CN110346537B - 基于构造隆升地块与地貌凸出体判定潜在岩质滑坡的方法 - Google Patents
基于构造隆升地块与地貌凸出体判定潜在岩质滑坡的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于构造隆升地块与地貌凸出体判定潜在岩质滑坡的方法，包括以下步骤：(1)搜集拟判识区域及附近的资料和数据；(2)获取拟判识区域中的构造隆升地块，然后将构造隆升地块的隆升速率与设定速率比较，若隆升速率大于设定速率，则判定该构造隆升地块中含有易滑坡区；(3)将构造隆升地块划分为若干单元格，得出各单元格的坡度，将各单元格的坡度分别与滑坡临界角度进行比较，若某一单元格的坡度大于滑坡临界角度，则该单元格在构造隆升地块中所对应区域属于地貌凸出体，为潜在岩质滑坡易发区。本发明能科学准确判识出潜在岩质滑坡区，为潜在岩质滑坡的防灾减灾提供依据，能更好地保护山区城镇、重大工程和人民生命财产安全。
Description
技术领域
本发明涉及岩质滑坡防治技术领域，尤其涉及一种基于构造隆升地块与地貌凸出体 判定潜在岩质滑坡的方法。
背景技术
岩质滑坡大多沿岩层层面、断裂破碎带、节理裂隙密集带以及强度较低、塑性变形较强的软弱夹层发生滑动。岩质滑坡具规模大、滑速快、突发性等特点，一般地，其造成的灾害损失远超土质滑坡。滑坡的监测预警是防灾减灾的有效手段，已有的以Insar为代表的滑坡监测预警技术可以较好地进行滑坡位移监测并提前预警，然而，监测预警的靶区难以确定，所以这些监测技术常常成为“英雄无用武之地”。潜在的岩质滑坡隐蔽性强，不易识别，常常成为监测预警的空白，防灾减灾难度极大。如：2009年8月9日造成462人死亡失踪的中国台湾小林村滑坡，前期未能识别其潜在灾害风险，同时缺乏有效的滑坡灾害监测预警机制，才导致严重滑坡灾害。2017年6月24日的四川省茂县叠溪镇新磨村高位顺层岩质滑坡灾害造成83人死亡失踪，也同样由于滑坡灾害风险识别不清，缺乏有效的监测预警，防灾减灾投入不足所导致。所以，类似的岩质滑坡具有高位、高隐蔽性等特点，仅靠传统的调查排查和群测群防手段，已很难对灾害隐患进行早期识别和提前发现。因此，人们迫切需要发明一种科学的、操作性强的可识别该类潜在岩质滑坡区的方法，根据判识结果有的放失地加强潜在岩质滑坡隐患点的监测预警，从而保障城镇、重大工程和基础设施的安全。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种基于构造隆升地块与 地貌凸出体判定潜在岩质滑坡的方法，本发明能够科学准确地判识出潜在岩质滑坡区，解决 了现有判识方法的不足，可科学地为潜在岩质滑坡的防灾减灾提供依据，能够更好地保护山 区城镇、重大工程和人民生命财产安全。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于构造隆升地块与地貌凸出体判定潜在岩质滑坡的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)搜集拟判识区域及附近的地质资料、地形资料和地壳隆升GPS监测数据；
(2)根据地质资料获取拟判识区域中的构造隆升地块，然后将构造隆升地块的隆升速率与 设定速率比较，若隆升速率大于设定速率，则判定该构造隆升地块中含有易滑坡区；
(3)将判定含有易滑坡区的构造隆升地块划分为若干单元格，根据地形资料得出各个单元 格的坡度，将各个单元格的坡度分别与该构造隆升地块的滑坡临界角度进行比较，若某一单 元格的坡度大于滑坡临界角度，则该单元格在构造隆升地块中所对应区域属于地貌凸出体， 判定为潜在岩质滑坡易发区。
所述步骤(1)中的地质资料为国家标准分幅的1∶20万比例尺的地质图，地形资料为国家标准分幅的1∶10万比例尺的地形图，地壳隆升GPS监测数据为中国地质调查局所 监测的现代地壳隆升GPS监测数据。
所述步骤(2)中隆升速率根据地壳隆升GPS监测数据分析得出或根据地形图计算得 出。
所述步骤(2)中隆升速率根据如下公式计算得出：
ks＝5.18X-1.46 (1)
S＝ksA-θ (2)
式中X为隆升速率，S为沟道平均坡度，A为沟道上游排水区面积，ks为地形陡度指数，θ 为地形凹陷指数。
所述步骤(3)中构造隆升地块的滑坡临界角度计算方法为：根据地形图提取至少3个构造隆升地块的流域山体岸坡在不同位置的斜坡体纵剖面图，针对每一个斜坡体纵剖面图 每隔100m计算坡体比降，若所计算相邻两段比降的误差超过10％，则定义为该段上游斜坡 体地形发生了陡变，提取其角度值为αi，将所有斜坡体纵剖面图提取的角度值αi加权平均， 即为构造隆升地块的滑坡临界角度α，具体计算公式如下：
式中J为坡体比降，Ji与Ji+1为相邻两段比降，ε相邻两段比降Ji与Ji+1的误差。
所述步骤(3)中依据地形图对构造隆升地块进行单元格划分，单元格的大小依据地 形图比例尺进行划分，1∶1-10万地形图的单元格按为2.5m*2.5m-30m*30m的大小进行划分。
采用本发明的优点在于：
1、本发明通过构造隆升地块与地貌凸出体能够科学准确地判识潜在岩质滑坡区，充分考虑 灾害影响的内外动力因素，其判识结果科学准确，解决了岩质滑坡判识难题，建立了一套具 有区域性特色的基于构造隆升地块与地貌凸出体识别潜在岩质滑坡的方法，符合人们需求。 可科学地为潜在岩质滑坡的防灾减灾提供依据，能够更好地保护山区城镇、重大工程和人民 生命财产安全。
2、本发明提出的潜在岩质滑坡灾害判识方法较为成熟，且判识结果准确，实现了对 潜在岩质滑坡灾害的动态判识，以便于人们进行及时防治。
3、本发明提出的潜在岩质滑坡体判识方法其所依据的地形、地质数据便于获取，分 析手段可操作性强，解决了现有预测方法的不足，能够充分满足人们需求，具有突出的实质 性特点和显著进步，适合大规模推广应用。
4、本发明能够科学地获取区域潜在岩质滑坡的空间分布，科学地为潜在岩质滑坡的 防灾减灾提供依据，能够更好地保护山区城镇、重大工程和人民生命财产安全。
附图说明
图1为实施例1中基于地质资料获取的构造隆升地块的示意图；
图2为实施例1中根据地形资料提取的坡体纵剖面图；
图3为实施例2中基于地质资料获取的西藏波密周边构造隆升地块的示意图；
图4为实施例2中提取滑坡临界角度的示意图；
图5为实施例2得出的易贡扎木弄沟流域中潜在岩质滑坡易发区的示意图；
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种基于构造隆升地块与地貌凸出体判定潜在岩质滑坡的方法，包括以下步 骤：
(1)搜集拟判识区域及附近的地质资料、地形资料和地壳隆升GPS监测数据。其中，地质 资料为国家标准分幅的1∶20万或更大比例尺的地质图，地形资料为国家标准分幅的1∶10 万或更大比例尺的地形图，地壳隆升GPS监测数据为中国地质调查局所监测的现代地壳隆 升GPS监测数据。
(2)根据地质资料获取拟判识区域中的构造隆升地块，然后将构造隆升地块的隆升 速率与设定速率比较，若隆升速率大于设定速率，则判定该构造隆升地块中含有易滑坡区。
具体的，如图1所示，先根据地质图获取拟判识区域中的构造隆升地块，获取到构造隆升地块后，通过如下两种方式获取构造隆升地块的隆升速率，一种是根据地壳隆升GPS监测数据直接获取得到构造隆升地块的隆升速率，由于地壳隆升GPS监测数据其直接监测内容包括地块的垂直向运动速率(即隆升速率)，所以隆升速率可根据地壳隆升GPS监测数据直接读取；另一种是根据地形图结合如下隆升速率计算公式计算得出：
隆升速率与地形陡度指数(ks)具有线性相关关系，如式(1)(Cameron Wobus，etal.2006)， 地形陡度指数(ks)与沟道比降和流域面积相关(Hack，1973；Flint，1974；Howard and Kerby， 1983)，如式(2)：
ks＝5.18X-1.46 (1)
S＝ksA-θ (2)
式中X为隆升速率，S为沟道平均坡度，A为沟道上游排水区面积，ks为地形陡度指数，θ 为地形凹陷指数(取值区间一般为0.45-0.55)；沟道平均坡度S，沟道上游排水区面积A和 地形陡度指数ks均可通过地形图直接得出。
得出构造隆升地块的隆升速率后，将各构造隆升地块的隆升速率与设定速率比较， 若某一构造隆升地块的隆升速率大于设定速率，则判定该构造隆升地块中含有易滑坡区。
本步骤中，构造隆升地块获取通过直接提取地质剖面图得出，根据断层性质，判断其 隆升还是下降。设定速率根据对构造隆升导致的滑坡所属区域的隆升速率统计所得。据统计， 滑坡分布于构造隆升区，且隆升速率大于1mm/a的隆升地块。
(3)将判定含有易滑坡区的构造隆升地块划分为若干单元格，根据地形资料得出各 个单元格的坡度，将各个单元格的坡度分别与该构造隆升地块的滑坡临界角度进行比较，若 某一单元格的坡度大于滑坡临界角度，则该单元格在构造隆升地块中所对应区域属于地貌凸 出体，判定为潜在岩质滑坡易发区。
本步骤中，如图2所示，构造隆升地块的滑坡临界角度计算方法为：根据地形图提取至少3个构造隆升地块的流域山体岸坡在不同位置的斜坡体纵剖面图，该提取为本领域公 知技术，提取后，针对每一个斜坡体纵剖面图每隔100m计算坡体比降，若所计算相邻两段 比降的误差超过10％，则定义为该段上游斜坡体地形发生了陡变，提取其角度值为αi，将所 有斜坡体纵剖面图提取的角度值αi加权平均，即为构造隆升地块的滑坡临界角度α，具体计 算公式如下：
式中J为坡体比降，Ji与Ji+1为相邻两段比降，ε相邻两段比降Ji与Ji+1的误差。
本步骤中，依据地形图对构造隆升地块进行单元格划分，单元格的大小依据地形图 比例尺进行划分，1∶1-10万地形图的单元格按为2.5m*2.5m-30m*30m的大小进行划分。具体的，1∶1万地形图的单元格优选按2.5m*2.5m的大小进行划分；1∶5万地形图的单元 格优选按10m*10m的大小进行划分；1∶10万地形图的单元格优选按30m*30m的大小进行 划分。划分完成后，可采用相关的地理信息系统软件来得出各个单元格的坡度，以arcgis软 件为例，首先，在Arctoolbox里找到“空间分析工具模块Special Analyst Tools”，根据地形 图比例尺的大小，设置空间分析的单元格大小；然后点击该模块下“表面分析工具Surface”，找到“坡度分析工具Slope”，输入地形数据，即可获得相应比例尺对应下的各个单元格的坡度数据。
本实施例所述的判定方法中，若步骤(2)中构造隆升地块的隆升速率大于设定速率， 且步骤(3)中某一单元格的坡度大于滑坡临界角度，则该单元格在构造隆升地块中所对应 区域属于地貌凸出体，判定为潜在岩质滑坡高易发区，属于重点监测对象。若步骤(2)中 构造隆升地块的隆升速率大于设定速率，而步骤(3)中某一单元格的坡度小于滑坡临界角 度，则该单元格在构造隆升地块中所对应区域不属于地貌凸出体，判定为潜在岩质滑坡中易 发区，属于一般监测对象。
本发明的科学依据为：
区域地质构造、构造隆升地块和地形地貌决定潜在岩质滑坡的空间分布。
区域地质构造对潜在岩质滑坡区的影响主要体现为潜在岩质滑坡大多分布于构造隆 升地块。其成因：一方面，地块的相对隆升与下降常常相伴，在其相对隆升与下降的过渡区， 高差可达数十米，地形坡度较陡，一般在40度以上，岩质滑坡广泛分布。另一方面，由于 地块受断层控制，地块边缘附近岩体一般较为破碎，边坡的自稳能力差，在地震或极端气候 条件下，容易失稳导致形成岩质滑坡。由此可见，相对构造隆升地块具有孕育潜在岩质滑坡 的环境。
潜在岩质滑坡大多分布于构造差异的隆升区。一方面，构造差异的隆升区一般伴随 着强烈的河谷下切，造成区域内斜坡陡峻，坡体具有较大的重力势差，具有较大的能量基础。 从系统论角度出发，地球内动力作用下地壳隆升是一个势能增加的过程，总是要在外营力 (崩塌、滑坡等)作用下将势能消减，从而达到一种相对平衡状态。另一方面，构造差异的 隆升区伴随着岩体的变形与构造结构面的不断发育，岩体受构造风化作用容易产生裂隙破碎 失稳。由此，岩质滑坡的发生是地壳隆升的必然结果，是地貌演化效应的外在体现。Larsen I J研究表明：滑坡的发生是对地貌隆升的响应，当地貌隆升到一定程度超过斜坡体稳定的 临界坡度就会导致滑坡产生(Larsen I J，2012)。如：云南滑石板滑坡就是在玉龙-哈巴雪山断 块以2mm/a隆升速率的背景下地球内外动力耦合作用的结果(张西娟，2006)；Roering J J 研究表明美国加利福利亚州西部海岸沿线大量的岩质滑坡也是由于海岸山脉和内华达山脉的 隆起所导致，平均每年抬升1-5mm(Roering J J，2015；BennettG，2016)。阿尔卑斯山周边近 年来大型滑坡的增多也与其构造隆升有较强的耦合关系(Korup O，2009)。所以，依据地壳 的差异隆升来判断潜在的岩质滑坡区域具有较强的科学基础。
区域构造形态、构造隆升为潜在岩质滑坡的形成提供最大的可能性，而凸出地形地 貌条形成了有效临空面，为最易滑动的潜在岩质滑坡体。如四川越西县普雄河左岸由于易滑 地层软弱结构面向河岸凸出倾斜滑坡广泛分布，而右岸软弱结构面向山内倾斜而很少发生滑 坡。Blothe J H的研究指出喀拉昆仑山脉的兴都库什河流域大量滑坡正是从地貌凸出体演变 而来(Blothe J H，2015)。Jing B L对局部不规则地形地震动效应研究表明，孤立凸出地形对瑞 利波通过时比体波具有更加显著的响应，即更容易发生崩滑(JingB L，1996)。而申通对重庆 小南海滑坡的滑动机制研究表明：小南海滑坡控制结构面的高陡凸出地形放大了地震作用， 使得陡倾结构面迅速拉裂产生滑移，最终导致坡体失稳(申通，2014)。所以，凸出的地形地貌 在外动力作用影响容易导致滑坡。
实施例2
本实施例结合已发生岩质滑坡灾害实例对实施例1进行详细说明。具体如下：
2000年4月9日，西藏易贡扎木弄沟流域一潜在巨型岩质滑坡体发生了滑坡，此次滑坡造 成易贡藏布被堵断形成堰塞湖，而堰塞湖水位的不断上升，导致了堰塞湖发生溃决。堰塞湖 溃决导致中国境内5个村庄和乡镇，6000多人，5座桥梁受灾，1.4亿元人民币的损失，印 度9个邦受灾，200多人死亡。
在上述基础上，所述潜在岩质滑坡区的判定方法为：
(1)搜集拟判识区波密及波密周边的1∶20万波密幅、通麦幅和边坝幅国家标准分幅地质 图、1∶10万波密幅、通麦幅和易贡幅国家标准分幅地形图和2001年以来的西藏地壳隆升 GPS监测数据。
(2)依据西藏地壳隆升GPS监测数据，借助Arcgis空间分析工具，生成波密周边 地壳隆升下降分区图，如图3所示，从图中可知易贡扎木弄沟所在的流域为构造隆升地块区，隆升速率在10mm/a以上，大于设定速率1mm/a，说明该流域存在易滑坡区。
(3)依据易贡扎木弄沟流域地形数据，提取该流域滑坡体发生崩滑的滑坡临界角度 α，约为34°，如图4所示。根据地形图将判定含有易滑坡区的构造隆升地块划分为若干单元格。运用Arcgis软件，依据地形图生成坡度分布图，得出各个单元格的坡度，将各个 单元格的坡度分别与该构造隆升地块的滑坡临界角度α进行比较，若某一单元格的坡度大于滑坡临界角度α，则该单元格在构造隆升地块中所对应区域属于地貌凸出体，判定为潜在岩质滑坡易发区。如图5所示，白色划线范围，即为2000年扎木弄沟巨型潜在岩质滑坡体。 滑坡发生后，滑面的山体坡度降到34度以下，就不属于地貌凸出体，但扎木弄沟所在区域 地壳隆升速率为12.91mm/a，为潜在岩质滑坡中易发区。
Claims (2)
1.一种基于构造隆升地块与地貌凸出体判定潜在岩质滑坡的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)搜集拟判识区域及附近的地质资料、地形资料和地壳隆升GPS监测数据；
(2)根据地质资料获取拟判识区域中的构造隆升地块，然后将构造隆升地块的隆升速率与设定速率比较，若隆升速率大于设定速率，则判定该构造隆升地块中含有易滑坡区；
(3)将判定含有易滑坡区的构造隆升地块划分为若干单元格，根据地形资料得出各个单元格的坡度，将各个单元格的坡度分别与该构造隆升地块的滑坡临界角度进行比较，若某一单元格的坡度大于滑坡临界角度，则该单元格在构造隆升地块中所对应区域属于地貌凸出体，判定为潜在岩质滑坡易发区；
所述步骤(1)中的地质资料为国家标准分幅的1：20万比例尺的地质图，地形资料为国家标准分幅的1：10万比例尺的地形图，地壳隆升GPS监测数据为中国地质调查局所监测的现代地壳隆升GPS监测数据；
所述步骤(2)中隆升速率根据地壳隆升GPS监测数据分析得出或根据地形图计算得出；
所述步骤(2)中隆升速率根据如下公式计算得出：
ks＝5.18X-1.46 (1)
S＝ksA-θ (2)
式中X为隆升速率，S为沟道平均坡度，A为沟道上游排水区面积，ks为地形陡度指数，θ为地形凹陷指数；
所述步骤(3)中构造隆升地块的滑坡临界角度计算方法为：根据地形图提取至少3个构造隆升地块的流域山体岸坡在不同位置的斜坡体纵剖面图，针对每一个斜坡体纵剖面图每隔100m计算坡体比降，若所计算相邻两段比降的误差超过10％，则定义为该段上游斜坡体地形发生了陡变，提取其角度值为αi，将所有斜坡体纵剖面图提取的角度值αi加权平均，即为构造隆升地块的滑坡临界角度α，具体计算公式如下：
式中J为坡体比降，Ji与Ji+1为相邻两段比降，ε相邻两段比降Ji与Ji+1的误差，Hi为相邻两个间隔100m的间隔段的高程差。
2.根据权利要求1所述的基于构造隆升地块与地貌凸出体判定潜在岩质滑坡的方法，其特征在于：所述步骤(3)中依据地形图对构造隆升地块进行单元格划分，单元格的大小依据地形图比例尺进行划分，1：1—10万地形图的单元格按为2.5m*2.5m—30m*30m的大小进行划分。
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