陸泌鋒，張 輝，謝配紅，2

(1.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局106地質(zhì)大隊，貴州 遵義 563000；2.中國地質(zhì)大學(武漢)，湖北 武漢 430074)

地質(zhì)災害危險性研究可為地方各級政府有效開展自然災害防治和應急管理工作。目前隨著GIS技術(shù)的快速發(fā)展，地質(zhì)災害在易發(fā)性、危險性評價等方面變得更加有效。國外的NILSEN等人最早利用GIS技術(shù)對加利福尼亞的區(qū)域地質(zhì)災害進行了易發(fā)性評價(NILSEN，T，H，et al，1977)，國內(nèi)的劉希林(1988)率先在定性與定量結(jié)合分析的基礎(chǔ)上提出了多因子綜合評價模型對地質(zhì)災害危險性進行了評價。此后，國內(nèi)眾多學者借助GIS技術(shù)，利用各種理論和評價模型對地質(zhì)災害易發(fā)性、危險性進行了評價(范強 等，2015；許沖，2012；孟祥瑞 等，2016；宋亞婭 等，2020)。目前常用的地質(zhì)災害易發(fā)性及危險性評價模型包括：Logistic回歸法(黃健敏 等，2016)、證據(jù)權(quán)法(郭長寶 等，2019)、信息量法(陳立華 等，2020；張鐘遠 等，2022；張云波 等，2022)、神經(jīng)網(wǎng)絡模型(張?zhí)K平 等，2003)、層次分析法(辛存林 等，2020；張旭光 等，2012)、模糊評判法(常青 等，2014)、確定性系數(shù)法(劉月 等，2020)，概率指數(shù)模型(陳玉 等，2013)、以及多種方法耦合模型(田春山 等，2016)等。其中特別是信息量法、層次分析法等在地質(zhì)災害易發(fā)性和危險性評價中最為常見(譚真艷 等，2021)。

由于常規(guī)的信息量法在山區(qū)地質(zhì)災害危險性評價中沒有考慮評價因子在評價體系中的重要程度及影響情況，導致評價結(jié)果缺乏準確性。因此針對信息量模型存在的不足，本文在信息量模型中引入層次分析模型進行地質(zhì)災害危險性評價。對于地質(zhì)災害以滑坡和崩塌為主的松桃縣，為了避免將一些地形平緩的區(qū)域尤其是縣城及周邊區(qū)域評價為中危險及以上不合理結(jié)果，本文提出圈定平壩區(qū)的解決思路，可為相似區(qū)域的危險性評價提供參考。

1 研究區(qū)概況

松桃縣位于貴州省東北部，面積2 859.1 km2。境內(nèi)山多地少，地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，地層巖性及其組合多樣，地質(zhì)環(huán)境條件復雜，屬貴州省地質(zhì)災害易發(fā)區(qū)，如2020年7月8日發(fā)生的甘龍鎮(zhèn)石板村田堡組滑坡造成7人死亡，2016年6月11日發(fā)生的蓼皋街道稿坪村水電站崩塌造成2人死亡。

松桃縣發(fā)育地質(zhì)災害167處，其中滑坡135處、崩塌22處、泥石流9處、地面塌陷1處(圖1)?？梢钥闯觯商铱h地質(zhì)災害以滑坡為主，其次為崩塌，因此本文以157處滑坡和崩塌地質(zhì)災害作為分析評價的樣本。

圖1 松桃縣地質(zhì)災害分布圖Fig.1 Geological hazard distribution map of Songtao county1—滑坡；2—崩塌；3—泥石流；4—地面塌陷

2 孕災地質(zhì)條件分析

2.1 地層

以往研究人員常將工程地質(zhì)巖組作為孕災條件之一，但通過統(tǒng)計分析，并不是所有的軟質(zhì)巖都易產(chǎn)生滑坡，也不是所有的硬質(zhì)巖都易產(chǎn)生崩塌，松桃縣地質(zhì)災害具有很強的地層傾向性，因此用地層作為孕災因子更具有針對性。

2.2 坡度

2.3 坡向

從圖2(c)中可以看出，松桃縣滑坡和崩塌地質(zhì)災害隱患在南東及北西坡向上較為發(fā)育，與松桃縣北東-南西向的基本構(gòu)造格架一致，這是區(qū)域構(gòu)造作用的結(jié)果。

2.4 斜坡結(jié)構(gòu)

從圖2(d)中可以看出，松桃縣的滑坡災害密度在順向坡中最大，其次為斜向坡和橫向坡，反向坡則是滑坡發(fā)育較少的斜坡結(jié)構(gòu)類型。順向坡尤其是傾角較緩的順向坡，其坡度一般不大，受巖土交界面或地層中軟弱夾層控制，易發(fā)生規(guī)模較大的巖土混合型滑坡。

崩塌災害均為巖質(zhì)斜坡，在斜向坡及橫向坡中較為發(fā)育。

2.5 斷層距離

從圖2(e)中可以看出，斷層距離與地災點密度總體呈反相關(guān)關(guān)系，說明距離斷層越遠，發(fā)生地質(zhì)災害的可能性越低。斷層劣化了一定范圍內(nèi)的巖體結(jié)構(gòu)，使巖體破碎易形成崩塌，并使巖體更容易受到后期風化作用的影響，導致在斜坡表層形成了厚度較大的堆積體地貌，從而容易形成滑坡。

2.6 深切溝谷及河谷距離

從圖2(f)中可以看出，深切溝谷及河谷距離與地災點密度尤其是崩塌地質(zhì)災害反相關(guān)關(guān)系明顯。河流的快速下切形成了深切溝谷及河谷，使兩岸形成了陡坡甚至陡崖，陡崖易產(chǎn)生崩塌。陡坡使斜坡呈凸型，基巖出露，易產(chǎn)生土質(zhì)滑坡，若在順向坡中，且含有軟弱夾層時，易產(chǎn)生巖質(zhì)滑坡。

3 地質(zhì)災害影響因素分析

3.1 降水

松桃縣地質(zhì)災害主要發(fā)生在5—7月，占地質(zhì)災害總數(shù)的83.8%。從圖2(g)中可以看，降水量與地災點密度的關(guān)系在單日最大降水量大于104 mm時總體呈正相關(guān)，而在降水量小于104 mm時卻呈反相關(guān)。通過分析發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)異常的原因是由于降水量小于104 mm的地區(qū)主要位于松桃縣西北部，該區(qū)域極高和高孕災地層極為發(fā)育，順斜坡分布廣泛，且人為切坡強烈，因此在降水量相對不大的條件下也容易誘發(fā)滑坡。

3.2 人類工程活動

松桃縣人類工程活動對滑坡地質(zhì)災害影響較大，主要為公路切坡。從圖2(h)中可以看出，地災點密度與公路距離呈反相關(guān)關(guān)系。公路切坡對滑坡地質(zhì)災害的影響主要為揭露了軟弱夾層和基覆界面，前者易產(chǎn)生巖質(zhì)斜坡，后者易產(chǎn)生土質(zhì)滑坡。

2016年，山東省有6個果蔬區(qū)域公用品牌成功入選為第一批著名農(nóng)產(chǎn)品區(qū)域公用品牌名單，膠州大白菜作為其中一個。2017年，11個區(qū)域公用品牌，如膠州大白菜被選為最受歡迎的農(nóng)產(chǎn)品區(qū)域公用品牌。膠州大白菜協(xié)會繼續(xù)研發(fā)白菜品種、栽培技術(shù)和白菜深加工產(chǎn)品的創(chuàng)新和開發(fā)形成較強的市場競爭力。

圖2 孕災因子分級面積占比與地質(zhì)災害密度關(guān)系圖Fig.2 Relationship diagram between the area ratio of pregnancy disaster factor classification and the geological disaster density

4 地質(zhì)災害危險性評價

4.1 評價模型

信息量法是目前發(fā)展較為成熟的方法，信息量值越大，表明發(fā)生地質(zhì)災害的可能性越大，單個因子信息量值的計算公式如下：

(1)

式中：Ni為在因子Xi的特定類別xi中地質(zhì)災害的個數(shù)；N為調(diào)查區(qū)災害點總數(shù)；Si為因子Xi的特定類別xi所占單元面積；S為調(diào)查區(qū)總面積。

但在上述信息量模型中，各評價因子的信息量值沒有考慮評價因子在評價體系中的重要程度及影響情況，因此本文在信息量模型中引入層次分析模型進行評價，該方法即考慮了信息量值，又考慮了各因子的權(quán)重。加權(quán)信息量值的計算公式如下：

(2)

式中：Wi為評價因子權(quán)重。

4.2 評價因子

危險性評價因子由易發(fā)性評價因子和影響因子組成。基于前文的分析，易發(fā)性評價選取坡度、坡向、地層、斜坡結(jié)構(gòu)、斷層距離、深切溝谷及河谷距離等6個因子，滑坡災害考慮降水和公路距離2個影響因子；松桃縣崩塌災害基本不受人類工程活動影響，因此不予考慮。各評價因子見圖3。

圖3 評價因子分級Fig.3 Evaluation factor classification

4.3 加權(quán)信息量值的確定

4.3.1 權(quán)重的確定

評價因子的權(quán)重采用層次分析法確定。借助層次分析法將所面臨的復雜問題分解為一個個獨立的層面，而后建立層次模型，各自獨立處理(圖4)。

圖4 層次結(jié)構(gòu)模型Fig.4 Hierarchy model

在已建立的層次結(jié)構(gòu)模型基礎(chǔ)上，通過依次對評價因子進行兩兩對比，結(jié)合松桃縣實際情況，確定各個因子的相對重要程度，根據(jù)1-9標度法賦值，創(chuàng)建評價標準值，依次進行排序，最終得到各因子的權(quán)重值，見表1。由于松桃縣的地質(zhì)災害主要為滑坡和崩塌，各因子在滑坡和崩塌中的重要性不同，因此需分別計算權(quán)重。

表1 地質(zhì)災害因子權(quán)重表Table 1 The weight table of geological disaster factor

續(xù)表

4.3.2 加權(quán)信息量值的確定

根據(jù)全縣滑坡和崩塌樣本數(shù)量的統(tǒng)計，按公式(1)和公式(2)分別計算出滑坡和崩塌易發(fā)性的加權(quán)信息量值，見表2、表3。

表2 滑坡危險性加權(quán)信息量值計算表Table 2 Calculation table of landslide risk weighted information quantity

續(xù)表

表3 崩塌危險性加權(quán)信息量值計算表Table 3 Calculation table of collapse risk weighted information quantity

4.4 危險性評價及分區(qū)

在評價之前，首先確定平壩區(qū)，因為對于地質(zhì)災害主要為滑坡和崩塌的松桃縣而言，平壩區(qū)地形平緩，發(fā)生滑坡及崩塌的可能性較低，為了防止后續(xù)評價過程中將平壩區(qū)的危險性評價為中危險以上的不合理結(jié)果。本文將境內(nèi)大面積坡度小于8°的區(qū)域概化后作為平壩區(qū)(圖5)，并在評價過程中通過條件判別直接將該區(qū)域的危險性評價為低危險等級。

圖5 松桃縣平壩區(qū)分布圖Fig.5 Distribution map of Pingba area in Songtao county1—平壩區(qū)；2—非平壩區(qū)

平壩區(qū)確定后，利用GIS的空間分析功能，在每個評價單元中分別將滑坡和崩塌各評價因子的危險性加權(quán)信息量值進行相加，從而得到各個評價單元中滑坡和崩塌危險性總信息量值，分別得到滑坡和崩塌的危險性柵格圖，并按自然斷點法將滑坡和崩塌的危險性劃分為極高、高、中、低四個等級，再將兩者按就高不就低的原則疊加，生成總地質(zhì)災害的危險性柵格圖，見圖6，最后將危險性評價柵格圖基于相似性、相近性的原則概化，形成松桃縣地質(zhì)災害危險性分區(qū)圖，見圖7。各區(qū)統(tǒng)計見表4。

圖6 松桃縣地質(zhì)災害危險性評價柵格圖Fig.6 Grid diagram of geological hazard risk assessment in Songtao county1—極高危險；2—高危險；3—中危險；4—低危險

圖7 松桃縣地質(zhì)災害危險性分區(qū)圖Fig.7 Geological hazard risk zoning map in Songtao county1—極高危險；2—高危險；3—中危險；4—低危險；5—地災點

表4 松桃縣地質(zhì)災害危險性評價結(jié)果統(tǒng)計表Table 4 Statistical table of geological hazard risk assessment results in Songtao county

4.5 評價結(jié)果驗證

ROC曲線可對危險性評價結(jié)果的準確性進行檢驗。曲線之下與橫坐標軸包圍的面積為AUS值，該值是衡量評價質(zhì)量的指示器，AUS值越接近于1，說明評價結(jié)果越準確。由圖8可以看出，松桃縣地質(zhì)災害危險性評價的AUS值為0.803，即評價精度為80.3%，說明評價結(jié)果較好。

圖8 ROC曲線圖Fig.8 ROC curve

5 結(jié)論

(1)松桃縣地質(zhì)災害受坡度、坡向、地層、斜坡結(jié)構(gòu)、斷層距離、深切溝谷及河谷距離、降水和人為切坡的影響較大，地質(zhì)災害往往在上述因素綜合作用下產(chǎn)生。

(2)松桃縣地質(zhì)災害的分布與危險分區(qū)的相關(guān)性較好，通過ROC曲線驗證，AUS為0.803，說明評價精度較高，評價方法合理。

(3)對于極高危險區(qū)和高危險區(qū)，要盡量避免大規(guī)模城鎮(zhèn)和工程建設(shè)，尤其是要限制大規(guī)模的人為切坡，避免人為主動誘發(fā)地質(zhì)災害。