王 磊，王運(yùn)生，陳 云，蔣發(fā)森

(成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點實驗室，四川成都 610059)

0 概述

地質(zhì)災(zāi)害是指由于自然或人為作用，多數(shù)情況下是二者協(xié)同引起的，在地球表層比較強(qiáng)烈地破壞人類生命財產(chǎn)和生存環(huán)境的巖土體位移事件［1］。崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生受地質(zhì)環(huán)境的控制，這些地質(zhì)環(huán)境因素主要包括地形地貌、地層巖性、氣象水文、人文活動等。地質(zhì)災(zāi)害危險性評價就是在考慮各種誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害因素的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步確定地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性及危險性。而地質(zhì)災(zāi)害危險性評價就是對某個地區(qū)或某個隱患點的歷史災(zāi)害活動狀況、自然條件、地質(zhì)環(huán)境條件、人類工程經(jīng)濟(jì)活動狀況等進(jìn)行綜合分析，從而確定其發(fā)生危及人類生命財產(chǎn)安全的災(zāi)害事件的概率大?。?］。

國內(nèi)外利用GIS技術(shù)對區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害危險性評價已做了大量研究和應(yīng)用。GIS以其強(qiáng)大的圖像處理、數(shù)據(jù)管理和空間分析功能為地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)的處理、存儲、分析提供了方便。GIS技術(shù)可以方便的管理多元數(shù)據(jù)，生成任意大小圖元，解決了傳統(tǒng)評價方法中研究區(qū)內(nèi)區(qū)域地質(zhì)環(huán)境的差異性和復(fù)雜性的難題，使地質(zhì)災(zāi)害危險性評價更精確［3］。黃潤秋等運(yùn)用GIS技術(shù)與多種數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域評價與危險性區(qū)劃，詳細(xì)介紹了評價指標(biāo)和數(shù)學(xué)模型選取方法，并在長江三峽庫區(qū)新灘—巴東段和金沙江溪落渡水電站近壩庫區(qū)得到了運(yùn)用［3］;薛東劍等結(jié)合遙感數(shù)據(jù)解譯和地面調(diào)查，綜合運(yùn)用GIS技術(shù)、信息量模型和Logistic模型完成了對青川、平武縣的地質(zhì)災(zāi)害危險性評價［4］;姚玉增等采用信息量法、統(tǒng)計量法和層次分析法分別確定指標(biāo)權(quán)重對遼寧凌源地區(qū)進(jìn)行了地質(zhì)災(zāi)害危險性評價，表明層次分析法效果最好［5］。本文在對廣安區(qū)地質(zhì)災(zāi)害實地調(diào)查基礎(chǔ)上，運(yùn)用GIS技術(shù)和層次分析法確定地質(zhì)災(zāi)害各影響因素權(quán)重，對廣安區(qū)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了危險性評價。

1 研究區(qū)概況

廣安區(qū)位于四川省東部，跨四川盆地紅層丘陵區(qū)與華鎣山低山地區(qū)兩個不同的自然地理區(qū)域［6］，106°30'～ 107°05'E，30°20' ～ 30°55'N?？?面 積1533.65km2，下轄43個鄉(xiāng)(鎮(zhèn))和6個街道辦事處。廣安區(qū)交通便利，國家4A級景區(qū)鄧小平故里為著名的紅色旅游景點。

區(qū)內(nèi)地形地貌復(fù)雜，山地、丘陵、平壩交錯，以丘陵地貌為主，總體地貌走勢為西高東低(圖1)。渠江干流從東北向西南貫穿全境將廣安區(qū)分為東西兩部分，區(qū)內(nèi)其他河流均為渠江水系支流。廣安區(qū)年平均降雨量1082.2mm，降雨主要集中5～10月份，近年廣安區(qū)洪水災(zāi)害頻發(fā)誘發(fā)大量地質(zhì)災(zāi)害。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害點分布圖Fig.1 Distribution region of the geologic hazards of study area

2011年8月，進(jìn)行廣安區(qū)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，共調(diào)查地質(zhì)災(zāi)害點367處(圖1)。崩塌94處，主要分布在觀塘、護(hù)安、方坪等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，崩塌規(guī)模上小型崩塌88處，占崩塌總量的93.62%?；?6處，主要分布在觀塘、護(hù)安、方坪等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，類型以淺層土質(zhì)滑坡為主，殘坡積土與基巖面和軟、硬巖層面是形成滑坡的主要滑動面，人為削坡和汛期強(qiáng)降雨是引發(fā)滑坡的主要因素。塌陷是廣安區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的主要災(zāi)種共208處，主要分布在桂興及小井兩個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，這些塌陷隱患點主要由于地下煤礦開采，采空后形成，其次為地下巖溶發(fā)育形成空洞，其后頂板破裂形成。不穩(wěn)定斜坡分布較少共9處，規(guī)模上以小型為主。

2 危險性評價因子的選取

影響和誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的地質(zhì)因素很多，根據(jù)本區(qū)實際調(diào)查情況，本文主要選擇坡度、坡向、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水系和降雨6個因素作為地質(zhì)災(zāi)害危險性評價因子。

2.1 坡度

研究表明，重力是造成地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的根本原因，在陡峭的斜坡上，下滑力增加，易產(chǎn)生滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害［4］。首先利用ArcGIS基于等高線得到研究區(qū)DEM數(shù)字高程模型，然后運(yùn)用ArcGIS空間分析功能對DEM進(jìn)行坡度計算得到研究區(qū)坡度分級圖(圖2)。廣安區(qū)區(qū)的坡度分布在0°～45°，運(yùn)用自然間斷點分級法將坡度分為4個級別，分別是:0°～5°、5°～10°、10°～20°、20°～45°。

圖2 研究區(qū)坡度圖Fig.2 Zoning of slope in the study area

2.2 坡向

不同斜坡坡向的太陽輻射強(qiáng)度等條件不同，影響了水蒸發(fā)量、植被覆蓋、坡面侵蝕等諸多因素 ，從而影響了斜坡地下水孔隙壓力的分布及巖土體物理力學(xué)特征，因而影響了斜坡穩(wěn)定性［7］。運(yùn)用ArcGIS空間分析功能對DEM進(jìn)行坡向計算，將廣安區(qū)的坡向劃分為8個級別(圖3)，對野外調(diào)查所得367處地質(zhì)災(zāi)害點與坡向進(jìn)行了疊加分析(表1)。

表1 地質(zhì)災(zāi)害點與坡向關(guān)系Table 1 Relation of geologic hazards and aspect

從表中可以看出坡向270°～360°地災(zāi)點分布較多，坡向 90°～135°、180°～225°次之，坡向 225°～270°、0°～45°分布較少，坡向 135°～180°、45°～90°最少。

圖3 研究區(qū)坡向圖Fig.3 Zoning of exposure in the study area

2.3 地層巖性

地層巖性及其結(jié)構(gòu)特征是影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育和分布的重要內(nèi)在因素之一。巖層的工程地質(zhì)性能取決于原巖的巖性，又取決于后期遭受褶皺、斷裂破碎的程度和風(fēng)化情況［8］。研究區(qū)區(qū)內(nèi)地層出露主要為侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組、侏羅系中統(tǒng)下沙溪廟組、上沙溪廟組、三疊系上統(tǒng)須家河組、三疊系中統(tǒng)雷口坡組、三疊系下統(tǒng)嘉陵江組和飛仙關(guān)組(圖4)。對野外調(diào)查所得367處地質(zhì)災(zāi)害點所處地層巖性進(jìn)行了統(tǒng)計分析(表2)，從表中可以看到嘉陵江組和飛仙關(guān)組地質(zhì)災(zāi)害點較密，雷口坡組和須家河組次之，下沙溪廟組和上沙溪廟組分布較少，蓬萊鎮(zhèn)組分布最少。

圖4 研究區(qū)巖性分布圖Fig.4 Zoning of lithology in the study area

表2 地質(zhì)災(zāi)害點與地層巖性關(guān)系Table 2 Relation of geologic hazards and lithology

2.4 地質(zhì)構(gòu)造

廣安區(qū)在大地構(gòu)造上屬揚(yáng)子準(zhǔn)地臺川中臺拗，在區(qū)域構(gòu)造上屬新華夏系四川盆地沉降帶川中坳陷構(gòu)造區(qū)。區(qū)內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造主要受華鎣山大斷裂的影響，主要構(gòu)造有華鎣山大斷裂、廣安背斜、大石橋背斜、鮮渡河背斜、斗灣寨向斜、月山向斜、王家坪向斜、龍女寺向斜、大有背斜。在ArcGIS軟件中對研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造進(jìn)行緩沖區(qū)分析，按照距構(gòu)造距離d≤300m，300m＜d≤600m，600m＜d≤900m和d＞900m 將廣安區(qū)分為4個級別(圖5)。

圖5 研究區(qū)構(gòu)造及緩沖區(qū)Fig.5 Faults and buffer of study area

2.5 水系

渠江干流從東北向西南流經(jīng)廣安區(qū)全境，長113km，河面寬100～500m，境段內(nèi)多年平均流量657m3/s，年均徑流量207×108m3，其它河流均屬渠江水系支流。在ArcGIS軟件中對研究區(qū)內(nèi)水系進(jìn)行緩沖區(qū)分析，按照距水系距離d≤200m，200m＜d≤400m，400m＜d≤600m和d＞600m將廣安區(qū)分為4個級別(圖6)。

2.6 降雨

降雨尤其是強(qiáng)降雨是誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的最重要因素之一。據(jù)突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害的分類統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)持續(xù)降雨誘發(fā)者占其總發(fā)生量的65%。其中，局地暴雨誘發(fā)約占總發(fā)生量的43%，占持續(xù)降雨誘發(fā)總量的66%［9］。廣安區(qū)年平均降雨量1082.2mm，降雨主要集中5～10月份，占全年降雨的70%，月降雨平均最多的7月188.07mm，近年廣安區(qū)洪水災(zāi)害頻發(fā)誘發(fā)大量地質(zhì)災(zāi)害。在ArcGIS軟件中對廣安區(qū)年平均降雨量進(jìn)行分級，按照降雨量≤1000mm，1000m＜降雨量≤1100m，1100m＜降雨量≤1200m和降雨量 ＞1200m將廣安區(qū)分為4個級別(圖7)。

圖6 研究區(qū)水系及緩沖區(qū)圖Fig.6 Water system and buffer of study area

為了便于在ArcGIS中對數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊加分析，需對各評價因子進(jìn)行分級并賦值，結(jié)合野外實際情況，對各因素進(jìn)行分級和賦值如表3所示。

表3 評價因子分級及賦值Table 3 Grade and evaluation of assessment factors

3 各影響因子權(quán)重的確定

層次分析法是由美國的運(yùn)籌學(xué)家T.L.Satty等人在20世紀(jì)70年代提出的，是多目標(biāo)的綜合評價指標(biāo)權(quán)重確定的主要方法之一［10］。通過專家打分構(gòu)建的坡度、坡向、地層巖性、構(gòu)造、水系和降雨6因素的判斷矩陣A。在Matlab軟件中求得該判斷矩陣的最大特征值 λmax=6.1582，λmax對應(yīng)特征向量為(-0.5678，-0.1166，-0.2691，-0.2293，-0.1519，-0.7183)。

查找相應(yīng)的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI=1.24一致性比例

判斷矩陣有很好的一致性，判斷合理。

在Matlab中對λmax對應(yīng)特征向量進(jìn)行歸一化處理得各因子權(quán)重(0.2766，0.0568，0.1311，0.1117，0.0739，0.3499)。

4 危險性評價

在ArcGIS中對廣安區(qū)各評價因子圖層進(jìn)行柵格化處理，單元網(wǎng)格大小100m×100m，共剖分網(wǎng)格個數(shù)153956個。對廣安區(qū)6個影響因子圖層進(jìn)行柵格疊加，疊加公式為:

式中:

Wi——第i個評價因子的權(quán)重;

Xi——第i個評價因子分級所賦值(表3)。

圖8 研究區(qū)危險性分區(qū)圖Fig.8 The hazard assessment of study area

各評價因子的柵格數(shù)據(jù)疊加后得到危險性指數(shù)的范圍在1.13～3.66之間。結(jié)合上面所做出的地質(zhì)災(zāi)害危險性評價結(jié)果和現(xiàn)場調(diào)查的地質(zhì)災(zāi)害點分布情況將危險性指數(shù)分為高易發(fā)區(qū)(2.64～3.66)、中易發(fā)區(qū)(2.10～2.64)、低易發(fā)區(qū)(1.60～2.10)、極低易發(fā)區(qū)(1.13～1.60)(圖8)。

5 結(jié)論

本次以評價100m×100m大小單元網(wǎng)格分割研究區(qū)，共剖分網(wǎng)格153956個。評價結(jié)果顯示高危險區(qū)149.49km2，占到評價區(qū)的9.71%，地質(zhì)災(zāi)害點個數(shù)182個，平均1.22個/km2，主要集中于廣安區(qū)西部，區(qū)內(nèi)危害對象主要為分散的農(nóng)戶，防治措施主要為搬遷避讓，工程治理為主，群測群防為輔。中危險區(qū)320.19km2，占到評價區(qū)的20.80%，地質(zhì)災(zāi)害點個數(shù)103個，平均0.32個/km2，主要分布于構(gòu)造線兩側(cè)，區(qū)內(nèi)包括廣安城區(qū)，人口密度較大，經(jīng)濟(jì)活動頻繁，防治措施以工程治理為主，專人監(jiān)測為輔，另外應(yīng)加強(qiáng)人類工程活動管理，減少削坡挖方。低危險區(qū)798.64km2，占到評價區(qū)的51.87%，地質(zhì)災(zāi)害點個數(shù)78個，平均0.10個/km2，分布于構(gòu)造線和水系兩側(cè)，區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害點分布較少，防治措施以搬遷避讓，群測群防為主，工程治理為輔。極低危險區(qū)271.24km2，占到評價區(qū)的17.62﹪，地質(zhì)災(zāi)害點個數(shù)6個，平均0.02個/km2，主要分布在廣安區(qū)地勢較平坦地區(qū)，區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害點分布極少，以搬遷避讓，群測群防為主。

［1］劉傳正.地質(zhì)災(zāi)害勘察指南［M］.北京:地質(zhì)大學(xué)出版社，2000.LIU Chuanzheng.The guide of geologic hazard survey［M］.Beijing:Geological University Press，2000.

［2］李闊，楊景，唐川.地質(zhì)災(zāi)害危險性評價研究—以四川省青川縣為例［J］.中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2007，18(2):54-57.LI Kuo，YANG Jing，TANG Chuan.Risk assessment on geologicalhazardsin Qingchuan county ofSichuan province［J］.The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，2007，18(2):54-57.

［3］黃潤秋，許強(qiáng)，沈芳，等.基于GIS的地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域評價與危險性區(qū)劃系統(tǒng)研究［A］.第三屆海峽兩岸山地環(huán)境災(zāi)害研討會論文集［C］.臺北，2001.HUANG Runqiu，XU Qiang，SHEN Fang，et al.Research on the regional geological hazard evaluation and hazard zoning system based on GIS［A］.The third research congress on both sides of the Taiwan straits of Mountain environment disasters memoir［C］.Taibei，2001.

［4］薛東劍，何政偉，陶舒，等.“5.12”震后區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害危險性評價研究—青川、平武縣為例［J］.地球科學(xué)進(jìn)展，2011，26(3):311-318.XUE Dongjian，HE Zhengwei，TAO Shu，et al.The“5.12”Earthquake-after regionalhazard assessmentof geological disasters-Case study in Qingchuan and Pingwu county［J］.Advances in Earth Science，2011，26(3):311-318.

［5］姚玉增，任群智，李仁峰，等.層次分析法在山地地質(zhì)災(zāi)害危險性評價中的應(yīng)用—以遼寧凌源地區(qū)為例［J］. 水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2010，37(2):130-135.YAO Yuzeng， REN Qunzhi， LIRenfeng， etal.Application of analytic hierarchy process to the probability assessment of mountain geological disasters-A case study of Lingyuan region，Liaoning province［J］.Hydrogeology＆ Engineering Geology，2010，37(2):130-135.

［6］朱菲菲，吳德超，王運(yùn)生，等.四川省廣安區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征研究［J］.科技咨詢，2007(1):103-104.ZHU Feifei，WU Dechao，WANG Yunsheng，et al.Research on the development characteristics of geological hazard in Guangan county of Sichuan province［J］.Science＆ Technology Information，2007(1):103-104.

［7］蘭恒星，伍法權(quán)，周成虎，等.基于GIS的云南小江流域滑坡因子敏感性分析［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2002，21(10):1500-1506.LAN Hengxing，WU Faquan，ZHOU Chenghu，et al.Analysis on susceptibility of GIS based landslide triggering factors in Yunnan Xiaojiang watershed［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2002，21(10):1500-1506.

［8］楊泰平，唐川，齊信.基于 GIS技術(shù)的汶川8.0級地震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害危險性評價—以四川省安縣為例［J］.災(zāi)害學(xué)，2009，24(4):68-73.YANG Taiping，TANG Chuan，QI Xin.Evaluation on geological disasters triggered by the 5.12 Wenchuan earthquake based on GIS technology-A case study in Anxian county of Sichuan province［J］.Journal of Catastrophology，2009，24(4):68-73.

［9］劉傳正，溫銘生，唐燦.中國地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警初步研究［J］.地質(zhì)通報，2004，23(4):303-309.LIU Chuanzheng， WEN Mingsheng， TANG Can.Meterological early warning of geo-hazards in China based on raining forecast［J］.Geological Bulletin of China，2004，23(4):303-309.

［10］李為樂，唐川，楊武年，等.RS和GIS技術(shù)在縣級區(qū)域泥石流危險區(qū)劃中的應(yīng)用研究—以四川省瀘定縣為例［J］. 災(zāi)害學(xué)，2008，23(2):71-75.LI Weile， TANG Chuan， YANG Wunian， etal.Research on application of GIS and RS in debris flow hazard zonation at county level-A case study in Luding county of Sichuan province ［J］.Journal of Catastrophology，2008，23(2):71-75.