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基于多期DEM和滑坡强度的滑坡风险评估

文档作者：薛强张茂省孙萍萍程秀娟文档来源： 1．国土资源部黄土地质灾害重点实验室／中国地质调查局西安地质调查中心 2．挪威岩土工程研究院		点击数：	更新时间： 2025年02月19日
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上一篇：乐昌峡库区鹅公带滑坡体滑坡涌浪爬高研究

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第32卷第6期
2013年6月
地质通报
GEoL0 GICAL BULLETIN OF CHINA
Vo1．32．NO．6
June，2013
基于多期DEM和滑坡强度的滑坡风险评估
薛 强 ，张茂省 ，孙萍萍 ，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．国土资源部黄土地质灾害重点实验室／中国地质调查局西安地质调查中心．陕西西安710054：
2．挪威岩土工程研究院，挪威奥斯陆0806
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：滑坡危险性定量评估是滑坡风险评估中的关键和难点，也是当前国际风险管理研究中的热点问题。以滑坡密集分布的黑
方台南塬为研究区，以32处典型滑坡为研究对象，依据多期三维数字高程模型(DEM)，提出了一种基于强度的滑坡危险性定
量评估技术方法。根据多期三维地形信息的解译及野外调查，编制多期滑坡分布图，计算滑坡活动的频率。利用GIS技术，利用
滑坡体积与速度的乘积计算滑坡强度。将滑坡危险性定义为滑坡频率和滑坡强度的乘积，同时调查和分析了黑方台地区各类
承灾体的类型、价值及其在相应滑坡强度下的易损性，在此基础上开展了单体滑坡风险评估和黑方台南塬滑坡风险区划。
关键词：滑坡强度；频率；危险性：风险：黑方台
中图分类号：P642．22 文献标志码：A 文章编号：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
滑坡风险管理在国际上越来越流行、越来越普
及，已经成为国际减灾防灾战略之一_l121。滑坡风险
是滑坡对生命、健康、财产或环境产生不利影响的概
率和严重程度的量值， 目前国际上较为流行的滑坡
风险计算方法为Rell等1312005年提出的风险计算公
式：尺= × × ： xVxE，其中尸㈦为滑坡频率，P㈣
为滑坡到达承灾体的概率，P 为承灾体的时空概
率， 为承灾体易损性，E为承灾体价值。但在实际
测量分析评估过程中， ：L)和P( ： 很难准确地获得。
因此对此公式进行分解组合，其中 xPcr：uxp )相
收稿日期：2013-03—26：修订日期：2013-05—23
资助项目：中国地质调查局项目(编号：1212011014024、1212010640330)和国家科技支撑计划课题(编号：2012BAK10B02)
作者简介：薛强(1979一)，男，硕士，工程师，从事地质灾害调查和研究工作。E—mail：xueqiang_79@163．com
926 地质通报 GEOLocICAL BULLETlN OF CHlNA 2013
当于滑坡危险性． × 相当于危害性．则R=危险
性×危害性。从以上滑坡风险计算公式可以看 ，滑
坡风险评估的关键是定量评估滑坡的危险性。而滑
坡危险性是某一地区某一时间段内一定规模的滑坡
发生的可能性，是空间位置、规模和滑移速度、发生
频率的一个综合概念。
滑坡危险性评估就是要对滑坡的空间位置、规
模和滑移速度、发生频率等做出客观、合理、可信的
仙计．评估方法主要依赖于地质环境条件、地质灾害
特 、诱发因素及所掌握的资料。结合黑方台地区滑
坡的特征和所掌握的资料，本文提出一种依据多期
二维数字高程模型(1)EM)，基于强度概念的滑坡危
险性定量评估技术方法。将滑坡危险性定义为滑坡
频率和滑坡强度的乘积，而滑坡强度可通过滑坡体
积与速度的乘积计算得到， 此对危险性的评估体
现了滑坡的空问位置、规模、速度及频率等因素。同
时结合易损性评估，对黑方台南塬32处典型滑坡进
行了风险评估。通过本次研究，探索建立了一种基于
多期DEM 和滑坡强度的滑坡风险评估技术方法，
为滑坡风险评估研究提供了一种新思路。
1 滑坡强度理论与技术方法
根据甘肃永靖黑方台地区滑坡形成时代新、发
生频次高、坡体变形严重等特点，因地制宜，将滑坡
危险性定义为滑坡频率和滑坡强度的乘积。存此基
础L，以黑方台地区多期地形图为数据源，通过变
形量与变形速率的计算，探索滑坡强度分析评估的
原理．进而初步建立基于滑坡强度指标的危险性和
风险评估技术方法
1．1 滑坡强度概念
滑坡强度分析评估一直是滑坡研究中的难点，
如何进行强度评估，世界上至今还没有形成共识。然
而滑坡的强度信息是进行危险性评估的一个重要闪
素．从物理学的基本定义分析，滑坡强度是指滑坡事
件发生过程中释放的能量的大小。进行滑坡强度分
析的目的是评估滑坡的风险，因此可以认为滑坡强
度是滑坡的破坏能力，其指标因子主要包括数量、频
率、体积、密度、速度、距离等。滑坡与地震等自然灾
害不同，活动强度的测算方法有多种。Cardinali等【41
分析了滑坡强度评估的方法．提出滑坡强度是滑坡
体积与速度的函数，并探讨了滑坡强度制图方法。
吴树f■等l I提出滑坡强度主要包括滑坡活动的频率
(数量)、规模和运动速度，是活动频率、规模和速度
的乘积。本次研究采用滑坡体积与速度的乘积表示
单体滑坡强度 即
I=VxS
其中：，为滑坡的强度． 为滑坡的体积，s为滑
坡的速度
1．2 基于强度的滑坡危险性和风险评估技术方法
本次研究以黑方台地区多期1：1000-1：10000地
形图为数据源，建立DEM，通过ArcGIS的空间分析
功能计算滑坡在不同时期的变形量与变形速率，评
估其强度及危险性，最后结合承灾体及其易损性进
行风险评估。
这种方法包含以下步骤：研究 范围的确定一
滑坡(斜坡单元)识别一编制多期滑坡分布图一汁算
滑坡发生频率一计算滑坡变形量及变形速率一计算
滑坡强度一危险性定量评估一承灾体及其易损性评
估一风险评估。工作方法流程如图1所示。
2 数据来源及多期滑坡分布图
黑方台地 滑坡在时问和空间上均具有频发性，
掌握过去滑坡的时间和位置是预测末来滑坡发生的
关键。本次研究借助1977年、1997年和20()1年3期
1：10000地形数据和2010年1：1000地形数据，通过多
期三维地形信息的解译和2010年的野外调查来确定
滑坡(或斜坡单元)在各个时期内的空间分布。研究区
位于黑方台南塬黄河岸边，面积为5．15km。。
图1 滑坡危险性和风险评估方法流程
Fig．1 The flow chart ofthe m ethod for
landslide hazard and risk assessment

第32卷第6期 薛强等：基于多期DEM 和滑坡强度的滑坡风险评估
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地质通报 GEOLOGICAL BULLETIN OF CHtNA 2013
表2 黑方台南塬黄河岸边滑坡强度分级
Table 2 The classification of activity intensity
of landslide in Heifangtai terrace
的滑坡发生的可能性，是空间位置、规模(强度)、发
生频率的一个综合概念。理论上，滑坡危险性图可
表述为某一地区一定规模的滑坡的空间位置和发生
概率。因此为了评估滑坡的危险性，首先需要进行
滑坡发生频率的评估。
4．1 滑坡频率估计
频率是滑坡的发生率或活动率，它可以是整体
的．也可以是局部的，可通过对历史数据的分析来获
得 一般而言，甲 个滑坡或斜坡单元的完整活动记
录足很难得到的。滑坡活动频率可分为绝对频率和
相对频率。绝对频率可表示为同一地点或适当地形
单元(如斜坡)内观测的滑坡事件数量，它既包括滑
坡的首次发生，也包括滑坡的复活及局部活动，单位
为滑坡数／年、复活数／年。相对频率是指发生在不同
大小地带单元里的滑坡数量，可表示为所观测滑坡
事件的数量与单元而积的比值．单位为滑坡数／年／
单位面积 。本次研究中滑坡频率采用相对频率。
由于缺少整个黑方台地 的完整数据，}大I此仅
对黑方台南塬黄河岸边32处典型滑坡或斜坡单元
进行分析研究。另外由于大多数滑坡发生的时间信
息是无法准确获得的，冈此本次研究通过对多期滑
坡分布图的分析来确定滑坡频率，频率观测期从
1977年到2010年，共33年 单个滑坡的活动频率
通过观测期内识别fjJ的滑坡的发生数量或活动数量
(局部地形信息的改变)来确定，．
每个滑坡或斜坡在多期滑坡分布冈上每发生1
次整体或局部的活动即表示发生1次滑坡，评估地
形单元以2{)10年识别的滑坡或斜坡单元为基准。滑
坡频率F可用下式来计算：
F=
其中，F为滑坡发卞或活动的频率(单位：滑坡
数／a·km )，N为滑坡发生或活动的数量， 为观测
期(单位：a)，A为评估单元面积(单位：km )。计算结
果见表3
表3 黑方台南塬黄河岸边滑坡频率及危险性计算结果
Table 3 Calculation of landslide frequency and hazard in Heifangmi terrace
滑坡 滑坡 面 频率‘滑 数 强度 危险性 滑坡 滑坡 面 频率 滑 数 强度 危险性
编}， 数量 ／km ／a．km 指标 编 数量 ／krn ／a kin 指标
JHl 4 0 0l57 7．74 0 0173 0．1 341 儿{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 薛强等：基于多期DEM 和滑坡强度的滑坡风险评估 931
图5 滑坡规模一频率关系
Fig．5 M agnitude—frequency relation of landslide
由于频率的空间分布特性，定量危险性评估
较强地依赖于滑坡规模与频率间关系的有效性。
如果可引起灾难性结果的潜在滑坡事件发生的概
率非常低，其威胁的区域可归为低危险性；另一方
面，可将频繁发生小规模滑坡的区域分为中或高
危险性。这些关系可用滑坡累积(或非累积)频率一
规模曲线表示。
通过对黑方台南塬黄河岸边32处滑坡的统计
分析得到滑坡规模一频率关系(图5)，规模相对滑坡
数量的频率呈幂律分布，表达式为：
F=O 1589A_。 粥
R =0．9819
其中：F为规模等于或大于 的滑坡事件的频率．A
为滑坡规模(面积：km )。
4．2 滑坡危险性评估
前面已对滑坡的活动频率和强度进行了评估．
单体滑坡或斜坡单元的危险性取决于滑坡频率和滑
坡强度，是滑坡频率和强度的乘积，即
H=Fx，
表4 黑方台南塬黄河岸边滑坡危险性分级
Table 4 The classification of landslide
hazard in Heifangtai terrace
其中，日为滑坡的危险性，，为滑坡频率，，为滑坡
强度。
黑方台南塬黄河岸边滑坡危险性计算结果见
表3。同样将滑坡危险性分为以下4级：危险性很高、
危险性高、危险性中和危险性低(表4)。图6为黑方
台南塬黄河岸边滑坡危险性评估图。
5 滑坡风险评估
5．1 滑坡危害性评估
承灾体的易损性主要由滑坡的强度和承灾体的
物质结构所决定，而滑坡强度由体积和速度决定。根
据野外调查和以往的经验． 给出一般情况下黑方台
地区各类承灾体的类型及其在相应滑坡强度下的易
损性(表5)。承灾体分为建筑物一基础设施和人员两
大类，建筑物和基础设施包含居民楼、居民房、工厂、
变电站、公路(G309国道)、通讯电缆、输电线路、水
库(八盘峡库区)、灌溉水渠、耕地、泵站、采石场和寺
庙等；人员包含直接人员、间接人员和流动人员，直
接人员指滑坡发生时直接造成本区居民或工作人员
的伤亡，间接人员是指滑坡损坏居民区或基础设施
而对人员造成的间接伤害．流动人员是指滑坡发生
时对途经该区的人员造成的伤害。承灾体易损性从0
表5 黑方台地区承灾体分类及其易损性一览表
Table 5 The classification and vulnerability of the elements at risk
8 6 4 2 O 8 6 4 2 0
^-Ⅷ 日 飘鸳棼 豫嚣
地质通报 GEOLoGICAL BULLETlN oF CHlNA
表6 黑方台南塬黄河岸边滑坡风险计算结果
Table 6 Calculation of risk of HeifanIgtai landslide
滑坡 危害性 危险陛 险 滑坡 。 。． 危险 风险
编号 性 危 险性 等级 编
号
危害性 性 等
编号 等级 级
Ⅲ 1 _股级 中 L JHI2 一般级 很高 M PH 特大级 中 H
JH2 骰级 低 L JH13 较大级 很高 H JYH 一般级 低 L
JH3 ‘般级 中 L JH14 一般级 很高 M DH1 较大级 低 L
JH4 一般级 中 L JH15 较犬级 高 H DR2 较大级 高 H
JH5 较大级 高 H JH16 重大级 很高 VH SH 特大级 很高 VH
JH6 散级 很高 M JH17 重大级 很高 VII SHl 特大级 很高 VII
JH7 大级 中 H YH1 ‘般级 低 L SH2 重大级 中 H
JH8 特大级 很高 VH YH2 一般级 低 L Fill 重大级 中 H
JH9 特大级 高 VH YH3 一股级 低 L FH2 特大级 中 H
JHl() 重大级 高 H HH1 般级 低 L FI-I3 重人级 中 H
JH11 特人级 高 VH HH2 较大级 中 M
到1，0代表没有损失，1代表完全损坏。为方便起
见，将易损性( )分为以下4级：
当050人或D>100万元。
根据2010年野外调查．黑方台南塬黄河岸边
32处滑坡的危害性如表6所示。综合考虑滑坡危险
性和危害性，确定滑坡风险分级标准，风险等级分为
以下4级：风险很高(vH)、风险高(H)、风险中(M)
和风险低(L)(表7)。
同时根据滑坡后移侵蚀率、滑坡强度分析滑坡
扩展影响的范围，本次主要从滑坡后缘及前缘分析
滑坡破裂发展趋势及影响范围。由于黑方台地区滑
坡多为灌溉引起的后缘侵蚀破坏，且属于高位滑坡，
滑动后饱和、近饱和的黄土产生液化流动，滑坡前缘
表7 滑坡风险分级
Table 7 The classificati0n of landslide
risk in Heifangtai terrace
注：VH一风险很高；H～ 风险高；M一风险中；L一风险低

934 地质通报 GEOLOGICAL BULLETIN OF CHINA 2013年
流速较快．因此可认为滑坡影响范围风险等级与滑
坡风险等级⋯ 致。根据风险等级可编制黑方台地区
滑坡风险评估图(图7)。
6 结论
(1)滑坡危险性定量评估方法很多，但都有其
适应条件和局限性，评估方法选择时除了综合考
虑地质环境条件、地质灾害特征、诱发因素外，还
必须结合目前所掌握的资料灵活采取有效的评估
方法。本文根据黑方台地区拥有多期三维数字高
程模型(DEM)资料的特点．提出了基于多期DEM
和滑坡强度的滑坡风险评估方法体系和技术流程，
完成了滑坡风险评估
(2)通过三维地形信息的解译及野外调查编制
了黑方台南塬黄河岸边1977年、1997年、2001年和
2010年多期滑坡分布图，在此基础上计算『滑坡活
动频率。
(3)将单体滑坡强度定义为滑坡体积与速度的
乘积，并通过不同时期的DEM 对黑方台南塬黄河
岸边32处滑坡的活动强度进行了评价。
(4)将滑坡危险性定义为滑坡频率和滑坡强
度的乘积，同时调查和分析了黑方台地区各类承
灾体的类型、价值及其在相应滑坡强度下的易损
性．在此基础上进行了滑坡风险评估，编制了黑方
台地区滑坡风险评估图，其中风险等级为很高的
滑坡7处，风险高的11处，风险中的4处，风险低
的10处
致谢：感谢朱立峰、裴赢、毕俊擘、胡炜在野外三
维激光扫描工作中给予的帮助．感谢甘肃省地质环
境监测院为本文提供地形图
参考文献
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