基于gis的滑坡風險定量評估研究

基于gis的滑坡風險定量評估研究

滑坡風險的評估和管理一直是國際發(fā)起和促進的預防和災(zāi)難措施之一（fell，2005；caecis，2005）。特別是近年來,滑坡風險評估和管理技術(shù)方法的研究成為滑坡災(zāi)害研究的熱點之一,無論是國際滑坡協(xié)會“2006東京行動計劃”、歐洲空間局資助的SLAM項目(Farinaetal.,2006;Paradise,2005)、美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS)滑坡災(zāi)害5年計劃(2006～2010)和中國《國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006～2020年)》都尤為強調(diào)利用GIS、RS等新的技術(shù)和方法手段開展滑坡災(zāi)害易損性和風險評估制圖的研究。從總體上分析,目前滑坡風險評估處于從定性分析到定量計算的發(fā)展階段,存在很多技術(shù)難點和問題(VanWesten,2005),特別是在滑坡災(zāi)害編錄、數(shù)據(jù)庫建設(shè)、滑坡災(zāi)害影響因素的識別和建模、滑坡時間、空間預測的不確定性,滑坡誘發(fā)因素的定量刻畫,承災(zāi)體和易損性的快速調(diào)查及定量評價等方面存在技術(shù)難題。針對這些問題,最近幾年來,國際上以GIS、RS、GPS技術(shù)及空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施(SDI)為主的地球空間信息學和對地觀測新技術(shù)的不斷發(fā)展,為滑坡災(zāi)害風險評估提供了新的支撐技術(shù)體系,為滑坡風險評估所需數(shù)據(jù)的獲取,管理、處理、空間分析及建模與模擬提供了新的工具和軟件環(huán)境,特別是對地觀測新技術(shù)與GIS,SDI技術(shù)相結(jié)合成為滑坡風險評估與管理的關(guān)鍵支撐技術(shù)(Mansourian,2006)。本文試圖在闡述滑坡風險評估流程的基礎(chǔ)上,重點分析滑坡風險評估與制圖的技術(shù)方法、難點及存在的問題,并概述針對這些問題所取得的研究進展。1易損性分析在地質(zhì)環(huán)境分析中的應(yīng)用滑坡風險評估的流程一般包括:范圍的確定,危險性分析,危害分析,風險計算四個大的步驟(Fell.2005)(圖1)。其中風險評估范圍的確定主要是明確風險評估的對象是單體,場地或場所,線性工程還是整個區(qū)域的風險評估,并根據(jù)不同對象選擇表征滑坡、計算滑坡危險性和危害分析的方法;危險性分析是指識別和表征潛在滑坡、并估算其發(fā)生概率的過程,主要包括:滑坡形成的地質(zhì)環(huán)境條件、影響因素、誘發(fā)條件(圖1),滑坡基本狀態(tài)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及滑坡發(fā)生的時空概率估算;危害分析包括承災(zāi)體識別,承災(zāi)體受險的時空概率和易損性評估;而滑坡風險表示為:危險性概率(滑坡發(fā)生的時空概率)、易損性概率和損失(傷亡和財產(chǎn))的乘積。因此,滑坡風險評估是4個步驟(層次)逐步遞進的分析計算過程,其中,危險性分析是基礎(chǔ),易損性評估計算是關(guān)鍵,損失(consequences)評估是核心,相應(yīng)的技術(shù)難點也主要集中在這3個層次?；挛ｋU性分析強調(diào)利用滑坡地質(zhì)環(huán)境條件,誘發(fā)因素和歷史滑坡編錄等數(shù)據(jù),通過歷史滑坡分析、專家系統(tǒng)方法、統(tǒng)計分析方法或確定性模型方法來確定特定類型和一定體積滑坡發(fā)生的空間概率;通過誘發(fā)因素和歷史滑坡編錄的方法來確定滑坡發(fā)生的時間概率;利用地質(zhì)環(huán)境條件研究滑坡類型、規(guī)模及滑移距離和速度。易損性評價則主要根據(jù)在一定類型和體積的滑坡發(fā)生時承災(zāi)體的損失程度來獲得。承災(zāi)體分布、特性等信息,滑坡類型、規(guī)模、滑移距離及速度和歷史災(zāi)害編錄是易損性量化的依據(jù)和開展易損性分析的關(guān)鍵。損失評估是對滑坡可能造成的人員傷亡和財產(chǎn)損失進行估算,其中最為重要的數(shù)據(jù)就是承災(zāi)體信息,它是開展承災(zāi)體定量,受險時空概率估算和損失評估的關(guān)鍵數(shù)據(jù)和依據(jù)。2關(guān)鍵難點問題滑坡風險評估的難點問題涉及到評估流程的各個環(huán)節(jié),其中,比較關(guān)鍵的難點問題,主要集中于滑坡編錄和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取與更新,危險性分析評價、易損性評價和損失評估技術(shù)等方面。因此,下面有針對性地簡單分析這些難點問題及相關(guān)研究的新進展。2.1國內(nèi)滑坡編錄數(shù)據(jù)庫現(xiàn)狀滑坡編錄和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)采集和更新維護是風險評估的基礎(chǔ)之基礎(chǔ),尤其是如何建立完備的滑坡編錄數(shù)據(jù)庫及實時更新和維護,如何保持基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的可用性、可靠性和時效性(更新),以及滑坡空間數(shù)據(jù)表達和制圖能力的局限等方面,是目前普遍存在的難點問題。從國際上來看,除香港地區(qū)、意大利、奧地利、美國和日本等滑坡災(zāi)害研究程度較高的國家外,多數(shù)國家沒有專門的機構(gòu)負責滑坡數(shù)據(jù)庫的維護與更新(VanWesten,2005);而是由各個部門,如交通、水利、土地等部門對各自管轄或規(guī)劃利用的區(qū)域內(nèi)的滑坡進行編錄,從而導致了一個不完備且具有空間研究程度差異的滑坡編錄數(shù)據(jù)庫。其次就是大學或科研機構(gòu)圍繞科研項目所建立的滑坡編錄數(shù)據(jù)庫,是科研項目的一個部分,而且僅僅局限于特定區(qū)域和一定時間段內(nèi),科研完畢后該滑坡數(shù)據(jù)庫就不再保持更新、維護(石菊松等,2005;高克昌等,2006)。而且,多數(shù)情況下缺少發(fā)生滑坡的具體日期的記錄,這就很難將滑坡的發(fā)生與某一誘發(fā)事件相關(guān)聯(lián),尤其是缺少誘發(fā)事件的詳細記錄。同樣,對于地質(zhì)環(huán)境條件的描述和制圖,不僅存在研究程度的差異,而且在制圖和定量化建模方面存在由于地質(zhì)環(huán)境條件要素的復雜性所導致的表達信息遺失和誤差,如地層巖性的空間三維組合關(guān)系在目前GIS環(huán)境下無法表達,斜坡結(jié)構(gòu)類型由于下伏巖層產(chǎn)狀的變化和未知而引進空間插值所導致的誤差(曾忠平等,2006a)。更為糟糕的是,由于缺少統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準和應(yīng)用軟件的多樣性所導致的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義混亂、數(shù)據(jù)兼容性、可重復利用性和多用途性差。近幾年來,在滑坡編錄數(shù)據(jù)庫建設(shè)方面國內(nèi)取得了顯著進展,主要表現(xiàn)在:(1)國內(nèi)圍繞大江、大河流域綜合開發(fā)和防洪,水利水電建設(shè)而開展的流域地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查和結(jié)合大型工程(如大型水電站,鐵路公路沿線,油、氣管道工程沿線)的建設(shè),查明了一些流域和重大工程區(qū)內(nèi)的滑坡分布情況且建立了相應(yīng)的災(zāi)害預警信息系統(tǒng)。最為典型的就是三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預警信息系統(tǒng),這些系統(tǒng)都是以詳細的滑坡編錄數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)。(2)自1999年來由國土資源部地質(zhì)環(huán)境司組織開展的全國性的“縣市地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查項目”,建立了以滑坡災(zāi)害為主的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(CGHIS),是目前國內(nèi)最為全面的滑坡編錄數(shù)據(jù)庫,而且對地質(zhì)環(huán)境條件要素的表征和滑坡數(shù)據(jù)項、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等數(shù)據(jù)庫內(nèi)容編制了統(tǒng)一的標準和規(guī)范。(3)由中國地質(zhì)調(diào)查局主持的地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)區(qū)1∶5萬地質(zhì)災(zāi)害詳細調(diào)查項目,結(jié)合高精度遙感解譯和全面的野外調(diào)查將進一步補充、完善縣市地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查所建立的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫。(4)在科學技術(shù)部的資助下一些科研單位和機構(gòu)從滑坡預警信息系統(tǒng)中基礎(chǔ)滑坡數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu),地質(zhì)環(huán)境要素的定量化刻畫方面開展了有效的探討。國內(nèi)滑坡編錄數(shù)據(jù)庫的日益完善為開展系統(tǒng)滑坡風險評估奠定了基礎(chǔ)。在地理信息系統(tǒng)和遙感技術(shù)的快速發(fā)展的推動下,滑坡編錄和地質(zhì)環(huán)境要素的定量刻畫方面,國內(nèi)外最新的研究主要集中在滑坡調(diào)查識別,編錄制圖以及地質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)的快速獲取與更新維護。其中地形方面,主要是DTM,DEM數(shù)據(jù),隨著數(shù)字攝影測量技術(shù)和桌面GIS軟件、移動GIS技術(shù)的發(fā)展,不管是這些數(shù)據(jù)的可獲取性和數(shù)據(jù)生成都取得了顯著的進展,使其生成手段多樣化和精度得到不斷提高,主要表現(xiàn)在:(1)基本覆蓋全球的均一的NASASRTM90m空間分辨率的DEM,使得地形模擬簡易化,其數(shù)據(jù)的全球免費共享日益促成SRTMDEM數(shù)據(jù)成為區(qū)域滑坡災(zāi)害研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。(2)ASTER是搭載在1999年發(fā)射的Terra平臺上的5個傳感器之一,它提供的立體像對可用來生成15m空間分辨率的DEM,可以用來生成全球高質(zhì)量數(shù)字地形,而且其成本費用較低。從高分辨率傳感器,如IKONOS提供的立體像對生成的DEM具有較高的精度和具有對微地形的模擬和刻畫能力,而且在大面積上立體衛(wèi)星影像像對要比航空影像像對更為劃算(Nicholetal.,2006)。ASTER衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)應(yīng)用在滑坡制圖中的研究較多(Fourniadisetal.,2007;Kaab,2002;Liuetal.,2004;WeirichandBlesius,InPress),其14個多波段數(shù)據(jù)和立體影像獲取能力,能夠有效應(yīng)用于區(qū)域滑坡編錄和危險性分析制圖,尤其是在缺少詳細的地質(zhì)和地形圖的區(qū)域。(3)干涉雷達測量(InSAR)和差分干涉雷達測量(DInSAR)技術(shù)作為快速、精確(毫米級)地形數(shù)據(jù)獲取的技術(shù),日益受到重視,而且很多的研究利用InSAR,DInSAR開展滑坡監(jiān)測和制圖(Catanietal.,2005;Colesantietal.,2003;RottandNagler,2006)。最新的應(yīng)用是歐洲空間局資助的ESA-SLAM(ServiceforLandslideMonitoring)項目利用差分干涉雷達測量(DInSAR)技術(shù),永久散射體(PermanentScatterers,PS)和干涉點目標分析(IPTA)方法來獲取毫米級精度的地表形變運動,并結(jié)合地質(zhì)分析和遙感影像解譯開展的奧地利山區(qū)滑坡敏感性和危險性制圖(Fourniadisetal.,2007,Meisinaetal.InPress)。(4)在遙感技術(shù)應(yīng)用方面,多傳感器技術(shù),基本能覆蓋所有大氣窗口的,具有高空間,光譜和時間分辨率的衛(wèi)星影像,豐富了利用遙感技術(shù)開展滑坡災(zāi)害編圖和地質(zhì)環(huán)境條件要素制圖的手段。美國馬里蘭大學免費共享LandsatETM+,TM中等分辨率衛(wèi)星影像為區(qū)域滑坡編錄和地質(zhì)環(huán)境要素的識別奠定了基礎(chǔ);越來越多的研究根據(jù)遙感波譜特征來探測和分類滑坡災(zāi)害的影響或控制因素和承災(zāi)體制圖(Alcantara—Ayalaetal.,2006;E.Yesilnacar,2006),如Yesilnacar等利用TM影像和高級影像分類功能實現(xiàn)土耳其西北部Asarsuyu盆地的高精度覆被(Land-cover)分類的基礎(chǔ)上開展滑坡敏感性制圖,是在滑坡災(zāi)害研究中利用計算機遙感波譜特征分析較為少見的案例;高分辨率的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)近年來的商業(yè)普及促成了其在滑坡調(diào)查中的應(yīng)用普及(Chadwicketal.,2005;Nicholetal.,2006;WeirichandBlesius,Inpress),例如目前中國地質(zhì)調(diào)查局正在開展的1∶5萬地質(zhì)災(zāi)害詳細調(diào)查項目,調(diào)查規(guī)范明確要求利用5m分辨率的彩色SPOT5影像和重點地段0.61m分辨率的QuickBird或1m分辨率的IKONOS影像開展滑坡遙感解譯工作。(5)桌面GIS軟件(ArcGIS,MicroStation,MapGIS,etc.)制圖和數(shù)據(jù)分析處理能力的日益增強和數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展,支持空間數(shù)據(jù)拓撲的大型數(shù)據(jù)庫平臺(Oracle,PostgreSQL,etc.)的日益完善,為滑坡編錄制圖和地質(zhì)環(huán)境要素的制圖和定量化提供了軟件技術(shù)支持。2.2國內(nèi)專家對大學生腦損傷危險性分析是滑坡風險評估的核心內(nèi)容之一,其主要難點問題是:由于成災(zāi)機理的復雜性和認識程度的差異所導致的滑坡空間概率、時間概率計算,滑坡類型、規(guī)模和滑動范圍確定的困難。目前國內(nèi)較多的研究中,滑坡危險性分析僅停留在定性或半定量的滑坡空間概率上(朱阿興等,2006;高克昌等,2006;曾忠平等,2006b;叢威青等,2006;張桂榮等,2005),實際就是滑坡空間敏感性或易發(fā)程度分析,僅僅從哪里易發(fā)生滑坡問題著手,而沒有解答或探討滑坡發(fā)生時間或頻率,滑坡的影響范圍和滑距、滑速和規(guī)模等問題,沒有達到全面危險性分析的程度;國外滑坡研究將危險性與滑坡敏感性嚴格區(qū)分,并對危險性分析從時間、空間和滑動特征方面開展預測模型研究(Gorsevskietal.,2006;Guzzettietal.,2005;Stefanini,2004)。因此,這里將從基于GIS技術(shù)的區(qū)域滑坡危險性評估與制圖方面著手,對區(qū)域滑坡危險性分析與制圖中的難點、不足和目前的最新研究進展從空間概率,時間概率和滑動特征及影響范圍預測三個方面進行詳細的論述。2.2.1滑坡敏感性研究方法滑坡空間概率確定的難點在于滑坡不像其他災(zāi)害具有空間衰減規(guī)律,是較為獨立的點狀災(zāi)害事件,在空間上基本不具備“衰減”規(guī)律。由于成災(zāi)機理研究水平和滑坡成災(zāi)的復雜性,難以在空間上建立滑坡發(fā)生與其影響因素間的定量關(guān)系或函數(shù)。當前開展區(qū)域滑坡空間概率分析計算的研究較多(AyalewandYamagishi,2005;Ayalewetal.,2005;Clericietal.,2002;Erminietal.,2005;Falletal.,2006;Guinauetal.,2005;Kanungoetal.,2006;Lanetal.,2004;Leeetal.,2006),但這些成果多重點介紹和強調(diào)所采用的工具軟件、方法,存在的不足主要包括:①將滑坡的影響和控制因素簡化,缺少對滑坡機理和誘發(fā)機制的分析;②缺少對其所采用的模型或方法的質(zhì)量評估,包括適用性、可靠性、敏感性和預測技術(shù)的客觀定量分析;③評價結(jié)果的正確與否判斷標準和檢驗方法過于定性或片面,往往是“已知滑坡分布的是否位于高敏感性或高易發(fā)區(qū)域”等類似的定性描述,缺少定量的數(shù)據(jù)分析,對高敏感區(qū)發(fā)生滑坡的空間概率缺少定量數(shù)據(jù)。好在有些研究已經(jīng)認識到了這些不足并且采取對同一地區(qū)用多種模型方法來開展滑坡敏感性或空間概率制圖,對其結(jié)果進行對比分析(Chung,2006;Kanungoetal.,2006;石菊松等,2005;李軍等,2003);其中,最新且最為全面的研究是意大利學者Guzzetti等在意大利中部的Collazzone地區(qū)建立了滑坡敏感性統(tǒng)計分析模型,實現(xiàn)了對模型的可靠性、敏感性和預測技術(shù)的定量分析評價,提出了對滑坡敏感性模型質(zhì)量評估的技術(shù)方法框架(Guzzettietal.,2006)。滑坡空間概率或敏感性可以用不同的方法和途徑來分析計算,在以往的滑坡風險或危險性綜述的文章中論述較多(Daietal.,2002;劉傳正等,2004;吳樹仁,2006;趙建華等,2006)。總體說來,這些方法歸納起來有4類:①基于滑坡編錄的概率分析方法;②定性分析推理方法;③利用相關(guān)數(shù)學模型(檢驗?zāi)Ｐ?、?shù)理統(tǒng)計模型、信息模型、模糊判別模型、灰色模型、模式識別模型、非線性模型等)的半定量方法;④確定性模型方法。隨著GIS、工程巖土力學、人工智能、非線性科學和數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)的發(fā)展,滑坡空間預測模型方法日益增多,且都趨向于與GIS軟件集成來開展滑坡敏感性制圖。下面將對各類方法的最新研究和存在的問題、不足及優(yōu)化等方面進行概述。(1)基于滑坡編錄的概率分析方法,滑坡編錄數(shù)據(jù)是滑坡空間敏感性分析的基礎(chǔ),利用歷史滑坡編錄數(shù)據(jù)開展敏感性制圖的研究較多的是香港,在完備的滑坡數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上,利用概率模型和經(jīng)驗修正系數(shù)的綜合分析來估算邊坡失穩(wěn)的概率(Chauetal.,2004);劉傳正在長江三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害空間評價中利用滑坡災(zāi)害的“發(fā)育度”和“潛勢度”來衡量敏感性程度(劉傳正等,2004),其中“發(fā)育度”是滑坡頻度,面積模數(shù)比,體積模數(shù)比等定量數(shù)據(jù)的函數(shù),與基于滑坡編錄的概率分析方法類似,但這種方法是建立在研究區(qū)具有較高的滑坡災(zāi)害研究程度和詳細的滑坡編錄資料基礎(chǔ)上,存在的不足主要在于方法評價中利用2.5×2.5km2的評價單元來開展滑坡敏感性制圖評價,明顯與其要求數(shù)據(jù)的研究程度不協(xié)調(diào),而且實際計算時面積和體積模數(shù)是采用滑坡的投影面積還是表面積的表達不明確,因此這種方法在實際的滑坡危險性或風險評估中的應(yīng)用非常有限。(2)定性分析推理方法,定性分析推理就是在對區(qū)域地質(zhì)環(huán)境背景具有充分了解、對滑坡的成因機制進行深入分析的基礎(chǔ)上,運用領(lǐng)域?qū)＜医?jīng)驗知識開展滑坡敏感性制圖和評價。主要方法有根據(jù)工程地質(zhì)學家、地貌學家的經(jīng)驗,直接根據(jù)地形地貌、工程地質(zhì)分析繪制滑坡敏感性分區(qū)圖或間接的定性制圖方法,主要包括層次分析法、網(wǎng)絡(luò)分析法、模糊數(shù)學和專家系統(tǒng)。最新的研究將這些定性分析推理方法與GIS相結(jié)合,來篩選參與滑坡敏感性評價的地質(zhì)環(huán)境因素或這些因素的組合并賦予參與GIS空間疊加分析的數(shù)據(jù)層權(quán)重,將疊加結(jié)果進行分類來確定滑坡敏感性的大小,實現(xiàn)滑坡敏感性制圖(NeaupaneandPiantanakulchai,2006)。但定性分析推理過于依賴專家多年來積累的“滑坡發(fā)生與地質(zhì)環(huán)境條件之間關(guān)系”的知識,而且這些知識多數(shù)為非定量的且以經(jīng)驗為主,是較為主觀的分析方法。但是目前階段滑坡敏感性評價,尤其是大區(qū)域的區(qū)劃制圖,在很大程度上還需要各種經(jīng)驗與事實的類比。因此,應(yīng)該對長期以來滑坡研究積累的大量現(xiàn)場資料和實踐經(jīng)驗進行系統(tǒng)綜合整理、研究,建立有效的專家系統(tǒng),作為“知識庫”,開發(fā)滑坡敏感性制圖的專家系統(tǒng)。(3)基于相關(guān)數(shù)學模型的半定量方法,基于相關(guān)數(shù)學模型,如統(tǒng)計分析、信息量和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的滑坡敏感性評估越來越普遍,近年來的研究熱點在于將這些方法與GIS技術(shù)相結(jié)合開展滑坡敏感性制圖(AyalewandYamagishi,2005;Erminietal.,2005;GomezandKavzoglu,2005;Kanungoetal.,2006;Leeetal.,2004;Nath,2005;Wangetal.,2005;YesilnacarandTopal,2005;Zhouetal.,2003)。其一般分析和制圖流程是通過對已知研究區(qū)滑坡編錄圖與一系列地質(zhì)環(huán)境條件要素的疊加分析,利用統(tǒng)計分析方法、信息量方法、敏感性方法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來確定各要素的權(quán)重,將賦予權(quán)重的環(huán)境要素按照所采用方法的計算原則進行空間分析運算,根據(jù)計算結(jié)果和已知災(zāi)害分布獲得分類的敏感性制圖。這些方法的局限在于需要大量的樣本數(shù)據(jù),來確定這些模型或方法的權(quán)重參數(shù),最終結(jié)果分類界限的確定缺少客觀依據(jù)。其理論基礎(chǔ)是建立在具有類似地質(zhì)環(huán)境條件的地方易于發(fā)生滑坡災(zāi)害,沒有考慮到地形條件,如坡度在滑坡發(fā)生后變化較大,土地覆蓋等環(huán)境要素在滑坡發(fā)生前后變化較大。更為關(guān)鍵的是不同類型和體積的滑坡是不同地質(zhì)環(huán)境條件要素組合的結(jié)果,目前,很少有研究根據(jù)滑坡類型的不同采用不同的統(tǒng)計模型(Davisetal.,2006),多數(shù)研究綜合所有類型的滑坡作為一體來建立統(tǒng)計或數(shù)理邏輯關(guān)系。(4)確定性模型算法,確定性模型算法主要利用邊坡穩(wěn)定性計算的力學或以滑坡誘發(fā)機制為基礎(chǔ)的物理力學算法或模型,常利用GIS軟件為這些算法或模型準備數(shù)據(jù),并表達模型計算結(jié)果。利用確定性模型算法開展區(qū)域滑坡敏感性評價的研究較少(Gorsevskietal.,2006),主要因為確定性模型方法需要詳細的空間變量參數(shù)以用來作為水文或邊坡穩(wěn)定性模型的輸入數(shù)據(jù)。其中,對模型最為敏感的參數(shù)是邊坡定量描述值(可以很容易從高精度DTM獲得)和在空間分布上難以確定的松散層厚度和巖土體物理力學性質(zhì)等參數(shù)。如果松散層厚度未知,那么淺層地下水位和松散層厚度的比值也就無法確定,但這個比值對邊坡穩(wěn)定極為敏感(Gorsevskietal.,2006;VanWesten,2005)。雖然,地貌分析模型可以大致預測土層厚度,但其空間差異性較大,難以預測,而且,下伏基巖的風化作用常常不被重視。獲取足夠分析計算的點位的巖土體的物理力學參數(shù)(C,Φ)比較困難而且花費較大,尤其是在一個大的區(qū)域,這些物理力學參數(shù)的空間差異性大,難以取得較好的插值計算結(jié)果。現(xiàn)有的大多數(shù)研究認為在GIS環(huán)境中只有滑面與邊坡平行的無限斜坡模型在大區(qū)域內(nèi)得到較好的應(yīng)用,復合型或曲線型滑面應(yīng)用的難度大(VanWesten,2005)。國內(nèi)利用確定性模型開展邊坡穩(wěn)定性研究較為全面和系統(tǒng)的研究是謝謨文、蔡美峰(2005)在《信息邊坡工程學的理論與實踐》中以穩(wěn)定性分析及GIS技術(shù)應(yīng)用為重點,闡述了邊坡三維穩(wěn)定極限平衡法的GIS分析模型方法,主要包括經(jīng)典柱體單元模型、擴展的Bishop模型、擴展的Janbo三維模型和基于滑動面上正應(yīng)力分布假定的方法等模型的算法實現(xiàn)和GIS系統(tǒng)開發(fā)、介紹了基于DEM的邊坡單元劃分方法、邊坡三維危險滑動面搜索的MonteCarlo模擬方法以及這些方法的工程應(yīng)用實例。2.2.2基于定量模型方法的滑坡預測滑坡時間概率指的是滑坡發(fā)生的頻率,通常采用年概率來表征,是滑坡危險性評估的關(guān)鍵內(nèi)容之一。Picareli在2005年國際滑坡風險管理會議上詳細綜述了滑坡頻率評估的一些方法,主要是基于經(jīng)驗和滑坡歷史編錄的評估(Picareli,2005),其中規(guī)模—頻率的定量關(guān)系分析近年來在工程應(yīng)用中較為廣泛,雖然具有依賴于滑坡編錄數(shù)據(jù)質(zhì)量的局限和基于未來滑坡頻率與歷史滑坡具有相似性的假設(shè)。最新的定量模型方法是意大利學者Guzzetti等將意大利Staffora流域劃分為2243個兼顧地形、地貌和水文的制圖單元,將該流域1955年～1999年間發(fā)生的滑坡按照不同時間區(qū)間來分類,作為泊松概率模型的輸入數(shù)據(jù)來預測每個制圖單元在不同時間長度內(nèi),如5年,10年,50年等,發(fā)生滑坡的時間概率(Guzzettietal.,2005)。開展滑坡時間概率分析的方法還可以通過滑坡時間系列成因分析,這是一個較為有效的獲得滑坡復發(fā)概率的方法,它包括對滑坡誘發(fā)機制和滑坡類型、地質(zhì)環(huán)境條件和誘發(fā)因素之間的相互關(guān)系的理解,如將滑坡頻率與地震強度、頻率,滑坡頻率與降雨強度、持時,滑坡頻率與滑坡監(jiān)測反饋信息相關(guān)聯(lián),在定義了一個極限以后,通過測量、評價分析這些因素來評估滑坡的復發(fā)周期。例如,通過對大面積滑動相關(guān)的主要觸發(fā)因素包括降雨、地震、侵蝕等的強度和周期性特點,結(jié)合滑坡編錄數(shù)據(jù)庫信息來分析計算滑坡復發(fā)的時間概率。2.2.3基于摩擦滑動特征模型的滑坡預測盡管目前滑坡機制方面的研究取得了比較大的發(fā)展,并能用數(shù)值方法來模擬它們,但是對于滑坡體的快速滑動的啟動機制和滑坡滑動距離、速度和滑坡影響范圍的估算,以及誘發(fā)次生災(zāi)害,如庫區(qū)滑坡涌浪,滑坡堵江等的評估方面還存在較大的困難。目前,對滑坡滑移距離和滑速的預測,Hunger等詳細綜述了目前研究中所采用的方法,主要有工程地質(zhì)類比,監(jiān)測方法以及基于極限平衡和應(yīng)力應(yīng)變分析的方法(Hungr,2005),還有意大利學者Guzzetti等利用滑坡頻率與面積的統(tǒng)計方法開展滑坡大小預測的概率分析研究(Guzzettietal.,2002;Guzzettietal.,2005;Malamudetal.,2004)。目前階段,利用數(shù)值方法對大區(qū)域內(nèi)的潛在滑坡的滑動特征,包括滑動距離、速度、規(guī)模和影響范圍的定量預測建模非常困難,但在單體滑坡滑動距離、速度、規(guī)模和次生災(zāi)害涌浪預測的研究方面,很多的研究提出了針對特定地區(qū)和類似性質(zhì)滑坡特征預測的經(jīng)驗公式和統(tǒng)計預測模型,這些經(jīng)驗和統(tǒng)計預測模型在一定程度上可供借鑒和參考(Claessensetal.,InPress;DaiandLee,2002;Guzzettietal.,2002;Guzzettietal.,2005;Okuraetal.,2000)。當然,滑坡滑動特征也可以通過在歷史滑坡事件分析的基礎(chǔ)上來構(gòu)建最大滑動路徑,以確定滑坡滑動距離,或者綜合考慮地質(zhì)環(huán)境因素,尤其是微地貌和微地形,巖土體組合關(guān)系來確定可能的滑動路徑,潛在影響區(qū)域及可能滑動速度。但是,這種經(jīng)驗分析需要大量的數(shù)據(jù),而且,滑坡體的運移沒有預定的軌跡,因此在區(qū)域分析計算中需要詳細的DTM,而且在GIS中建模這些預測經(jīng)驗公式和算法的技術(shù)難度較大。2.3完備承災(zāi)體數(shù)據(jù)庫信息損失評估或危害分析主要包括承災(zāi)體識別及價值估算,易損性的確定,因此損失評估的難點和進展主要在于承災(zāi)體的識別及價值估算和易損性的定量計算。承災(zāi)體識別的難點在于對動態(tài)和靜態(tài)承災(zāi)體識別、制圖及數(shù)據(jù)獲取和難以估算由于承災(zāi)體損失所導致的間接損失。在承災(zāi)體識別和制圖方面,隨著數(shù)字地球和測繪成果共享的發(fā)展,可以作為承災(zāi)體數(shù)據(jù)庫的多用途數(shù)據(jù)庫日益普及和完善,數(shù)字城市,數(shù)字國土等成果空間數(shù)據(jù)庫可以作為滑坡風險分析承災(zāi)體數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)。獲取承災(zāi)體數(shù)據(jù)的方法還可以利用高分辨率影像,與適當?shù)恼{(diào)查訪問相結(jié)合,以補充無法從影像識別的承災(zāi)體信息和社會經(jīng)濟狀況。完備的承災(zāi)體數(shù)據(jù)要求每一承災(zāi)體都有相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù),包括空間(相對災(zāi)害距離及空間位置、分布)、時間(如,在同一地點的情況是變化的)特征信息和專題屬性信息(建筑結(jié)構(gòu)、材料類型或人的年齡結(jié)構(gòu))等。完備承災(zāi)體數(shù)據(jù)信息可以計算動態(tài)承災(zāi)體受險的時間和空間概率,例如一個人在房屋的年時間概率可以用每年人在房屋的總時間除以一年的總時間獲得,對于行駛在具有邊坡失穩(wěn)的公路上的汽車受險的時間為邊坡失穩(wěn)影響段的總長度除以汽車通過滑坡影響段的平均時速,通過對每年通過該公路的時間累加之和除以一年的總時間就可以得到該汽車受險的年時間概率。因此,完備的承災(zāi)體數(shù)據(jù)庫信息對承災(zāi)體的危害分析至關(guān)重要。承災(zāi)體對滑坡易損性的確定極為困難,主要在于影響易損性的因素較為復雜,難以定量描述,一方面由于滑坡災(zāi)害導致的損失較為孤立,是一個破壞“點”,而其他災(zāi)害類型所導致的損失是“面”上的。大多數(shù)滑坡只是“點到點”的災(zāi)害(不像地震和洪水,屬于點影響面的災(zāi)害),沒有衰減趨勢和規(guī)律,因此,至今難以獲得滑坡大小與災(zāi)害程度的對應(yīng)關(guān)系,也難以獲得滑坡頻次與災(zāi)害的關(guān)系,更難以獲得規(guī)模大小與災(zāi)害衰減趨勢的關(guān)系,這也決定了滑坡易損性評估的困難。另一方面由于歷史災(zāi)情數(shù)據(jù)非常有限,而且主要由誘發(fā)災(zāi)害事件的強度及誘發(fā)事件和周邊地質(zhì)環(huán)境要素的狀態(tài)共同決定的潛在滑坡的規(guī)模很難預測,因此,由于承災(zāi)體對不同規(guī)模和類型滑坡的易損性信息的缺乏是滑坡風險評估的最大障礙。承災(zāi)體易損性定量化的研究較多(Roberds,2005),一般是根據(jù)在一定類型和體積的滑坡發(fā)生時承災(zāi)體損失程度的評估來獲得。這種估計的損失程度是建立在易損性對象、空間交叉特性和損失函數(shù)的基礎(chǔ)上的,也即從歷史災(zāi)害損失編錄的案例研究和詳細分析或者基于結(jié)構(gòu)模型和經(jīng)驗關(guān)系中得出的易損性—脆弱程度的關(guān)系函數(shù)。因此,承災(zāi)體分布、特性和滑坡類型、規(guī)模及滑移距離、速度和歷史災(zāi)害編錄是易損性量化的依據(jù)和開展易損性分析的關(guān)鍵。除此之處,易損性還依賴于承災(zāi)體的特性,承災(zāi)體的防護程度,承災(zāi)體避讓的概率和災(zāi)害預報和預警系統(tǒng)的有效性和災(zāi)害應(yīng)急水平,如具有防災(zāi)意識和受過災(zāi)害應(yīng)急指導的人在滑坡時傷亡的概率就小得多,婦女兒童在災(zāi)害中傷亡的概率較大,在外的人和車輛房屋中的人具有不同的傷亡概率。因此,易損性定量在理論上介于0～1,而在實際應(yīng)用中缺乏科學嚴謹?shù)慕缍ê颓袑嵖尚械膿p失破壞標準。3基于gis的滑坡動態(tài)實時監(jiān)測和預警技術(shù)最近幾年來,以GIS、RS、GPS技術(shù)及空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施(SDI)為主的地球空間信息學和對地觀測新技術(shù)的不斷發(fā)展,為滑坡風險分析和評估提供了新的支撐技術(shù)體系,為滑坡風險計算中數(shù)據(jù)獲取,管理、處理、空間分析、數(shù)據(jù)建模與模擬提供了新的工具和軟件環(huán)境。通過對近兩年來發(fā)表在SCI、EI檢索論文中有關(guān)滑坡文獻的分析和國內(nèi)外滑坡災(zāi)害研究動態(tài)的了解,有關(guān)滑坡風險研究的國內(nèi)外技術(shù)研究的發(fā)展趨勢主要包括:隨著對地觀測學的新技術(shù)的發(fā)展及新的對地觀測系統(tǒng)投入運營,例如高分辨率(<1m)的可見光和熱紅外影像IKONOS,Quickbird,IRSCartoSat-1,ALOS,星載干涉雷達測量(InSAR)和差分干涉雷達測量(DInSAR)Radarsat,ERS,Envisat,TerraSAR-X,Cosmo/SkyMed,等,微波衛(wèi)星Ple`iades,DMC,RapidEye,機載激光高度測量議和差分干涉雷達測量技術(shù)等(Metternichtetal.,2005),不管是機載,星載或地面?zhèn)鞲衅鞫紭O大地提高了滑坡風險研究所需的全天候,實時的數(shù)據(jù)獲取能力。而且InSAR、DinSAR、LIDAR等,高分辨率衛(wèi)星影像(Spot5、IKONOS、Quickbird)和高光譜遙感技術(shù)(HyMap)等在滑坡災(zāi)害研究中得到了廣泛的應(yīng)用(Chadwicketal.,2005;ColesantiandWasowski,InPress;Farinaetal.,2007;Glennetal.,2006;Metternichtetal.,2005;RottandNagler,2