基于分形理论的滑坡灾害危险性区划研究——以贵州省铜仁市为例

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滑坡灾害给人类造成了巨大的危害和损失,多年来各界学者采用了各种各样的方法进行分析,提出了很多实用的防治方案。随着数学理论及计算机科学技术的发展,非线性理论逐渐走向社会各个领域并显示出强大的生命力。作为非线性科学中的一部分,分形理论是从一个系统的局部和整体的自相似性出发,研究复杂、不连续系统的本质发展规律的科学,是描述自然界和社会生活中普遍存在的不规则现象的很好的一种思路或者工具,具有广阔的发展前景。目前应用分形理论进行地质和地震方面的研究应用已经取得了较大的成就,在此基础上进行的工程地质方面的研究应用也获得了可喜的发展。虽然分形学的理论较深奥庞杂,不易于理解,但在计算机的帮助下其分维值求取方法却可以简单地实现,因此具有很好的推广应用潜力。   贵州省铜仁市地处贵州高原向湘西丘陵过渡的斜坡地带,是滑坡地质灾害高发地区,多年来滑坡造成了巨大的损失,严重阻碍了经济发展的道路。本文以该市为研究对象,在ARCGIS9.2软件平台上,应用改变粗视化程度的分形维数计算方法,对研究区内的等高线、沟谷水系网络、地层岩性、地质构造、公路建设网络进行分形值的计算。结果显示在研究范围内,不同的地貌类型区域之间,随着等高线分维值的降低,滑坡分布密度增大;相同或者相似的地貌区域里,滑坡分布密度随着等高线增大而增大。沟谷网络水系的分维值降低,表示其汇流量增大,滑坡分布密度增大。岩组的面积分布越复杂,其分维值越大,越容易导致滑坡发生。断层和褶皱的规模越大,形式越复杂,其分维值越大,对滑坡的影响越大;道路与构造的影响方式类似,其分维值的增大伴随着滑坡分布密度的增大。通过探讨研究区内滑坡发育与地质因素作用之间的一般规律,分析滑坡形成机制,同时确定滑坡发育的主要影响因素。   根据前文的分析,选取地层岩性、地质构造、地形坡度、人类工程活动、水文地质条件这五种滑坡的主要影响因素,结合实际调查资料与专家经验设定各因素影响范围,对其影响范围进行量化,把每种因素分为四个等级,影响越大,等级越高。应用量化后的影响因素等级进行排列组合,确定具体点位的地质条件组合方式,将具有相同形式的组合归为一类,提取各类分布面积并计算其分维值。类分维值在2.0001-2.1397之间,平均分维值为2.0143,大部分分维值集中于较低区域。标准化类分维值使之具有可比性,采用自然断点法确定区域划分的阀值。采用已有滑坡面积分布作为参照,计算得到其分维值为2.0745。由此推出类分维值越大,其分布面积内滑坡发生可能性越高。根据阀值,按照类分维值(以D表示)的大小将滑坡危险性区域划分为四个等级,其中D>2.0323为危险性高等级;2.0156<D≤2.0323为危险性较高等级;2.0016<D≤2.0156为危险性中等等级,D≤2.0016为危险性低等级。   危险性高区域面积占总面积的2.78%,在城镇行政、经济中心地区分布较为密集,通常分布于道路附近、河流沿岸,同时其展布方向对应着断层的分布。危险性较高区域占总面积的10.25%,密集地分布于地质构造周围,几乎呈线性分布形态。受河流地质作用影响较大,第四系松散土层覆盖面广,厚度较大,斜坡坡度较大。危险性中等区域占总面积的55.72%,分布广泛,覆盖研究区内大部分国土面积。区域内地貌类型多数为溶蚀缓丘、坡谷、洼地,分布于低山地带,地势较为平缓。危险性低区域占总面积的31.25%,以大块的面积分布为主。区域海拔高度大,多数为中低山丘陵地貌。基岩出露面积大,断层、公路在其中鲜有分布。由各危险性区域的面积分布规律可知人类工程活动是滑坡的主要诱因,地质构造是主导因素,地层岩性、坡度均有重要影响。河流地质作用改变了地表形态,对滑坡的影响是多方面的。   根据已知灾点统计,已发生的地质灾害点73.19%落在滑坡危险性高及较高区域。说明应用分形理论进行区域地质灾害危险性区域划分是切实可行的。滑坡危险性高及较高区域面积和约为总面积的1/8,且主要分布在人口密集地区,不仅容易引发地质灾害,而且地质灾害造成的损失巨大。因此在研究区内,对滑坡危险性高及较高的区划必须重点设防。
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