康鵬宇　孫士偉　林清祿　周媛　李月寶　肖丙建　焦永鑫　孫超　劉成帥

摘要：蒙陰縣位于山東省東南部，岱崮地貌分布范圍較廣。近年來，隨著人類工程活動(dòng)的增強(qiáng)，崩塌滑坡泥石流災(zāi)害進(jìn)一步加劇。本文在山東省蒙陰縣1∶5萬地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查的基礎(chǔ)上，結(jié)合最新的遙感信息，選取坡度、起伏度、工程地質(zhì)巖組、地質(zhì)構(gòu)造、地貌類型5個(gè)影響因子作為研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用信息量模型法對(duì)各評(píng)價(jià)因子進(jìn)行信息量計(jì)算，通過GIS空間分析平臺(tái)，建立了蒙陰縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)體系，為蒙陰縣有效開展防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)工作，切實(shí)保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展提供有效的科學(xué)決策依據(jù)。研究區(qū)劃分為地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)、非易發(fā)區(qū)４個(gè)等級(jí)，特征曲線（ROC）的線下面積（AUC）精度檢驗(yàn)值為0.833，表明評(píng)價(jià)精度較高。

關(guān)鍵詞：GIS;信息量模型法；地質(zhì)災(zāi)害；易發(fā)性；蒙陰縣；山東省

中圖分類號(hào)：P694文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.12128/j.issn.16726979.2023.06.006

引文格式：康鵬宇，孫士偉，林清祿，等.基于GIS與信息量模型法的山東省蒙陰縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)［J］.山東國土資源，2023，39（6）：3743.KANG Pengyu， SUN Shiwei， LIN Qinglu， et al. Susceptibility Assessment of Geological Disasters in Mengyin County in Shandong Province Based on GIS and Information Model［J］.Shandong Land and Resources，2023，39（6）：3743.

0引言

地質(zhì)災(zāi)害包括自然因素或者人為活動(dòng)引發(fā)的危害人民生命和財(cái)產(chǎn)安全的山體崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫、地面沉降等與地質(zhì)作用有關(guān)的災(zāi)害。地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性指一定區(qū)域內(nèi)由孕災(zāi)地質(zhì)條件控制的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性。地質(zhì)災(zāi)害威脅人類安全，造成大量經(jīng)濟(jì)損失，給國家和人民帶來巨大危害。為此，各省、市、縣相繼開展了地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)及研究工作［19］。

目前，GIS已經(jīng)成功應(yīng)用在政府管理、資源保護(hù)、環(huán)境保護(hù)、城市規(guī)劃建設(shè)等很多領(lǐng)域。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，GIS在地質(zhì)災(zāi)害防治、測繪、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用，GIS的應(yīng)用主要包括綜合分析評(píng)價(jià)與模擬預(yù)測。GIS信息量法是用地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時(shí)嫡值的多少來反映地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)性。基于GIS平臺(tái)，建立評(píng)價(jià)模型，確定地質(zhì)災(zāi)害與致災(zāi)因子之間的相關(guān)性，計(jì)算誘導(dǎo)因子對(duì)地質(zhì)災(zāi)害所提供的信息量值。

基于山東省蒙陰縣1∶5萬地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查成果，根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育分布規(guī)律及地質(zhì)環(huán)境條件，選取影響地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀和地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生、發(fā)展的坡度、起伏度、工程地質(zhì)巖組、地質(zhì)構(gòu)造、地貌類型5個(gè)因素作為影響因子，基于GIS和加權(quán)信息量模型進(jìn)行蒙陰縣崩塌、滑坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)，采用ROC曲線進(jìn)行精度驗(yàn)證，為蒙陰縣地質(zhì)災(zāi)害防治及地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警提供依據(jù)。

1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于山東省中南部、沂蒙山區(qū)的腹地，面積約1605.0km²。研究區(qū)地處暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，南部水汽輸送條件較好，降水量明顯大于北部。研究區(qū)屬淮河流域沂沭河水系，水系發(fā)育，支流眾多，主要河流有東汶河、梓河、蒙河等。研究區(qū)總體地勢(shì)南北高，中間低，由西向東逐漸傾斜。南部山區(qū)海拔一般400～1 000 m，北部、中南部低山丘陵區(qū)海拔一般200～500 m，中部山間平原區(qū)海拔一般低于200 m。研究區(qū)地層自太古代、古生代、中生代和新生代均有出露，呈NW—SE向展布，第四紀(jì)地層多分布于山間溝谷地帶；主要斷裂為泰安大斷裂、新泰蒙陰斷裂、金星頭斷裂和夏蔚斷裂；巖漿活動(dòng)較強(qiáng)烈，主要活動(dòng)時(shí)期為太古代、元古代及中生代。

從空間上看，研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)主要發(fā)生在東北部、西南部低山丘陵區(qū)。截至2020年12月，研究區(qū)共發(fā)育崩塌、滑坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)90處，其中，滑坡15處，崩塌68處，泥石流7處（表1，圖1）［1011］。

2GIS分析和信息量法模型

2.1數(shù)據(jù)來源

高空間分辨率遙感正射影像由國家高分辨率對(duì)地觀測系統(tǒng)山東臨沂數(shù)據(jù)與應(yīng)用中心提供。影像時(shí)效性不超過2年，在地質(zhì)災(zāi)害隱患分布區(qū)域無云覆蓋，整體云雪覆蓋率不大于5%，數(shù)據(jù)配準(zhǔn)精度滿足1∶1萬遙感影像圖制圖要求，影像無重影、模糊現(xiàn)象，各種地物邊緣清晰明確，線狀和面狀地物完整。

2.2GIS分析

基于GIS空間分析的因子信息采集方法，用1∶1萬地形圖提取基礎(chǔ)地理信息;用遙感影像提取坡度、起伏度信息;構(gòu)造及工程地質(zhì)巖組主要從1∶5萬地質(zhì)圖上提取。

2.3信息量模型

地質(zhì)災(zāi)害的形成受多種因素影響，信息量模型反映了一定地質(zhì)環(huán)境下最易致災(zāi)因素及其細(xì)分區(qū)間的組合；具體是通過特定評(píng)價(jià)單元內(nèi)某種因素作用下地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻率與區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻率相比較。地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的總信息量：

3評(píng)價(jià)因子

通過分析研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育分布規(guī)律及地質(zhì)環(huán)境條件，將地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀和影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生、發(fā)展的因素作為影響因子，選擇坡度、起伏度、工程地質(zhì)巖組、地質(zhì)構(gòu)造、地貌類型5個(gè)影響因子作為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。離散型因子為工程地質(zhì)巖組和地貌類型，連續(xù)型因子有坡度、起伏度和距斷層距離［1216］。各評(píng)價(jià)因子分級(jí)見圖2。

3.1坡度

由研究區(qū)數(shù)字高程圖形（DEM）得到蒙陰縣山區(qū)的地形坡度數(shù)據(jù)，地形坡度范圍0°～65°。選取10 m×10 m的網(wǎng)格，面積為0.000 1 km²的分析窗口來計(jì)算評(píng)價(jià)網(wǎng)格內(nèi)的平均坡度。根據(jù)地形坡度分為<10°、10°～20°、20°～30°、30°～45°、45°～60°、和>60°等6類。地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)一般分布在地形坡度大于20°的地區(qū)。隨著地形坡度的增加，災(zāi)害點(diǎn)數(shù)量增加的趨勢(shì)明顯。當(dāng)?shù)匦纹露刃∮?0°時(shí)，地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)極少。

3.2起伏度

地形起伏度是指在限定面積范圍內(nèi)的地表上高程差的最大值，它是坡度的一種延伸觀念，地形起伏度可以直觀的反映地形起伏特征。在DEM數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上利用ArcGIS的空間分析工具鄰域統(tǒng)計(jì)計(jì)算出限定尺度范圍內(nèi)的最大高程值與最小高程值，將2個(gè)數(shù)的差值確定為起伏度。選取10 m×10 m的網(wǎng)格，面積為0.000 1 km²的分析窗口來計(jì)算評(píng)價(jià)網(wǎng)格內(nèi)的起伏度。地形起伏度分成平坦（<10 m）、微起伏（10～20 m）、小起伏（20～30 m）、中起伏（30～45 m）及大起伏（>45 m）5類。隨著地形起伏高度的增加，崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害隱患的數(shù)量逐漸增多，當(dāng)起伏高度達(dá)20～30 m時(shí)隱患數(shù)量達(dá)到最大，之后隨著起伏高度的增加逐漸減少。

3.3工程地質(zhì)巖組

不同巖性的物理力學(xué)性質(zhì)不同，導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害在不同巖層中的發(fā)育程度不同。根據(jù)地層出露情況及工程地質(zhì)特征，將研究區(qū)巖土體分為堅(jiān)硬塊狀侵入巖巖組、堅(jiān)硬的塊狀變質(zhì)巖巖組、堅(jiān)硬、較堅(jiān)硬的中厚—厚層狀灰?guī)r巖組、較堅(jiān)硬的中厚—厚層狀碎屑巖巖組、較堅(jiān)硬的薄層狀頁巖夾灰?guī)r巖、堅(jiān)硬較堅(jiān)硬的薄層狀頁巖砂巖夾灰?guī)r巖組、以黏性土、砂礫石為主的雙層結(jié)構(gòu)土、以黏性土為主的單層結(jié)構(gòu)土8類。研究區(qū)堅(jiān)硬的塊狀變質(zhì)巖巖組、較堅(jiān)硬的薄層狀頁巖夾灰?guī)r巖組中地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布較多，這與其巖土體結(jié)構(gòu)本身為易于風(fēng)化的巖漿巖或相對(duì)較軟的頁巖上覆相對(duì)較硬的灰?guī)r，在構(gòu)造作用、沉積作用、風(fēng)化剝蝕作用等各種內(nèi)外應(yīng)力作用下形成的崮形地貌有直接關(guān)系。

3.4距斷層距離

根據(jù)斷裂發(fā)育分布的實(shí)際情況，將研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害距斷層距離情況分為＜0.5 km、0.5～1 km、1～1.5 km、1.5～3 km、＞3 km共5類。斷層附近巖土體往往比較破碎，破碎的巖土體極易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。往往距斷層越遠(yuǎn)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性越小，而研究區(qū)泥石流分布區(qū)主要分布在斷層距較大的區(qū)域。

3.5地貌類型

根據(jù)研究區(qū)1∶5萬地貌圖，地貌類型分為山區(qū)和平原，其中山區(qū)又劃分為中山、低山、丘陵。研究區(qū)低山地貌的地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)數(shù)量最多，共75處，占地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)總數(shù)的83.33%；其次為丘陵地貌，地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)10處，占地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)總數(shù)的11.11%；中山地貌地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)5處，占地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)總數(shù)的5.55%。

4地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)

4.1評(píng)價(jià)過程

利用ArcGIS軟件提取得到各因子圖層，進(jìn)行重分類，將災(zāi)點(diǎn)圖層和其他因子圖層進(jìn)行疊加統(tǒng)計(jì)，計(jì)算各個(gè)影響因子圖層的信息量值（表2），將各個(gè)因子各分類信息量值賦值到對(duì)應(yīng)的柵格圖層中，運(yùn)用柵格加權(quán)總和計(jì)算研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性的總信息量值，該柵格總信息量即為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性信息量。地質(zhì)災(zāi)害分區(qū)界限值，運(yùn)用ArcGIS疊加分析模塊，運(yùn)用重分類工具自然間斷法將研究區(qū)信息量值劃分為４個(gè)區(qū)間，分別為地質(zhì)災(zāi)害非易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)、高易發(fā)區(qū)。

4.2評(píng)價(jià)結(jié)果

研究區(qū)高、中易發(fā)區(qū)主要分布在東北部和西南部低山區(qū)（圖3）。地質(zhì)災(zāi)害非、低、中、高易發(fā)性面積分別為312.36 km²、579.32 km²、410.34 km²、302.99 km²，占比分別為19.46%、36.09％、25.57％、18.88％。地質(zhì)災(zāi)害分布數(shù)量（占比）分別為0個(gè)（0％）、0個(gè)（0％）、23個(gè)（25.56％）、67個(gè)（74.44％）。

4.3評(píng)價(jià)精度

ROC曲線可簡單直觀、準(zhǔn)確地反映分析方法特異性和敏感度的關(guān)系，廣泛應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)中。ＲOC曲線線下面積AUC值可檢測地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)的精度，AUC值越接近1，模型預(yù)測精度越高［1718］。

將易發(fā)性面積累計(jì)百分比作為橫軸，地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)數(shù)量百分比作為縱軸，得出研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果的AUC值為0.833，高、中易發(fā)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量（占比）分別為：67個(gè)（74.44％）、23個(gè)（25.56％），評(píng)價(jià)精度較好（圖4）。

相比其他常規(guī)評(píng)價(jià)方法，評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際調(diào)查情況基本吻合，評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)計(jì)算、分類均通過GIS完成且地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果AUC值為0.833，均顯示評(píng)價(jià)計(jì)算精度較好高。

5結(jié)論

（1）基于信息量模型，選取5個(gè)主要的影響因子，借助GIS技術(shù)對(duì)蒙陰縣地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過計(jì)算不同因子對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的信息量，疊加評(píng)價(jià)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性，將易發(fā)性分為地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)、非易發(fā)區(qū)４個(gè)等級(jí)，分別占研究區(qū)面積的18.88％、25.57％、36.09％、19.46％。

（2）地質(zhì)災(zāi)害最為發(fā)育的區(qū)域坡度在20°～45°，起伏度在10～45m，工程地質(zhì)巖組為較堅(jiān)硬的薄層狀頁巖夾灰?guī)r巖組、堅(jiān)硬、較堅(jiān)硬的中厚—厚層狀灰?guī)r巖組，距斷層距離＜0.5 km或＞3 km，地貌類型為低山。

（3）通過ROC檢驗(yàn)AUC＝0.833，高、中易發(fā)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量（占比）分別為：67個(gè)（74.44％）、23個(gè)（25.56％），評(píng)價(jià)效果較好，與研究區(qū)實(shí)際情況比較一致，為蒙陰縣的防災(zāi)減災(zāi)提供一定的科學(xué)依據(jù)。

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Susceptibility Assessment of Geological Disasters in Mengyin County

in Shandong Province Based on GIS and Information Model

KANG PengyuSUN Shiwei LIN QingluZHOU Yuan LI Yuebao XIAO Bingjian JIAO Yongxin SUN Chao LIU Chengshuai

（1.No.7 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources， Shandong Linyi 276006， China; 2.Pingyi Bureau of Natural Resources and Planning， Shandong Linyi 273300， China; 3.Mengyin Bureau of Natural Resources and Planning， Shandong Linyi 276200， China）

Abstract：Mengyin county is located in the southeast of Shandong province with a wide distribution of Daigu landform and abundant rainfall. In recent years， accompanying with the enhancement of human engineering activities， collapse， landslide， and debris flow disasters have further intensified. Based on geological disaster risk survey with the scale of 1∶50000 in Mengyin county. Combining with the latest remote sensing information， five Impact factors have been selected as the evaluation indicators for geological disaster vulnerability in the study area， they are slope， relief， engineering geological rock formation， geological structure， and geomorphic type. The information content model method is used to calculate the information content of each evaluation factor. Through GIS spatial analysis platform， geological disaster vulnerability assessment system in Mengyin county has been established. It will provide effective scientific decision-making basis for carrying out disaster prevention， mitigation and relief work in Mengyin county and ensuring sustainable economic and social development effectively. The study area is divided into geological hazard prone areas， medium prone areas， low prone areas， and non prone areas. The accuracy test value of the offline area （AUC） of the characteristic curve （ROC） is 0.833. It is indicated that the evaluation accuracy is high.

Key words：GIS; Information model method; geological hazards; susceptibility；Mengyin county; Shandong province