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滑坡灾害风险评价的关键理论与技术方法

文档作者：汪华斌吴树仁文档来源： 1．华中科技大学土木工程与力学学院， 2．中国地质科学院地质力学研究所，北		点击数：	更新时间： 2025年02月19日
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上一篇：基于多期DEM和滑坡强度的滑坡风险评估

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第27卷第11期
2008年11月
地质通报
GEoLo GICAL BULLETIN 0F CHINA
Vo1-27．N0．11
NOV．，2008
滑坡灾害风险评价的关键理论与技术方法
汪华斌 ，吴树仁
W ANG Hua—bin ．W U Shu—ren
1．华中科技大学土木工程与力学学院，湖北武汉430074；
2．中国地质科学院地质力学研究所，北京100081
1．School of Civil Engineering and Mechan~s，Huazhong University ofScience and Technology,Wuhan 430074，Hubei，China；
2．Institute of Geomechanics，Chinese Academy of Geological Sciences，Bering 100081，China
摘要：滑坡灾害风险评估主要包括滑坡敏感性分析、危险性评价和风险评估3个不同层次的内容。但是．滑坡地质灾害本身的
复杂性和滑坡强度的确定、滑坡发生的时空概率估算、承灾体的易损性时空概率分析等难点问题的存在。无疑阻碍了滑坡风险
定量评估的推广和应用。在系统分析国内外滑坡灾害风险评估研究成果的基础上．对滑坡灾害风险评价的技术体系进行了总
结，提出了不同层次滑坡灾害的研究内容和相应的评价方法；分析了实现滑坡风险有效评价涉及到的难点问题，并结合降雨和
地震诱发的滑坡灾害危险性评价国内外的实践，提出了中国未来滑坡灾害风险评价研究的主要内容和技术方法。
关键词：滑坡灾害；危险性评价；风险评估：技术体系
中图分类号：P694 文献标志码：A 文章编号：1671—2552(2008)11—1764—07
Wang H B，Wu S R．Key theory and method of landslide hazard risk assessments．Geological Bulletin of China,2008，27
(11)：1764—1770
Abstract：Landslide hazard risk assessments mainly include 1andslide vulnerability analysis，danger assessment and risk assessment．However，
the presence of such dificult problems as the complexity of landslide hazards themselves and determination of the landslide inten～
sity，estimate ofthe tempo—spatial probability ofoccurrence oflandslides and analysis ofthe tempo—spatial probability ofvulnerability
of bearers undoubtedly hinder the popularization and application of quantitative risk assessm ents of landslides．On the basis of a system～
atic analysis of the results of the landslide hazard risk assessment and research at hom e and abroad，the authors sum up the technical sys—
tem of landslide hazard risk assessments and propose the research content and assessment methods of landslide hazards of diferent levels．
Additionally，the at~thors analyze the dificult issues concerning efective assessments of landslide risk and present the main content and
meth0ds of risk a eSSnlents and research of】andslide hazards of China jn the ruture．
Key words：landslide hazard；danger assessm ent；risk assessm ent；technical system
近年来，自然灾害，特别是滑坡灾害在全球范围
内造成了严重的经济损失和人员伤亡，并呈现出急剧
上升的态势。作为国际上倡导和推广的减灾防灾有效
途径之一．滑坡风险评估和管理技术方法的研究成为
滑坡灾害研究的热点，也是难点。简单地说，滑坡灾害
风险管理涉及灾害的发育分布特征、成灾因素、风险
分析、风险评估和风险控制5个层次1 。
香港、美国、加拿大等国家和地区已经有不少基
于风险的边坡控制管理和环境控制方面较为成熟的
应用实例。意大利、美国、加拿大、德国等从20世纪
80年代就开始进行全国范围内的滑坡风险评估管
理研究，已经形成了比较系统的滑坡风险评估管理
技术体系，并先后通过法律和法规确定了滑坡风险
评估与土地利用的关系，特别是将滑坡风险管理方
收稿日期：2008-08—04；修订日期：2008-08—27
基金项目：国家自然科学基金项目(编号：40772170、50539110)和科技部“十一五”支撑计划项目(编号：2006BAC04B05)资助。
作者简介：汪华斌(1968一)，男，博士，副教授，从事工程地质／岩土工程研究。E—mail：huabin@mail．hust．edu．cn
第27卷第11期 汪华斌等：滑坡灾害风险评价的关键理论与技术方法 ’1765
面引入了保险体系，为利用社会力量减灾防灾取得
了很好的成效。近年来，滑坡灾害风险评价研究取得
了长足进展，随着计算机技术、遥感技术和信息科学
的高速发展，以处理和分析地理空间数据为主要特
点，具有属性数据库与图形库动态联接功能的地理
信息系统(GIS)技术得到了空前的发展121，其与定量
化的地质灾害空间预测模型方法的结合也成为地质
灾害研究的新领域。
国际上对于滑坡灾害风险评估方面的研究内容
主要包括敏感性分析、危险性评价和风险评估。值得
指出的是，从已有的大量公开成果和相关专业文献
分析不难发现，大量的研究成果局限于滑坡灾害敏
感性分析，如果涉及到滑坡灾害危险性分析，也鲜有
文献从滑坡灾害的术语定义本身来完成区域滑坡灾
害的危险性分析(滑坡发生的时间、地点和强度)；同
时．在滑坡灾害风险评估的过程中，滑坡灾害影响对
象(包括可能遭受破坏的建筑、基础设施和造成的人
员伤亡等)的时空易损性评价也是一个难以准确估
计的内容之一。这些难点在一定程度上阻碍了滑坡
灾害风险定量评价的发展。本文拟从滑坡灾害风险
评价涉及到的一些基本问题，全面总结滑坡灾害风
险评价的关键理论和技术方法，提出中国未来滑坡
灾害风险评价的研究方向。
1 滑坡灾害风险评价技术体系
1．1 评价层次
滑坡灾害危险性区划，在滑坡编目和灾害敏感
性分析结果的基础上，应用定性分析和定量分析、确
定性模型和随机性模型相结合的方法对滑坡灾害易
发程度进行分区；在此基础上，结合对受灾体时空易
损性分析，可以定量或定性地实现滑坡灾害风险分
析。随着地理信息系统在滑坡灾害区划中的广泛应
用．灾害危险性的定量研究得到进一步的深化和发
展。根据数据源的精度和研究区空间范围的大小，
CEOS将滑坡灾害评价分为4个层次131，即全球范围
(<1：100万)、区域层次(1：10万一1：50万)、中等尺度
(1：2．5万一1：5万)和大尺度(1：5000--1：15000)；Leroi~l
把GIS支持下的滑坡灾害评价划分为3个层次：区
域层次(1：10万)，主要为滑坡编录；流域层次(1：2．5
万)，主要为灾害和危险区划；局域层次(1：5000)，为确定
性和统计风险评价。AGSISJ提出的不同比例尺情况下
滑坡风险评价的具体内容如表1所示。
1．2 评价技术方法与难点
滑坡灾害敏感性分析总体上分为定性、定量
的方法或直接和间接的方法．主要适用于小比例
尺(1：2．5— 1：10万)范围内滑坡发生可能性分析。定
性的方法主要根据主观经验对滑坡变形失稳的可能
性进行定量描述，而定量模型则是对滑坡发生失稳
的可能性进行估计：直接的方法包括根据地形地貌
图等相关图件进行判断，而间接的方法则是采用逐
步评估的方法。首先对整个区域或一部分区域的滑
坡进行识别，作为训练区域，确定与滑坡稳定性有
直接或间接联系的相关因子，估算因子对滑坡失
稳的影响程度．然后进行整个区域的滑坡敏感性划
分。常用的定量预测模型有数理统计模型、确定性模
型、随机模型、信息模型、人工神经网络等I61“ 。同时，
基于知识发现和数据挖掘的方法也有一定的探索研
究⋯I。有理由相信，定量模型研究滑坡地质灾害是未
来预测滑坡学发展的必然趋势。
考虑诱发因素的滑坡灾害可能发生的时空概率
分析是滑坡灾害危险性评价的主要内容，应局限于
1：5000~1：2．5万的比例尺范围内。目前滑坡灾害危险
表1 AGS滑坡灾害风险评价层次
Table 1 Levels of landslide risk assessment in Australia
l：5000
价联次 | 警l ll警 | 簪 凳 |鼍 l 龟 谱 薯 ＼
1：25000
礅愁毪 瓠。
滑研究内容 坡 潜在滑 滑移艇!离 频牢 时空概 受灾体 易损性
编日 坡描述 和速度 估计 率分钿
1766 地质通报 GEOLOGiCA L BULLETIN OF CHINA 2008年
性评价主要的困难在于预测结果的可靠性，也就是
缺乏对未来可能发生滑坡的时空概率有效的预测模
型。在滑坡灾害的危险性分析中，需要预测在一定的
时空范围内滑坡有可能形成的滑坡强度，即滑坡大
小和滑移速度．这也是目前国际上滑坡风险定量评
估的技术难点问题。首先，滑坡发生的时空概率预测
需要大量的详细资料，包括不同类型滑坡发生的时
间、频率等。此外．在滑坡发生的强度分析中。由于工
程地质条件、岩土参数详细资料的匮乏．区域范围内
可能的滑坡灾害的速度和位移计算难以准确地估
算。虽然国内外许多学者开展了滑坡灾害危险性评
价，但是仅仅局限于滑坡灾害的敏感性分析。有关不
同诱发因素的滑坡灾害危险性评价的详细阐述见后
面第3节。
此外，在滑坡灾害风险评估实践过程中，承灾体
类型划分、承灾体损毁数量和损毁程度的统计以及
承灾体损毁的价值核算等，是滑坡灾害风险评价的
核心内容，如何有效地确定和建立滑坡灾害易损性
评价指标体系显得尤其重要。目前，对于承灾体易损
性的分析仅局限于建立在经验或统计基础之上的定
量分析，而对于易损性的时空概率分布的分析则是
滑坡风险定量评价的重点和难点之一。Galli等 通
过对Umbria地区103个滑坡的相关资料和90个不
同场地的建筑、道路损毁情况资料的分析，建立了承
灾体易损性临界值曲线，并对Collazzone地区包括
建筑物、主干道路和次级道路承灾体的易损性进行
了估算。但是，在他们的研究中，统计样本数量有限，
且承灾体易损性临界值曲线仅针对慢速滑动的滑坡
体，难免有一定的局限性。对于这方面的研究，我们
可以在拥有大量详细资料的前提下，结合滑坡灾害
危险性评价结果，主要包括滑坡分布范围、滑移距
离、监测资料等。在专家判断和实地调查的基础上建
立承灾体分布的时空模型，并分析不同时段承灾体
受破坏的条件概率
数据，包括降雨强度、降雨持续时间、瞬时降雨量、前
期降雨量、长期累积降雨量等．建立滑坡、降雨之间
的经验性统计关系，寻找临界降雨强度参数，并结合
相应的理论模型，包括降雨一斜坡稳定性分析模型、
降雨人渗的水文地质模型和斜坡稳定性与降雨人渗
的耦合模型，完成区域滑坡，特别是浅层滑坡的危险
性评价 在这方面取得一定突破的是Baum等I15j在
美国华盛顿西雅图地区所做的滑坡灾害危险评价：
在确定临界降雨强度的情况下，完成了该区降雨滑
坡的概率分析、静态安全评价和时序安全评价，并应
用SCOOP 3D 结合MODFLOW 模型对深层滑坡
进行了检验预测。
2．2 地震滑坡危险评价研究
区域地震滑坡灾害危险性评价在一定程度上可
以预测滑坡有可能发生的地区。最近1O年间，许多
研究者应用各种不同的方法，包括多元统计、准静态
估计和Newmark滑动体位移分析法，特别是结合地
理信息系统的强大空间分析功能，比较成功地完成
了一部分地区地震诱发滑坡的灾害危险性分区。其
中．应用比较多的是以简化的斜坡岩土模型为基础．
结合Newmark滑动体位移分析模型。应用确定性的
方法计算地震条件下斜坡体位移l】6—7／。Iibson等f 81以
1994年美国加利福尼亚的Northridge地震(Ms=6．7)
为实例，对地震附近一个区域制作了数字化地震滑
坡灾害图。该图所显示的地震滑坡危险区域与震后
的滑坡实际情况吻合得非常好，说明该方法是切实
可行的。
与确定性的方法不同的是。概率分析法考虑到
岩土或地震相关参数空间分布的变异性和模型不确
定性越来越引起广泛的关注，特别是一次二阶矩阵、
蒙特卡罗随机模拟等随机概率计算方法可以很有效
地预测地震诱发滑坡的可能性。但这方面研究因地
震的低发生概率而缺乏历史数据，对于地震引发滑
坡的发生机制的认识还很薄弱。
2 滑坡灾害危险评价研究 3 滑坡风险评价比较研究
2．1 降雨滑坡灾害危险评价
近年来，随着对降雨滑坡灾害认识的深入，利用
各种概率模型(如贝叶斯模型)和SINMAP、SHAL—
STAB、TRIGRS确定性模型等[13-151，可以编制滑坡
敏感性分区图和滑坡灾害概率图。对于降雨滑坡灾
害的危险性评价，可根据历史降雨滑坡资料和降雨
3．1 意大利滑坡风险评价
1998年5月发生在Sarno地区的由暴雨引发的
泥石流．死亡人数超过270人。正是这次灾难性事
件，促使意大利政府颁布了1998年180号法令。根
据该法令的要求，在全国开展滑坡灾害风险评价，明
确了意大利严格实施的滑坡灾害风险管理。
第27卷第1 1期 汪华斌等：滑坡灾害风险评价的关键理论与技术方法 1767
滑坡危险性评估是进行土地滑坡风险区划的基
础。CarraraI 早在20世纪80年代就首次开展了滑
坡风险评价的探索性研究，简单地将土地利用划分
为不同的等级并与滑坡运动相结合，利用计算机辅
助技术进行土地稳定性评价。在Aspromonte国家公
园．根据滑坡发生率与坡度之间的简单统计关系，推
算出不同滑坡发生的相对概率。据此将该地区划分
为0"4五个不同危险性等级①。滑坡灾害敏感性和危
险性评价在意大利取得了一定的进展，大量的文献
探讨了GIS和定量评价技术方法，包括数理统计、
人工神经网络等．这里不再展开讨论。关于降雨触发
滑坡的研究在意大利有很多，不同的模型基于滑坡
发生概率进行短期的、有条件的滑坡危险性评价①。
Gulla等 在意大利南部Calabria地区，在滑坡敏感
性分析的基础上，探讨了降雨与浅层滑坡的关系，对
滑坡物质运动进行了风险性评价：Guzzetti等驯提出
了可以在不同国家和地区应用的预测浅层滑坡的降
雨临界值模型。
此外，意大利水文地貌背景规划(HSP)根据水
文地貌灾害的风险对土地进行了分类。它是法律确
定的整个程序中最重要的部分，也是盆地规划的基
础。在滑坡灾害评价中，主要评价不同滑坡类型可能
的损失程度、不同物质运动类型的灾害、不同承灾体
易损性和不同滑坡类型承灾体的风险评价，按如下
分类进行风险定级：
R1一低风险．人员伤亡和财产损失的可能性
有限。
R2一中等风险，建筑物、交通线和生命线的损
失可能性较小，人员虽受到影响但尚未失去反应
能力。
R3一高风险，对公共安全构成严重威胁，建筑
物、交通线和生命线受到严重影响而不能使用，经济
和工业活动中断、自然资源受到严重破坏。
R4一非常高风险，生命损失可能性大，建筑物、
交通线和生命线的破坏无法修复，生产能力永久性
丧失。
如前所述，在滑坡承灾体易损性估计方面，
Galli等1 21在Umbria地区建立了承灾体易损性临界
值曲线。并对Collazzone地区包括建筑物、主干道路
和次级道路承灾体的易损性进行估算。这方面的研
究无疑推动了滑坡灾害承灾体易损性评价的定量化
研究。但是，由于滑坡样本数据有限和详细基础资料
的缺乏．与真正意义上的滑坡承灾体易损性时空概
率的估算还存在一定的差距。
3．2 澳大利亚滑坡风险评价
澳大利亚地质力学学会(AGS)于2000年发布
了《滑坡风险管理理念与指南》 ，肯定了滑坡风险
评估理念的实效性，特别是在土地利用规划管理方
面。《滑坡风险管理理念与指南》是用于与坡地开发
相关的岩土工程风险的新指南。旨在：①统一滑坡风
险评价的用语；②确定滑坡风险评价的总体框架；③
提出滑坡风险分析方法准则；④ 提出关于滑坡灾害
可接受和可容忍的人员生命损失风险水平。新南威
尔士州和维多利亚州已将该《指南》作为立法中的行
业参考文件，通过把滑坡风险管理理念引人立法对
这类风险进行控制。
在由澳大利亚地学机构(Geoscience Australia)
开展的Cairns城市项目中，采用的滑坡风险评估方
法包括两大步骤：危险性评价和风险评价(图1) 。
结合滑坡风险评估结果，基于对现有居民和建筑物
的假设，提出了如果不采取减少滑坡发生的措施，在
未来100年内，Cairns地区有可能遭受滑坡灾害的
基础设施、建筑物受损的数量和人员伤亡的数目，同
时也提出了相应的处理措施。
他们提出这样一种严密的、清晰的方法体系。完
全是基于地形地貌所有观察数据和对控制边坡运动
速率的总和条件、边坡运动过程的理解的一种方法．
得到的分析结果具有一定的参考价值。但是，在滑坡
灾害危险性分析过程中，极少部分数据是通过滑坡
强度一周期曲线得到的．评价结果会存在一些误差。
在风险估算中，风险值可能比实际风险大两个数量
级；对整个滑坡剖面，从滑坡上端到下部，滑动速率
在时问和空间上一致地假设，没有考虑当地地形地
貌、岩石类型、土层覆盖、滑坡点位置的不同及切割
面的不同，这也是滑坡风险评价的难点和关键所在：
对于短期强降雨和长期低强度降雨之间的差异也没
有考虑。
3．3 香港地区边坡风险评价
香港政府于1977年7月成立了土力控制处
(GEO 的前身)，并开始介人香港的滑坡问题。到今
天．香港已建立起了完善的边坡安全管理体系．称为
“斜坡安全系统”(Slope Safety System)。GEO(Geo—
technical Engineering Ofice，土力工程处)负责这个
系统的运作。香港的综合“斜坡安全系统”是根据风
地质通报G E 0 1． O G I C A L B t n 。L E T I N O F C H I N A
网1 澳大利亚C a i r n s 地区滑坡风险评价框架( 据参考；~ g@ 12 3 1修改)
F i g ． 1 F r a m e w o r k f o r l a n d s l i d e r i s k a s s e s s m e n t i n C a i r n s C i t y o f A u s t r a l i a
险管理原则设立的， 是定量风险管理在行政及政策层
次的应用。此系统包括多方面的滑坡风险管理丁作，
例如设计及巩固边坡、斜坡维修、缓减灾害、发展规
划、滑坡警告、公众安全教育、滑坡信息、紧急服务等。
香港地区土力T 程处系统地研究滑坡， 收集香
港滑坡数据． 促进对滑坡机理及成因的了解， 并进行
了一系列技术发展工作， 为滑坡定量风险评估建立
了技术基础．．例如评估滑坡泥石流动性、计算滑坡后
果、计算滑坡频率， 以及制定天然山体灾害评估方
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法；同时， 制定风险指引， 即个人风险和社会风险． 确
定天然山体滑坡的可承受风险标准。在工程实践中，
风险度计算可以通过量化风险分析(Q u a n t i fi e d R i s k
A n a ly s i s
，Q R A )来进行12 4 - 2 5 1
， 以决定这种风险水平是
否是允许的( 根据指南提供的允许水平， 即风险判
据) ， 如果超过了允许值的范围， 就要采取行动进行
控制、预防或减轻灾害， 进行成本核算( 包括非财政
的开支) 和收益分析。在香港的边坡安全管理中． 风
险管理包括旧人造边坡的整体滑坡风险管理、影响
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图2 地震滑坡灾害危险性评价框图
第27卷第11期 汪华斌等：滑坡灾害风险评价的关键理论与技术方法
图3 降雨诱发滑坡风险评价框图
Fig．3 Conceptual fram ework of rainfall—induced landslide risk assessment
现有设施的个别场址滑坡风险管理和应用于发展规
划的个别场址滑坡风险管理等方面的研究和实践。
4 中国滑坡灾害风险评价展望
中国是世界上滑坡和泥石流分布广泛、类型齐
全、爆发频繁、规模巨大的国家之一。地质灾害的发
生严重制约着灾害多发地区的国民经济发展．威胁
着人民生命财产安全。受气象因素的影响，东南沿海
和南方地区降雨诱发大量的滑坡。受地质结构和地
震活动的影响，西南地区活动断层诱发地震引起的
滑坡灾害造成的损失数量巨大，强烈地震时，地震诱
发的滑坡崩塌灾害。特别是在山岳地区，其危害比地
震直接造成的损失还要大。2008年5月12日四川
省汶川县发生Ms8．0级地震，造成大面积的山体滑
坡，阻断交通生命线，严重制约了救援进度。大震之
后。频繁的强余震及持续的大雨随时可能诱发新的
次生滑坡灾害，严重威胁被困灾民的生命安全 因
此，科学地开展这些地区滑坡灾害风险评价．对于有
效防治或避开灾害的发生、减轻灾害损失具有重大
的理论研究价值和社会实践意义。
4．1 强震区地震诱发滑坡灾害危险评价
地震预测是一个非常复杂的系统工程。由于地
质现象纷繁复杂，在人类当前的认知水平即当前地
震学的知识体系上，难以对每一次地震做出精准的
预测。但是，对于地震诱发的滑坡，除了开展地震滑
坡内在动力学方面的研究外．还可以从地震与滑坡
灾害的统计分析人手。对许多备受关注的问题开展
相关研究，如：地震震级、地震烈度、地震其他参数与
地震滑坡的关系、地震引起的滑坡分布、地震滑坡与
地形地质条件等。在上述对地震滑坡的理论研究基
础上，科学家们开始着眼于直接服务于国民经济的
地震滑坡灾害预测研究，其目的是在灾害发生前，对
将要发生灾害的区域进行比较客观准确的预测．根
据预测的结果制定好合理的紧急应急计划。因此，结
合相关的研究，现提出中国强震区地震滑坡灾害危
险性评价的框架图(图2)。
4．2 暴风雨气候条件下滑坡风险评价
对于强降雨诱发的滑坡，仅根据天气预报结果
不足以确定暴风雨是否具有危险性。对暴风雨气候
条件下诱发的滑坡，在区域上可以完成浅层滑坡的
危险性评价，包括地质、地形、水文地质和土地利用
方式，而且需要考虑潜在滑坡发生类型、位置和滑坡
诱发因素的时间范围等；之后，根据滑坡危险性分析
结果，在承灾体易损性评价的基础上完成滑坡灾害
的风险评价。考虑浅层滑坡潜在滑动面的局部平衡．
主要采用无限斜坡等静力模型。在方法的具体实施
时，将主要的物理性质参数量化，应用于适当的数学
模型，计算稳定性系数。这里面涉及到如下方面的研
究：降雨人渗模型、降雨水文耦合滑坡稳定性分析和
承灾体易损性时空概率模型。由于地质结构的差异
和岩土体本身特性的不同，各地区的大比例尺的危
险性评价会有一定的差别。现提出概念性的风险评
价框图(图3)。
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