《地震滑坡概率危險性評估技術(shù)規(guī)范》編制說明

中國災(zāi)害防御協(xié)會團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《地震滑坡概率危險性評估技術(shù)規(guī)范》編制說明一、工作簡況（一）編制目的和意義大地震往往觸發(fā)大量的同震滑坡，而這些同震滑坡往往是造成重大的人員傷亡與財產(chǎn)損失的重要原因。開展滑坡預(yù)測概率分布的研究是指在地震影響下，研究區(qū)內(nèi)在當(dāng)?shù)氐匦蔚刭|(zhì)等條件下發(fā)生滑坡的可能性大小，通過預(yù)測滑坡空間概率的分布，可以對滑坡高易發(fā)區(qū)域進(jìn)行預(yù)測和預(yù)防，可以有效的開展受災(zāi)區(qū)域的防災(zāi)減災(zāi)工作。機(jī)器學(xué)習(xí)模型作為目前國際上較為流行的一種預(yù)測滑坡概率的評估方法，被廣泛應(yīng)用到多個區(qū)域地震滑坡評估工作中。區(qū)域地震滑坡評價是減輕災(zāi)害的一種重要方式，通過制定《地震滑坡概率危險性評估技術(shù)規(guī)范》（以下簡稱“本標(biāo)準(zhǔn)”），可以提供區(qū)域背景下地震滑坡的發(fā)生可能性大小，為減輕災(zāi)害提供支撐。目的：開展滑坡絕對概率評估技術(shù)規(guī)范研究，基于真實滑坡數(shù)據(jù)開展絕對滑坡概率預(yù)測模型研究，提升地震滑坡概率危險性評估的水平，更好的服務(wù)于地震滑坡防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)工作。意義：通過預(yù)測滑坡空間概率的分布，可以得到區(qū)域內(nèi)地震滑坡發(fā)生概率分布圖，從而可以有效的開展受災(zāi)區(qū)域的地震滑坡防災(zāi)減災(zāi)工作。目前國內(nèi)還沒有類似標(biāo)準(zhǔn)的實施，本次團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的實施將填補這一空白，為以后編制更高一級的標(biāo)準(zhǔn)（如地方標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等）做鋪墊。（二）標(biāo)準(zhǔn)起草單位和主要起草人起草單位：應(yīng)急管理部國家自然災(zāi)害防治研究院、中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所、中國地質(zhì)大學(xué)（北京）、中國地震局地質(zhì)研究所、四川省地震局、河北省地震局、云南省地震局、青海省地震局、寧夏地震局、新疆地震局、甘肅省地震局、安徽省地震局、貴州省地震局、陜西省地震局、山西省地震局、西藏自治區(qū)地震局、中國長江三峽集團(tuán)有限公司、中國地震局地球物理研究所、中國地震局地震預(yù)測所、中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所、成都理工大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、西安交通大學(xué)、西北大學(xué)、西安科技大學(xué)、中國電力科學(xué)研究院有限公司主要起草人：許沖、邵霄怡、程佳、齊文文、何祥麗、高會然、肖子亢、王巍、黃帥、田穎穎、馬思遠(yuǎn)、徐錫偉、王世元、張合、呂國軍、盧永坤、姚生海、杜鵬、李帥、王蘭民、疏鵬、劉軍、李陳俠、曾金艷、張建龍、歐陽金惠、姚翔龍、邵博、李宗超、王曉青、姚琪、郭長寶、孫萍、顧畛逵、王濤、王運生、汪發(fā)武、黃雨、張茂省、王家鼎、趙洲、劉暢（三）主要工作過程1、前期準(zhǔn)備中國災(zāi)害防御協(xié)會于2021年2月通過了團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)提案，團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《地震滑坡概率危險性評估技術(shù)規(guī)范》進(jìn)入立項申請階段2、立項討論會中國災(zāi)害防御協(xié)會于2022年4月14日在北京召開了《地震同震滑坡分布專題圖技術(shù)規(guī)范》、《地震滑坡概率危險性評估技術(shù)規(guī)范》、《地震滑坡概率危險性評估專題圖制圖技術(shù)規(guī)范》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)立項論證會。專家組由中國地震應(yīng)急搜救中心、中國地震局地質(zhì)研究所、中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所、中國自然資源航空物探遙感中心、中國地質(zhì)大學(xué)（北京）教授、中國災(zāi)害防御協(xié)會研究員的專家組成。專家組全體成員一致同意該標(biāo)準(zhǔn)通過立項論證，要求項目組根據(jù)論證會提出的意見和建議，進(jìn)一步做好標(biāo)準(zhǔn)的編制工作3、立項和啟動應(yīng)急管理部國家自然災(zāi)害防治研究院于2023年5月15日在北京主持召開了中國災(zāi)害防御協(xié)會團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《地震滑坡概率危險性評估技術(shù)規(guī)范》《地震滑坡概率危險性評估專題圖制圖技術(shù)規(guī)范》《地震同震滑坡分布專題圖制圖技術(shù)規(guī)范》項目啟動會，中國災(zāi)害防御協(xié)會副秘書長張成，應(yīng)急管理部國家自然災(zāi)害防治研究院研究員許沖，以及牽頭單位、各參編單位代表共40余人以線上形式出席了會議。會上成立了團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)編制組，確定了參與團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)編寫的成員。編制組分別對團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的編制工作大綱進(jìn)行了討論，討論內(nèi)容主要包括團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)編制工作的章節(jié)結(jié)構(gòu)、任務(wù)分工、進(jìn)度安排等事項。最后，編制組對團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)編制工作大綱達(dá)成了共識，并就下一步工作的開展和推進(jìn)做出了具體安排，為團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)編制工作的順利進(jìn)行奠定了基礎(chǔ)。（四）標(biāo)準(zhǔn)主要起草人所做工作課題負(fù)責(zé)人許沖，負(fù)責(zé)組織、主持項目研究、調(diào)研及研討；課題副負(fù)責(zé)人許沖，負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)的起草和修改工作，參與調(diào)研及研討，對標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了系統(tǒng)校核；主要研究人員；邵霄怡、程佳、齊文文、何祥麗、高會然、肖子亢、王巍、黃帥、田穎穎、馬思遠(yuǎn)、徐錫偉、王世元、張合、呂國軍、盧永坤、姚生海、杜鵬、李帥、王蘭民、疏鵬、劉軍、李陳俠、曾金艷、張建龍、歐陽金惠、姚翔龍、邵博、李宗超、王曉青、姚琪、郭長寶、孫萍、顧畛逵、王濤、王運生、汪發(fā)武、黃雨、張茂省、王家鼎、趙洲、劉暢參與調(diào)研及研討。二、現(xiàn)狀分析對于滑坡災(zāi)害危險性評價的研究，最核心的理論基礎(chǔ)就是工程地質(zhì)類比法，也即通過學(xué)習(xí)已發(fā)生的或當(dāng)前的斜坡失穩(wěn)機(jī)制來輔助決策未來滑坡災(zāi)害的防治(Carraraetal.1995;Carraraetal.1999;Guzzettietal.1999;Varnes1984)。最早相關(guān)研究可以追溯到20世紀(jì)70年代，Neuland(1976)嘗試?yán)媒y(tǒng)計方法結(jié)合穩(wěn)定與不穩(wěn)定斜坡的地質(zhì)環(huán)境特征構(gòu)建一個滑坡預(yù)測模型，這也就是我們通常所說的滑坡敏感性/易發(fā)性分析。一般來講，滑坡的易發(fā)性分析就是根據(jù)局部地形和環(huán)境條件分析一個區(qū)域內(nèi)滑坡發(fā)生的可能性(Brabb1985)，也即估計滑坡可能發(fā)生的地方。用數(shù)學(xué)語言來表達(dá)的話，就是指一定地質(zhì)條件下斜坡失穩(wěn)發(fā)生的空間概率(Guzzetti2006;Reichenbachetal.2018)，這就是我們計算和制作滑坡易發(fā)性圖的原理。用于開展滑坡易發(fā)性分析的方法可以分為5大類：地貌分析、滑坡編目分析、啟發(fā)式或指數(shù)分析方法、統(tǒng)計分析方法和物理原理分析方法(Guzzetti2006;Reichenbachetal.2018)?；诮y(tǒng)計和物理原理的分析方法是比較常用的地震滑坡易發(fā)性評價方法。其中，統(tǒng)計方法是通過擬合過去和/或現(xiàn)在滑坡和可能的控制因素之間的關(guān)系來分析未來滑坡的發(fā)生概率的(Carrara1983;Guzzetti2006)。最常見的統(tǒng)計方法有邏輯回歸方法、信息量方法、證據(jù)權(quán)方法和新興的機(jī)器學(xué)習(xí)方法(DaiandLee2002;Reichenbachetal.2018;vanWestenetal.2003)。基于這些方法開展的研究也有很多(Jibson1993;Kampetal.2009;LeeandEvangelista2006;MaandXu2018;Tianetal.2019;Xuetal.2012a;Xuetal.2016;Xuetal.2012b;戴嵐欣etal.2017;劉甲美etal.2017;劉麗娜etal.2014;馬思遠(yuǎn)etal.2019;王濤etal.2013,2015;許沖etal.2013a;許沖etal.2013b)。易發(fā)性分析的方法有很多種，且各具特色，其中邏輯回歸方法被認(rèn)為是操作相對簡單、適用于大區(qū)域且精度相對較高的方法之一(Brenning2005;NowickiJesseeetal.2018)。盡管地震滑坡危險性評價的結(jié)果已有成果很多，但從小區(qū)域到全球尺度，幾乎都沒有概率思想為指導(dǎo)，只考慮了滑坡發(fā)生的相對危險性，沒有將危險性與實際滑坡聯(lián)系起來，從而導(dǎo)致受地域限制或者有分歧的分級標(biāo)準(zhǔn)。也就是說，不同地區(qū)的高滑坡危險性可能實際上滑坡危險性差別非常大。因此，亟需基于真實滑坡數(shù)據(jù)構(gòu)建絕對滑坡概率預(yù)測模型對開展地震滑坡概率危險性評估。參考文獻(xiàn)：BrabbEE,1985.Innovativeapproachestolandslidehazardandriskmapping,InternationalLandslideSymposiumProceedings,Toronto,Canada,pp.17-22.BrenningA(2005)Spatialpredictionmodelsforlandslidehazards:review,comparisonandevaluation.5:853-863.CarraraA(1983)Multivariatemodelsforlandslidehazardevaluation.JournaloftheInternationalAssociationforMathematicalGeology15(3):403-426.CarraraA,CardinaliM,GuzzettiF,ReichenbachP(1995)GIStechnologyinmappinglandslidehazard.Springer,135-175.CarraraA,GuzzettiF,CardinaliM,ReichenbachP(1999)UseofGISTechnologyinthePredictionandMonitoringofLandslideHazard.NaturalHazards20(2/3)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本的比例與實際區(qū)域中滑坡面積與未發(fā)生滑坡面積的比例相一致，這樣得到的概率才是地震滑坡的絕對概率。采用在整個研究區(qū)內(nèi)隨機(jī)選點的方式，樣本點落在滑坡面要素內(nèi)的即為滑坡樣本點，落在滑坡面之外的樣本點為非滑坡樣本點。訓(xùn)練樣本的密度應(yīng)保證每平方公里大于10個樣本，這樣能夠保證概率危險性評估計算結(jié)果的穩(wěn)定性。（七）地震滑坡概率危險性評估方法選擇選擇適當(dāng)?shù)牡卣鸹赂怕誓Ｐ停紤]模型的適用性和可靠性。在模型選擇時，考慮地質(zhì)條件、地形特征、歷史地震事件等因素常用機(jī)器學(xué)習(xí)模型都可作為地震滑坡概率危險性評估的模型選擇，這里以常用的邏輯回歸方法為代表介紹。地震滑坡概率危險性評估方法應(yīng)考慮滑坡與其環(huán)境影響因子的關(guān)系，結(jié)合GIS空間分析功能，采用機(jī)器學(xué)習(xí)模型建立二者之間的關(guān)系，開展定量化分析研究，得到定量關(guān)系式，進(jìn)而推廣到整個研究區(qū)得到概率危險性分析結(jié)果。以邏輯回歸模型為例，該模型考慮一個二分類名義變量，例如將滑坡的觸發(fā)和未觸發(fā)，可以用1和0代表兩種不同的狀態(tài)?；掳l(fā)生的概率函數(shù)f(z)的數(shù)值介于0~1之間，將其視為因變量（滑坡影響因子）的條件概率分布，得到本標(biāo)準(zhǔn)中的式（1）和式（2）。得到各個滑坡影響因子的權(quán)重系數(shù)，基于模型的公式，得到地震滑坡概率危險性評估結(jié)果。（八）模型參數(shù)設(shè)置設(shè)置地震滑坡概率模型的輸入?yún)?shù)，包括地質(zhì)屬性、地形因子、降雨條件等。根據(jù)研究區(qū)域的特點，調(diào)整和優(yōu)化模型參數(shù)。（九）概率危險性結(jié)果綜合分析根據(jù)樸素貝葉斯概率思想，對于一次地震事件來說，其滑坡發(fā)生概率可以被定義為：該次地震事件所觸發(fā)的所有的滑坡總面積與滑坡分布面積的比值。該比值可類似于同震滑坡發(fā)生的先驗概率，也可被成為滑坡面積百分比。那么某一區(qū)域內(nèi)同震滑坡的發(fā)生概率可以定義為該區(qū)域內(nèi)同震滑坡總面積除以該區(qū)域總面積。應(yīng)用上述方法得到的地震滑坡發(fā)生概率，是表達(dá)預(yù)測滑坡的區(qū)域范圍的大小?；掳l(fā)生概率與空間范圍相關(guān)。地震滑坡發(fā)生概率解讀：使用訓(xùn)練樣本和機(jī)器學(xué)習(xí)模型