彭森良

（中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司地質(zhì)分院，昆明 650011）

1 前言

隨著國(guó)內(nèi)水電市場(chǎng)的逐步萎縮，越來(lái)越多的水電工程勘測(cè)設(shè)計(jì)單位投入到國(guó)際水電工程規(guī)劃設(shè)計(jì)工作中。國(guó)外水電工程區(qū)普遍存在地質(zhì)資料匱乏、現(xiàn)場(chǎng)政治、氣候、交通、衛(wèi)生等條件差等現(xiàn)象，不利于野外大范圍工程地質(zhì)調(diào)查工作的開(kāi)展，甚至有部分區(qū)域人力難以企及。

某水電站位于東南亞，裝機(jī)300 MW，混凝土重力壩高約70 m，庫(kù)容約1×108m3，庫(kù)長(zhǎng)約15 k m。庫(kù)區(qū)屬典型熱帶雨林氣候，除近壩庫(kù)段1.5 k m范圍，人跡罕至，交通及衛(wèi)生條件極差，現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查工作難以開(kāi)展。因此，需要探索創(chuàng)新工作模式，力求在有限的野外工作條件下，合理投入資源開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查工作，而后通過(guò)室內(nèi)計(jì)算機(jī)技術(shù)半定量分析完善工作成果。

該工作模式的總體思路是盡可能多的考慮影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的各種因素，通過(guò)野外收集的地質(zhì)災(zāi)害體樣本，借助SPSS軟件強(qiáng)大的樣本分析功能，分析各影響因素的敏感性，建立地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)公式，最終結(jié)合專家判譯，利用GIS空間分析法完成研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作，以滿足設(shè)計(jì)要求。

2 野外地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查

2.1 便攜式GPS導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用

為保證野外地質(zhì)調(diào)查的精度，摒棄了紙質(zhì)地質(zhì)圖現(xiàn)場(chǎng)定點(diǎn)的傳統(tǒng)方法，采用Andriod操作系統(tǒng)下的GPS導(dǎo)航軟件開(kāi)展野外地質(zhì)調(diào)查工作。

該方法所用設(shè)備為普通移動(dòng)手機(jī)，方便攜帶且具備以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）水平向精度一般可控制在3 m以內(nèi)。

（2）可記錄航跡，包括調(diào)查線路，地質(zhì)災(zāi)害體周界、高程等信息。

（3）可現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害體地形橫、縱剖面。

（4）可記錄地質(zhì)點(diǎn)文本、照片、音頻及視頻等信息。

（5）中文操作界面，簡(jiǎn)單實(shí)用，便于推廣。

（6）可下載在線衛(wèi)星影像地圖，亦可將離線區(qū)域地質(zhì)圖、實(shí)測(cè)地形圖等配準(zhǔn)后在現(xiàn)場(chǎng)作為導(dǎo)航基準(zhǔn)地圖。

該軟件的操作界面如圖1所示。

圖1 野外GPS導(dǎo)航軟件

2.2 野外地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查

野外地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查主要工作內(nèi)容如下：

（1）收集區(qū)域地質(zhì)背景信息，主要包括地形地貌、地層巖性、區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、植被覆蓋情況及人類工程活動(dòng)等信息。

（2）有條件的情況下，需利用GPS導(dǎo)航軟件開(kāi)展實(shí)地幾何要素的測(cè)量，包括其周界、分布高程，縱橫剖面等信息。

（3）利用GPS導(dǎo)航軟件對(duì)典型地質(zhì)點(diǎn)記錄其地形概況、巖性、構(gòu)造、水文地質(zhì)特征及植被覆蓋等情況，記錄方式可以選擇文本、照片、音頻及視頻等方式。

（4）對(duì)每個(gè)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)盡可能多的記錄影響其發(fā)育的通用指標(biāo)體系內(nèi)的各種影響因素等。

（5）調(diào)查結(jié)束后，按照規(guī)定格式編制各地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的信息表格，以便下一階段的錄入工作。

3 樣本分析

3.1 庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害影響評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性的判定，主要依據(jù)潛在不穩(wěn)定地質(zhì)體在受多種因素影響下發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)程度。通常情況下對(duì)地質(zhì)災(zāi)害體穩(wěn)定性的影響因素包括地質(zhì)背景條件、地形地貌特征、各種動(dòng)力作用（包括降雨、地震等）以及人類工程活動(dòng)等因素。研究這些因素在地質(zhì)災(zāi)害體穩(wěn)定性中所起的作用，分析其與地質(zhì)體失穩(wěn)之間關(guān)系，進(jìn)而建立穩(wěn)定性指標(biāo)體系，最后采用合適的評(píng)價(jià)模型進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害體穩(wěn)定性空間預(yù)測(cè)。

通常的地質(zhì)災(zāi)害主要影響因素共分為2類，一類是考慮基礎(chǔ)地質(zhì)地理背景影響因素，另外一類是考慮災(zāi)害發(fā)生的誘發(fā)因素。為進(jìn)一步對(duì)研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危害性進(jìn)行預(yù)測(cè)，圖2中同時(shí)列出了危害評(píng)價(jià)所需受災(zāi)體指標(biāo)，主要包括居民點(diǎn)和耕地。

圖2 地質(zhì)災(zāi)害影響評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

庫(kù)區(qū)匯水面積不大，氣候條件、人類活動(dòng)跡象及地震活動(dòng)程度等情況較為一致，因此，將已查明各堆積體坡度（a）、高差（b）、巖性（c）、斜坡結(jié)構(gòu)（d）、構(gòu)造（e）、巖體完整性（f）、卸荷（g）、巖體滲透性（h）、及植被覆蓋率（i）等9個(gè)一級(jí)影響因子作為SPSS樣本分析工具的數(shù)據(jù)庫(kù)，輸入后選用Logistic回歸分析法開(kāi)展樣本分析工作，得出各一級(jí)影響因子的敏感性。其計(jì)算公式如式1所示：

其中，V為某一單元的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)值；A～I(xiàn)為對(duì)應(yīng)一級(jí)影響因子下的敏感性系數(shù)，A＋B＋C＋D＋E＋F＋G＋H＋I(xiàn)＝1。

各一級(jí)影響因子下含二級(jí)影響因子，對(duì)應(yīng)公式如式2所示：

式中A1～A6為對(duì)應(yīng)二級(jí)因子下的敏感性系數(shù)，其中，A1＋A2＋A3＋A4＋A5＋A6＝1。

（1）坡度：包括平坦（0～10°）、緩坡（10°～15°）、斜坡（15°～20°）、陡坡（20°～30°）、急坡（30°～45°）及急陡坡（45°～90°）等6個(gè)二級(jí)因子（a1～a6）。

（2）高差：分為0～20 m、20 m～40 m、40 m～60 m、60 m～80 m、80 m～100 m及大于100 m等6個(gè)二級(jí)因子（b1～b6）。

（3）巖性：包括千枚巖、粉砂巖、玄武巖、流紋巖、坡崩積層、殘積層及沖積層共7類二級(jí)因子（c1～c7）。

（4）斜坡結(jié)構(gòu)：分為順向坡、橫向坡及斜向破共3類二級(jí)因子（d1～d6）。

（5）構(gòu)造發(fā)育情況：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ共5級(jí)結(jié)構(gòu)面及無(wú)構(gòu)造發(fā)育等6個(gè)二級(jí)因子（e1～e6）。

（6）巖體完整性：包括完整、較完整、完整性差、破碎及較破碎等5個(gè)二級(jí)因子（f1～f5）。

（7）巖體卸荷發(fā)育情況：包括強(qiáng)卸荷、弱卸荷及深卸荷等3個(gè)二級(jí)因子（g1～g3）。

（8）巖體滲透性：包括極強(qiáng)透水、強(qiáng)透水、中等透水、弱透水、微透水及極微透水等6個(gè)二級(jí)因子（h1～h6）。

（9）植被覆蓋率：分為20%、20%～40%、40%～60%、60%～80%及80%～100%等5個(gè)二級(jí)因子（i1～i5）。

3.2 樣本分析應(yīng)用軟件

SPSS軟件統(tǒng)計(jì)分析過(guò)程包括描述性統(tǒng)計(jì)、均值比較、一般線性模型、相關(guān)分析、回歸分析、對(duì)數(shù)線性模型、聚類分析、數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化、生存分析、時(shí)間序列分析、多重響應(yīng)等幾大類，每類中又分好幾個(gè)統(tǒng)計(jì)過(guò)程，比如回歸分析中又分線性回歸分析、曲線估計(jì)、Logistic回歸、Pr obit回歸、加權(quán)估計(jì)、兩階段最小二乘法、非線性回歸等多個(gè)統(tǒng)計(jì)過(guò)程，而且每個(gè)過(guò)程中又允許用戶選擇不同的方法及參數(shù)。該軟件分析結(jié)果清晰、直觀、易學(xué)易用，而且可以直接讀取Excel及dbf數(shù)據(jù)文件，現(xiàn)已推廣到多種各種操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)上，在國(guó)際學(xué)術(shù)交流中，凡是用SPSS軟件完成的計(jì)算和統(tǒng)計(jì)分析，可以不必說(shuō)明算法。最新的21.0版采用DAA（Distributed Analysis Architect ure，分布式分析系統(tǒng)），全面適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)，支持動(dòng)態(tài)收集、分析數(shù)據(jù)和HT ML格式報(bào)告。

3.3 樣本分析

現(xiàn)場(chǎng)共收集到地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)6個(gè)數(shù)據(jù)，均為復(fù)合堆積體。各堆積體主要參數(shù)如表1所示。

圖3 SPSS樣本分析軟件操作界面

表1 現(xiàn)場(chǎng)收集地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)特征表

本工程因樣本數(shù)量偏少，部分二級(jí)影響因子敏感性系數(shù)需利用專家判譯結(jié)合經(jīng)驗(yàn)給定。此外，因樣本成分復(fù)雜，經(jīng)初次樣本分析，相關(guān)性難以達(dá)到要求，后將樣本分為土質(zhì)邊坡和巖質(zhì)邊坡兩類分別展開(kāi)分析，得到地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)公式如下所示：

（1）對(duì)于土質(zhì)邊坡，坡度、成因、構(gòu)造、透水性具有較強(qiáng)的敏感性，其預(yù)測(cè)公式見(jiàn)式（3）：

（2）對(duì)于巖質(zhì)邊坡，坡度、巖性、斜坡結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、巖體完整性、卸荷及巖體透水性有較強(qiáng)的敏感性，其預(yù)測(cè)公式見(jiàn)式（4）：

4 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)

利用Arc GIS空間分析模塊，分別按照式（3）及式（4）進(jìn)行疊加分析，從而得到研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)等值線圖。

在此基礎(chǔ)上，利用Skyline軟件操作平臺(tái)，與地質(zhì)專家共享數(shù)據(jù)信息，通過(guò)專家判譯復(fù)核修正工作成果，從而對(duì)庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性進(jìn)行最終預(yù)測(cè)，并將成果建立數(shù)據(jù)庫(kù)，見(jiàn)圖4。該成果作為本階段地質(zhì)調(diào)查成果的同時(shí)，可為下階段地質(zhì)調(diào)查工作起指導(dǎo)作用。

5 結(jié)論及展望

目前，利用野外GPS導(dǎo)航技術(shù)＋室內(nèi)GIS空間分析法完成乏信息、乏工作條件區(qū)域的地質(zhì)調(diào)查工作的模式已應(yīng)用到若干東南亞水電站工程大范圍地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作中，相對(duì)于傳統(tǒng)工作模式，其提高了工作精度和效率的同時(shí)，一定程度上避免了各種不利因素的干擾，節(jié)約了工作成本，可避免傳統(tǒng)調(diào)查方法的重復(fù)和遺漏等，工作成果數(shù)據(jù)庫(kù)展示內(nèi)容直觀、全面、系統(tǒng)性強(qiáng)，值得進(jìn)一步探索和實(shí)踐。

工程實(shí)踐過(guò)程中，該模式最終效果受樣本的數(shù)量及可靠性的影響較大，專家判譯過(guò)程中需充分結(jié)合已有樣本做出進(jìn)一步分析。因此，為了充分發(fā)揮本工作模式的優(yōu)勢(shì)，在工程實(shí)踐中應(yīng)結(jié)合地質(zhì)工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)樣本分析理論充分理解，并把握好分析樣本的遴選過(guò)程。

圖4 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)部位預(yù)測(cè)圖

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