1、滑坡、泥石流灾害危险度评估经验模型
一、泥石流灾害的经验模型
针对泥石流灾害，刘希林在多年的实践中初步建立一套泥石流危险度的定量评估方法，逐步得到广泛的共识,并在实践应用中不断加以完善。他确定的区域泥石流危险度评估指标为8项：
y:泥石流沟分布密度（条/103km2），通过实地考察或航片判读获取。泥石流沟分布密度是区域泥石流规模和发生频率的替代因子，含有规模和频率的双重信息，它不仅表明了区域泥石流的发育历史，也表明了目前的活动状况，同时预示着将来的发展趋势，是区域泥石流危险度评估的重要依据。
x1:岩石风化程度系数Ky（取倒数），岩石风化程度系数定义为风化岩石单轴干抗压强度除以新鲜岩石单轴干抗压强度。岩石风化程度能较好地反映一个地区泥石流形成的可能性大小，而Ky值又与岩石性质和风化程度有关。岩石风化越严重，Ky值越小；岩性越软弱，Ky值越小。新生代和中生代的Ky值可取0.6，古生代和元古宙岩石的Ky值可取0.5，半风化岩石Ky取值为0.4～0.75。以岩石出露面积为权重，从地质图上量算获取。
x3:断裂带密度（km/103km2），从地质图（1∶20万或1∶50万）上量算获取。一个地区断裂带密度越大，地层岩石越破碎，松散固体物质产出越多，泥石流潜在规模就越大，该地区泥石流危险度就越大。
x6:大于等于25°的坡地面积百分比（%），从政府统计部门、国土部门等有关部门获取。以1∶5万或1∶10万地形图为基础图件，利用计算机GIS技术制作出区域地形坡度图，从中获取大于等于25°的坡地面积百分比的数据。泥石流形成区山坡坡度大都在25°以上。陡峻的坡度造成坡面上松散固体物质的剪切强度减小，剪切应力增大而最终导致斜坡破坏失稳，为泥石流提供固体物质来源和运动动能。
x8:洪灾发生频率（%），即实际洪灾次数除以可能出现的洪灾次数，从气象部门和水利部门获取（实际工作中此指标若难获取，亦可用年平均降雨量代替）。
x9:年平均月降雨量变差系数Cv值（小数），从气象部门获取资料后计算获取。这一因子反映一个地区降雨量在年内各月的分配情况。降雨量越集中，降雨强度就越大，泥石流触发条件就越充分，区域泥石流发生频率就可能越大。
x11:年平均大于等于25mm大雨的日数（日），从气象部门获取（实际工作中此指标也可用年平均大于等于50mm暴雨的年平均日数代替）。
x16:大于等于25°的坡耕地面积百分比（%），从政府统计部门或国土部门获取。陡坡耕种破坏森林植被，加重水土流失，是造成不稳定斜坡发生重力块体运动、坡面侵蚀和沟谷侵蚀的主要因素之一。
提出了如下区域泥石流危险度的计算公式：
地质灾害风险评估理论与实践
式中：H为区域泥石流危险度（0～1）；Y，X1，X3，X6，X8，X9，X11，X16分别是y，x1，x3，x6，x8，x9，x11，x16八项指标的极差变换后的赋值（0～1）。
极差变化实际上就是0～1标准化，最大值变换为1，最小值变化为0，其余值介于0～1之间。这种方法得到的危险度只具有相对意义而不具有绝对可比性，即危险度大小比较只能在同一评估区进行，不具有跨区横向可比性。为克服极差变换赋值法的不足，刘希林结合我国云南、四川、辽宁、北京等暴雨泥石流地区的实际情况，提出了8项指标的分段函数赋值（表3-3）。
表3-3 区域泥石流危险度8项评估指标的分段赋值转换函数
二、意大利学者提出的经验模型
意大利在Campania西北部盆地（面积1500km2，具有独特的地质和地貌特征，有火山岩、冲积沉积物和灰岩分布）进行的泥石流灾害危险度评估，采用的经验公式如下：
地质灾害风险评估理论与实践
式中：S代表泥石流的危险性；A，B，K，，N是当地地貌或土地利用相关的参数；G是泥石流物源区的坡度。
对于整个研究区，采用了下列公式：
地质灾害风险评估理论与实践
式中：L代表土地利用；Dc代表到危险悬崖的距离；T代表火山碎屑盖层的厚度；Dr代表到山区道路的距离。
根据不同地区的具体情况，进一步简化公式（2），如有的地方Dc和Dr的影响不大，可以忽略，公式（2）可改写为S=L×G（1+T）。采用一元统计回归方法，确定相关参数的数值。对于稳定的草原，L的取值为0.0001，而对于针叶林，L的取值为1.5。
该地区的研究人员证实了泥石流的发生频率（F）与D（Dc或Dr）之间存在公式（3）的统计关系：
地质灾害风险评估理论与实践
式中：F为滑坡发生概率。
公式（3）说明了在Sarno地区爆发大规模泥石流的原因。最早产生滑坡可能是在天然危岩体或道路削坡处，运动物质仅数方物质，但随着暴雨持续，使火山碎屑岩盖层得到了浸泡，山谷中不断聚集这些物质，冲向下游，逐渐发展成为杀伤力巨大的大型泥石流灾难。泥石流的影响范围是通过“到达角”（=tan-1Dh/L）来确定的，其中Dh是高度，L是水平长度。对于自然边坡，视亚区的条件，采用28°或21°时泥石流的高度和水平长度。对于整治过滑坡，采用18°时的泥石流的高度和水平长度。
三、美国学者提出的统计经验模型
Jones等人（1961）在美国富兰克林·罗斯福湖周围的更新世阶地堆积物中开展的滑坡灾害危险性区划。他们根据对调查的300多个滑坡灾害点的分类统计，并对定性与定量影响因素（物质成分、地下水条件、阶地高度、排水状况、原始坡度、浸没）的信息数据建立滑坡灾害数据卡。每个滑坡灾害点依据HC∶VC比值来分类（从滑坡前缘到后缘的水平距离和垂直距离之比），在分类的10组滑坡类型中，作进一步的方差、协方差和多元回归计算，以确定系统中的重要控制参数。通过进一步的统计分析，建立了双变量判别函数方程：
地质灾害风险评估理论与实践
y为判别函数；x1为原始坡度；x2为浸没百分率；x3为阶地高度；x4为地下水位（高时取值0.1，低时取值为0）。
320个滑坡和稳定斜坡的判别函数值范围为-0.0019到0.0404，y值低代表稳定斜坡，y值高代表活动滑坡。0.0106为滑动的下限值,根据该值，斜坡被划分成稳定的（y<0.0106），相对稳定的（0.0106<y<0.0142）和易滑动的（y>0.0142）三种危险性等级。
Neuland在1976年采用主成分分析方法，从包括地貌、土力学性质、物质成分和结构特征的31个参数中选择基准变量，经F检验的结果表明，有9个因素是独立的。建立的滑坡判别函数为：
T=0.114×10-4S2-0.2048×10-2R+0.8119log（W+10）-0.583log（D+10）
式中：T为预测函数；S为斜坡坡度（度）；R为坡脚深度（m）；W为距分水岭距离（km）；D为土的固结度和密度。
2、运用地理信息系统新技术进行滑坡稳定性三维评价和滑动过程模拟研究
译自 Environment Geo1ogy,2003(43):503～512。
Mowen Xie1Tetsuro Esaki1Guoyun Zhou1Yasuhiro Mitani1著
张晓娟2译 罗靖筠2校 朱汝烈2复校
（1Environmental System Institute,Kyushu University,Hakozaki 6-10-1,Higashi Ku,Fukuoka,Japan；2中国地质调查局水文地质工程地质技术方法研究所，河北保定，071051）
【摘要】本文在传统的边坡稳定性三维分析模型的基础上，提出了一个全新的基于GIS的边坡稳定性三维栅格分析模型。在这个模型中，假定初始滑动面就是椭球底面，采用蒙特卡洛（Monte-Carlo）随机模拟方法，在求取最小安全系数法的同时，确定出最危险滑动面。运用GIS栅格模型和GIS数据模拟滑坡滑动过程时，滑坡体将沿主滑方向滑动，直到其安全系数上升到1为止。所有的计算均可通过一个称为三维边坡地理信息系统（3DSLOPGIS）的计算程序来完成，该程序主要利用GIS的空间数据处理分析功能。
【关键词】确定性模型 地理信息系统（GIS） 蒙特卡洛（Monte-Carlo）模拟 滑动模拟 三维边坡稳定性
1 引言
滑坡不稳定性和风险评价不但已成为地学家和工程专家们感兴趣的主要课题，同时也成了世界各地政府部门和管理者关注的焦点。据统计世界上每年约有600人葬身于滑坡灾害中。在许多发展中国家，自然灾害所带来的经济损失，占总国民生产总值的1%～2%。
近年来，由于地理信息系统具有强大的空间数据处理功能，被广泛运用于自然灾害评价领域。GIS是由硬件和软件组成的系统，它可以实现数据采集、输入、操作、转换、可视化、组合、质疑、分析、建模和输出等过程。GIS对空间数据具有强大的分析和处理功能。同时，基于GIS的地质技术分析模型，可以简便而有效地分析滑坡稳定性。目前它已经被广泛地用于土木工程和地质工程中，进行边坡稳定性的分析。
我们通常认为一个传统的模型无论是对均质滑坡还是非均质滑动都是适用的。稳定性指数是被广泛应用的、基于岩土工程模型和物理力学参数的安全系数。安全系数的计算需要几何数据、剪切强度数据及孔隙水压力数据，正确的结果取决于可靠的数据和恰当的模型。尽管输入的数据会较大程度地影响安全系数，但一个可靠的确定性模型对于取得可靠结果则更为重要。确定性计算可在GIS系统内执行，也可利用其他程序完成。若使用其他程序计算，则GIS只作为一个空间数据库用来存储、显示、更新输入数据。此方法主要优点是利用外部模型计算可以节约时间；而其缺陷是对从外部模型获得的数据进行转化时较为复杂。因为每一个程序都有其自己的数据格式和数据结构，数据转换成为一个主要的问题。有些程序的输入模块只允许人工输入数据。只有当这些程序所默认的数据格式都是 ASCII码时，数据转换才可直接进行。运用外部模型的另一个缺点是计算结果通常不是按GIS的空间分布模式来表达，而是以点或线的形式表述的。因此，改变这种计算结果的表达形式也是个主要的问题。
用来计算安全系数稳定性模型的边坡是二维或三维的。因为一个地区包括很多边坡，而且必须分别对每个边坡做分析，所以利用这些模型计算安全系数的空间分布非常花费时间。要克服数据转换的困难，可以利用GIS内部确定性计算模型来实现。然而这一方法也有缺点，那就是由于应用复杂算法、迭代过程及在常规二维 GIS中的三维体积等复杂局限性，使得只有简单的模型能较容易实现。当前，只有基于GIS的无限边坡模型能分别计算出每个像元的安全系数。研究表明，只有当越来越多的成熟的三维模型和GIS系统得到使用后，才能彻底解决这类问题。
从近来对 GIS用于边坡稳定性分析的调查中发现，大部分研究者潜心于运用统计学方法来确定边坡破坏与影响因素之间的关系。尽管GIS能对区域数据进行了准备和处理，但是只有极少量的研究者运用了GIS的集成功能和边坡稳定性的确定性模型。
即使在很短的距离范围内，边坡破坏在空间上都有其不同的几何结构。因而，运用三维模型分析边坡稳定性是合理的。从20世纪70年代中期以来，三维稳定性模型的发展和运用日益受到关注。在地质力学的著作中提到了几个三维分析方法。
上面提到的大部分方法都用到了柱状图法。这些方法将柱体之间的作用力，或者说作为三维安全系数计算的假定前提，都忽略不计。因为所有与斜坡相关的GIS数据都可转成栅格数据，所以这些基于三维模型的柱体，就可能借助于使用GIS栅格数据用来进行三维稳定性的计算。然而，长期以来大家习惯采用人尽皆知的“一维模型”——“无限斜坡”模型，来描述滑动面与地面平行的长期天然边坡的潜在危险性。这样的模型仅仅可以用于浅层斜坡失稳分析和一些存在深层滑坡的区域性研究。
由于算法复杂、步骤重复和三维数据在二维GIS中难于表达，早期的文献中并没有提及三维确定模型的应用。为了克服 GIS数据的外部转换和GIS内部算法复杂等困难，此次研究中，在GIS软件组件（a GIS component）中使用了Visual Basic程序。三维因子的计算和滑动过程的模拟由计算机内的三维边坡地理信息系统（3-DSLOPGIS）的计算程序完成。在这个系统中，GIS组件（ESRI公司生产的MapObjects2.1）可以完成所需的GIS功能，就像普通的GIS软件一样，它可以有效的管理和分析所有与滑动相关的数据。所有用来计算三维斜坡安全系数的数据都采用GIS的数据格式（例如矢量和栅格数据层），因此，没必要在GIS数据格式和其他程序的数据格式之间进行数据转换；同时，复杂算法和三维问题的交互程序也可以理想的实现。
在此次研究中，将基于GIS栅格数据和基于柱状图的三维边坡稳定性分析模型相结合（Hovland,1977），演绎了一个新的基于GIS栅格的三维确定性分析模型。
运用蒙特卡洛随机模拟方法求最小安全系数值，从而确定临界滑动条件。假定基本滑动面是一椭球体的较低部分，临界滑动则受不同地层受力情况和不连续界面状况的影响而变化。客观事物的这种变化引出最小三维安全系数。
如果滑坡的三维安全系数小于1，滑坡就有滑动的危险，那么评估滑坡灾害的规模和影响范围是非常重要的。因此，在此研究中，采用基于GIS三维栅格数据模型和GIS栅格数据来模拟滑坡滑动过程的目的，就是评估滑坡危险性和预测其影响范围。
2 基于GIS的三维模型
利用GIS的空间分析功能，所有与三维安全系数计算有关的输入数据（如高程、倾向、坡度、地下水、地层、滑动面和力学参数等）都有其对应的栅格元，而所有与斜坡相关的数据都是栅格化的。当这些数据输入到确定的边坡稳定性模型中时，就可计算出一个安全系数值。下面在Hovland模型的基础上，详细介绍基于GIS的三维模型。在这个模型中，考虑了孔隙地下水压力，所有输入数据都能简单地转换成栅格数据。
图1是具有潜在滑动面的滑体的三维几何示意图。滑坡的稳定性与地质岩层、地貌、地质力学参数和水动力条件有关。
图1 边坡坍塌三维景观
图2所示是土壤（或岩石）小柱状研究体物质的离散性。所有与滑坡相关的数据都可用如图2所示的柱状三维可视图来表示。假定每一个柱体单元的垂面均为无摩擦面（柱体单元的垂面不受其他边界影响，或其影响可忽略不计），三维安全系数可用公式（1）表示：
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式中：F3-D为三维斜坡安全系数，W为一个柱体的重量，A为滑动面面积，c为内聚力，φ为内摩擦角，θ为滑动面的角度，而J、I为在斜坡破坏范围栅格内的行列数和柱体数。如果没有GIS，则基于柱体模型的三维安全系数的计算将是冗长且耗时的工作，数据的更新和增加也极其不便。然而，在GIS中，通过运用GIS空间数据处理与分析功能，整个研究区的边坡稳定性相关数据可用如图3所示的矢量图层来描述；而对于每一层，则可通过GIS空间数据处理与分析功能得到栅格数据，其像元大小可根据精度需要而定。
图2 滑动面和三维棚格柱状图
现在，将斜坡破坏划分为基于栅格数据的柱体。参考图2，诸如地表、地层、地下水、裂缝和滑动面之类的空间数据均可从栅格数据层中得到。因为与斜坡相关的数据量非常大，所以不能高效的管理所有的栅格数据集。因此，在三维边坡地理信息系统中，有一个专门储存这些栅格数据的点数据库，其中，有一个属性表用来链接所有与滑动相关的数据。每个栅格柱状图的中心点设置点类型，其他区域则设置与滑坡相关的一些数据（例如地面高程、地层和裂缝的高程、地下水、滑动面的深度等等）。表1所示即是属性表的一个实例。
图3 边坡稳定性分析GIS图层
表1 点数据库的实例描述
另一方面，为了控制滑坡边界和有效管理空间数据并进行分析，滑坡的边界线被定义为多边形类型文件。
基于这种点数据库，公式1可以改成基于GIS的方程。这里所有的阻力和滑力都是沿着滑动方向的，而不必如 Hovland的模型所用的Y轴方向。在本研究中，假定斜坡区域的主要倾斜方向为可能滑动方向。根据图4，滑动表面面积可由公式（2）得到。
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从图4推导出如下公式：
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接着，x和y轴的倾角推导如下：
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记α＝cellsize/cosθxz和b=cellsize/cosθyz，则一个栅格柱状图的滑动面面积为：
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滑坡范围主滑动方向的倾角计算公式如下：
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至此，三维边坡水平滑动方向安全系数可以用下面的公式计算：
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图4 三维安全因子推导公式的一个栅格柱状图
这里，对于每个栅格，Zji,zji分别为地表高程和滑动面高程，uji为在滑动面上的孔隙水压力，而 γ′为单位重量。
为了检验基于栅格的GIS三维稳定分析模型，我们运用这个模型做了一个实例计算。实例问题为一个均质的粘土滑坡，具有球形滑动面，其他各种参数如图5所示。在图5中，c为内聚力，φ为摩擦角，R为瞬时摩擦力，γ为土的单位重量。运用封闭式（closed-form）算法得出三维安全系数为1.402。运用CLARA模型算得安全系数为1.422。同样的问题运用三维边坡模型算得三维安全系数范围为1.386到1.472，它取决于用于被分离的边坡柱体的数量。
图5 实例问题验证
运用基于GIS栅格的三维稳定分析模型（图5），并将格网尺寸定为0.5m时，算得三维安全系数为1.386；而当格网尺寸为0.6m时，算得安全系数为1.388。很明显，与封闭式算法相比，基于栅格模型的GIS可有效的用于三维边坡稳定性评估。
3 确定临界滑动表面和蒙特卡洛模拟
滑动面只能通过岩土工程调查来确定，由于地质调查的费用比较昂贵，因此滑动面通常是很难确定的。因此，边坡稳定性评价对临界滑动面的确定是非常重要的。
为了判定三维临界滑动情况，利用蒙特卡洛随机模拟方法来计算三维安全系数最小值。假定最初的滑动面是一个椭球体的较低部分，边坡表面则根据不同地层受力情况和不连续界面条件而改变。最终得到危险滑动面，同时可得到相关三维安全系数的最小值。
4 椭圆坐标转换
假定最初的滑动面是一椭球体的较低部分，椭球体的倾斜方向设置为与研究区主要的倾斜方向一致；将椭圆的倾角基本上设定得与研究区起伏变化的倾角接近。其主倾向为α，主倾角为β，它们是由边坡破坏区域主要栅格像元的值确定的。假定倾向和倾角属正常分布，则将主倾向α和倾角β代入分布模型中：
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运用公式（10）和（11）完成坐标转换。图6显示了坐标转换过程。
图6 坐标转换过程
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式中：x、y、z为全球大地坐标，
为当地坐标，x0、y0、z0为椭球体中心点坐标。
5 Z值的确定和滑动面的倾斜度
滑动面上“B”点的Z值是根据直线 AB和椭圆，由公式（12）计算的结果确定的（见图7）。
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对于每个栅格像元，滑动面的倾向和倾角可通过下面的公式计算得出，像元（j,i）的倾角可以通过图8中点1～4的Z值来确定。点1～4的值由公式（13)(14)(15）算出，滑动面的倾向和倾角由公式（16）算出。
图7 确定滑动面上的Z值
图8 滑动倾角的计算
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这里，Z(j,i）为像元（j,i）的Z值，θ为倾角，β0是相对于X轴的倾向。在GIS中，倾向是与 Y轴之间的夹角。因此，当最高点是点3时，倾向是90－β0；当最高点是点4时，倾向是90＋β0；当最高点是点2时，倾向是270－β0；当最高点是点1时，倾向是270＋β0。
6 随机模拟
为了确定临界滑动面，蒙特卡洛模拟通常用于为三维边坡稳定性分析选择变量。这些变量是椭球体的中心点、几何参数和倾角。椭球体的中心点作为研究区的中心点需要首先确定，然后在一个确定的范围内随机选择。
椭球体的几何参数a、b、c是由用户在一定范围内随机设定的，确定范围如公式（17）：
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假定a,b,c都均匀分布，则蒙特卡洛模拟的随机变量由公式（18）和（19）来算出。
在[0,1]范围内平均分布的随机变量可通过全等乘积方法得出：
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式中：ri为在[0,1]范围内平均分布的随机变量。在[a,b]范围内平均分布的随机变量可由公式（19）计算得出。
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式中：xi为在[a,b]范围内平均分布的随机变量。
椭球体的倾角设定为平均分布的一个随机变量。平均分布范围为主倾角及其在一个确定的波动范围之内变化的变量。
7 计算三维安全系数最小值的过程
整个研究区（或边坡破坏范围）可以被均分为若干小矩形栅网，如同基于栅格的GIS一样。关于基于栅格的三维边坡稳定性分析的数值计算，所有的计算过程都可以通过前面提到的Visual Basic（利用GIS组件）来完成。这个软件叫三维边坡地理信息系统，是运用 Visual Basic 6.0和ESRI公司生产的MapObjects 2.1开发的。MapObjects作为GIS的一个组件，用来对GIS数据进行组织和空间分析。计算三维安全系数的过程如图9所示。
图9 三维安全因子最小值计算过程
在这个过程中，数据模块的功能用来获得所有与边坡相关的地质、地貌、水动力学数据和地质力学参数；随机变量参数模块用来随机选择蒙特卡洛模拟的实验滑动面；三维边坡稳定性模块可用于计算三维安全系数；而危险滑动面及其安全系数可以通过一些实验计算得出。在图9中可以看到，关于GIS空间分析功能的所有模块可以通过GIS组件来实现。因为一个GIS组件是在三维边坡地理信息系统系统中完成的，所以可以有效地计算三维安全系数；同时利用与边坡相关的GIS数据，所有的相关数据和结果可以在三维边坡地理信息系统系统中实现可视化。
实例剖面如图10所示。在这个实例中考虑的因素有：4个地层、地下水和破坏面；其物理和力学参数如表2所示。
表2 研究实例的物理和地质力学参数
图10 断层面研究实例
图11 计算次数与最小三维安全因子实验
为确定临界滑动面，对蒙特卡洛随机计算次数进行了实验，总共计算次数达到了1000次。每次实验计算的三维安全系数最小值的结果如图11所示。图中明确显示在实验计算了300次后，得到的安全系数最小值。这300次实验的结果见图12，这些计算结果差别不太大，其最小值为1.34，最大值是1.68。这个临界滑动的研究程序是建立在最小安全系数的计算基础之上的。而最小安全系数的计算结果取决于参数的随机选择。有关这一临界滑动实例的三维可视图见图13。通过三维模型与二维模型结果的比较，用Janbu法确定临界滑动面时，使用的是图10所示的二维模型和表2所列的参数，通过这种二维模型计算出的安全系数为1.18，这要比用三维模型计算出结果的极小值（1.346）略小一点。
图12 三维安全因子分布曲线
8 滑坡滑动过程模拟
基于GIS栅格三维边坡稳定性分析模型和GIS栅格数据，对滑坡滑动过程进行了模拟，直到三维安全系数大于1为止。滑动方向按滑动面的主滑方向确定。图14中展示了由滑动面确定的八个滑动方向。例如，若滑面方向的倾角在22.5°～67.5°之间，则滑坡将要滑动的方向恰在该图的右上方（即“5”方向）。
图13 临界滑动面三维展视图
图14 滑动面的滑动主倾向
图15 滑坡滑动过程模拟流程方框图
滑坡滑动过程的模拟流程见图15。首先，要计算滑坡初始状态时的三维安全系数，以确定其滑动的可能性。若其安全系数小于1，则接着进行下一步滑动过程模拟。先沿着由滑面主倾向确定的滑动方向移动滑坡多边形；接着，在新的滑坡多边形范围内，分步（每一步等于一个栅格大小）计算每一个栅格的DEM和滑动的变化，并再次计算下一步滑动的新滑动方向。并在新的DEM数据和滑动多边形范围的基础上，计算出新的三维安全系数。如果三维安全系数仍然小于1，则进行以下的新滑动步骤模拟。
在这种滑动模拟模型中，假定滑动面内摩擦角不改变，但除了在初始三维边坡安全系数的计算过程之外，假定滑动面没有内聚力（即内聚力为零）。
仍然用同样的实例（如图5所示），用不同的两种动力学参数进行滑坡滑动过程模拟：
情况1:c=4kN/m2，φ＝110,y=23kN/m3
情况2∶c=6kN/m2，φ＝10.5°，γ＝23kN/m3
第一种情况下，初始边坡安全系数为0.82，在进行7步滑动之后，滑坡体开始趋于稳定，其安全系数是1.04。部分滑动步骤剖面及三维视图变化如图16所示。在此图中，DEM的改变及滑坡体移动过程一目了然。运用三维边坡地理信息系统，也可将可视滑动过程表现为GIS地图和剖面图的形式。滑坡体沿水平方向的最终滑动距离为3.0m。
图16 不同滑动阶段的地表和剖面三维视图
第二种情况下，滑坡体将一直向下滑动到平坦地区，水平方向滑动距离为14m。滑坡体最后停止滑动位置的三维展视图如图17所示。
图17 滑坡体最后停止位置
9 讨论和结论
在三维边坡稳定性柱状分析模型的基础上，开发了一个全新的基于GIS栅格的三维确定性模型，并且通过一个问题实例证实了其正确性。在三维边坡稳定性分析模型中，假定其初始滑面为一椭球面；其三维临界滑面，是利用蒙特卡洛随机模拟求取最小三维安全系数而确定的。基于GIS的栅格三维模型，滑坡滑动过程模拟用于判断滑坡灾害和预测滑动距离。已开发了作为计算程序软件的三维边坡地理信息系统，它足以完成一切有关三维边坡问题的计算，其中的GIS组件用于实现GIS的空间分析功能和有效数据的管理。因其具有空间分析、数据管理和与边坡相关的综合数据的GIS可视化等优点，所以三维边坡稳定性问题已经比较易于研究。自打全新的基于GIS栅格三维边坡稳定性分析模型问世，就为惯于使用传统数学方法研究边坡稳定性的工作者拓展了一个新的研究领域和数据库方法。
3、基于GIS的滑坡灾害危险性评价
一、达曲库区地质背景
为综合评价工程区滑坡的危险性，选取达曲流域为研究对象，采用GIS技术对该区域的滑坡进行危险性评价。主要思路是通过对已查明的滑坡的统计分析建立研究区的危险性分析指标体系和信息量模型，然后运用GIS技术实现研究区的危险性分区。达曲为雅砻江的一级支流鲜水河的支流，是一期工程输水线路的起始调水河流，研究范围如图10-1所示。达曲曲折多弯，在然充乡上游的亚隆塘自西北流入库区，流至然充寺附近向南偏转为SSE向，在夺多村流出库区。库区河谷海拔一般为3580～3700m，相对高差为400～900m，属于轻微—中等切割的高山区。两岸山脊多呈浑圆状，两岸岸坡基本对称，坡度一般在20°～40°之间。区内植被发育，两岸山坡多被灌木、树木及草皮覆盖，基岩露头少。
区内出露地层有三叠系和第四系。其中以三叠系分布面积最大，为一套非稳定型复理石碎屑岩建造，遭受区域低级变质作用，形成区域变质岩，其变质程度很低，原岩结构、构造等特征保留完好。主要出露上三叠统的杂谷脑组（T3z）、侏倭组（T3zw）、两河口组（T3lh）。第四系沉积物的成因类型主要有冲积、洪积、残坡积等，其中以冲积为主，主要沿达曲沟谷及其支流呈带状分布。
达曲库区处于巴颜喀拉褶皱带的中巴颜喀拉断褶带，区内褶皱构造比较发育，主要沿NWW向展布，一般形成复式背斜或向斜。褶皱构造与断裂构造相伴产出，褶皱的完整性多被破坏，形成断层—褶皱的构造组合样式。根据库区内地下水的赋存条件、含水介质特征，可划分为第四系松散岩类孔隙水和基岩裂隙水两大类型。第四系主要分布于河谷中，是库区第四系孔隙水主要分布区。基岩裂隙水分布于断层、裂隙及风化带内，主要受大气降水补给，排泄于沟谷及河流内。库区地表水和地下水多为无色、无臭、无味、清澈透明的淡水。水质类型以HCO3-Ca型为主，局部为HCO3-Ca·Mg及HCO3-K＋Na·Ca型；pH值在7.08～7.65之间，属弱碱性水；多属软水或极软水，少数属微硬水。按照环境水对混凝土腐蚀性的判别标准，
南水北调西线工程地质灾害研究
含量小于250mg/L，对混凝土无结晶性侵蚀；侵蚀性CO2含量均小于15mg/L，对混凝土无分解性侵蚀。综上所述，库区水质较好，对混凝土均无腐蚀性。二、滑坡灾害危险性分析基本思路
在收集大量的基础地质环境资料前提下，通过建立合适的分析指标体系，运用恰当的数学分析模型，对工程区进行滑坡灾害危险性等级划分，即危险性分区。基于GIS的滑坡灾害危险性分析，将运用的数学模型渗透于各个操作方法中，后面的章节将详细介绍危险性分析的步骤。
图10-1 达曲流域工程地质示意图
1.影响因素选取
工程区影响因素的选取按照以下步骤进行。通过资料、现场调查后大概确定滑坡灾害的影响因素。滑坡灾害影响因素的选取没有一个统一的标准，主要是针对工程区的实际情况确定。本书选取滑坡灾害危险性的主要影响因素为地貌条件（坡度、相对高程）、地质构造（距断层距离）、地层组合、水的影响（距水系距离），主要是基于以下考虑：(1)影响滑坡的基本因素为地貌条件、地质构造、地层组合；(2)诱发因素为水的影响。由于工程区的降雨资料以及人类工程活动资料无法获取，所以就不在分析范围之内，这两种因素对工程区的滑坡灾害危险性没有大的影响，是因为工程区的范围内降雨量基本上是一致的，同时工程区处于高山峡谷段，目前人类工程活动影响较小。
2.工程区影响因素分级
影响因素分级的目的是确立影响因素的主次关系，体现层次性。一般分为3级：一级指标是分类指标；二级指标为结构指标；三级指标为判别指标。这里选取的影响因素只有5个，所以对影响因素的分级进行简化，考虑两个分级指标，即一级指标为结构指标，分别为地形坡度、相对高程、地层组合、距断层距离、距水系距离；二级指标为判别指标，是对一级指标的进一步细化。地形坡度分为≤25°，25°～30°，30°～45°，≥45°四类；相对高程分为≤3700m，3700～3900m，≥3900m三类；地层组合分为T3zw1，T3zw2，其他三类；距断层距离分为≤50m，50～200m，200～500m，≥500m四类；距水系距离分为≤50m，50～150m，150～300m，≥300m四类。
通过以上分析，建立了工程区滑坡灾害危险性分析的指标体系，如表10-3所示。
表10-3 滑坡灾害危险性分析指标体系
三、基于GIS的危险性分析模型
1.危险性分析模型的建立
一般情况下，由于作用于滑坡灾害的因素很多，相应的因素组合状态也特别多，样本统计数量往往受到限制，所以采取信息量方法来评价滑坡危险性。采用的信息量模型为
南水北调西线工程地质灾害研究
式中：I为预测区某单元信息量预测值；Ii为因素Xi对地质灾害所提供的信息量；Si为因素Xi所占单元总面积；
南水北调西线工程地质灾害研究
为因素Xi单元中发生地质灾害的单元面积之和；A为区域内单元总面积；A0为已经发生地质灾害的单元面积之和。基于GIS的危险性分析对工程区的划分采用大小相同的单元栅格，所以上式中的单元面积就可能转化成以单元个数计算。
2.信息量表达式的计算
在影响因素图层栅格化和滑坡灾害点样本的分析过程中，应用GIS统计功能，获取每个影响因素判别指标的单元个数，代入信息量模型式10-5，计算得到单元j的信息量表达式为
南水北调西线工程地质灾害研究
当j中含有变量i时，Xji＝1，否则Xji＝0。（i＝1，2，…，18）
表10-4为信息量计算表。可以看出，变量X1，X4，X7，X10，X18对滑坡灾害的危险性没有贡献，属于不相关因素，所以参与计算的变量为13个。
表10-4 信息量计算表
四、危险性分区及结果分析
1.单因素危险性分析
利用建立的各个影响因素栅格化数据图层和信息量的数学模型，对工程区滑坡灾害的单因素危险性分析如下：
（1）地形坡度
工程区地形坡度影响因素分为≤25°，25°～30°，30°～45°，≥45°四个范围。地形坡度≤25°的栅格单元个数为30350个，占工程区面积的43％；地形坡度25°～30°的栅格单元个数为15521个，占工程区面积的22％；地形坡度30°～45°的栅格单元个数为22868个，占工程区面积的33％；地形坡度≥45°的栅格单元个数为1321个，占工程区面积的2％（图10-2）。根据信息量模型的计算结果，地形坡度因素对滑坡灾害危险性的贡献大小依次为30°～45°，25°～30°。≤25°，≥45°的坡度范围无贡献。
（2）相对高程
工程区相对高程影响因素分为≤3700m，3700～3900m，≥3900m三个范围。相对高程≤3700m的栅格单元个数为2494个，占工程区面积的4％；相对高程3700～3900m的栅格单元个数为13033个，占工程区面积的19％；相对高程≥3900m的栅格单元个数为54053个，占工程区面积的77％（图10-3）。根据信息量模型的计算结果，相对高程因素对滑坡灾害危险性的贡献大小依次为≤3700m，3700～3900m。≥3900m的相对高程范围无贡献。
图10-2 坡度分区栅格统计图
图10-3 相对高程栅格统计图
（3）地层组合
工程区地层组合影响因素分为T3zw1，T3zw2，其他三类。地层为T3zw1的栅格单元个数为24793个，占工程区面积的35％；地层为T3zw2的栅格单元个数为33179个，占工程区面积的48％；地层为其他的栅格单元个数为12250个，占工程区面积的17％。根据信息量模型的计算结果，地层组合因素对滑坡灾害危险性的贡献大小依次为T3zw1，T3zw2。其他类型的地层无贡献。结果见图10-4。
（4）距断层距离
工程区距断层距离影响因素分为≤100m，100～200m，200～500m，≥500m四个范围。距断层距离≤100m的栅格单元个数为1887个，占工程区面积的3％；距断层距离100～200m的栅格单元个数为5979个，占工程区面积的9％；距断层距离200～500m的栅格单元个数为8290个，占工程区面积的12％；距断层距离≥500m的栅格单元个数为54066个，占工程区面积的76％（图10-5）。根据信息量模型的计算结果，距断层距离因素对滑坡灾害危险性的贡献大小依次为≤100m，100～200m，200～500m，≥500m。
图10-4 地层组合栅格统计图
图10-5 距断层距离栅格统计图
图10-6 距水系距离栅格统计图
（5）距水系距离工程区距水系距离影响因素分为≤50m，50～150m，150～300m，≥300m四个范围。距水系距离≤50m的栅格单元个数为2131个，占工程区面积的3％；距水系距离50～150m的栅格单元个数为3549个，占工程区面积的5％；距水系距离150～300m的栅格单元个数为5851个，占工程区面积的8％；距水系距离≥300m的栅格单元个数为58691个，占工程区面积的84％。根据信息量模型的计算结果，距水系距离因素对滑坡灾害危险性的贡献大小依次为≤50m，50～150m，150～300m。≥300m的距水系距离范围无贡献，结果见图10-6。
2.多因素叠加危险性分析
（1）危险性区划范围界定
多因素叠加危险性分析的信息量值范围为-1.17～3.64，为了确定危险性分析的区划范围，统计了以0.5为步长的信息量值与栅格单元个数、累计栅格单元个数的分布曲线如图10-7，图10-8，对比可以发现在-0.16，0.34，0.84左右曲线出现较明显的拐点，结合库区的工程地质情况，以及ArcGIS Desktop重分类的几种方法对比分析，将工程区危险性划分为稳定区、低危险区、中危险区、高危险区4个级别，信息量值的大小范围为-1.17～-0.16，-0.16～0.34，0.34～1.34，1.34～3.64。
（2）危险性区划图生成
通过对滑坡灾害的多因素叠加栅格图层的重分类，生成了危险性区划图。重分类就是将栅格图层按照区划范围分为-1.17～-0.16（稳定区），-0.16～0.34（低危险区），0.34～1.34（中危险区），1.34～3.64（高危险区）4类，分别赋予值1，2，3，4代表。即在GIS中，属性值为1的栅格代表的是稳定区的所有栅格；属性值为2的栅格代表的是低危险区的所有栅格；属性值为3的栅格代表的是中危险区的所有栅格；属性值为4的栅格代表的是高危险区的所有栅格。据此生成滑坡灾害危险性区划图（图10-9）。
（3）危险性结果分析
工程区危险性区划分为稳定区、低危险区、中危险区、高危险区4个级别。稳定区的栅格单元个数为21846个，占工程区面积的31％；低危险区的栅格单元个数为28864个，占工程区面积的42％；中危险区的栅格单元个数为14135个，占工程区面积的20％；高危险区的栅格单元个数为4650个，占工程区面积的7％（图10-10）。
图10-7 信息量值与栅格单元个数分布图
图10-8 信息量值与累计栅格单元个数分布图
工程区稳定区、低危险区在3种类型的地层中均存在，距水系、断层的距离较远，基本没有滑坡灾害的孕育发生或偶有小规模的滑坡灾害，是稳定性相对较好的地段；中危险区发育在距水系、断层距离较近的斜坡地段，稳定性较差，在这些地段进行工程建设，要考虑对滑坡灾害进行有效防治；高危险区主要分布在河流库岸两侧的斜坡地段，工程区已查明的滑坡大多数都发育在这些区域，主要是松散堆积、崩积物质组成的滑坡体。这些区域有可能发生比较大的滑坡灾害或滑坡灾害发生的频率较高。
图10-9 达曲流域滑坡灾害危险性区划图
图10-10 达曲流域滑坡灾害危险性分区栅格统计图
4、推荐的滑坡灾害风险评估框架
基于对国际上滑坡灾害风险评估与管理的认识，作者推荐采用如下滑坡灾害风险评估与管理框架（图5-6）。
一、滑坡灾害危险度评估
通过对历史滑坡灾害活动程度以及对滑坡灾害各种活动条件的综合分析，评估滑坡灾害活动的危险程度，确定滑坡灾害活动的密度、强度（规模）、发生概率（发展速率）以及可能造成的危害区的位置、范围。也就是说，滑坡灾害危险度评估的主要任务是，研究给定区域内各种强度的滑坡灾害发生的概率或重现期，滑坡灾害发生时空强的可能性；对已发生灾害的不同强度（规模）、灾害发生概率（频次、灾害密度）进行评估；对潜在滑坡灾害的形成条件（地形地貌、地质构造、岩性、水文气象、人类工程经济活动）进行评估，圈定灾害危险区，进行滑坡灾害危险性区划。
图5-6 滑坡灾害风险评估与管理框架示意图
二、易损性评估
首先进行易损性评估。通过对评估区内各类承灾体数量、价值和对不同种类、不同强度滑坡灾害的抗御能力进行综合分析，以及防治工程、减灾能力分析，综合两方面因素，评估承灾区滑坡灾害易损性，确定可能遭受滑坡灾害危害的人口、工程、财产以及国土资源的数量（或密度）及其破坏损失率。然后在危险性分析和易损性分析的基础上，计算评估滑坡灾害的期望损失（未来一定时期内滑坡灾害可能造成的人口伤亡与经济损失的平均值、资源环境破坏程度）与损失极值（未来一定时期内可能造成的人口伤亡与经济损失的最高值），即评估危险区内一定时段内可能发生的一系列不同强度滑坡灾害给危险区造成的可能后果。
三、滑坡灾害风险评估与区划
在风险评估基础上，根据风险 (Risk)=危险度(Hazard)×易损度(Consequence)，计算各区块滑坡灾害期望损失/风险水平，以此进行风险区划。危险性分析和易损性分析是滑坡灾害风险评估的基础，通过这两方面的分析，确定风险区位置、范围以及期望损失分析灾害活动的分布密度与时间概率，进而确定可能遭受损失。分析灾害的人口、工程、财产以及资源、环境的空间分布与破坏损失率；期望损失分析是滑坡灾害风险评估的核心，预测期望损失分析灾害可能造成的人口伤亡、经济损失以及资源、环境的破坏损失程度，综合反映地质灾害的风险水平。期望损失分析直接服务于灾害风险管理。这几个方面分析相互联系，形成具有层次特点的灾害风险评估系统。
四、滑坡灾害监测与气象预警
滑坡灾害监测系统由地质灾害群测群防监测网络系统和专业站网监测系统组成。滑坡灾害群测群防监测网络系统是在专业队伍的指导下，由地方政府负责组织进行简易监测、查险、报险、避险，并通过信息网络传输系统实时与预警分析决策系统进行信息交换，并根据滑坡灾害预警信息开展滑坡灾害防灾减灾工作，与专业监测相互补充，同时又是整个监测预警工程体系的基础。而专业站网监测系统是由专业队伍负责建立的、监测精度较高的地质灾害动态信息采集系统，基本实现监测数据的实时采集，为地质灾害成因机理研究、预警预报模型研究、自动分析、自动预警和预报工作积累基础数据，提供基础支持。
通过研究区域滑坡灾害与降雨过程、降雨量、降雨强度的统计规律研究，确定不同地质环境区域的诱发滑坡灾害的关键性降雨过程指标，从而建立区域突发性滑坡灾害时间预报模型。利用雷达以及气象卫星数据，结合少量地面雨量站网，对大范围的降水量进行定量监测和未来雨量的数值预报，为基于降水诱发的地质灾害实时预警预报提供数据。结合实时的气象动态信息，建立基于实时动态气象信息的时空耦合区域滑坡灾害预警预报概率模型，特别是汛期区域性滑坡灾害预警预报模型。通过滑坡灾害监测网络体系，实时传送到地质灾害信息管理中心，由此开展地质灾害的风险分析和时空预测预报，通过电视台和互联网发布滑坡灾害风险预报预警。
五、滑坡灾害风险管理与决策
滑坡灾害风险管理与决策是滑坡灾害风险评估的最终目标。它是由滑坡灾害风险信息管理与决策系统来支持。该系统一般由滑坡灾害信息系统、滑坡灾害风险分析预测系统、滑坡灾害风险预警信息发布系统，实现滑坡灾害实时风险预警预报与网络连接的地质灾害滑坡预警预报与减灾防灾体系，根据气象数值预报，对可能遭受的滑坡灾害风险进行实时预警预报，及时广泛地发布风险预警信息，科学高效、快速地开展灾害防治，减少灾害损失，保护人民生命财产安全，变被动防治为主动性防治地质灾害。
根据图5-6提出的滑坡灾害风险评估与管理框架，提出滑坡灾害危险性评估指标体系（表5-3）和易损性评估指标体系（表5-4）。
表5-3 滑坡灾害危险性评估指标
表5-4 滑坡灾害易损性评估指标
六、小结
地质灾害风险程度主要取决于两方面因素：地质灾害发生条件与地质灾害活动强度——发生条件越充分，灾害活动规模越大、频次越高，灾害的风险程度越高；地质灾害承灾体的脆弱性或承灾区社会经济易损性——承灾体数量越多、价值越高，评价区社会经济越脆弱，防灾、抗灾能力越差，灾害的风险程度越高。对这两方面的分析评价分别称为危险性评价和易损性评价。这两方面的共同作用，决定了地质灾害的风险水平，对它们的综合分析评价称为地质灾害风险评价。采用编制区划图及其说明的形式，反映地质灾害风险分布及其控制条件，称为地质灾害风险区划。
地质灾害风险区划技术路线（图5-7）为：
基础资料的补充收集与整理→专题数据库的建立→专题图的编制与数字化→各灾种的危险性评价、易损性评价模型的建立与实现→地质灾害风险区划→结果分析与减灾对策。
（1）基础数据的调查收集。
（2）基础资料统计与专题数据库的建立。对各种资料需按灾种、风险要素（历史灾情、孕灾条件、承灾体、社会经济条件等）、地区（省、地、县）进行数字转化，建立由不同系列资料组成的数据库。
（3）专题图件的编制与数字化。编制不同灾种的主要影响因素、社会经济与基础结构专题图，并进行数字化，为不同灾害的危险性评价、易损性评价提供基础数据。
（4）运用GIS技术，建立各灾种的危险性评价模型，进行地质灾害危险性区划。
（5）运用GIS 技术、评价地质灾害承灾体的易损性（人口安全易损性、土地资源易损性、物质财富易损性）。
（6）以灾害危险性、易损性评价结果为基础，运用GIS技术，进行地质灾害风险区划。
（7）结果分析与电子地图的制作。
图5-7 地质灾害风险区划技术路线框图
5、基于物元分析法的小秦岭金矿区地质环境评价
邢永强1 郑钊2 吴梅1 潘元庆1 方士军1
（1.河南省国土资源科学研究院，郑州 450016；2.天津大学建筑工程学院，天津 300072）
《河南科学》，文章编号：1004-3918-(2008)-03-0353-04
摘要 近年来，随着人类对小秦岭金矿区开发活动的不断增强，当地地质环境已受到严重破坏，评价小秦岭矿区的地质环境状况对于今后的矿山恢复治理工作有重要的指导意义。本文选取物元分析法来开展评价工作，首先根据实地调查结果并按照区域差异性原则，将小秦岭金矿区划分为87个评价单元，接着选取了评价指标和评价标准，确定出各指标的权重系数，在此基础上开展小秦岭金矿区地质环境质量综合评价工作。研究结果表明：小秦岭矿区整体地质环境状况不容乐观，特别是西南部强烈的采矿活动对地质环境造成极大破坏，是今后矿山地质环境恢复治理的重点。
关键词 小秦岭 物元分析法 地质环境评价
小秦岭金矿区是我国四大黄金产地之一，自20世纪60年代中期以来，这里发现了1 200条含金矿脉，已探明黄金储量约400 余t。当地矿业经济发展很快，特别是20世纪80年代矿山采选企业迅速发展，矿区内有国家和地方黄金企业数十家，矿山坑口数千个，矿业已成为灵宝市的支柱产业。然而，由于我国矿业资源的管理、开发体制很不健全，小秦岭金矿区在淘金者的乱采滥挖下，不可再生的矿业资源和矿区地质环境遭到了严重的破坏。此外，人为的破坏还给该地区带来了滑坡、泥石流、地面坍塌等地质灾害。因此，运用适当的方法对小秦岭金矿区地质环境进行综合评价，对以后开展矿山恢复治理工作有重要的指导意义。
1 研究区地质环境概况
1.1 自然概况
小秦岭金矿区位于河南省西部灵宝市境内的豫、陕、晋三省交界处，地理坐标为北纬34°24′～34°30′，东经110°21′～110°34′，矿区属暖温带半干旱大陆性季风气候，四季分明，年平均气温26.1℃，年平均降水量645.8mm，7～9月份降水量占全年降水量的50.8%，且多暴雨，具年内降水量分布不均匀的特点。
矿区以西峪为界，峪东属灵宝市豫灵镇，峪西归陕西省潼关县。北部以小秦岭北缘断裂为界，为中新生代灵宝断陷盆地-黄土丘陵区；南以松树地—周家山断裂为界，为朱阳镇断陷带。矿区山脊高程多在1 000m以上，总体地形具有南北低、中间高，西高东低的地形变化特征。区内山岭起伏，沟壑纵横，具有谷窄、坡陡地形险要之特点。
矿区地层具有典型华北型的前寒武结晶基底和中元古代以来的盖层结构。基底主要由新太古界太华群（Ar2）和古元古界（Pt1）组成，盖层以区域性构造不整合上覆于结晶基底之上，主要由中新元古界熊耳群（Pt2-1）、震旦系（Pt3），寒武系及新生界组成，基本上不发育晚古生代和中生代地层。矿区为中山地貌类型、沟谷深切、地形起伏变化大，断裂构造发育，地层及岩石相对破碎，局部山体不稳定，易形成崩塌、滑坡和泥石流灾害，工程地质条件不良。
1.2 矿山开采现状调查
2006年9月，由河南省国土资源研究院组织相关人员对小秦岭金矿区内的27座主要矿山开采现状进行调查统计，其中21座金矿的采矿规模为4 165t/日，占总的采矿规模的74.7%；年产值3.67亿元，占年总产值的89.3%。可见，虽然小秦岭金矿区除金矿开采外尚有其他矿产资源的采集，但金矿开采的年产值收入远大于其他矿业开采。因此，金矿矿坑所在地区应作为地质环境评价的主要对象。
1.3 矿山地质问题
1.3.1 矿渣废水排放严重
调查显示这27座矿山的产出固体废弃物量为119.34万t/年，尾矿量122.17万t/年，合计产生矿渣241.51万t/年；固体废弃物现积存量为1 653.32万t，尾矿现积存量为1 644.75万t，合计矿渣积存量3 298.07万t。总的年废水外排量为379万m3，其中以Ⅲ类水为主，其中部分矿山排放的选矿废水，造成水质污染较严重，为Ⅳ和Ⅴ类。在各类矿山中，矿渣和废水的生产和积存主要来自于金矿开采。21座金矿生产的矿渣量占矿渣生产总量的96.5%，矿渣积存量占矿渣积存总量的99.5%。
1.3.2 矿山开采引发地质灾害
小秦岭金矿区大多数矿山都属于地下开采，而深部的采矿活动必然对山体的稳定性造成威胁，虽然地质灾害的发生有其特定地质条件，但也与工程活动密切相关。过去的20多年内，由于开采矿山引发的诸如滑坡、泥石流、崩塌、地面坍塌等地质灾害达30多起，其中最为严重的两次是：①1996年8月，大西峪、文峪发生泥石流，冲毁矿区公路13km、通讯线路3km，房屋、设备多有损坏，直接经济损失690万元，间接经济损失663万元；②1987年11月1日，大湖峪口东山发生滑坡，滑体长192m，宽80～120m，总体积约40万m3，造成空压机房、职工宿舍被摧毁，矿山停产达一年之久，直接经济损失在700万元以上。由此可见，由于开采矿山所引发的地质灾害给当地人民生命财产安全和社会经济稳定发展造成极大威胁。
2 评价模型的选取
人类对地质灾害危险性综合评价的研究经历了很长时间，20世纪70年代初，Hewitt等提出“一地多灾”的研究构想；基于Hewitt的研究思路，Puget Sound的研究人员针对本区洪水、地震、风暴、火山等灾害分别制作潜在损失图；80年代后，Van Westen等在GIS系统支持下进行了山地地质灾害风险分析研究。我国从20世纪90年代相继开展区域地质灾害危险性的评价工作，例如，张业成等（2003年）针对我国崩塌、滑坡、泥石流、岩溶塌陷等灾害，建立了地质灾害危险性指数评价模型和危险性评价分析模型；王家鼎（1996年）利用模糊信息优化处理技术建立了城市综合地质灾害的评价模型等，我国已建立多种地质灾害危险性评价模型。
目前，矿山地质环境评价多采用多指标综合评价方法，常用方法有模糊综合评价法（万金宝等，2006）、灰色关联综合法（王国富等，2001）、物元分析法（高军省，2007）等，但很难断定哪种方法评价的结果最准确、最客观。模糊综合评价和灰色关联综合法已被广泛运用于地质环境评价，但是由于它们本身在评价地质环境中所具有的模糊性和不确定性，往往会造成评价结果失真。经过筛选本文选用物元分析法，它具有以下特点：①可以将复杂问题抽象为形象化的模型，并应用这些模型研究基本理论，提出相应的应用方法；②可以建立事物多指标性能参数的质量评定模型，并能以定量的数值表示评定结果，从而能够较完整地反映事物质量的综合水平；③方法简单可操作，易计算机进行编程处理；④物元分析法还未被运用于矿山地质环境评价。
物元分析法原理为：对评价对象建立物元矩阵，经典域、节域矩阵，用关联函数计算综合关联度，根据综合关联度的不同取值范围作为矿山地质环境的评价标准，确定评价结果所属等级。物元分析法的具体计算步骤见高军省（2007）《基于物元理论的水环境质量综合评价方法及其应用》。
3 小秦岭矿区地质环境综合评价
3.1 评价单元划分
结合对小秦岭金矿区的实地调研结果，并遵照客观、公正、科学地反映矿区地质环境区域差异的原则，将评价区划分了87个评价单元。采用先定性分析矿区的主要地质环境问题，并综合考虑地形地貌特征、水系发育特征、人类活动强度等因素，对矿区内问题比较突出的地区划定评价单元网格；对于其余地区，则按照3km×3km的正方形网格来划分评价单元，在单元划分的同时还注意与行政界域、水系界域的相互包容以及对边缘单元、小单元的适当合并。此外，在遵循地质环境客观特征的基础上，还考虑到兼顾局部特殊要求的情况，如在豫陕两省交界的地区则按照行政分区边界来划定。划分结果如下：单元dx1、dx2为大西峪区间；w1～w4为文峪区间；单元z1～z3为枣香峪区间；单元dh1～dh3为大湖峪区间；单元zy为藏马峪和阎家峪区间；单元f为夫夫峪区间；单元g为观音峪区间；单元j为荆山峪区间；单元i1～i10 为苍珠峪、白花峪、枪马峪、杨砦峪、朱家峪相应的区间；单元1～单元61是按照正方形网格与各类界域边界交汇并进行适当合并或裁减的评价单元。
3.2 评价指标选择及其评价标准
在综合比较成玉祥等（2007）、徐友宁等（2003）、蔡斌等（2006）关于选取评价指标研究成果的基础上，从小秦岭金矿区地质环境现状条件出发，综合考虑研究区自然条件、人类活动影响、资料收集情况等因素，选择了地表坡度、岩土体抗侵蚀性、植被覆盖率、年降水量、地质灾害、水土流失、地表水污染、人类工程活动强度、矿渣堆积量9个评价指标。
对于选取的评价指标，按照地质环境质量“优”、“良”、“中”、“差”、“极差”划分为5个级别，各级别相应指标的标准值如表1所示。
表1 小秦岭金矿区地质环境评价指标分级标准 Table1 Index classification standard of geology environmental in Xiaoqin hill goldfield
3.3 确定权重系数
目前系数确定的方法很多，大致可分为德尔菲、层次分析等主观赋权法和主成分分析、因子分析等客观赋权法，运用主观赋权法掺杂了决策者的主观随意性，而运用客观赋权法却缺乏决策者的意愿，故本次研究采用主观赋权与客观赋权相结合的方法，先由主成分-因子分析赋权法计算出一组初始权重，再带入评价模型进行计算，如果计算结果合理则直接采用该指标权重，如果计算结果差别较大，则在初始权重的基础上再进行适当微调，最终求出一组合理的权重系数，如表2。
表2 评价指标的权重系数 Table2 Weighing coefficient of evaluation index
3.4 小秦岭矿区地质环境评价结果及分析
运用物元分析法，用VB语言编制相应的计算程序，结合各单元评价指标的量值和小秦岭金矿区实地调研情况，给定地质环境质量评价的最终结果，见表3和图1。
表3 小秦岭金矿区地质环境质量评价结果 Table3 Evaluative result of geologic environmental quality in Xiaoqin hill goldfield
图1 小秦岭金矿区地质环境质量评价效果图
Fig.1 Evaluative result map of geologic environmental quality in Xiaoqin hill goldfield
从表3可以看出，“优”等级别评价单元12个、“良”等级别评价单元23个、“中”等级别评价单元36个、“差”等级别评价单元10个、“极差”等级别评价单元6个。
“极差”等级别单元序号为w1，w3，z1，dh1，i5，i8；“差”等级别单元序号为38，46，dx1，dx2，w2，z2，i1，i3，i4，i6，这些单元主要分布在矿区的西南部，由于这些单元所在地区矿坑密集、采矿活动剧烈，对地质环境造成了极坏的影响，该地区地质灾害的发生几率大大高于矿区的其他地区，今后应作为矿山环境恢复治理工作的重点。
“中”、“良”等级的单元分布在泥石流沟的四周，起到过渡和缓冲的作用；在远离人类活动的东南部区域，有“优”等级的区域存在。总体来看，小秦岭矿区东南部地区环境质量最好，中部其次，西南部最差。
4 结论
（1）小秦岭金矿区地质环境具有问题种类多、危害程度大等特点，选取能全面反映矿山地质环境和矿山开采活动状况的9个要素因子作为评价对象，较为合理。
（2）物元分析法计算方便，对属于相同级别的检测单元间的差别亦可分区，对小秦岭矿区地质环境评价可行，可靠。
（3）小秦岭西南部采矿活动对地质环境的影响较为严重，今后应作为矿山环境恢复治理的重点。
参考文献
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Geological Environment Evaluation of Xiaoqinling Hill Goldfield Based on Matter Element Analysis Method
Xing Yong-qiang1Zheng Zhao2Wu Mei1Pan Yuan-qing1Fang Shi-jun1
（1.Henan Land and Resources Research Institute，Zhengzhou 450016；2.College of Civil Engineering，Tianjin University，Tianjin 300072）
Abstract：In recent years，the geological environment of Xiaoqin hill mining area was damaged seriously with the increasing of mining in this area.It is needed to evaluate the situation of local geological environment for the sake of further recover and maintenance of the mine.Matter element analysis method was employed.The mining area was divided into 87 evaluation units according to field investigation which follows the principles of difference.Then the standard and evaluation index were set to fix the weighting coefficients of different indexes，based on which the integral evaluation of the geological environment of Xiaoqin hill gold mining area was made.The results show that the geological situation is aggravating because of the intense mining，especially that in the southwest of the area which should be focused on in future works.
Key words：Xiaoqin hill；matter element analysis method；geological environment evaluation
6、泥石流灾害风险经济学评价
本节以天水市罗峪沟泥石流的地质环境风险评价为例。天水市位于甘肃省东南部，地处陕、甘、川三省交界，东临陕西省宝鸡市，西、北、南分别与甘肃省定西市、平凉市和陇南地区相接。东经104°35'～106°44'、北纬34°05'～35°10'之间，市区平均海拔高度为1100m。全市横跨长江、黄河两大流域。总人口328万人。境内四季分明，气候宜人，物产丰富，素有西北“小江南”之美称。
一、评价区概况
(1)地理位置:罗峪沟流域地处秦城区北部，位于东经105°30'～105°45'，北纬34°34'～34°40'之间，是渭河支流———藉河的一级支沟，流域总面积为71.37km2，涉及秦城区的峪泉、中梁及北道区的凤凰、渭南、南河川5个乡，43个行政村。
罗峪沟流域位于陇中黄土丘陵沟壑区的傍山区与深谷区的过渡地带。北以北山与渭河干流相隔，南隔中梁山与藉河平行，沟脑发源于凤凰山南麓，由西向东流，在天水市区东侧汇入藉河。
(2)地层发育情况:罗峪沟流域在地质构造分区上属陇西构造盆地的东南缘，位于西秦岭地槽的北侧。区内出露的地层从老到新主要有:前寒武系(An)牛头河群、新生界古、新近系(E、N)和第四系(Q)。区内第四系分布较广，按其成因主要有河流相堆积物、泥石流堆积物、滑坡堆积物和风成黄土等。古、新近系中新近系(N)主要分布于工作区中北部，超覆不整合在古近系及其他地层之上，为一套内陆盆地河湖相堆积的红色泥岩夹砂砾岩及灰白、灰绿色粘土岩等，总厚度大于1000m。古近系(E)分布于丘陵区，系一套内陆河湖相沉积，岩性为紫红色砾岩、砂岩、砂砾岩夹砂质泥岩，含少量钙质结核，泥钙质胶结，具清晰的水平层理，总厚度455.9m。前寒武系(An)牛头河群主要分布在关子镇一带，岩性为片岩、片麻岩夹大理岩。
(3)构造、新构造运动:工作区地处祁吕贺兰山字型构造体系前弧西翼与秦岭纬向构造体系的复合部位，同时受到陇西旋卷构造体系和西秦岭北东向构造带的影响，使得该区构造非常复杂，断裂、褶皱十分发育。区内一系列NWW向和NE向的褶皱和断裂，控制着滑坡、崩塌、泥石流的发育与分布。
晚近时期以来，由于地球内应力的不平衡，使一些构造体系具继承性活动的特点，总的特点是以大面积不均匀间歇性升降为主。第四纪以来，新构造运动强烈，区内河谷多形成深切峡谷，并堆积形成了多级阶地。
(4)气候条件:该流域地处暖温带半湿润半干旱气候的过渡地带，由于地形差异大，气候垂直变化显著，年均气温10.7℃，极端最低气温－19.2℃(1955年)，极端最高气温40℃(2001年)，≥10℃活动积温3360℃，无霜期184d左右，年日照时数2032.1h，年平均蒸发量1293.3mm，平均风速1.3m/s，年最大风速21m/s(1971年4月27日)。多年平均降水量为531.1mm，气象要素如图9－5－1所示。其中7，8，9三个月的降水量约占年降水量的50%以上，年最大降水量772.2mm(1967年)，年最小降水量仅为330.1mm(1996年)，年际降水量相差悬殊。24h最大降水量100mm(1965年)，30min最大降水量30mm(1949年)，10min最大降水量20.3mm(1957年)，实测降雨强度见表9－5－1。
图9－5－1 甘肃省天水站气象要素图
表9－5－1 实测降雨强度表
(5)土地利用现状:根据罗峪沟流域土地详查资料统计，截至2000年底，罗峪沟流域农业用地面积为3353.2hm2，占流域总面积的46.98%，其中坡耕地面积为2439.6hm2，基本农田为913.6hm2。林地面积为1309.4hm2，占流域总面积的18.35%，人工草地155.5hm2，占流域总面积的2.18%。其他用地(居民点、道路等)面积为1319.8hm2，占流域总面积的18.49%，未利用地面积为911.8hm2，占流域总面积的12.78%。水域87.3hm2，占流域总面积的1.22%。
二、风险识别
从该区水文地质、环境地质、气候、水文、人类活动及其影响范围的社会、经济等情况来看，该区存在泥石流发生的可能及造成生命财产等损失的风险。表现如下:
据史料记载:天水市罗峪沟流域在1540年、1642年、1652年、1740年、1866年、1894年、1927年、1933年、1954年、1958年、1961年、1965年、1987年、1988年、1999年均有大水造成重灾。其中有资料记载的1965年、1987年、1988年、1999年的具体情况为:
(1)1965年7月7日10时至18时，罗峪沟流域普降大暴雨，历时8h，中心强度57.3mm/h，降水总量100mm，洪峰流量达668m3/s，超过100a一遇。洪水泥石流翻堤冲入市区，人民路、红旗剧院、市医院一带受灾严重。共造成1556户受灾，死亡278人，毁坏房屋3800间，淹没农田580hm2，毁坏桥梁3座，20多个单位被淹。
(2)1987年4月19日下午16时至20日凌晨，罗峪沟流域普降暴雨，位于暴雨中心何家湾雨量站观测的降雨量达84.1mm。这次暴雨局部强度较大，流域平均降水量30.9mm，洪峰流量443m3/s，接近50a一遇。
(3)1988年8月7日14:00开始普降暴雨，历时共15h40min，降雨量81.5～116.6mm，暴雨中心师家湾降雨量为116.6mm。洪水起涨时间1h20min，落水时间22h40min，洪水总历时24h，洪峰历时所占总历时的比例为8.3%，洪水总量为502.2万m3，实测罗峪沟洪峰流量596m3/s，超过100a一遇。洪水平均含沙量347kg/m3，最大水深3.46m，冲刷深度0.56m。测验河段的右岸冲刷甚为严重，加之洪水来势凶猛，致使中断面处三根水尺及测验台连根冲去，使右岸河床底部呈陡坎形，线务站埋深1.5m的专用电缆线被洪水冲走。
(4)1999年8月17日晚19时40分至21时15分，罗峪沟流域突降大雨，历时1h35min，降雨量84.1mm，罗峪沟河水猛涨，洪峰流量为476.8m3/s，接近50a一遇，中梁、玉泉等乡部分村庄受灾严重，倒塌房屋24间，死亡2人，4个乡镇企业停产，水毁堤防1.2km，直接经济损失334万元。
严重的暴雨、洪水灾害，已给罗峪沟流域沿岸群众和城区居民的生命财产造成巨大损失，是影响城市市区安全的心腹大患。因此，进行罗峪沟流域泥石流的风险性评价具有重要意义。
一般地说，影响罗峪沟泥石流发育的环境因素主要有:
(1)植被覆盖:植被覆盖率的大小与泥石流的发生密切相关。它虽然不是直接产生泥石流的物源因素，但它却直接控制着松散岩石、各种类型的风化物质能否转化成泥石流的物质来源。因为在集水区内由于大量的枯枝落叶供应土壤表面，其产生的腐殖质促进土壤的团粒化，形成粗孔隙有利于降雨入渗，同时在植物的径叶可以附着降雨，减轻了雨滴直接冲击地面力，减缓了土壤侵蚀的能量，减少了泥石流形成的必要条件之一———物质来源。研究表明，植被覆盖率越小，集水区的洪水流量和洪峰时间就会增加，土壤易受侵蚀，加剧水土流失而产生泥石流灾害。
(2)岩石性质及构造:岩石是泥石流发育的重要物质来源。岩石首先是风化侵蚀后，才能成为泥石流发生的物质来源。在自然条件下，结构松散、易于风化侵蚀的岩石，在各种自然营力和地质营力作用下，如地表岩石在阳光、风、电、大气降水、气温变化、构造运动等，会引起岩石矿物成分和化学成分以及结构构造的变化，因为水力侵蚀、重力侵蚀、风力侵蚀、化学侵蚀、冻融侵蚀等各种侵蚀类型的作用下，导致岩石逐渐发生破坏而形成大量的被侵蚀的物质堆积于坡面、坡脚、沟底，成为泥石流发生的丰富的物质来源。研究表明，岩石性质对岩石风化速度的影响是显著的，随着风化的加深，岩石会有从初裂—巨裂—碎化的破坏过程。岩石的完整性即岩石的结构构造对加速岩石的风化影响也很显著，岩石暴露的面积越大、裂隙越发育、岩体的完整性越差，其受各种风化营力的破坏及影响越大，其风化速度将相对越快。
(3)地形地貌:地形地貌条件是对泥石流发育、分布起着控制作用的条件之一。泥石流的形成、分布与地形地貌有一定关系，高山陡坡沟谷发育，在降水和地表径流作用下，地表土壤、岩石风化物被冲刷、剥蚀、侵蚀，易形成崩塌和滑坡堆积于坡面、坡脚或沟底，为泥石流的发生提供了大量的物质来源和水流动力。另外，地形破碎、地面切割强烈，也相应加大了岩石侵蚀的面积，增加了物质来源。所以，地形地貌对泥石流发生的影响主要体现在两个方面:一方面加大了水流的动力;另一方面增加了引发泥石流发生的物质来源。
(4)沟谷发育程度及沟底纵降比:通常，主沟的泥石流物质是由众多小支沟提供的。各级支沟越发育，提供的物源就越多，纵降比越大，水流流动速度就越快，能量就越大，破坏力也就越强。当主沟汇集了大量的泥石流物质和来自不同动力的支沟水流动力时，它将沿着主沟一直向沟口运动。
(5)流域面积:泥石流的发生与否取决于流域面积(汇水面积)的大小和物源的多少，主沟、各级支沟只是承担汇集和搬运。流域内水量的多少是泥石流发生的主要条件之一，而集水的多少是由发生泥石流沟的流域面积所决定的，所以可以肯定地说，流域内物源再少，只要有足够的水源，泥石流也会发生。故流域面积的大小对泥石流的发育至关重要。
(6)水文气象:泥石流的产生与降雨的时序、降雨强度关系十分密切，据大量的统计分析研究，泥石流的产生与前期的降雨量关系很大。
(7)人类活动:人类社会的一些活动，如乱开乱挖、开垦、毁林毁草、放牧、不合理的工程活动等，都为泥石流的发生埋下隐患。
三、罗峪沟流域泥石流的危险评估
前面已经叙述过，罗峪沟小流域历史上曾经暴发过很多次的泥石流灾害，使得生活在该地区群众的生命和财产都遭受过巨大的损失，也极大地阻碍了当地的经济发展。在努力创建社会主义新农村建设的大环境下，合理规划土地利用、新农村建设的构筑蓝图，提出合理的、科学的避险策略，减轻或免受泥石流暴发后带来的危害，进行该流域的泥石流风险评价工作尤其重要。
1.野外调查
2006年度项目组成员首先在收集、分析已有资料的基础上，在该小流域进行了1/5万的针对可能引发泥石流灾害的环境地质调查工作，调查的重点主要是目前流域内可能成为泥石流的物质及其来源、土地利用现状、现有的居民分布和经济水平、暴发泥石流后可能的影响范围、各级支沟尤其是主沟的通行情况等。并根据野外调查、已有资料，结合航片对该地区的土地利用图进行了修改。
罗峪沟主沟呈现NW—SE方向，流域地势北高南低、西高东低，大体呈羽毛形状。流域的南部基本上为第四系黄土覆盖，地势总体上比北坡相对平缓，北部地势较陡，且以基岩出露为主，只在坡脚处零星分布一些第四系黄土覆盖在基岩之上。相对较大的支沟较发育，但规模相对较小的次级冲沟非常发育，它们的切割深度并不大，但沟底纵降比大。通过调查认为，罗峪沟流域里的耕地较多，大多存在着不合理的开垦，梯田基本上以顺坡地为主，由于耕地表层松散，一旦洪水暴发，将会为泥石流的发生提供大量的物源(彩图15)。
崩塌主要发生于第四系黄土地层和古、新近系泥岩地层(彩图16)，滑塌、小滑坡在该流域的地层中都有发生(彩图17)，而且到处可见。另外，在流域的北边，主要是基岩出露处，有很多人工开挖的痕迹(彩图18)，规模大小不一，基本上都是沿坡开挖，宽度在10～40m之间，长度在30～100m之间，深度在1～4m之间。开挖后的碎石有的顺坡堆积，有的顺坡滚落坡脚堆积(彩图19)，砾石大小也很不均匀(彩图20)。这种人工行为的具体用途尚不清楚，但它破坏了山坡的整体性，从远处看像切割的冲沟，人为加剧了侵蚀作用，同时也为泥石流的发育提供了大量的物源。加大了泥石流的破坏作用，因为开挖后的“槽沟”很陡，同样具有一定的汇水范围，在暴雨的作用下，水动力相对强大，冲刷力大，搬运能力强，在流动过程中，对沟底及两侧的侵蚀力加大，增加了泥石流的破坏力。
2.风险评价方法选择
目前关于泥石流风险评价的方法很多，通过现有资料和相关文献［102、103、110、173、176］的检索，经归类整理后在前面已经叙述。从前面的方法中可以看出，一些评价方法是利用一些新的技术、理论等在泥石流风险评价上的应用，还是处于一种尝试性的阶段，如斯特拉勒面积－高程分析法、流团模型法、投影寻踪方法等;一些方法其理论相对成熟，但在泥石流风险评价上的应用还有待于时间的检验，如神经网络法、数量化评分法与逐步回归综合法、模糊数学法等。因为泥石流为突发性的地质灾害，存在着很多的不确定性，虽然泥石流发生的机理认识比较成熟，其发生的特征及影响因素的认识也很清楚，但很多影响因素难以量化，所以对定量评价带来许多障碍。
本次泥石流的风险评价方法是引用刘希林等的单沟泥石流综合评价方法，即MFCAM模型［103］。该模型是刘希林等经过几十年的研究，在经过多次修改后建立的相对成熟的模型。该模型对与泥石流的风险评价分为危险度评价和易损度，该评价模型的建立经历了如下的过程:
最早的危险度评价共有8个评价因子:一次泥石流冲出物最大方量、泥石流发生的频率、流域内松散固体物质储量、泥石流最大漂砾粒径、泥石流最大密度、流域内最大12h暴雨、流域相对高差和流域面积。
20世纪90年代初，在最早的基础上，对单沟泥石流的风险评价中危险度的评价因子选取了12个:一次泥石流冲出物最大方量、泥石流发生的频率、流域面积、主沟长度、流域相对高差、山区平均坡度、流域切割面积、主沟弯曲系数、泥沙补给段长度比、24h最大降雨量、年平均降雨量、人口密度。
20世纪90年代，对单沟泥石流危险度的评价选取了10个因子，它们是:一次泥石流冲出物最大方量、泥石流发生的频率、流域面积、主沟长度、流域相对高差、流域切割面积、主沟弯曲系数、泥沙补给段长度比、24h最大降雨量、人口密度。
最新的单沟泥石流风险评价中危险度的评价选取了7个评价因子:泥石流规模(M)、发生频率(F)、流域面积(S1)、主沟长度(S2)、流域相对高差(S3)、流域切割密度(S6)、不稳定沟床比例(S9)。其中前两项为主要内在因子，其余为次要因子。次要因子选取的方法是:从与单沟泥石流危险度有关的14个候选因子中，采用双系列关联度分析方法，分别将14个候选因子与泥石流规模和发生频率进行关联度分析，再根据每个候选因子与泥石流规模和发生的频率得出的两个关联度的平均值来确定是否与主要因子关系密切，从而决定其取舍。最新的单沟泥石流危险度的计算公式如下(刘希林，2002):
城市地质环境风险经济学评价
式(9－5－1)中，M、F、S1、S2、S3、S6、S9分别为m、f、s1、s2、s3、s6、s9的转换值(表9－5－2)。
表9－5－2 单沟泥石流危险度评价因子的转换函数［102、103］
虽然，准确地、定量化地分析和计算泥石流的危险度，即泥石流发生的概率并不是一件容易的事情。本次之所以应用该评价模型是因为该单沟泥石流危险度评价的基本原理和技术方法已初步成型，是研究者经过几十年的不断探索、分析研究的结果，并在实践应用中逐步得到完善和改进。这并不是偶尔为之的探索性工作。
3.罗峪沟流域土地利用的地质环境危险评价
很显然，该小流域存在的最大风险就是泥石流的发生，所以风险类型就是泥石流发生后，对其影响范围内可能带来的损失。
根据前述的城市土地利用的地质环境风险评价定义，风险评价=发生的概率与可能造成损失的乘积，利用MFCAM模型分别进行分析、计算。
危险度计算如下:
根据危险度的计算模型，首先需要知道m、f、s1、s2、s3、s6、s97个评价因子的实际计算值，然后对各因子根据表9－5－2进行转换，得出转换值。
A.泥石流规模(m)
罗峪沟流域泥石流的主要物质来源是:坡积黄土(其成分为粉沙—壤质黄土，并夹有各种碎屑物质，与原生黄土性质十分相似，它主要分布在梁坡下部较平缓的部位)、沟坡坡积和重力堆积(包括滑坡与崩塌)、山麓坡积—洪积层(多为角砾、巨石与粗砂)、崩积物、洪积物、冲积物、地表风化物和耕植层土壤等。根据该地区计算泥石流规模的经验公式:
城市地质环境风险经济学评价
式(9－5－2)中，m为泥石流规模;K为系数，取0.1～0.5;H为一小时最大降雨量，mm;α为系数取0.73;"为参数，φ意义如下:φ=(γc－10)/(γH－γc)。其中，γc为泥石流重度，kN/m3;γH为泥沙颗粒重度，取26.5kN/m3。
这里K取0.3，"经计算为0.513，H为40.6mm(实测资料)，F为71.37km2，计算出m:
m=1000×0.3×40.6×10－3×0.73×71.37×106×0.513=325539138(m3)
B.泥石流发生的频率(f)
发生的频率可以根据某一历史时期泥石流发生的次数而估计出一个泥石流发生的平均间歇期，从而得出泥石流发生的频率。通常用“次/a”或“次/100a”表示。根据有资料记载的该流域从1965～1999年的34a内，共发生泥石流灾害(危害程度不同)共4次，据此计算f为:11.8次/100a。
C.s1、s2、s3、s6、s9这些参数的都是从已有的资料、地形图或航片中获取，结果如下:
s1为71.37km2;s2为19.8km;s3为705.6m;s6为5.43km/km2;s9为11.42%。
根据表9－5－2的转换函数，对实际值进行转换，得到几个评价因子的转换值(表9－5－3)。
表9－5－3 危险度评价因子的实际值及转换值［102、103］
H=0.29M+0.29F+0.14S1+0.09S2+0.06S3+0.11S6+0.03S9=0.80即罗峪沟在100a尺度内发生泥石流的概率是0.8。
四、泥石流灾害的经济损失评价
若发生泥石流灾害，将使其发生区和影响区造成重大人员伤亡、破坏建筑物、毁坏公路等，具体评估过程如第六章第四节。评价结果见表9－5－4。
五、泥石流风险评估结果
天水市罗峪沟流域风险评估计算其发生的风险概率为0.8，处于易发阶段。需采取治理防护措施，减少灾害发生。根据资料及调查计算结果，罗峪沟泥石流灾害预测产生的经济损失见表9－5－4。
表9－5－4 预测泥石流灾害经济损失
由此可见，罗峪沟泥石流灾害发生的可能性很大，一旦灾害发生将影响到60.47km2土地范围，造成大量的人员伤亡，带来建筑、交通、农业以及工业等方面的巨大损失，后果将会非常严重，总计损失达2124371万元。
六、风险控制与管理
罗峪沟泥石流主要有泥流和泥石流两种类型，发生的概率为0.8，存在很大危险，灾害一旦发生将会造成2124371万元的经济损失。因此，需要采取相应措施防治泥石流灾害。主要有:
1.水土保持措施
减少泥石流沟的土壤侵蚀，防止水土流失，才能有效地避免灾害的发生。因此，需要因地制宜修建梯田，退耕还草，发展林果园，扩大草地面积，加大植被覆盖率，在沟底种植刺槐、杨树为主的沟底防护林。
2.谷坊建设
谷坊工程是治理沟道，防治泥石流的重要措施之一，在冲沟中选择V形沟道布设谷坊，减少水土流失。
3.淤地坝
通过对罗峪沟流域的实地勘察，分析论证，由于该区域受特定的地理位置、地形及地面组成物质诸因素的限制，淤地效益较低，淤地坝主要作用是拦洪淤泥，应选择在中上游各支沟中，规划淤地坝。
4.拦挡工程
罗峪沟泥石流对下游的沟口范围内的工程建筑等造成巨大威胁，因此，要修建拦挡工程。拦挡工程是用以控制组成泥石流的固体物质和雨洪径流，削弱泥石流的流量、下泄总量和能量，减少泥石流对下游经济建设工程冲刷、撞击和淤积等危害的工程设施。最常见的有拦碴坝与急流槽相结合的拦排工程。
5.排洪渠
该流域内烟铺、刘家庄、赵家河、李家园子、何家庙5村位于泥石流支沟沟口，受泥石流威胁严重，应采取措施在这五个村落修建排洪渠。
6.加强监控管理
定时对罗峪沟流域可能发生泥石流的方位进行勘查，尤其每年雨季要加强泥石流的监控，及时报告其发展趋势，以便灾害发生时及时疏散人群，减少损失。
7.加强灾害宣传教育
要提高泥石流影响范围内的群众的灾害意识，进行灾害科普教育，使人们了解灾害发生的各种变化征兆，为有效地避开灾害打下基础。
罗峪沟流域泥石流的防护措施以巩固沟床、稳定沟坡、减轻沟蚀为目标，对威胁村庄的重要隐患处进行排洪或拦坝处理，尽最大限度减少灾害发生的可能性及经济损失。
7、滑坡造成的经济损失评估
一、滑坡灾害经济损失计算方法
滑坡灾害给人类社会造成的经济损失主要受到两方面因素的影响:一是致灾体本身的破坏力和活动程度、危害范围等;另一方面是取决于受灾体本身。其中，受灾体方面因素又分为两部分:一由自身条件决定的受灾体类型、抗破坏能力、数量情况;二由社会经济条件所决定的人口分布、城镇分布、交通通讯设施等。
滑坡灾害经济损失从三个方面来分析可以得到三种计算方式:滑坡造成的直接经济损失———直接计算法;防治滑坡所造工程的费用———防护工程法;滑坡整治后的经济效益———机会成本法或效益分析法。
滑坡地质灾害经济损失评价指标体系包括人员损失、财产损失、社会经济损失和资源与环境损失这四个方面，并且每个方面均可以再细分为直接损失与间接损失这两种类型(图6－3－1)。直接损失主要是指由灾害直接造成的影响和破坏，间接损失是在前者基础上所产生的后续效应，具有潜在性和滞后性的特点，往往在短期内不易被马上发觉。在灾害研究中，对于人员损失和救灾投入费用出于评价方便我们一般只分析其直接损失，而不考虑间接损失，但财产损失不同，随着经济的快速发展，灾害导致的间接损失对社会的影响程度在不断加深，甚至超过了直接损失的总和。因此，在进行泥石流灾害经济损失分析中，除了直接损失，间接损失也是一个不容忽视的部分。
二、王家半坡滑坡灾害经济损失
1.王家半坡滑坡简介
王家半坡滑坡位于天水市秦城区北山，其西临玉泉观，南依玉泉中学，北靠中梁山公路，东以王家半坡东冲沟为界。地理坐标为:东经105°42༽″～105°43ཊ″，北纬34°35ཅ″～34°35ཌ″。
该滑坡坡体地面严重变形，滑坡壁、滑坡剪出口已出现明显的剪切裂缝和拉张裂缝，对附近建筑物造成了毁坏，威胁着当地居民安全(彩图4～彩图7)。滑坡面积达13000m2，岩土体总体积为50000m3，滑坡下滑的最大滑移距离为250m，受威胁面积达37500m2，影响范围约为37500m2(图6－3－2)。
图6－3－1 地质灾害社会经济损失评价指标体系
图6－3－2 王家半坡滑坡影响范围图
2.王家半坡滑坡危害与经济损失核算
2.1 威胁人员安全
人员损失包括直接损失和间接损失。直接损失主要包括因灾死亡损失和因灾伤害损失。前者是指因滑坡造成人员死亡而带来的损失。后者是指滑坡造成的除死亡以外的受伤、疾病、医疗等损失。间接损失主要指人员精神损失或心理伤害。
2.1.1 人员死亡或失踪造成的损失X1
采用人力资本法计算，事实上，我们可以通过个人在社会中所创造的经济财富来近似替代“人的价值”。因此，对于死亡个体，可以表示为他(她)作为生产者的时间(一般为30年)与其当年人均GDP的乘积。计算公式为
城市地质环境风险经济学评价
式(6－3－1)中，γ为当年当地的人均GDP，万元/人;P1为滑坡造成死亡的总人数，人。据资料统计，没有人员死亡记载。
2.1.2 人员伤残X2
对于伤害个体，其损失包括治疗、恢复、误工等费用。为评价方便，可采用当年、当地的人均GDP的损失值来粗略估算。用公式表示为
城市地质环境风险经济学评价
式(6－3－2)中，γ为当年当地的人均GDP，万元/人;P2为滑坡引起受伤疾病的总人数，人。据统计，受威胁人数约50～100人，计算时按80人计。
X2=γ·P2=0.4万元/人×80人=32万元
2.1.3 人员精神损失或心理伤害X3
在一般灾害研究中，对于人员损失出于评价方便一般只分析其直接损失，而不考虑间接损失，如进行计算，采用在直接损失基础上乘上一个修正系数α。
2.2 财产损失
财产损失包括直接经济损失和间接经济损失，其中直接经济损失包括四个方面。
2.2.1 建筑损失X4
建筑损失主要包括被损毁、破坏、掩埋的房屋、商店、住宅、办公楼等建筑物。也包括城镇居民住宅、农村住宅、宾馆、饭店、公寓、商厦、学校、医院、机关、部队营房、工业厂房、仓库、车站及码头等各种房屋建筑。每种建筑物都可以通过其具体的建筑结构造价来进行量比。影响房屋抗灾性能、决定其使用年限的主要是结构特征。据此将房屋分为:钢结构房屋、钢筋混凝土结构房屋、砖木结构房屋、土木结构房屋等四类。
房屋建筑单价可参照表6－3－1进行取值，并且按照损坏程度的大小进行估算。房屋建筑破坏等级划分标准参考地震灾害损失评估工作规定。房屋破坏按栋评定，一般划分为五个等级，其宏观标准是:
(1)基本完好(含完好):房屋承重构件完好，个别非承重构件轻微破坏，不加修理可继续使用———10%
(2)轻微破坏:个体承重构件出现可见裂缝，非承重构件有明显裂缝，不需修理或稍加修理可继续使用———30%
(3)中等破坏:多处承重构件出现轻微裂缝，部分有明显裂缝，个别非承重构件破坏严重，要一般修理———50%
(4)严重破坏:多数承重构件破坏严重，或局部倒塌，需要大修，个别房屋修复困难———100%
(5)毁坏:多数承重构件严重破坏，结构濒于崩溃或已倒塌，已无修复可能———100%
在破坏等级划分标准描述中，三个模糊量词的大致范围是:个别5%以下;部分30%以下;多数50%以上。
表6－3－1 房屋建筑单价(参考建筑标准)
王家半坡滑坡直接受害住户14户，学校一所，清真寺一座，民房72间，楼房(包括清真寺大殿)4幢。其中住户民房50%按砖木结构房屋计，50%按土木结构房屋计。其中4间民房毁坏废弃，其余按中等破坏计;学校清真寺大殿按钢筋混凝土结构房屋，中等破坏计。
表6－3－2 王家半坡滑坡建筑损失表
X4=(2×50%×450+2×50%×250+34×50%×450+34×50%×250)×20+4×750×1000×50%=175.2(万元)
2.2.2 资产损失
资产损失主要指泥石流灾害造成的农产品损失、牲畜损失、室内外财产损失和其他损失。用公式表示为
城市地质环境风险经济学评价
式(6－3－3)中，Sn为农产品损失，万元;Sl为牲畜损失，万元;Ss为室内外财产损失，万元;Sq为其他损失，万元。
农产品损失情况可采用市场价值法进行估算。牲畜的市场价格各地有所不同。为便于统一计量，取平均价为羊300元/只，猪500元/头，马1500元/匹，牛1300元/头，鸡、鸭、鹅30元/只。各按其具体损失数目进行估价。室内财产损失一般先调查被损毁和损坏的房屋数量(间)，再计算具体损失。由于所处地区不同，室内财产损失差异也较大。为评价方便，根据其所处地域损毁房屋的室内财产损失计为3000元/间。室内财产损失也存在计算房屋破坏率的问题。其他损失包括被泥石流破坏的沟渠、堰塘、防洪堤等，一般采取估价的方法。
X5=Sn+Sl+Ss+Sq=54.31万
其中Sn=14×2.5元/kg×500kg×50%=8750元
Sl=14×30×5×50%+14×300×2×50%+14×1300×1×50%=14350元
Ss=14×20000×50%=140000元
Sq=8万元(沟渠)+20万元(学校)+10万元(清真寺)=38万元
2.2.3 交通损失X6
泥石流暴发常常给当地交通状况造成严重影响，因此，交通损失是经济损失中一个重要方面。交通损失主要指在泥石流灾害中公路、铁路、桥梁等重要交通设施的损失情况。
用公式表示为
城市地质环境风险经济学评价
式(6－3－4)中，Sg为公路损失(万元);St为铁路损失(万元);Sq为桥梁损失(万元)。
公路损失是被泥石流损毁公路的长度与其相应单位工程造价的乘积。经资料，公路的基本工程造价见表6－3－2。由于地质地貌条件不同，即使同等级的公路其工程造价也有较大差异，需视其具体情况而定。铁路的基本工程造价见下表。其计算方法与公路损失的计算方法相同。桥梁按用途分有人行便桥、公路桥、铁路桥等多种类型，所用建筑材料也不一样。因此，在计算桥梁损失时需根据灾区实际情况再做具体分析。
表6－3－3 等级公路的单位工程造价
表6－3－4 不同地形铁路工程造价
X6=Sg=20万元/km×0.2km=4万元
在王家半坡滑坡中，滑坡没有造成铁路和桥梁损失。
2.2.4 管线损失
管线损失X7是指在灾害中遭受破坏的通信、供电、供水、供气等重要管线的损失费用，单位为万元。管线损失也常常被视之为生命线工程损失。管线不同，其相应的每公里工程造价就不同。为便于计量，管线造价采用100元/m的统一价格，再与受损管线长度相乘即得所需的管线损失。
2.3 社会经济损失
社会直接损失主要指社会救灾投入。
救灾投入费用也是灾害损失评价中不可忽视或缺的部分。它是指为了保持灾区稳定，政府广泛动员社会进行紧急救援、医疗卫生、物资发放、工程治理等所需费用。事实上这部分费用就是损失的机会成本。如果有相关数据，我们就可以直接应用到损失评价中。如果没有或者缺乏该项统计资料，可以参照《地震灾害损失评估评定》中的相关计算方法，通过直接经济损失来计算救灾投入费用。用公式表示为
城市地质环境风险经济学评价
式(6－3－5)中，Sz为直接经济损失(万元);政府投入救灾费用及物资约100万元。
社会发展影响损失和政治稳定影响损失微乎其微，可忽略不计。
2.4 土地资源与土地环境影响损失
在泥石流灾害损失评估中，我们考虑的资源损失主要指受泥石流灾害影响或破坏的土地资源。而在土地资源的量化过程中，判断土地是否遭受永久性破坏是非常重要的。一般，大部分土地资源在灾后是可以通过一定的措施加以部分甚至完全恢复的。因此，在评价资源损失时只需要考虑对其进行清理恢复的费用，具体计算时用灾害破坏面积与该种土地类型基价的1%来进行估价。土地资源基价见表6－3－5。当部分土地资源由于严重破坏以至于在灾后很难甚至无法恢复时，这种损失直接按照土地基价估算。计算公式如下:
城市地质环境风险经济学评价
式(6－3－6)中，i为某种土地类型;Ai为土地面积;Pi为单位价格，元/m2。
在实际评价中，土地资源基价可根据当地情况做适当调整。
表6－3－5 我国土地资源基价估算表
土地资源价值为
X9=300(元/m2)×37500(m2)=112.5(万元)。
2.5 间接损失
地质灾害导致的间接经济损失非常复杂。包括生态环境、社会稳定、经济持续发展能力、旅游业、生产和服务性活动等诸多方面。其损失非常抽象，一般很难用公式直接量化。因此，造成的间接经济损失这一重要内容常常被忽略。我们注意到，直接经济损失与间接经济损失之间存在密切联系。直接经济损失越严重，往往造成的间接经济损失也越大，灾害影响力越持久。因此，可通过两者的一定比例关系来进行粗略估算。这也得到部分学者的认可。比例系数λ(一般取直接损失的整数倍)的确定往往通过典型案例的统计分析得出，与实际灾害情况并不一定完全相符。但只要能在数量级上不出现较大误差，就是比较可行的评价。在泥石流损失评价中，取比例系数λ=4，用公式表示为
城市地质环境风险经济学评价
式(6－3－7)中，SJ为间接经济损失，SZ为直接经济损失。
表6－3－6 直接经济损失核算表
三、结果
将上述计算总和，得到王家半坡若发生滑坡，将造成直接经济损失共计478.01万元，间接经济损失为1912.04万元，总计为2390.05万元。
8、泥石流造成的经济损失评估
一、泥石流及易损性定义
泥石流是介于流水与滑坡之间的一种地质作用。典型的泥石流由悬浮着粗大固体碎屑物并富含粉砂及粘土的黏稠泥浆组成。在适当的地形条件下，大量的水体浸透山坡或沟床中的固体堆积物质，使其稳定性降低，饱含水分的固体堆积物质在自身重力作用下发生运动，就形成了泥石流。泥石流是一种灾害性的地质现象。泥石流经常突然爆发，来势凶猛，可携带巨大的石块，并以高速前进，具有强大的能量，因而破坏性极大。泥石流所到之处，一切尽被摧毁。
易损性(Vulnerability)的定义，1992年联合国公布为“潜在损害现象可能造成的损失程度”，刘希林等人定义为“在给定地区和给定时段内，由于潜在自然灾害而可能导致的潜在总损失”。
二、罗峪沟泥石流经济损失评价指标体系［102、103］
泥石流造成的经济损失构成很多，如建筑资产、室内财产、土地价值、人口、工农业生产、地下管道、输电线和交通等，关键是如何选择那些既能代表损失的主要内容，又能反映区域特征的因子，并且使它们易于定量化，从而达到科学性、合理性和可操作性的目的。
在具体计算中，将经济损失分为三类进行计算:
1.人员社会经济损失指标
人员损失主要是指因灾死亡损失和因灾伤害损失及其产生的间接损失(如人员精神损失或心理伤害)，而这些损失受社会结构(规模、密度、年龄、教育和财富)的影响。国际地质科学联合会(IU2GS)提出了将人的易损性表达为自然灾害对某一人群生命造成影响的概率。由于罗峪沟泥石流影响范围较大，可按面(区域)评价进行计算。
因此，我们考虑用间接的方法来将社会经济损失定量化。可能最大的生命损失，首先与人口密度有关，一个地区人口密度越大，遭受自然灾害时，该地区人们生命遭受损失的可能性就越大，也即经济损失就越大;同时也与人口质量有关，65岁以上的老人和15岁以下的少年儿童比其他年龄段的人具有更大的易损性;易损性还与教育水平有关，受过良好教育的人们易损性较低，反之，接受较少教育的人们易损性就较高;此外，富裕程度亦影响到易损性的大小，农村人口较为贫穷，他们相对于城市居民来说具有更大的易损性。
区域泥石流人员社会经济损失指标评价模型如下:
城市地质环境风险经济学评价
式中，V1为地质灾害人员经济损失，万元;γ为人员死亡平均经济损失，万元/人年;P为人口数量，人;α为间接损失与直接损失的比例，%;D为人口密度，人/km2;S为灾害影响面积，km2。
2.物质经济损失指标
物质经济损失指标包括有形资产和无形资产，有形资产可用固定资产来表示。
无形资产可用国内生产总值(GDP)来作为代表经济损失的综合指标。显然，一个地区国内生产总值越大，遭受自然灾害时该地区经济损失就越大。
区域泥石流物质经济损失指标评价模型如下:
城市地质环境风险经济学评价
式中，V2为地质灾害财产经济损失，万元;V21为地质灾害有形资产经济损失，万元;V22为地质灾害无形资产经济损失，万元;y1为建筑损失，万元;y2为资产损失，万元;y3为交通损失，万元;y4为管线损失，万元。
3.资源环境经济损失指标
环境经济损失即自然资源经济损失主要包括水、气和土地资源等的损失。森林资源已考虑在经济损失中。对泥石流来说，土地资源是主要的环境易损物源，可作为代表环境经济损失的主要指标。显然，土地资源价值越大，遭受泥石流时土地损失就越大，也即经济损失就越大。土地价值不仅依赖于土地质量和土地利用方式，而且与市场条件有关而市场条件变化迅速且难以预测。因此，直接评估土地价值较为困难。简单起见，参考不同土地类型人为给定基价，以便进行地区经济损失计算。考虑到土地只在使用和买卖时才体现价值和具有价格，目前我国土地使用权年限通常为70a，因此，这一指标通常取年均值。
城市地质环境风险经济学评价
式中，V3为地质灾害资源环境经济损失，万元;T为地质灾害土地资源经济损失，万元;Ai为土地单位价值，万元/km2;Pi为地质灾害无形资产经济损失，万元;i为土地利用类型种类，个;并且，灾害经济损失包括直接经济损失和间接经济损失两部分。
灾害的直接经济损失是指同一灾害的成灾过程中，包括原生灾害和紧密伴随的次生灾害所造成经济损失的总合。如泥石流中，在房屋和工矿构筑物倒塌以及田园道路破坏的同时，还可能引起断水、断气、断电、失火和交通阻塞，由它们共同造成的损失都可算作是灾害的直接损失。这是因为在这样的灾情评估中，短时间内根本无法区别哪些是原生灾害，哪些是次生灾害。
当一次成灾过程基本结束，由于这次灾害所造成工矿流程、商贸金融、社会公益和管理等方面的停顿、减缓以及失调等所造成的损失都可算作是间接经济损失，所以一般与所说的衍生灾害是相当的。
三、罗峪沟泥石流经济损失评价
罗峪沟流域地处秦城区北部，位于东经105°30'—105°45'，北纬34°34'—34°40'之间，是渭河支流———河的一级支沟，流域总面积71.37km2，涉及秦城区的玉泉、中梁及北道区的凤凰、渭南、南河川5个乡，43个行政村。
流域内地形差异大，坡度陡峻，植被稀少，加之局地性暴雨居多，且历时短，强度大，汇流急促，一遇暴雨天气，常常引发山洪、泥石流等山洪灾害，并伴有滑坡。对下游天水市区人民群众生命财产造成很大威胁。
1.人员社会经济损失
罗峪沟泥石流灾害涉及秦城区和北道区，人口共计11.3442万，其中城镇人口8.6万人，农村人口2.7442万人。人口基本概况见表6－4－1。
表6－4－1 罗峪沟流域影响区域人口统计表
人员损失包括直接损失和间接损失，直接损失主要包括因灾死亡损失和因灾伤害损失。前者是指因滑坡造成人员死亡而带来的损失;后者是指滑坡造成的除死亡以外的受伤、疾病、医疗等损失。间接损失主要指人员精神损失或心理伤害。
区域泥石流人员经济损失为
V1=30年×0.4(万元/人·年)×2.7442(万人)+30(年)×1(万元/人·年)×8.6(万元)(1+3.5)=1309.1868(万元)
在一般灾害研究中，对于人员损失一般只分析其直接损失，而不考虑间接损失，如进行计算，采用在直接损失基础上乘上一个修正系数α。为保证计算准确性，采用3.5的修正系数。
2.物质经济损失
有形资产，可用固定资产来表示，包括以下六类。
2.1 建筑损失
建筑损失主要包括被损毁、破坏、掩埋的房屋、商店、住宅、办公楼等建筑物。包括城镇居民住宅、农村住宅、宾馆、饭店、公寓、商厦、学校、医院、机关、部队营房、工业厂房、仓库、车站及码头等各种房屋建筑，计算标准见表6－4－2。
表6－4－2 房屋建筑单价(参考建筑标准)
泥石流威胁面积为8.5km2，按照总体建筑比率，建筑面积约为37%，面积约为8.5km2×37%=3.145km2，按平均建筑损失计算，取600元/m2，X4=3145000m2×600元/m2=188700万元
2.2 资产损失
资产损失主要指泥石流灾害造成的农产品损失、牲畜损失、室内外财产损失、工业损失和其他损失。
2.2.1 农产品损失
农产品损失情况可采用市场价值法进行估算。威胁区域内国内生产总值为40951.59万亩，主要农产品产量为粮食4226t，油料243.5t;防治区域内国内生产总值为27738万亩，主要农产品产量为粮食1827t，油料94t。
Sn=2.5(元/kg)×(4226+1827)(t)×1000+4(元/kg)×(243.5+94)×1000=1648.25(万元)
2.2.2 牲畜损失
牲畜的市场价格各地有所不同。为便于统一计量，取平均价为大牲畜1300元/头，小牲畜30元/头。各按其具体损失数目进行估价。威胁区域内大牲畜2429头，小牲畜1568头;防治区域内大牲畜856头，小牲畜523头。
Sl=1300×(2429+856)+30×(1568+523)=432.32万元
2.2.3 室内外财产损失
室内财产损失一般先调查被损毁和损坏的房屋数量(间)，再计算具体损失。由于所处地区不同，室内财产损失差异也较大。采用室内财产损失按人员平均损失计算。按平均每人1000元计，Sc=1000元/人×11.3442万人=11344.2万元
2.2.4 工业损失
工业损失主要指这些工厂的固定资产损失，共计7413万元。
表6－4－3 罗峪沟泥石流影响区域主要工矿企业调查统计表
表6－4－4 资产损失统计表
2.3 交通损失
泥石流暴发常给当地交通造成严重影响，交通损失是经济损失中的一个重要方面。交通损失主要包括公路、铁路、桥梁等重要交通设施的损失情况。用公式表示为
城市地质环境风险经济学评价
式(6－4－6)中，Sg为公路损失，万元;St为铁路损失，万元;Sq为桥梁损失，万元。
公路损失是被泥石流损毁公路的长度与其相应单位工程造价的乘积。经向有关部门咨询，公路的基本工程造价见表6－4－2。由于地质地貌条件不同，即使同等级的公路其工程造价也有较大差异，需视其具体情况而定。经向有关部门咨询，公路的基本工程造价见下表6－4－5。铁路的基本工程造价见表6－4－6。其计算方法与公路损失的计算方法相同。桥梁按用途分有人行便桥、公路桥及铁路桥等多种类型，所用建筑材料也不一样。因此，在计算桥梁损失时需根据灾区实际情况再做具体分析。
表6－4－5 等级公路的单位工程造价
续表
表6－4－6 不同地形铁路工程造价
有过境公路4条，其中秦城区2条，罗峪沟2条，均为国道。长度共计6km，固定资产合计为12000万元;据资料统计没有过境铁路，不予计算;桥梁8座，等级为2级，总长度为0.4km，按每座600万元计算，固定资产合计为2400万元。
表6－4－7 罗峪沟影响区域交通损失统计表
2.4 管线损失
管线损失(y4)是指在灾害中遭受破坏的通信、供电、供水、供气等重要管线的损失费用，单位为万元。管线损失也常常被视之为生命线工程损失。管线不同，其相应的每公里工程造价就不同。为便于计量，参考市场价格，高压输电线造价采用20万元/km的统一价格，通讯设施按22万元/km计算，再与受损管线长度相乘即得所需的管线损失。
表6－4－8 罗峪沟影响区域管线损失统计表
2.5 其他损失
水利设施3座，经资料显示固定资产92.9万元;自来水3座，固定资产200万元;公园1座，固定资产1000万元;广场2座，固定资产200万元。
表6－4－9 罗峪沟影响区域物质损失其他类统计表
2.6 无形资产损失
无形资产可用国内生产总值(GDP)来作为代表经济损失的指标。具体计算结果见表6－4－10:
表6－4－10 罗峪沟影响区域无形资产损失统计表
表6－4－11 罗峪沟影响区域无形资产损失统计表
3.资源环境经济损失
在泥石流灾害损失评估中，我们考虑的资源损失主要指受泥石流灾害影响或破坏的土地资源。而在土地资源的量化过程中，判断土地是否遭受永久性破坏是非常重要的。大部分土地资源在灾后是可以通过一定的措施加以部分甚至完全恢复的。因此，在评价资源损失时只需要考虑对其进行清理恢复的费用，具体计算时用灾害破坏面积与该种土地类型基价的1%来进行估价。土地资源基价见表6－4－12。在实际评价中，土地资源基价可根据当地情况做适当调整。
表6－4－12 我国土地资源基价估算表
影响区总土地面积60.47km2，耕地面积5.3万亩。
土地资源价值为
X9=300元/m2×60.47×106m2=1814100万元
X9=200元/m2×5.3×106m2=7059.6万元
总计1814100+7059.6=1821159.6万元
表6－4－13 经济损失汇总
甘肃天水市罗峪沟一旦发生50年一遇的洪水，将产生特大泥石流，其所造成的经济损失总计可达212.4371亿元，数目巨大。
9、泥石流防治工程经济效益评价研究
张梁 梁凯
（中国国土资源经济研究院，河北三河，101149）
摘要 地质灾害防治工程可行性研究报告中需要编写经济社会、环境效益综合评价，目前我国几百个泥石流防治工程和三峡库区200多个滑坡治理工程的可行性研究报告，都是用定性的简单叙述，把灾害体危害范围内的承灾体价值总量作为经济效益，不能充分说明防治工程的重要性，只能提供定性的决策依据。针对上述问题，本文研究了泥石流防治工程经济效益定量化的评估模型和评估方法。为地质灾害、设计单位使用，提高地质灾害防治工程可行性研究的水平。泥石流防治工程经济效益为投资者投入资金，为灾害防治企业建设防治工程，从而最大可能地减少承灾体的经济损失与投资者投入的资金之比。防治工程资金利税率＝地质灾害最大可能经济损失－防治资金投入/防治资金收入；防治工程直接经济效益＝最大可能经济损失－防治资金投入；投入产出比＝防治资金投入/最大可能经济损失。
泥石流防治工程经济效益评价方法为第一步进行泥石流危害范围内的承灾体调查，第二步进行泥石流防治工程经济效益评价，评价内容包括：①防治工程概况；②经济评价基本数据；③经济效益计算；④经济效益评价。并以湖南省郴州市北湖区南溪泥石流为案例，进行了经济效益评价。
关键词 泥石流 经济效益 模型 方法 案例
1 泥石流防治工程效益概述
我国泥石流分布范围广，活动强烈，泥石流危害涉及城镇、交通、工矿、农田等几乎山区的各个领域和各个部门。一次泥石流灾害损失少则几万至几十万元，多则几千万元，乃至上亿元，防治泥石流成为我国山区经济发展和社会稳定急迫解决的问题，也是我国山区减灾防灾的重点之一。近几十年来，我国已完成各类泥石流防治几十处，建成规模不等的各类型的泥石流防治工程千余项，大大减轻了我国山区的泥石流危害，促进了山区经济的发展和社会进步，产生了显著的泥石流防治效益。泥石流防治工程的效益包括社会效益、经济效益、环境效益与其他效益。这几个方面的效益是相互关联的整体，而且比较难以量化。
泥石流防治工程的社会效益主要体现在保护人民生命安全，减少人员死亡的损失，稳定人心[1]等方面。以四川金川县城八步黑沟泥石流防治工程为例：治理前，每逢雨季，由于担心暴发泥石流，人们个个自危，朝不保夕，人心惶惶，严重危及到社会安宁，影响经济发展和城镇建设。而治理后，消除或减轻泥石流威胁，解除了人们的恐慌心理，消除了当地干部、群众的后顾之忧，使人们安居乐业，促进了生产和社会的稳定，从而也繁荣了当地的经济。治理前该沟经常堵断金川—丹巴公路，严重影响该县与外界的经济联系，影响该县与外界的社会活动，治理后，保证公路的畅通、促进社会经济活动，具有良好的社会效益。
泥石流防治工程的环境效益主要体现在：通过采取工程措施，生物措施对泥石流进行综合治理后，将使流域的森林植被得到保护和恢复，提高森林植被覆盖率，形成一个多层结构的有机体，发挥其涵养水源，保水固土的作用，从而起到拦截降水、保护坡面、调节径流、削减洪峰、减小地表侵蚀、增强土体的稳定性和抗蚀能力的作用，使区域内生态环境得以改善，从恶性循环过渡到良性循环。各种工程措施，又把大量固体物质，拦蓄在河道内，从而减少汇入主河的泥沙，减轻了对主河的淤积，使得主河的局部河段的水沙特征得以改善，使主河河床向自然平衡状态发展，减轻泥石流对主河的堵塞。拦挡工程抬高侵蚀基准，稳沟固床，消弱了泥石流形成的条件，为流域生态环境改善创造了条件。四川南坪后山进行泥石流综合治理后，山坡植被覆盖率从治理前的10%增加到80%以上，有效保持了水土，在发生多次暴雨情况下，都未爆发泥石流。
泥石流防治工程的经济效益主要体现在：保护泥石流危害区内人民的物质财产。保护的对象如城镇、村庄、农田、铁路、风景区等，是有价值的资产。通过泥石流防治减少了对物质财产造成的经济损失。本文即重点研究泥石流防治工程经济效益评估模型和评估方法。以实现定量化评价泥石流防治工程的经济效益。
2 单项泥石流防治工程经济效益评估模型
泥石流防治工程经济效益为投资者投入资金，泥石流灾害防治企业建设防治工程，而最大可能地减少承灾体的经济损失与投资者投入的资金之比。可以用绝对数的方式表达为最大可能经济损失减去投入资金的差额，也可以用资金利税率的方式表达为相对数。也可以用投入产出经费即防治资金投入/最大可能经济损失。至于泥石流灾害防治企业本身的经济效益，同建筑企业相似，是减灾投入经济效益之外的另一回事，但减灾企业是实现减灾经济效益的载体。针对特定的灾害地点防治投入的效益是单个投资项目的效益。评价单项投资的效益，重要的是找到两个数值，一是如果发生灾害，承灾体的最大可能价值损失有多大；二是项目的投资。其经济效益计算模型为：
设承灾体共有n类，第i类承灾体的易损性为vi，设第i类承灾体的价值为Ai，则：
承灾体总价值为：A=A1+A2+A3＋…＋An。
设第i类承灾体的最大可能经济损失为Ci，则Ci=Aivi，承灾体的最大可能经济损失总值为：
C=A1v1+A2v2+A3v3＋…＋Anvn
设有m个备选方案（包括搬迁避让），第k（k=1,2,3，…，m）个备选方案最大可能经济损失为Ck，第k个备选方案的资金投入量为Dk，第k个备选方案防治效益为Bk，单项地质灾害防治工程经济效益计算模型为：
Bk＝（Ck-Dk）/Dk
式中：Bk——单项泥石流灾害防治工程经济效益；
Ck——单沟泥石流危害范围内承灾体的最大可能经济损失；
Dk——单项泥石流灾害防治工程投入。
防治工程直接经济效益＝Ck-Dk
防治工程投入产出比＝Dk:Ck
3 单项泥石流防治工程经济效益评价方法[3]
3.1 泥石流危害范围内的承灾体调查
（1）调查收集泥石流流域内的行政分布图，绘制承灾体分布的平面图。
（2）调查收集泥石流流域内县、乡、村的社会经济统计资料。
（3）现场调查城市乡村居民房屋。
调查可能遭受泥石流灾害作用的城市居民房屋，包括户数、间数、建筑面积（m2）。承灾体的价值就是这些民房在灾前一刻的重估价值。承灾体受灾害作用损失的价值可以按受损坏房屋残存价值推算，比如砖、木料等还有一定的价值，那么从承灾体整体价值中减去这些有用物的价值，即为损失价值，再比如，一座房子只毁损一角，可以修复，那么修复的价值即为损失价值。
（4）现场调查城市乡村居民家居用品（居民户所拥有的除房屋以外的所有物品）。
调查可能遭受泥石流灾害作用的城市乡村居民户的家居用品，以户为最小单位。承灾体的价值即这些受灾害作用的居民户灾前一刻的重估价值。其计算方法可以按主要消费品平均每户拥有量及户数计算，也可从其它途径获得。
（5）现场调查土地资源的分布，包括耕地、林地、草地等，以亩为最小单位。其价值采用当地各类型土地的基价乘以数量求得。
（6）现场调查铁路、公路。
调查可能遭受一次泥石流灾害作用的铁路、公路的长度。计量单位为千米或米。承灾体的价值为其受泥石流破坏的长度×预算价格。承灾体的价值损失为修复费用减去残值。
（7）现场调查泥石流最大危害范围内其他各类承灾体的数量（数量带着单位，如水电站一座，涵洞一座等），承灾体现价价值XX万元。各地可根据当地情况列出承灾体标准单价表。
3.2 泥石流防治工种经济效益评价
（1）泥石流防治工程概述：简要叙述泥石流流域环境地质条件，泥石流灾害发生情况，建设泥石流防治工程技术方案和实物工程量，工程投资概算等。
（2）泥石流防治工程经济效益评价：包括基本数据的确定；泥石流最大危害范围内承灾体的价值和最大可能经济损失值的计算；泥石流防治工程经济效益计算。
a.泥石流最大危害范围内承灾体的价值计算为数量×单价。依据当地实际情况估算承灾体价值量。
b.泥石流最大危害范围内承灾体最大可能经济损失值计算为采用承灾体价值×该承灾体的易损性求得。各类地质灾害相对各类承灾体的易损性值可查表1“地质灾害承灾体易损性专家意见汇总表”求得。
c.泥石流最大危害范围内最大可能伤亡人数计算采用危害范围内人口总数×人口安全易损性求得。人口安全易损性根据泥石流灾害死亡人数除以泥石流区域内的人口总数计算得到。
d.泥石流对土地资源的损毁，长期遭受泥石流灾害威胁的地区，土地资源价值会明显低于同类其他地区，特别是在危险度大的地段其价值基本丧失而无法利用。土地降等级使用所造成的差价损失即为泥石流灾害对土地资源的最大可能损失值。
表1 地质灾害承灾体易损性专家意见汇总表
地质环境经济论文集.第2辑
式中：Ds——土地资源价值损失；
n——完全被泥石流破坏的土地面积的块数；
j——降级使用的土地面积的块数；
Esi——第i块被完全破坏的土地面积；
Esj——第j块降级使用的土地面积；
Pei——第i块土地的单价；
△Pej——第j块降级使用的土地的单价差。
e.泥石流防治工程投入经费预算，根据防治工程的类别选择水力水电工程费用定额、农业、林业工程费用定额、建筑业相关费用定额等进行预算。已完成工程则直接取用工程投资概算数即可。
f.泥石流灾害防治工程经济效益计算采用易损性综合化评价法，查易损性汇总表列出易损性，按C=A1V1+A2V2+A3V3＋…＋AnVn计算承灾体的最大可能经济损失总值，按B=（C-D）/D计算泥石流防治工程的经济效益。
（3）泥石流防治工程经济评价结论：要明确说明泥石流防治工程保护了多少人的生命安全，可能减少死亡人数；保障了多少万元物质财富的安全，可能减少多少经济损失；工程冶理的资金净收益是多少；资金利税率是多少；投入产出比是多大。最后提出对策和建议。
4 案例：湖南省郴州市北湖区南溪泥石流防治工程经济效益评价
4.1 南溪泥石流防治工程概况
4.1.1 南溪泥石流环境地质条件
南溪位于郴州市北湖区南溪乡政府所在地。2002年8月7日晚7时至8日清晨，在不到10小时内降雨230mm，其中晚8时至11时降雨量达160mm，暴雨诱发滑坡和泥石流地质灾害，造成严重的经济损失，其中医院、信用社、粮站、敬老院、手工业联社、兽医站和中学等遭到严重破坏，房屋几乎全部倒塌，直接经济损失900多万元。
南溪位于两条冲沟的交汇处，周边山坡陡峻，风化和残坡积层厚度较大，是滑坡和泥石流地质灾害易发区。
南溪地貌属于构造剥蚀低山区，地形是山间谷地，地势总体东高西低，附近最高点标高947.8m，最低点标高660.0m左右，山坡坡度40度左右。
区内年平均降雨量1528mm，年最大降雨量2247.6mm，降雨量年内分配不均，4～6月为丰水期，暴雨和大暴雨一般在6～8月份。
区内冲沟较发育，地表水总体流向是自东向西，南溪处于两条冲沟交汇的洪积扇地带。北侧下东溪流量较小，冲沟坡度是0.10，汇水面积为4.7km2。南侧上东溪流量较大，冲沟坡度是0.16，汇水面积为10.0km2。通过地质、水文、气象和地貌等条件综合分析，下东溪和上东溪是泥石流易发的冲沟，沿冲沟是泥石流的形成区和流通区；在南溪段冲沟坡度变缓，地形相对开阔，成为泥石流的局部堆积区。2003年8月7日，在南溪产生了厚1.0m左右、面积15000m2的泥石流堆积物，最大粒径是0.5m。
区内的岩石以中粒斑状角闪石黑云母正长（二长）花岗岩为主，风化深度5～20m，裂隙发育，岩石破碎。表层残坡积厚2.0m左右，为砂质粘土，松散，透水性强，饱水后稳定性差，易产生滑坡，破坏边坡，同时也为泥石流提供了物质条件。见图1。
图1 郴州南溪泥石流防治工程和承灾体分布图
4.1.2 南溪泥石流防治工程概况
（1）采用拦砂坝和河道疏浚治理泥石流沟。在上东溪和下东溪分别修筑拦砂坝拦截砂石，减缓冲沟坡度，削减泥石流的强度；在南溪段疏浚河道，修筑护堤，保障溪水畅通，对泥石流可起到导流作用。
（2）采用挡土墙、截水沟和排水沟治理滑坡，提高山坡的稳定性，保护坡下居民生命财产的安全。
4.2 南溪泥石流防治工程经济效益评价
4.2.1 经济评价基本数据
现场调研南溪泥石流最大危害范围内，主要承灾体为南溪乡东溪村。驻地有乡政府11个机关单位，居民141户，居住人口1568人，流动人口200人。驻地固定资产5600万元，其中有商店30个。爱民新村建民房59栋；车辆15台，其中客车6台；摩托车72台；乡卫生院1个，乡中学1个，信用社存款600万元；蓄牧业产值30万元；种植业产值32万元。公路1000米，拱桥1座。小水电站2个，装机500kW，产值260万元。
4.2.2 经济效益计算
南溪泥石流堆积物体积为1.5万m3，查地质灾害分类分级标准，属于中型泥石流。根据现场调研数据，查易损性专家意见汇总表确定各类承灾体的易损性。计算各类承灾体的最大可能经济损失。
（1）人口：A1=1768人，V1=0.015,C1=1768×0.015=27（人）（人口安全易损性值根据2002年8月7日南溪泥石流造成死亡23人，重伤3人，轻伤510人的资料计算得到：南溪泥石流人口安全易损性＝0.015）。
表2 湖南省郴州市地质灾害承灾体单价表
（2）城市居民房屋：A2=5600万元，V2=0.5397,C2=5600×0.5397=3022.32万元
（3）城市居民家居用品：A3=2.5万元/户×141户＝352.5万元，V3=0.9297,C3=352.5万元×0.9297=327.72万元
（4）农村居民房屋：A4=15万元/栋×59栋＝885万元，V4=0.7044,C4=885万元×0.7044=623.4万元
（5）农村居民家居用品：A5=1.3万元×68户＝88.4万元，V5=0.8853,C5=88.4万元×0.8853=78.26万元
（6）蓄牧业资产：A6=30万元，V6=0.9301,C6=30万元×0.9301=27.90万元
（7）农业净资产：A7=32万元，V7=0.5096,C7=32万元×0.5096=16.31万元
（8）交通运输财产：A8=8万元×9台＋5万元×6台＋0.5万元×72台＝138万元
V8=0.5169,C8=138万元×0.5169=71.33万元
（9）商业财产：A9=1.0万元×30个＝30万元，V9=0.4944,C9=14.83万元
（10）金融单位财产：A10=600万元，V10=0.5515,C10=330.9万元
（11）机关单位财产：A11=2万元×11=22万元，V11=0.5515,C11=22万元×0.5515=12.13万元
（12）医疗卫生业财产：A12=20万元，V12=0.5037,C12=20万元×0.5037=10.07万元
（13）学校财产：A13=20万元，V13=0.5706,C13=20万元×0.5706=11.41万元
（14）公路：A14=1000元/m×1000m=100万元，V14=0.9469,C14=100万元×0.9469=94.69万元
（15）小水电站：A15=260万元，V15=0.5066,C15=260万元×0.5066=131.7万元
承灾体的最大可能经济损失总值：
C=C2+C3+C4+C5+C6+C7+C8+C9+C10+C11+C12+C13+C14+C15=4773.05万元
南溪泥石流防治工程投入经费预算：
根据预计投入的各项勘查和治理的工作量，按国家有关费用标准，对所需经费进行预算，共需资金150.64万元，其中勘查费用6.2万元，治理费用144.44万元（见表3）。
表3 南溪泥石流勘查和治理费用预算表
该泥石流防治工程资金利税率为：
B=（C-D）/D=（4773.05-150.64）/150.64=0.03
防治工程直接经济效益：C-D=4622.41万元
投入产出比＝150.64∶4773.05=1∶31.69
4.3 结论
湖南省郴州市南溪泥石流，属于中等危险的泥石流，防治工程按20年一遇标准设计。实施工程治理后，泥石流危害范围0.3124km2内（南溪乡政府所在地－东溪村）的各类承灾体能够在泥石流发生时，使1768人的人身安全得到保护，减少可能死亡人口27人；减少可能经济损失4773.05万元。工程治理的直接经济效益为4622.41万元，资金利税率为0.03，投入产出比为1∶31.69。南溪泥石流防治工程社会、经济效益巨大，建议有关主管部门尽快批准实施。
参考文献
[1]中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所.中国泥石流防治.成都：成都科技出版社，[出版时间不详].
[2]国家计划委员会编.建设项目经济评价方法与参数.北京：中国计划出版社，1987.
10、滑坡灾害风险经济学评价
以甘肃省天水市王家半坡滑坡为对象作滑坡风险评价研究。
一、研究区概况
1.自然地理情况
王家半坡滑坡位于天水市秦城区北山，其西临玉泉观，南依玉泉中学，北靠中梁山公路，东以王家半坡东冲沟为界。地理坐标为:东经105°42༽″～105°43ཊ″，北纬34°35ཅ″～34°35ཌ″。
2.气象与水文
该区属于温带半湿润气候区，多年平均降水量538.17mm，区内一次性连续最大降雨量为286.6mm，一日最大降雨量为113mm。年内降水分配不均，65%的降水量集中在6～9月份。也是滑坡、泥石流灾害多发期。
受地层岩性和降雨因素的控制，区内局部赋存滑带滞水。该类水为扰动松弛破碎带裂隙、孔隙水，含水层岩性为全心统坡积物，以黏性土为主。地下水补给源主要是大气降水，其次为居民生活污水回渗补给。大气降水或生活污水通过黄土垂直裂隙、滑坡侧后壁的拉张裂缝、剪切裂缝渗入，沿古滑坡体内扰动松弛的滑带土缓慢径流，最后聚集于相对稳定的坡体内，呈滑带滞水。
3.地形地貌
研究区处于西秦岭山地与陇西黄土高原过渡地带，地貌类型属于剥蚀－构造丘陵山地，总体地势北高南低，海拔高程1448～1200m，相对高差250m左右，坡体平均坡降12.5%，坡脚因古滑坡(或古滑坡群)的堆积，坡降较小，一般为1%～5%。
测区南侧为侵蚀－堆积河谷地貌。该地貌单元发育了1～2河流阶地、河漫滩及冲洪积扇，滑坡体就覆盖于河流阶地之上。
4.地质构造
研究区位于秦岭纬向构造带和陇西旋卷构造带的复合部位，属祁吕贺兰山字型构造体系的前弧，地质构造复杂，新构造运动强烈。其构造形迹表现为一系列北西的断裂和褶皱。
影响区内的地层岩性的挽近期构造均为隐伏断裂，主要有:
凤凰山断裂:沿籍河北岸呈北西西向展布，是一条区域性主干活动断裂。
窝驼里断裂:斜切天水市窝驼里北籍河谷底，为压扭性断裂，倾向南西。
东泉断裂:沿渭河南岸呈北西西向展布，向西延伸至籍河河谷。
二、王家半坡滑坡风险识别
王家半坡滑坡体属多期古滑坡体上的一部分，位于古滑坡体的前缘。王家半坡曾于20世纪60年代和70年代发生过两次山体滑动。近年来，受降水及人为活动影响，于2002年再次出现滑动，坡体上的居民房屋倒塌或开裂，造成巨大损失。目前滑坡体仍处于不稳定阶段，存在极大风险，因此，将王家半坡作为滑坡风险评价专题评价的对象有十分重要的意义。
根据收集资料(《天水市秦城区王家半坡应急治理可行性研究报告》)以及野外调查，确定影响王家半坡滑坡的主要因素有下面几部分:
(1)岩性:岩性从根本上控制着一个地区的地貌特征。在某种程度上，地貌形成的特征和速率取决于下伏物质的岩性和风化特征。岩性决定着斜坡体的黏聚力、摩擦系数等特征。因此，滑坡作用与岩性具有直接的联系。
根据勘探资料表明，王家半坡滑坡体的地层岩性为第四系坡积物，物质成分为扰动变形的黄土状粉质粘土和新第三系泥岩的混合物，自上而下依次为泥岩夹亚粘土－扰动泥岩－泥岩(图9－4－1)。主要特征是质地不均，结构松散，易于地表水入渗，中部裂隙十分发育，滑带滞水赋存于该层中，下部为致密坚硬的第三系泥岩。砂质泥岩和泥岩，致密坚硬，不透水。垂直节理和裂隙发育，遇水易软化膨胀，风干后呈瓦块状。该套地层是滑体和滑床的主要组成成分。
(2)坡度:滑坡和坡度之间的关系受地质和地理相互作用的影响。斜坡较陡时，失效的可能性更大一些，同时也表明物质强度会更高一些。为了便于分区，经常将坡度进行分组。将坡度分为五组:<10°;10°～20°;20°～30°;30°～40°;>40°。
王家半坡地形坡度陡峭，斜坡临空面大，是滑坡产生的重要原因。坡体的平均坡降12.5%，坡脚处因古滑坡(古滑坡群)的堆积，坡降较小，一般为1%～5%。
(3)降雨:降雨对斜坡稳定性影响的研究要根据降雨在坡面上产生孔隙压力的能力。Tsaparas(2002)认为土壤渗透性与滑坡的发生具正相关性。Van Westen等(1997)研究表明，在强降雨过程中，由于地下水位上升，导致上层土壤饱水，不透水层以上形成上层滞水，剪切强度减小，坡面上形成孔隙压力，这样就可能引发斜坡失效。
王家半坡滑坡体后缘及侧壁可见裂缝，赋存了滑带滞水，主要补给源是大气降水。而该滑坡体前缘勘探孔内未见滑带滞水(图9－4－1)，表明王家半坡滑坡体上新的滑动带尚未发育完全，在外力作用下，扰动松弛带会进一步向下发展，当滑体的下滑力大于岩体的抗滑力后，将会快速下滑。
(4)滑坡体规模:规模和形状十分重要，是确定滑坡体下滑力和抗滑力的主要影响因素之一。对滑坡体进行力学分析时，滑坡的规模和类型是判断滑体是否平衡的重要参数。
根据地形地貌特征及勘查资料，王家半坡滑坡体位于秦城北山古滑坡体的前缘，属两期古滑坡体上的再次滑动体。该滑坡体南北长为110m，后缘宽为150m，滑体平均厚度为17.7m，表面积为13000m2，属重力牵引式小滑坡，如图9－4－2所示。
(5)植被覆盖和土地利用:关于植被对斜坡稳定性的影响，不同文献有不同的观点。根据对Lantau岛自然地表的研究，Franks(1999)得出如下结论，植被稀疏的斜坡最易发生破坏。然而，Dai等(2001)发现与草地相比，裸地发生滑坡的概率要低。
王家半坡可以分为林地(较高的树木)、灌木丛林地(灌木)、农田和居住区。研究植被对滑坡的影响需要考虑坡度。例如，一般认为在中等坡度(30°～60°)的林地，植被覆盖率高有助于减少滑坡的发生，但当坡度较陡(>60°)时情况则有所不同。类似地，山区的农田(梯田)对斜坡稳定性也起到了积极的影响。
图9－4－1 王家半坡滑坡剖面图
图9－4－2 王家半坡滑坡平面图
三、滑坡危险评价
在考察前人成果［102、103、110、173、176、207～211］的基础上，分析得出Rosenbluth方法比较简单，可方便简捷的对斜坡稳定性进行概率评价。这种方法可有效地将斜坡稳定性评价中传统的安全系数法和概率评价法互相结合，取长补短，相互印证。因此，利用该模型进行王家半坡滑坡风险评价，评价步骤如下:
1.建立状态函数
对于一般的斜坡稳定性问题，根据斜坡岩土体结构、破坏机理和受力状况，可建立如下的状态函数:
城市地质环境风险经济学评价
式(9－4－1)中，xi分别为容重、黏聚力、摩擦系数、孔隙水压、荷载强度、降雨强度等随机变量，它们具有一定的分布(大多服从正态分布或对数正态分布)。
王家半坡滑坡风险评价以稳定性系数作为状态函数，即
城市地质环境风险经济学评价
式(9－4－2)中，R(x1，x2，…，xn)为抗滑力或者抗滑力矩，S(x1，x2，…，xn)为下滑力或者下滑力矩。
由于王家半坡滑坡属于非均质(黄土－泥岩)滑坡体，滑坡周界及滑动面按野外实测资料确定。滑坡稳定性计算公式为(引自《天水市秦城区王家半坡应急治理可行性研究报告》):
城市地质环境风险经济学评价
式(9－4－3)中，K为滑坡稳定系数;Fri为地下水面以上的条块面积，m2;Rri为地下水面以上的岩(土)体天然容重，但为同上;Fsi，Rsi为指地下水面以下的条块面积和岩(土)体容重，单位同上;φi为滑带土内摩擦角，(°);Ci为滑带土黏聚力，kPa;L为条块滑面长度，m;αi为条块滑面倾角，(°)。
2.确定参数值及随机变量
稳定性系数函数中除φi，Ci外，其他参数变异性较小，作常量处理，均为定值。根据试验及调查资料，考虑到该滑坡体有多层滑面，计算时选用最深滑动面确定参数。根据试验分析以及收集的资料确定其他参数值(《天水市秦城区王家半坡应急治理可行性研究报告》)，其他参数值分别为:Fri=314.55m2，Rri=18kN/m3，Fsi=629.1m2，Rsi=21kN/m3，L=99.5m，αi=25°。
将参数的定值代入9－4－3式中，可得到稳定性系数为
城市地质环境风险经济学评价
本研究中φ，C变化显著，为随机变量。所以斜坡的稳定性系数(状态函数)K是φi，Ci的函数，即
城市地质环境风险经济学评价
因此，F(Ci，φi)也是随机变量，其实质是抗滑力(矩)与下滑力(矩)的比值(R/S)。
3.计算稳定性系数
根据天水工作区野外调查资料及实验测试，得出正态随机变量Ci，φi的范围分别为(20～40)kPa，10°～18°，由此求得均值(μ)和标准差(σ)分别为
城市地质环境风险经济学评价
同理μφ=14°，σφ=4°
求出随机变量Ci，φi的均值和标准差之后，在Ci，φi的变化区间内分别对称的择其两个取值点，一般取均值的正负一个标准差，如下所示:
城市地质环境风险经济学评价
因此，得到四种组合函数，可计算出四个稳定性系数，如下所示:
城市地质环境风险经济学评价
将上式(9－4－8)中Ci，φi数值代入9－4－4式，可得到稳定性系数分别为K1=1.02，K2=0.83，K3=0.68，K4=0.59。
4.得出滑坡发生概率
因为状态函数K=F(Ci，φi)服从正态分布，即k～N(μk，σk2)，故稳定性系数的均值和标准差为
城市地质环境风险经济学评价
则可靠度指标β为
城市地质环境风险经济学评价
计算出破坏概率为
城市地质环境风险经济学评价
其中，
城市地质环境风险经济学评价
故Pi=0.83
滑坡目前处于极不稳定阶段，滑坡发生的概率即危险度为0.83，需要采取紧急防护措施防止灾害的发生。
四、王家半坡滑坡的危害与造成的经济损失评估
危害与造成的经济损失评估是风险评价重要的组成部分，关于王家半坡滑坡的危害与造成的经济损失评估在第六章第三节已做介绍，其结果见表9－4－1。
表9－4－1 王家半坡滑坡灾害预测经济损失
五、滑坡风险评估结果
王家半坡滑坡发生灾害的可能性很大，风险概率为0.83，处于极不稳定阶段，受威胁面积达37500m2，影响范围约为37500m2，灾害如果发生会产生巨大的经济损失，预测结果如表9－4－1所示。
以上为直接经济损失值，根据灾害的经验统计，间接损失为直接经济损失的4倍，所以间接经济损失为1912.04万元，总计为2390.05万元。
根据风险评价的结果可知，王家半坡滑坡处于不稳定阶段，有必要采取紧急防护措施，尽量减少灾害发生的可能性，以及由此造成的严重的经济损失。
六、滑坡风险管理
滑坡的控制治理是一项投资高，治理程序复杂，治理周期较长的工程。针对王家半坡滑坡的特点，王家半坡滑坡已处于很不稳定阶段，风险性很大。滑坡发生概率为0.83，一旦发生将产生直接经济损失共计478.01万元，间接经济损失为1912.04万元，因此，必须采取治理措施加以防治，主要有以下几方面:
(1)建设排水工程:包括地表水排水和地下水排水。地表水入渗引起滑床体的凝聚力降低，地下水中的滑带滞水是王家半坡滑坡产生的根本原因。因此，需要建设排水设施，可根据自然坡面形态修建排水渠。
(2)抗滑桩及抗滑挡墙:王家半坡滑坡体的下滑力很大，已处于不稳定状态，因此，要采用抗滑桩固定滑坡体。另外在坡脚位置可以修建抗滑挡墙，利用拦坝中的回填土的抗剪强度来阻止滑坡下滑。
(3)植被覆盖:王家半坡坡体上部土壤为结构松散的黄土状亚粘土，易于植物生长，建议种植根系发达的植物，使滑坡体的绿化面积增大，减少地表水入渗，达到预防和治理的双重效果。
(4)实施监测系统:监测滑坡体的发展趋势，记录抗滑桩的位移以及裂缝的发展变化，及时预报可能发生的情况，最大限度地避免灾害造成的经济损失与人员伤亡。
(5)加强教育:加强滑坡灾害的宣传教育，增强灾害区群众的防范意识，使群众了解灾害发生的前的征兆，尽快撤离受灾区，最大限度地减少灾害造成的损失。