段炼　王璨

摘 要：本次研究充分利用已有地质资料，结合野外调查结果，分析研究了张家界城市核心组团南庄坪组团内地质灾害发育的特点，将研究区划分为滑坡、崩塌2类不同灾种的风险评价区，针对灾害成生特点，选取了不同评价单元、指标、方法，开展了地质灾害风险评价。其创新点：（1）将栅格单元与斜坡单元相结合;（2）风险评价的结果不仅仅是划分风险区，而是具体到建筑物、道路的不同路段、人口分布、财产分布。提高了城镇重要地区的地质灾害风险评价的精细化程度，能更好的指导地质灾害的风险管控。

关键词：城市核心组团;栅格单元;斜坡单元;稳定概率;破坏概率;经济风险

中图分类号：P642 22 文献识别码：A 文章编号：1672-5603（2022）03-21-08

Risk Assessment of Geological Hazards in the Core of Zhangjiajie City-Nanzhuangping

Duan Lian Wang Can

（1. Hunan Geological Survey Institute， Changsha Hunan 410116;

2. Hunan Geological Disaster Investigation and Monitoring Institute， Changsha Hunan 410009）

Abstract： This study made full use of the existing geological data， combined with the field survey results， analyzed and studied the characteristics of the development of geological disasters in Zhangjiajie urban core area and Nanzhuangping area， divided the study area into two types of risk assessment areas： landslide and collapse， and selected different assessment units， indicators and methods to carry out the risk assessment of geological disasters according to the characteristics of disasters. Its innovations are as follows： firstly， the grid element is combined with the slope element; Second， the results of risk assessment are not only the division of risk areas， but also specific to different sections of buildings and roads， population distribution and property distribution. It improves the refinement of geological disaster risk assessment in important urban areas， and can better guide the risk management and control of geological disasters.

Keywords： urban core area; grid cells; ramp unit; stability probability; failure probability; economic risk.

1 研究區概况

1.1 孕灾地质背景条件

南庄坪组团为张家界市以市政府地块为核心的行政办公组团，规划区内形成了“一带三轴六区”的空间结构。滨临澧水河风光带，是张家界市的行政办公区、旅游服务接待区、商业居住区、配套服务区、个体商业区、体育公园区。

研究区属丘陵、冲积平原类型地貌，地势南高北低，海拔180～809 m。区内出露地层主要有白垩系、志留系及第四系。志留系地层主要为龙马溪组，岩性为页岩、粉砂质页岩、风化破碎。白垩系洞下场组含砾砂岩分布在中部，裸露基岩易风化，节理裂隙较发育，覆盖厚约0.5～2.0 m的含砾粘土。第四系主要分布于山坡下部、缓坡、山麓、冲沟中，主要为碎石土、含砾粉质粘土及砂卵石。

1.2 地质灾害发育特征

研究区地质灾害类型主要有滑坡、崩塌两大类。规模虽小，但发育在人类活动地区，因此对安全影响巨大，存在重大隐患[1]。

崩塌主要发育在场地的西部，沿省道S306东南侧发育，特点是数量多，规模小，对交通安全产生了较大的影响。这主要是由于此处的地层岩性所致。路旁地层为志留系龙马溪组页岩和粉砂岩，硬度相对较低，易于破碎，再加上风化作用和人类开凿修建活动的影响，最终导致沿路存在大量小型崩塌。而且公路东南侧的斜坡较为高陡，当发生崩塌时，块体的速度和动能较大，即使规模较小，破坏力仍然很强，对过往的车辆造成巨大威胁[2]。

滑坡主要发育在研究区的东部丘陵区的沟谷人类切坡活动强烈处，如南庄坪街道三眼桥村干柴峪滑坡。该滑坡发生时间为2003年7月1日，毁坏房屋2间，毁坏道路10 m，造成直接经济损失10万元，目前仍处于不稳定状态。该滑坡属于推移式滑坡，规模为小型。其所处地层为白垩系洞下场组，岩性为泥岩，较为软弱，经过风化后可形成土壤，遇暴雨容易形成滑坡。原始斜坡坡度为31°，斜坡结构类型为横向斜坡[3～5]。主滑方向232°，滑坡体为碎屑，滑体厚度2.5 m，体积为2 100 m3。主要由于人工活动引起。

由于崩塌和滑坡的形成原因和作用范围不同，本次研究将南庄坪场地总研究区划分为滑坡风险评价研究区和崩塌风险评价研究区，如图1所示[6]。

2 滑坡地质灾害风险评价

2.1 评价单元划分

本次研究的评价单元采用栅格单元与斜坡单元结合的方式：考虑50年重现期暴雨工况，一方面，基于GIS系统将整个滑坡地灾研究区划分为5 m×5 m栅格单元，共143 357个;另一方面，根据坡体形态、斜坡及岩土体结构、地貌特征、水文单元等特征将此区分为39个斜坡单元，如图2所示。

采用无限斜坡模型分别计算出每个栅格单元的稳定系数，统计每个斜坡单元内不稳定栅格数，将不稳定栅格数与每个斜坡单元内栅格总数的比值作为每个斜坡单元的破坏概率。

2.2 斜坡单元破坏概率

坡度直接影响斜坡的稳定性，是斜坡稳定性分析的重要因素。以DEM作为基础数据，应用GIS空间分析求解地形坡度数据。根据斜坡坡度划分标准，将整个场地按斜坡坡度划分为四类：缓坡（0～15°）、中等坡（15～30°）、陡峻坡（30～45°）、陡坡（>45°），统计不同斜坡类型的面积与所占整个区域的比例，图3为整个场地内的斜坡坡度分布图，缓坡所占比例为42.36%，中等坡所占比例为42.21%，陡峻坡所占比例为14.76%，陡坡相对分布较少[7～8]。

在斜坡坡度分布分析的基础上，可以计算每个栅格单元的稳定性系数。根据郑颖人院士根据稳定系数对斜坡稳定状态的分类，可以把整个场地按照稳定性系数的大小分为：不稳定（Fs≤1），潜在不稳定（1将各个斜坡单元内不稳定栅格数与各个斜坡单元内的栅格数的比值作为其破坏概率，得到39个斜坡单元的破坏概率，如图5所示。

其中，13号和37号斜坡单元破坏概率相对其他斜坡较大，依次达到了48.80%和44.00%，23号和22号斜坡单元次之，依次为39.20%和34.30%，有18个斜坡单元破坏概率小于10.00%。

2.3 承灾体易损性分析

大部分承灾体地处南庄坪场地中部和南部，是场地南部的建筑尤其密集，这些建筑均在滑坡影响范围内。根据遥感数据解译和现场调查核实，研究区内共有374栋建筑物，大部分分布在较为平缓的地区，少数分布在坡面之上。建筑物主要包括居民房屋、办公楼、学校、酒店等，其中居民房屋占大多数，约为82%，主要为砖混结构;酒店等旅游设施次之，约为12%，办公楼和学校建筑数量较少。

综合考虑结构类型、维护状况、使用年限等因素，得到最终的承灾体易损性，如表1所示。

2.4 滑坡风险分析

本次研究集中于滑坡每年对其所在范围内的财产造成的风险，称为滑坡年风险，计算公式如下：                                              本次研究中，破坏概率即为滑坡失稳概率，到达概率和时空分布概率均设为1.0，上节得到易损性值。另外，根据实地调查并结合当地建筑物单方造价，得到了每个建筑物的框架价值，即为承灾体价值。将这些数据按上式计算，最终得到滑坡年風险。

按照风险损失值的大小对研究区进行分区，并谱上不同的颜色以区别整个场地的风险值差异。图6展示了研究区滑坡在50年建筑物风险值的情况。

根据滑坡风险分析结果，其风险主要分布在不稳定斜坡的前缘，斜坡前缘一带建筑物风险值高，可在斜坡坡脚开挖处设置抗滑桩、挡土墙等工程防治措施。

3 崩塌地质灾害风险评价

3.1 崩塌易发性评价

3.1.1   评价方法的选取

3.1.2   评价因子的选择与确定

本次评价基于搜集到的数据和野外调查资料，利用ARCGIS技术提取出对高程、坡度、坡向、道路、河流等相关因子，建立起区域地质灾害易发性评价指标体系。

（1）高程

崩塌的发生与其分布高程密切相关，一方面由于高程使地形坡度具有差异性;另一方面，不同的高程范围内人类工程活动强度不同，使得不同高程的临空面条件具有差异性，因而髙程是孕灾环境的重要因子。通过重分类工具可以将高程因素划分五个级别：165～180 m、180～195 m、195～210 m、210～230 m、230～254 m，如图7A所示。

（2）坡度

地形坡度对崩塌的发展演化具有重要作用，可以影响斜坡体地表水的径流、坡体内地下水的补给与排泄以及崩坡积物的搬运与堆积、斜坡体应力分布特征等。通过重分类工具可以将坡度因素划分四个级别：0°～10°、10°～20°、20°～30°、30°～59°，如图7B所示。

（3）坡向

地形坡向对滑坡的影响主要表现在其接受太阳辐射的不同导致不同坡向坡体产生小气候与水热比的差异性，进而影响坡体上的植被覆盖与水体蒸腾。通过重分类工具可以将坡向因素划分9个级别：平坦、北、北东、东、南东、南、南西、西、北西，如图7C所示。

（4）道路

在本次评价中，崩塌对道路的影响是一个非常重要的方面，因此道路是一个非常重要的影响因子。而且山区修建公路是人类活动引发崩塌的一个重要方面。山体开挖破坏了表层植被和岩体完整性，增大了坡体的临空面，使得原始比较缓的坡度变得陡峭，上覆土体易于在暴雨的诱发下产生滑坡。山体基岩暴露在外的面积增加从而岩体更易风化，易于造成坡体的失稳。基于实际工作经验，将道路进行三级缓冲：0～50 m、50～100 m和>100 m，如图7D所示。

（5）河流

河流是诱发崩塌发生的主要外因之一。距离河流近的地方，长期冲蚀和浸泡岸坡，改变了坡体形态和结构，为崩塌提供了良好的临空条件。基于实际情况，将河流进行四级缓冲：0～50 m、50～100 m、100～150 m和>150 m，如图7E所示。

4 评价结果

将各个因子图层信息量叠加后得到研究区易发性分布图，具体将其分为高易发区、中易发区和低易发区，如图7F所示。通过观察可以发现，高易发区往往分布在道路附近以及高程较大、坡度较陡的地区。这是由于人工活动和自然因素综合影响造成的。修建道路破坏了表层植被和岩体完整性，增大了坡体的临空面，而且这些高易发区本身就位于高程较大的地方，坡面较为陡峭，这些因素使得发生崩塌的可能性大大增加。

4.1 崩塌危险性分析

根据现场调查分析，采用工程类比法，类比滑坡风险研究区的破坏概率，将高易发区的破坏概率定为50%，中易发区破坏概率定为5%，低易发区破坏概率定为0.5%。

4.2 承灾体易损性分析

崩塌研究区承灾体除了与滑坡风险研究区相同的建筑物和室内人员外，还有道路、道路上的行驶车辆、车辆内人员。为简化计算建筑物易损性取值范围，房屋易损性取值标准与滑坡风险研究区相同，室内人员由于没有调查数据不进行易损性估算，现对道路、道路上的车辆和车内人员易损性进行如下规定。

将道路易损性均定为0.5，车量易损性定为0.8，车内人口的易损性定为0.3。

4.3 崩塌风险风险

4.3.1 经济风险

（1）建筑经济风险

通过计算得到的破坏概率，时空分布概率设为1.0，到达概率通过考虑块体运动距离和运动方向得到，上文通过分析得到易损性。同样根据实地调查走访并结合当地建筑物单方造价，综合考虑使用年限和维护状况，得到了每个建筑物的框架价值。将这些数据按照公式计算，最终得到崩塌年风险。

按照风险损失值的大小对研究区进行分区，并谱上不同的颜色以区别整个场地的风险值差异。图8展示了研究区崩塌在50年重现期暴雨工况下建筑物风险值的情况。

（2）道路经济风险

道路拥堵程度不用，导致通行量和平均通行时间均不同，即承灾体的数量和时空概率均不相同，如图9所示，根据路段拥堵程度将崩塌风险研究区路段划分为拥堵和较拥堵两个区段。如下图路段a、路段c为较拥堵路段，路段b为拥堵路段。

对比道路拥堵分区图与崩塌灾害易发性图，发现路段b大部分位于崩塌灾害高易发区，路段a和路段b位于崩塌灾害中易发区。将路段b年破坏概率定为50%，崩塌灾害到达概率定为70%;路段a和路段b年破坏概率定为5%，崩塌灾害到达概率定为30%。道路的易损性定为0.5。道路路经济风险计算表格如表2所示。

（3）车辆经济风险

统计三个路段日通行量，路段a和路段c较路段b日通行量较大，设置车辆单价为12万;路段b较为拥堵，设置其通行的平均车速为30 km/h，路段a和路段车辆通行的平均车速为40 km/h。可计算出平均每辆车通过该路段的平均时间，进而得到车辆的时空概率。车辆的易损性定为0.7，车辆经济风险计算表格如表3所示。

4.3.2 人员风险

假设每辆车内平均有两个人，可以估算得到三个路段的人员日通行量，人员的时空概率与车辆的时空概率相同，人员的的易损性定为0.4。车内人员的年风险值如表4所示。

5 结论

本次对湖南省张家界市永定区南庄坪场地地质灾害的风险评价，得到场地建筑物年经济风险分布图及人员风险分布图分别如图10、图11所示，评价取得了以下成果和结论：

（1）对于滑坡风险研究区，综合考虑滑坡的自身参数与外界诱发因素的不确定性，分析其稳定性和破坏概率。该场地13号和37号斜坡单元破坏概率相对其它斜坡较大，依次达到了48.80%和44.00%，23号和22号斜坡单元次之，依次为39.20%和34.30%，有18个斜坡单元破坏概率小于10.00%。

（2）對于崩塌风险研究区，综合考虑崩塌的自身参数与外界诱发因素的不确定性，分析其稳定性和破坏概率。承灾体大多分布在研究区东部。风险值较高的承灾体往往分布在坡脚、坡面一带。总体上来看，大多数风险值小于5万元。

（3）根据理论模型并结合实际情况分析承灾体脆弱性。本次选取承灾体最关键且易于获取的属性特征作为脆弱性的评价指标。对于建筑物和道路承灾体选取位置分布、结构类型、使用年限、维护状况和与滑体冲击力的夹角指标;人员承灾体选取年龄结构、健康状况、防灾意识、人流情况（道路）和灾害预警系统完善程度指标。对比脆弱性指标参考取值计算得到研究区内所有承灾体的脆弱性，给出建议值。

（4）风险分析结果与表达。在危险性、易损性和承灾体价值分析的基础上，对承灾体总风险值、年风险值、建筑物风险值进行表达，并且对各个成果图谱上不同的颜色以区别整个场地的风险值差异，便于快捷直观地识别风险。①针对受灾体，计算其风险值，借助GIS平台按照风险损失值的大小其进行分区。②滑坡坡风险研究区房屋年经济风险值为81.909万元，崩塌风险研究区房屋年济风险值为167.427万元，道路经济风险值为11.878万元，车辆年经济风险值为93.185万元。

（5）该报告对房屋人员以在崩塌风险评价研究区内道路上车辆内人员进行了灾害风险评价，得到研究区内道路上的车辆内人员年风险值最大为34人。高人员风险主要分布在崩塌风险评价区沿道路一侧。

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