连志鹏，徐　　勇

LIANZhi-Peng，XUYong

（中国地质调查局武汉地质调查中心，武汉430205）

（Wuhan Center of China Geological Survey，Wuhan 430205，Hubei，China）

鄂西南地区单体滑坡灾害风险分析——以五峰县盐业公司滑坡为例

连志鹏，徐勇

LIANZhi-Peng，XUYong

（中国地质调查局武汉地质调查中心，武汉430205）

（Wuhan Center of China Geological Survey，Wuhan 430205，Hubei，China）

鄂西南地区是我国滑坡地质灾害高发区之一，单体滑坡灾害风险一直是该区滑坡研究领域的重点和难点。本文以鄂西南地区五峰县盐业公司滑坡为例，分析了滑坡在不同暴雨工况下稳定性；研究了区内承灾体易损性；定量计算了不同暴雨工况研究区内建筑物及室内人员风险值。研究结果表明：随着降雨量不断增大，滑坡稳定性降低，研究区内建筑物和室内人员风险值也随之不断增大，在50年一遇暴雨工况下，研究区单栋建筑物最大风险值达到39.54万元，室内人员风险值达到7.41人，总经济风险值达到657.912万元，总室内人员风险值达到29.49人，按照国际上个人容许风险值标准将人口风险划分为风险极高区和风险高区。结合GIS平台直观地展示了风险值的详细情况及其变化规律，为决策部门作出最优决策方案提供参考依据。对于山区发展中城市规划和工程选址及地质灾害防治具有一定的参考意义。

滑坡；风险分析；易损性；GIS；鄂西南地区

1　前言

滑坡灾害风险评价是土地规划和防灾减灾有效的方式之一［1-2］。目前，国内外已形成比较成熟的滑坡风险管理体系，如澳大利亚地质力学学会（AGS，2007）［3］建立的一套由风险分析、风险评估和风险管理3个层次构成的滑坡灾害风险管理体系。在国内，地质灾害风险管理一直没有被纳入到政府土地利用规划体系，仅限于学术界的研究，最早的国土资源经济研究院从20世纪90年代起一直致力于地质灾害易损性分析、风险评价、经济评价的理论与方法研究。周寅康（1995）［4］从概念上表达了自然灾害风险评价体系，其包含自然灾害评价模型、风险区承灾体抗灾性能模型以及风险区承灾体价值的评价模型三个部分。张梁（1996）［5］。黄崇福（1999）［6］、彭满华等（2001）［7］、马寅生等（2004）［8］、谢全敏等（2005）［9］以地质灾害危险性分析、承灾体易损性分析和破坏损失分析三个模块建立了地质灾害风险评价体系，该体系考虑了灾害在不同强度时承灾体的破坏率。近年来，石菊松，吴树仁等［10-11］提倡实用性技术方法和GIS技术的推广应用，从数据获取与更新、风险评估方法与制图、风险准则与技术方法体系和结果的验证等方面进行了详细的论述，并提出了相应的对策。杜娟［12］提出了滑坡变形阶段和失稳阶段的滑坡灾害破坏作用强度及承灾体脆弱性分析的单体滑坡灾害易损性评价模型。陈丽霞［13］以赵树岭滑坡为例，研究了库岸单体滑坡变形和失稳阶段的滑坡风险。相对于已经发展较为成熟的大尺度区域风险研究，单体滑坡灾害风险一直是滑坡研究领域的重点和难点。

鄂西南地区是我国地质灾害高发区之一，自上世纪90年代开始，逐步对该区域进行了地质灾害方面的调查及研究工作。但是目前鄂西南地区滑坡灾害定量风险评价文献资料较少，多以地质灾害与岩土体关系、滑坡灾害形成机理及降雨与滑坡关系等研究为主［14-17］，近几年有少量区域风险评价多为定性与定量相结合的方法［18］，王宁涛等［19］使用信息量模型对五峰县地质灾害易发性作出了评价，但结果较为粗略，未能对该区单体滑坡提供参考。本文以五峰县盐业公司滑坡为例，定量计算了单体滑坡在不同暴雨工况下（10年、20年、50年）的总风险值及滑坡年风险值，为研究区防灾减灾提供了参考价值，并对后续山区单体滑坡定量风险评价有一定的借鉴意义。

2　滑坡危险性分析

2.1滑坡概况

五峰县盐业公司滑坡为一土质滑坡，滑坡平面形态为半圆形，总体地形坡度30°，主滑方向298°，纵剖面呈折线形，前缘高程600 m，后缘高程635 m，滑坡体纵长260 m，横宽250 m，面积6.5×104m2，平均厚15 m，总体积97.5×104m3。滑坡后缘由于滑落变形，形成高1.5 m的后缘壁，局部可见滑床基岩露头。滑体由残坡积松软粘性土夹瘤状灰岩块石组成，残坡积土体结构松散，易接受大气降水入渗补给；下伏瘤状灰岩层面表面平整光滑、发育有浅层溶蚀凹坑及泥化现象，相对隔水性能良好，构成滑床面；沿基岩层面分布的饱水粘性土构成滑带，厚10～30 cm，滑坡平剖面图见图1-2。

盐业公司滑坡活动变形始于1967年雨季，表现为表层土体蠕动变形，1987年5月1日暴雨，发生整体顺坡向坍滑，滑体物质堵塞沿河东路街道、损坏坡脚建筑物，最大滑距达12 m。近年来，滑体北侧出现5～20 cm的拉裂缝，滑坡体上段局部产生坍滑，滑坡前缘坡脚挡土墙局部出现外鼓倒塌，滑坡体稳定状态正在恶化之中。目前滑坡变形主要表现为北侧地面拉裂缝，上段局部坍滑，前缘坡脚挡土墙局部出现外鼓等，滑坡整体处于蠕滑变形阶段。近期裂缝有逐渐扩大的趋势，目前处于欠稳定状态，在强降雨作用下存在整体滑动的可能。

2.2滑坡危险性分析

2.2.1降雨极值分析

降雨型滑坡的发生与复活与雨型、雨强和降雨历时等因素有关，通过对五峰县地质灾害数据库与降雨因子进行相关性分析，发现五峰地区的滑坡与5日累计降雨量最相关，且与暴雨的相关性系数最大，表明暴雨对滑坡灾害的影响最大。例如，在2007年6月21日至22日的暴雨造成降雨量达190 mm，直接导致32处滑坡的发生。

降雨型滑坡发生概率研究主要集中在与滑坡发生相关性降雨特征的极大值分布分析上。极大值分布函数有三种类型：指数型、柯西型和有界型。当原始分布为指数型分布时，其样本极值为指数型的渐进分布（Gumbel分布），多用于气象和水文的极值分布研究。可将Gumbel分布写成如下形式［20］：

图1　盐业公司滑坡工程地质平面示意图Fig.1 Geological plane map ofYanyegongsi landslide

图2　盐业公司滑坡工程地质剖面示意图Fig.2 The cross-section ofYanyegongsi landslide

要计算降雨极值，首先要对公式中的参数进行估计，采用Gumbel法对参数进行估计。某一重现期为T的极值降雨强度可用下式计算

根据五峰县1983年至2012年的降雨数据进行统计分析，并对历史记录的有暴雨的5日累计降雨量进行分析，5日累积降雨量30年平均值为111 mm［21］。采用上述公式计算重现期为10年、20年、50年一遇5日累计降雨量，计算结果如表1：

表1　五峰县不同重现期5日累积降雨量Table 1 Cumulative rainfall at different return period

表2　滑坡滑带土稳定性计算参数建议值Table 2 Suggested parameter of landslide stability analysis

2.2.2计算工况与计算参数

选取图1剖面作为稳定性计算剖面，根据滑坡区内岩土体结构、变形迹象、成因机制等因素进行稳定性计算，计算工况如下：

工况1：自重（天然工况）；

工况2：自重+10年一遇暴雨工况；

工况3：自重+20年一遇暴雨工况；

工况4：自重+50年一遇暴雨工况；

根据室内剪切试验数据、反演分析成果并结合临近地区工程地质类比数据［21］，最终确定滑坡稳定性计算参数的建议值见表2。

2.2.3滑坡渗流场数值模拟

采用Geostudio软件数值模拟分析不同降雨工况下的滑坡渗流场情况。根据滑坡勘查资料显示，坡体的结构总体呈松散-稍密状，孔隙发育，透水性较好，易接受大气降水入渗补给，根据土工试验结果滑体粉质粘土夹碎块石的饱和渗透系数为4.05×10-5m/s，饱和体积含水量为0.3 m3/m3。由于下伏瘤状灰岩层面表面平整光滑，相对隔水性能良好，这里假设此层为隔水层，不出现稳定水位，渗流模拟时只考虑滑体水位。根据钻孔资料，盐业公司滑坡在高程609～627 m附近地下水位埋深1.2～2 m，滑坡整体覆盖层较薄，约4～8 m，结合渗流反分析，得到滑坡的稳定流初始渗流场。在此基础上，分别模拟10年、20年、50年一遇5日累积降雨的滑坡瞬态渗流场，图3为工况4下50年一遇暴雨时滑坡地下水分布情况。

2.2.4滑坡稳定性分析

在滑坡渗流场分析的基础上，耦合slope模块对不同工况下滑坡的稳定性和破坏概率进行计算，结果如表3。

表3　不同工况下稳定系数与破坏概率Table 3 Factor of safety and failure probability in different conditions

计算结果表明，当滑坡处于天然工况下，稳定系数最高，达到1.310，破坏概率最低，为0.5%，处于稳定状态。稳定系数随着降雨量的增大不断降低，破坏概率也随之不断增大，当处于50年一遇暴雨工况下，破坏概率为52.00%，极有可能发生滑动破坏。

3　承灾体易损性分析

3.1承灾体调查

滑坡所威胁的承灾体是在收集当地人口资料及野外详细调查的基础上确定的，主要威胁对象为：盐业公司、派出所、民房、街道等391人，承灾体详细调查如下表4。据野外调查和资产评估方法，获取各类承载体的单位价值，用以进行经济损失风险评估，主要涉及居民住宅、室内财产、土地价值及公路造价，土地价值以当地物价局为准。通过一项对房屋居住的调查显示，在其中一间房子中每年居住365天，每天呆18的小时，人员的最大风险时空概率为PS:T=0.75。

3.2滑坡影响范围与分区

表4　滑坡范围内经济类承灾体实地调查表Table 4 Field survey of Economy bearing body within landslide area

综合考虑滑坡地质条件、地形地貌特征及建筑物布局，若滑坡发生滑动，紧邻滑坡坡脚的建筑物对滑体有阻碍作用，减弱了滑体的冲击力和继续前进的可能性。盐业公司滑坡滑体较薄，历史记录其1987年滑动最大滑距为12 m，根据该滑坡历史变形破坏后滑动距离的类比，推测滑移距离最远至天池河，最近为紧邻坡体的建筑区。根据滑坡滑移距离推测和影响范围，滑坡到达角α的最大值和最小值分别为25°和22°，相应的滑坡到达承载体的概率P（T:L）为0.88和0.12。根据斜坡结构特征、滑动距离及承载体分布特征，将滑坡影响范围内分成4个区：整个滑坡体作为第1区，坡脚第一排建筑物为第2区，沿河东路及第二排建筑区为第3区，滑坡的后扩范围为第4区，滑坡的后扩范围根据地形地貌、现场调查及工程地质经验得到，具体分区如图4。

3.3建筑物易损性

单体易损性的研究是滑坡领域的研究热点和难点，Uzielli提出了考虑滑坡强度和承灾体本身脆弱性的易损性评价公式［22］：

式中I指滑坡灾害作用强度，S指承灾体脆弱性。

杜娟和殷坤龙（2012）对承灾体的脆弱性和灾害作用强度做了有意的探索，主要从建筑物的结构类型S_str、维护状况S_mai、使用年限S_ser及滑坡作用力方向与建筑物轴向的夹角S_dir等方面来评价建筑物脆弱性，计算模型如下所示［4］：为承灾体的脆弱性指标。

图3　工况4下滑坡渗流场Fig.3 Seepage field in condition 4

考虑滑程内各点处运动滑体的最大冲击力及最大深度，滑坡失稳时灾害体作用强度评价模型可用下式计算：

式中，Ifai-s为滑坡失稳时对建筑物的作用强度；Ipre为滑坡冲击力指标；If-dep为运动滑体厚度指标。

根据盐业公司滑坡体上建筑物的分布特征和滑坡体的强度特征，对承灾体的易损性进行了简化处理，具体如下：

（1）1区建筑物在滑体前缘规则排列，多为3～5层砖混结构，维护状况较好，滑体冲击力与建筑物轴向夹角接近于0～5°，两类建筑物参数具体取值见表5-6，根据公式（3）～（5）计算建筑物的易损性值。

（2）滑坡体上的建筑物由于滑坡的整体破坏易于整体倒塌破坏，故易损性取1。

（3）由于2区建筑物的阻挡作用，会减小对3区建筑物的冲击力，3区建筑物的易损性值会降低，综合取该区的建筑物易损性为0.1。

（4）滑坡后缘的房子里滑坡后壁较近，在滑坡发生后建筑物易于受到损失，建议4区的建筑物易损性定为0.1。

表5　建筑物易损性评价参数Table 5 The parameters of the buildings

表6　建筑物易损性分析结果Table 6 The vulnerability of the buildings

图4　滑坡影响范围分区示意图Fig.4 Landslide influence and division zoning

3.4人员易损性

室内人员的易损性随建筑物的易损性增加而增加，在滑坡体上由于滑坡的整体下滑，人员的易损性最高，即1区人员的易损性取1；2区为滑坡下滑时直接冲击区，室内人员躲避灾害时间短，人员的易损性定为0.3；由于2区建筑物的阻挡作用，3区室内人员的易损性最小，取值0.05；由于滑坡发生到滑坡不断后扩有时间间隔，建议4区室内人员的易损性取0.05。

4　滑坡风险分析与评价

风险可定义为一定区域一定时间段内，由滑坡灾害造成的人员伤亡和财产损失。滑坡的经济风险评价模型可采用下式计算［23］：

式中，R（prop）为滑坡造成财产年损失；P（L）为滑坡的发生频率，可用年破坏概率表示；P（T:L）为滑坡到达承灾体的概率；P（S:T）承灾体的时空概率；V（prop:S）为承灾体易损性；E承灾体价值。滑坡造成的社会风险，即滑坡造成的人员伤亡年概率可按下式计算：

式中，P（LOL）为人员死亡年概率；V（D:T）为人员易损性。

4.1室内人员风险

该滑坡影响范围内共396人居住，其中27人位于1区，179人位于2区，178人位于3区，12人位于4区。通过对居民对房屋居住情况的调查显示，按照最大的人员风险估算，假设每人每天有18小时待于房屋内，时空概率为P（S:T）=0.75。根据以上公式和计算结果，则可分别计算出不同工况下室内人口风险值，详细计算情况如下表7:

由上表结果可看出，随着暴雨重现期的增大，滑坡区内室内人员风险也随之增大，50年一遇暴雨工况下室内人员的风险值最大，达到29.493人。

4.2滑坡经济风险

由于滑坡范围内经济类承灾体的位置固定不变，其时空概率都取为1。按照表4及表5承灾体经济价值调查结果和规定，根据财产计算公式可计算滑坡不同区域、不同工况下的财产损失，详细计算结果见表8。

结果表明，随着降雨重现期的增大，滑坡经济风险值不断增大，在50年一遇暴雨工况经济风险达到657.912万元，其中土地风险值为431.327万元，房屋及其室内财产风险值为219.786万元，省道及县道公路风险值为6.799万元，其它间接经济损失均未计算在内。为了使得滑坡风险值直观展现且便于决策部门作出最优决策方案，将建筑物及室内人员风险值展示如下图5。

表7　三种工况滑坡室内人员风险值计算表（人）Table 7 Three conditions of landslide risk of people indoor

表8　三种工况滑坡经济风险值计算表（万元）Table 8 Three conditions of landslide risk of economic

4.3滑坡年风险值

滑坡年风险值是滑坡发生年概率与期望损失的乘积。Wu和Chen（2013、2015）把特定降雨事件的年超越概率作为降雨发生概率，根据不同降雨重现期下滑坡发生的破坏概率与降雨年超越概率的关系建立频率曲线，曲线下方的积分面积则为滑坡发生的年概率［24］。因此，可建立10年、20年和50年降雨重现期下盐业公司滑坡发生概率与降雨年超越概率的曲线关系，计算出滑坡年发生概率为11.88%。同理，根据10年、20年和50年降雨重现期下滑坡总风险值与降雨年超越概率的关系，分别建立人口总风险和财产总风险与年超越概率的关系曲线如下图6、7所示，曲线下方的积分面积则为滑坡的年风险值，计算可得室内人员年风险值为6.738人，经济年风险值为151.826万元。

4.4风险分析

根据国际上滑坡的容许个人风险为1×10-4/年，可接受风险为低于容许风险1个量级的标准，把滑坡的可接受个人风险定义为1×10-5/年，可参考国际上关于地质灾害单人风险的划分，把单人风险按照人员年伤亡概率的大小划分为五级，具体可见表9。盐业公司滑坡年均概率为11.88%，可计算得出单人风险1区为8.9×10-2/年，2区为2.4× 10-2/年，3区为3.1×10-4/年，4区为2.2×10-3/年。1区、2区和4区为风险极高区，3区为风险高。

5　结论与建议

本文以鄂西南地区的五峰县盐业公司滑坡为例，对单体滑坡风险定量分析进行了研究，结果表明：

表9　滑坡灾害单人风险分级表Table 9 Single risk classification table of Landslide Hazard

图5　不同降雨工况下滑坡室内人员与经济风险值变化展示图Fig.5 Risk Change ofpopulation and buildings at different scenarios

图6　盐业公司滑坡概率～室内人员损失曲线图Fig.6 Yanyegongsi landslide probabilitytothe personnel loss graph

图7　盐业公司滑坡概率～经济损失曲线图Fig.7 Yanyegongsi landslide probabilitytoeconomic loss graph

（1）通过数值模拟的方法，模拟了盐业公司滑坡四种工况下滑坡渗流场特征，进一步计算出滑坡稳定性状况，结果表明天然工况下滑坡稳定，随着降雨量的持续增大，滑坡稳定性逐步降低，破坏概率逐步增大；在50年一遇暴雨工况下滑坡呈现欠稳定，破坏概率达到60.2%。

（2）通过对滑坡易损性的计算，得到滑坡3区为易损性最小区，区内的人员易损性建筑物的易损性均最小。

（3）从人口和经济两个方面分析了单体滑坡的风险，按地质灾害以人为本的原则，对滑体上按区域进行单人风险分析，单人风险1区为9.24×10-2/年，2区为2.8×10-2/年，3区为6.3×10-4/年，4区为4.6×10-3/年，1区、2区和4区均超过10-4/年，为风险极高区，3区为风险高区。

（4）通过GIS平台，直观地展示了滑坡风险值的详细情况及其变化规律，为决策部门作出最优决策方案提供参考依据，同时对山区发展中城市规划和工程选址及地质灾害防治具有一定的参考意义。

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Risk analysis of individual landslide in Southwest of Hubei province，Southwestern Hubei:A case of yanyegongsi landslide.Geology and Mineral Resources of South China，2016，32（3）:249-257.

Lian Z P，Xu Y.

Southwest of Hubei province is the area with high incidence of geological disasters.In the assessment of landslide risk，the individual landslide is still an important and difficult issue.Yanyegongsi landslide in WufengCounty，as an example，the landslide stabilitywas analyzed in different storm conditions，the vulnerability of the disaster bearing body was studied，the buildings and personnel risk value were calculated quantitatively a t the different stormconditions in this area.The results shows that the risk of buildings and people indoor increases with the increasingofrain.When a 50-year stormoccurs，the maximumloss ofa single buildingis 395，400 yuan，and 7.41 people indoor loss.The total loss of buildings is 6，579，120 yuan，and 29.49 persons loss indoor.According to the tolerable risk criteria，the annual risk of casualty can be divided into very high and high.The risk change ofbuildings and person were directlyshown in the 3D model in ARCGIS platformin order tooffer a reference value，which helps government solve the problems quickly，develop urban planning and geological disaster prevention in the mountainous urban.

landslide；risk analysis；vulnerability；GIS；Southwest Hunan province

中图分类法：P642.22；P694A章编号：1007-3701（2016）03-249-09

10.3969/j.issn.1007-3701.2016.03.007

2016-4-14；

2016-6-24.

中国地质调查局“鄂西南地区重点城镇地质灾害风险评估（12120113007900）”项目.

连志鹏（1985—），男，硕士，工程师，主要从事地质灾害方面的研究，E-mail:lianzhipeng1985@163.com.