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要: 建立軟弱巖土突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估模型是預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害的基礎(chǔ)，但傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估模型準(zhǔn)確性不高。針對上述問題，建立一個新型的軟弱巖土突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估模型。該評估模型以危險(xiǎn)性、易發(fā)性和易損性為主要內(nèi)容，通過 Hadoop 確立風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)，并按照
摘 要: 建立軟弱巖土突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估模型是預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害的基礎(chǔ)，但傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估模型準(zhǔn)確性不高。針對上述問題，建立一個新型的軟弱巖土突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估模型。該評估模型以危險(xiǎn)性、易發(fā)性和易損性為主要內(nèi)容，通過 Hadoop 確立風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)，并按照不同的分級標(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)行分級量化處理，利用 AHP 確定指標(biāo)權(quán)重，對地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性進(jìn)行評估，將軟弱巖土突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估劃分為 15 個分級圖，以此為基礎(chǔ)建立軟弱巖土突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估模型。通過仿真和對比試驗(yàn)對其進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明: 該模型能夠有效評估出地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，并優(yōu)于傳統(tǒng)評估模型，評估誤差小于 3 km2 。
關(guān)鍵詞: 軟弱巖土; 地質(zhì)災(zāi)害; 風(fēng)險(xiǎn)評估; 模型; 仿真實(shí)驗(yàn); 對比分析
我國地域遼闊，覆蓋著大片軟弱巖土，因其水文地質(zhì)等條件使得軟弱巖土具有流變特性，這種特性如果不受到外力的震動作用輕易不會造成地質(zhì)災(zāi)害，但是一旦遭受外力，像地震、暴 雨、海嘯、洪水、人類活動等強(qiáng)烈震動作用，就會促使軟弱巖 土 加 速 流 動，導(dǎo)致發(fā)生嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害[1]。因此為能有效防治這種突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估是必要的基礎(chǔ)工作之一。
文獻(xiàn)[2]提出的基于 GIS 的貧困地區(qū)降雨誘發(fā)型地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估，路基填料浸泡特性進(jìn)行了常規(guī)壓縮試驗(yàn)和循環(huán)荷載下的壓縮試驗(yàn)研究，認(rèn)為路基浸水與行車荷載是影響弱變質(zhì)巖路基變形不可忽視的 2 個重要因素; 文獻(xiàn)[3]提出的中國縣域單元地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估，提出地震災(zāi)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害，包括公路沿線崩滑災(zāi)害，劉應(yīng)輝按照“發(fā)育度”、“潛勢度”、“危險(xiǎn)度”和“危害度”的“四度” 遞進(jìn)地質(zhì)災(zāi)害評價(jià)思想對研究區(qū)進(jìn)行了總體評價(jià)和區(qū)劃; 但是以上傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評估模型準(zhǔn)確性不高，預(yù)估時(shí)間準(zhǔn)確性低，逃脫時(shí)間少，導(dǎo)致人員傷亡率和財(cái)產(chǎn)損失傷亡率居高不下，很難幫助人們達(dá)到預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害的目的。因此針對上述問題，建立一個新型的風(fēng)險(xiǎn)評估模型，該模型優(yōu)于傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估模型，能準(zhǔn)確評估出地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)，對防治和減少地質(zhì)災(zāi)害、加強(qiáng)突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測的準(zhǔn)確性、保障國家財(cái)產(chǎn)和人民群眾生命安全、促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)與社會的穩(wěn)定快速發(fā)展等具有重要意義。
1 突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估模型大型
工程建設(shè)是軟弱巖土突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的主要原因。工程建設(shè)必然破壞原有軟弱巖土地質(zhì)地貌，降低了軟弱巖土的力學(xué)性能和穩(wěn)定性，在外力強(qiáng)烈的動態(tài)干擾下極易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害不僅威脅人們的生命安全，還造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。圖 1 為 2011 - 2015 年全國軟弱巖土突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害造成的危害情況。
圖 1 顯示，2011 年全國因軟弱巖土突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害造成的危害極大，傷亡慘重，經(jīng)濟(jì)網(wǎng)損失大， 2012 - 2015 年間，災(zāi)害造成的傷亡人數(shù)和經(jīng)濟(jì)損失下降 50% 左右，由圖 1 可見，因軟弱巖土突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害造成的危害持續(xù)存在，從而看出建立一個軟弱巖土突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估模型的緊迫性。
1. 1 地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估內(nèi)容
軟弱巖土造成的突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害之所以存在風(fēng)險(xiǎn)，最大原因是其具有不確定性。也由此可以判斷出地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)是災(zāi)害發(fā)生頻率、災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)是否穩(wěn)定、人類綜合管理以及社會自身防御能力等綜合作用的產(chǎn)物[4]。因此軟弱巖土地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估的主要內(nèi)容包括災(zāi)害發(fā)生的頻率和災(zāi)后系統(tǒng)的承受能力。
突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估的重點(diǎn)是對災(zāi)害體和承災(zāi)體的評估。地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)存在的唯一條件是由承災(zāi)體所造成的傷害和損失或者當(dāng)承災(zāi)體暴露于災(zāi)害體之下。但是當(dāng)承災(zāi)體不存時(shí)，則視為無風(fēng)險(xiǎn)。圖 2 為易發(fā)性、易損性、風(fēng)險(xiǎn)性三者邏輯組成圖。由圖 2 可知，軟弱巖土地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估內(nèi)容包括 3 個方面: 危險(xiǎn)性分析、易損性分析和期望損失分析。其中前兩者是突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估的基礎(chǔ)，通過這二者的分析可以明確風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積、大致方位、災(zāi)害發(fā)生的時(shí)間等; 而最后一項(xiàng)則是確定地質(zhì)災(zāi)害造成的人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失、地質(zhì)破壞程度等。綜合以上三者的評估值，就可以獲得某地地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)水平[5]。軟弱巖土地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估的內(nèi)容體系如圖 3 所示。
1. 2 評估指標(biāo)的確立
軟弱巖土突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果的準(zhǔn)確性易受到選取的各個評估指標(biāo)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的影響。為保證評估指標(biāo)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，選用 Hadoop 平臺對指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，其處理過程如圖 4 所示。指標(biāo)數(shù)據(jù)處理完成后，需要選取指標(biāo)建立評估模型。軟弱巖土突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)有兩種: 基礎(chǔ)因子和易損因子[6]。前者包括坡度、斷層情況等。后者有道路級別、人口密度和生態(tài)環(huán)境等。
1. 3 評估指標(biāo)分級處理
各評估指標(biāo)明確后，按照不同的分級標(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)行分級量化處理，得到軟弱巖土突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估的 15 個分級圖，其危險(xiǎn)評估指標(biāo)分級量化標(biāo)準(zhǔn)如表 1 所示。而對于易損性評估，參照以往國內(nèi)外對軟弱巖土突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)研究狀況，只選取 6 個指標(biāo)因子進(jìn)行量化分級，如表 2 所示。
1. 4 指標(biāo)權(quán)重的確定
利用美國運(yùn)籌學(xué)家 T. L. Satty 提出的 AHP 方法來確定該模型評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。其步驟主要有以下 3 點(diǎn)。
2 仿真實(shí)驗(yàn)
利用上述建立的軟弱巖土突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估模型對某地進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估。
2. 1 評估區(qū)情況
選取的地質(zhì)災(zāi)害評估區(qū)位于我國西北地區(qū)介于 32°11' ～ 42°57'N、92°13' ～ 108°46' E 之間，大部分位于中國地勢二級階梯上。地處黃河中上游，地域遼闊，地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜[8]。
2. 2 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評估
圖 6 為某地地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)空間分布圖。利用上述軟弱巖土突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評估指標(biāo)及通過 GIS 空間運(yùn)算，對圖中地質(zhì)災(zāi)害各個程度的危險(xiǎn)性進(jìn)行計(jì)算[9]。經(jīng)計(jì)算，圖 6 中高危險(xiǎn)區(qū)面積為 9. 34 萬 km2 ，占該地總面積的 23. 31% ; 中等危險(xiǎn)區(qū)面積為 8. 65 萬 km2 ，，占總面積的 22. 4% ; 低危險(xiǎn)區(qū)面積為和極低低危險(xiǎn)區(qū)面積分別為 36. 2 萬 km2 和 19. 23 萬 km2 ， 一共占全省總面積的 52. 37% 。
2. 3 地質(zhì)災(zāi)害易損性評估
圖 7 為某地地質(zhì)災(zāi)害易損區(qū)空間分布圖。經(jīng)計(jì)算，圖 7 中高易損區(qū)面積為 7. 42 萬 km2 ，占該地總面積的 21. 45. % ; 中等危險(xiǎn)區(qū)面積為 32. 54 萬 km2 ，占總面積的 32. 4% ; 低危險(xiǎn)區(qū)面積為和極低危險(xiǎn)區(qū)面積分別為 35. 32 萬 km2 和 14. 64 萬 km2 ，一共占全省總面積的 54. 38% 。
2. 4 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評估
圖 8 為某地地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)空間分布圖。經(jīng)計(jì)算，圖 8 中高危險(xiǎn)區(qū)面積為 14. 87 萬 km2 ，占該地總面積的 27. 67% ; 中等危險(xiǎn)區(qū)面積為 30. 24 萬 km2 ，，占總面積的 25. 35% ; 低危險(xiǎn)區(qū)面積為和極低危險(xiǎn)區(qū)面積分別為 34. 54 萬 km2 和 32. 87 萬 km2 ，一共占全省總面積的 55. 02% 。
2. 5 地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估
根據(jù)以上對地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性、易損性、易發(fā)性的評估結(jié)果利用 ArcGIS 進(jìn)行疊置分析處理，將該地軟弱巖土突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)程度劃分為 4 個等級，如圖 9 所示。從圖 9 中可以看出，評估區(qū)內(nèi)的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要集中在該地的中部和南部地區(qū)，主要原因是兩地為侵蝕地貌，巖石為變質(zhì)碎屑巖，地質(zhì)松軟，再加上該地主要有鐵路和高速公路等數(shù)條交通干線通過，易發(fā)生突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害; 中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要集中在北部地區(qū)，其中有一條細(xì)中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)帶貫穿南北; 低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)存在于南北中三個地帶，面積較大; 而極地風(fēng)險(xiǎn)區(qū)位于東邊邊界地帶，為侵蝕盆地地貌，人口稀少，無重要的基礎(chǔ)設(shè)施通過，風(fēng)險(xiǎn)性低[10]。
經(jīng)過計(jì)算，該地高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)占地面積 16. 32 萬 km2 ，占總面積的 19. 2% ; 中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)占地 18. 53 萬 km2 ，占總面積的 21. 3% 低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)占地面積為 37. 9 萬 km2 ，占總面積的 45. 7% ; 極低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)占地面積為 10. 52 萬 km2 ，占總面積的 15. 14% 。其評估結(jié)果與該地的實(shí)際調(diào)查情況一致，說明該模型在評估軟弱巖土突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)是可行的。
相關(guān)期刊推薦：《自然災(zāi)害學(xué)報(bào)》Journal of Natural Disasters(雙月刊)1992年創(chuàng)刊，為災(zāi)害學(xué)學(xué)術(shù)性刊物。旨在展示我國災(zāi)害科學(xué)的研究成果，促進(jìn)自然科學(xué)與社會科學(xué)在災(zāi)害科學(xué)方面的結(jié)合。刊登各種自然災(zāi)害和社會科學(xué)在災(zāi)害科學(xué)方面的結(jié)合。刊登各種自然災(zāi)害和發(fā)生機(jī)理、災(zāi)害與人類社會的關(guān)系及其影響、防災(zāi)減災(zāi)系統(tǒng)工程等方面的研究論文。讀者對象為災(zāi)害學(xué)研究工作者、防災(zāi)減災(zāi)專業(yè)技術(shù)人員及相關(guān)專業(yè)大專院校師生。有投稿需求的作者，可以咨詢在線編輯。
3 對比分析
為驗(yàn)證該模型在風(fēng)險(xiǎn)評估方面的準(zhǔn)確性，利用該評估模型與傳統(tǒng)評估模型分別對該地進(jìn)行突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估。為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的客觀性，一共進(jìn)行 8 組對比試驗(yàn)。對比結(jié)果如圖 10 所示。
風(fēng)險(xiǎn)評估包括人工操作時(shí)間、風(fēng)險(xiǎn)評估時(shí)間和風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算時(shí)間。分別采用傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估模型和上文建立的模型進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)。從對比曲線可以分析出，采用傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估模型，實(shí)際評估數(shù)值與實(shí)際數(shù)值誤差大部分都超過 5 km2 ，而且從曲線走勢能夠分析出，誤差波動性較大，因此證明傳統(tǒng)評估模型易受客觀因素影響，一致性差。而上文建立的風(fēng)險(xiǎn)評估模型不僅誤差小，而且在穩(wěn)定性上也表現(xiàn)良好，誤差均 < 3 km2 。
4 結(jié)束語
綜上所述，軟弱巖土造成的突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害一直是我國地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防的重點(diǎn)研究工作之一，其風(fēng)險(xiǎn)評估是此項(xiàng)工作的重要組成部分。傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估模型準(zhǔn)確性不高，預(yù)估時(shí)間準(zhǔn)確性低，逃脫時(shí)間少，導(dǎo)致人員傷亡率和財(cái)產(chǎn)損失傷亡率居高不下，隨著地質(zhì)災(zāi)害程度的逐漸加深，很難達(dá)到人們的要求，因此建立一個新型的突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估模型。該模型能夠有效評估出地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)判災(zāi)害發(fā)生時(shí)間準(zhǔn)確，其準(zhǔn)確度較之傳統(tǒng)評估模型有了很大的提高。
