基于GIS的甘肅省甘谷縣地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

王 磊，張春山，楊為民，孫煒鋒，邱占林，王 濤

(1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081;2.安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院，安徽 淮南 232001))

基于GIS的甘肅省甘谷縣地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

王 磊1，張春山1，楊為民1，孫煒鋒1，邱占林2，王 濤1

(1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081;2.安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院，安徽 淮南 232001))

在甘肅省甘谷縣地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，通過對(duì)研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件及地質(zhì)災(zāi)害基本特征分析研究，選取了歷史地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度、地形地貌、工程地質(zhì)巖組、地質(zhì)構(gòu)造、水文條件、植被條件、降雨量、人類工程活動(dòng)等影響因素，建立了相應(yīng)的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。采用專家評(píng)判方法，基于GIS技術(shù)平臺(tái)，對(duì)甘谷縣地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了危險(xiǎn)性綜合評(píng)價(jià)，并與定性評(píng)價(jià)相結(jié)合，最終將研究區(qū)劃分為高危險(xiǎn)區(qū)、中危險(xiǎn)區(qū)、低危險(xiǎn)區(qū)、極低危險(xiǎn)區(qū)4個(gè)等級(jí)，其中，高危險(xiǎn)區(qū)面積為393.19 km2，占總面積的25.01%，中危險(xiǎn)區(qū)面積為544.04 km2，占總面積的34.61%，低危險(xiǎn)區(qū)面積為324.69 km2，占總面積的20.65%，極低危險(xiǎn)區(qū)面積為310.08 km2，占總面積的19.73%。

甘谷縣;地質(zhì)災(zāi)害;地理信息系統(tǒng);危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

0 引言

區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)一般通過對(duì)區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件和地質(zhì)災(zāi)害的分布與發(fā)育特征的分析，利用模型方法實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害空間發(fā)生的可能性大小的區(qū)劃，是地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作的核心內(nèi)容之一，可以為國(guó)土規(guī)劃、地質(zhì)災(zāi)害防治和監(jiān)測(cè)預(yù)警提供基礎(chǔ)依據(jù)。目前階段，由于開展評(píng)價(jià)的需求、精度要求、區(qū)域差異等，地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性的評(píng)價(jià)思路、評(píng)價(jià)方法差異較大，常用的方法主要包括專家評(píng)判法、統(tǒng)計(jì)分析法、數(shù)據(jù)挖掘分析法、確定性方法等［1～8］。根據(jù)研究區(qū)的地質(zhì)背景，通過對(duì)比各種模型的適用條件、可操作性，以及對(duì)數(shù)據(jù)的可獲取性、成果可靠性的分析，本文采用專家評(píng)判法，先利用GIS系統(tǒng)的空間分析和數(shù)據(jù)管理功能對(duì)甘谷縣地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行定量的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，再與定性評(píng)價(jià)相結(jié)合，進(jìn)而對(duì)研究區(qū)進(jìn)行危險(xiǎn)性區(qū)劃。這種方法各因子的權(quán)值由專家打分獲得，是根據(jù)專家對(duì)研究區(qū)災(zāi)害的分析，運(yùn)用專家的知識(shí)和結(jié)合已往的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)各個(gè)危險(xiǎn)性影響因子進(jìn)行合理的分析和推斷。

甘谷縣位于甘肅省天水市西北部，處于隴西黃土高原和秦嶺山地過渡地帶。由于區(qū)域內(nèi)地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，地形多樣，地質(zhì)環(huán)境與自然生態(tài)環(huán)境脆弱，在地震、降雨、人類工程活動(dòng)等綜合因素作用下，容易引發(fā)滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，歷史上為中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)地區(qū)之一。據(jù)文字記載，1718年5月，甘谷發(fā)生地震，造成北山南移，壓沒永寧鎮(zhèn)，死傷超過3×104人;1920年寧夏海原8.5級(jí)地震波及本區(qū)，造成境內(nèi)渭河及溝谷邊坡地帶山崩地裂，壓死城鄉(xiāng)人民1365人;2008年“5.12”汶川Ms 8.0級(jí)地震，也給甘谷縣造成了巨大危害，形成了多處崩塌、滑坡［9～11］，其中15處威脅人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

因此，如何充分利用現(xiàn)有豐富的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查資料，，對(duì)甘谷縣地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性現(xiàn)狀做出客觀評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)，并進(jìn)行合理的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)與區(qū)劃，對(duì)于指導(dǎo)地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)和減災(zāi)防災(zāi)具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究區(qū)自然地理與地質(zhì)背景

甘谷縣位于甘肅省東南部，天水市西北部，地處渭河上游，距蘭州市約300 km，距西安市約 380 km。地理坐標(biāo)介于東經(jīng) 104°58'49″—105°31'14″、北緯 34°26'07″—35°03'08″之間(見圖1)。全縣南北長(zhǎng)60 km，東西寬49 km，總面積1572 km2。截至2009年底，全縣總?cè)丝跒?2.06×104人。

圖1 甘谷縣交通位置圖Fig.1 A map showing the position of Gangu County

本區(qū)總體地勢(shì)南高北低，南部為秦嶺基巖山區(qū)，北部為黃土丘陵溝壑區(qū)，是研究區(qū)內(nèi)主要地貌類型。南、北兩山向中部的渭河河谷呈現(xiàn)傾伏之勢(shì)，渭河自西至東從中部貫穿全縣。區(qū)內(nèi)河流普遍切割較深，特別是渭河及其一級(jí)、二級(jí)支流散渡河、清溪河、海涵溝、大沙溝、小沙溝等，剝蝕、侵蝕作用強(qiáng)烈，沖溝發(fā)育。

甘谷縣屬溫帶大陸性半干旱氣候區(qū)，多年平均氣溫10.2℃，多年平均降水量為480.8 mm。年際最大降雨量為635 mm(2003年)，最小降雨量為297.1 mm(1969年);年內(nèi)降水量主要集中在7-9月，具有降水集中、雨量大的特點(diǎn)。降水在空間分布上極不均勻，自北向南隨海拔增高而增大。大暴雨與連陰雨是區(qū)內(nèi)滑坡、崩塌和泥石流形成的主要誘發(fā)因素，區(qū)內(nèi)絕大多數(shù)滑坡、崩塌、泥石流均發(fā)生在夏秋兩季。

研究區(qū)出露的地層主要有下元古界牛頭河群，上元古界震旦系;古生界泥盆系、二疊系;中生界三疊系、白堊系及新生界古近系、新近系粘土巖、砂礫巖、第四系沖洪積物及黃土。巖漿巖主要為燕山期巖漿巖，主要多分布于南部的秦嶺山區(qū)。第四系黃土覆蓋于新近系紅層、紅粘土之上，是本區(qū)的易滑地層。

地質(zhì)構(gòu)造位于祁連褶皺構(gòu)造帶上，處于多組構(gòu)造的復(fù)合部位。區(qū)內(nèi)褶皺、斷裂較為發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。第四紀(jì)以來，甘谷縣的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)十分活躍，垂直差異性升降運(yùn)動(dòng)明顯。在渭河北岸由于斷裂的控制形成明顯的多級(jí)臺(tái)坎地貌，臺(tái)坎的后緣形成裂隙，前緣形成臨空面，為滑坡的形成奠定了基礎(chǔ)。甘谷縣位于南北地震帶中段的銀川—天水—武都帶和天水—蘭州地震帶的交匯復(fù)合部位，地震背景復(fù)雜，區(qū)內(nèi)和鄰區(qū)常常發(fā)生強(qiáng)烈地震。甘谷縣地震烈度為Ⅷ度，地震動(dòng)峰值加速度值為0.2g～0.3g(g—重力加速度)。歷史上區(qū)內(nèi)的幾次大震都誘發(fā)了大面積的滑坡，同時(shí)頻繁的地震活動(dòng)也極大地破壞了地層結(jié)構(gòu)的整體性，導(dǎo)致斜坡失穩(wěn)，為地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生埋下隱患［12］。

2 地質(zhì)災(zāi)害類型與分布特征

甘谷縣地質(zhì)災(zāi)害類型主要為滑坡、崩塌、泥石流、不穩(wěn)定斜坡4種，以滑坡災(zāi)害為主。根據(jù)2010年地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查結(jié)果，截至2010年12月，共發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)328個(gè)，其中滑坡228處，崩塌17處，泥石流59條，不穩(wěn)定斜坡24處 (見表1)。

表1 甘谷縣地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查點(diǎn)統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of points of detailed survey of geo-hazards in Gangu County

滑坡的規(guī)模一般為大中型，包括黃土滑坡、黃土與基巖復(fù)合滑坡、殘坡積層滑坡和基巖滑坡等，以黃土滑坡和黃土與基巖復(fù)合滑坡為主，多數(shù)為牽引式滑坡。崩塌以中小型為主，包括土質(zhì)崩塌和巖質(zhì)崩塌兩類，主要為土質(zhì)崩塌。泥石流主要為中小型，分布于河谷兩岸沖溝及山區(qū)溝谷中。不穩(wěn)定斜坡是指可能發(fā)展形成崩塌、滑坡等災(zāi)害的斜坡，是一種潛在災(zāi)害。本區(qū)不穩(wěn)定斜坡包括土質(zhì)斜坡和巖質(zhì)斜坡兩種，多數(shù)為土質(zhì)斜坡，規(guī)模主要為小型。甘谷縣地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)生于渭河兩側(cè)岸坡、北部黃土丘陵區(qū)和秦嶺基巖山區(qū)，且多分布于渭河的二級(jí)和三級(jí)沖溝中，宏觀上呈現(xiàn)沿著甘谷縣斷裂帶東西向分布的特點(diǎn)。甘谷縣地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)育在第四系黃土和新近系紅色砂礫巖及粘土巖出露地區(qū) (見圖2)。

圖2 甘谷縣不同工程巖組地質(zhì)災(zāi)害分布略圖Fig.2 Distribution of geo-hazards and engineering rock groups in Gangu County

3 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

3.1 危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的因素有很多，總體可歸納為兩類:一類為地形地貌、地層巖性、斷裂構(gòu)造、水文地質(zhì)、植被條件等基礎(chǔ)地質(zhì)因素，另一類為降雨、地震、人類工程活動(dòng)等災(zāi)害誘發(fā)因素。近年來，張春山等［13～17］、魏平新等［18］、張梁等［19］通過對(duì)地質(zhì)災(zāi)害影響因子的研究及其在隴縣、汶川地震重災(zāi)區(qū)等地區(qū)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用，結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害的歷史活動(dòng)特征，建立了如下的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系 (見圖3)。

圖3 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性程度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系圖Fig.3 Assessment indicator system of geo-hazards fatalness

通過對(duì)甘谷縣地質(zhì)災(zāi)害形成機(jī)理和形成條件的研究，同時(shí)考慮資料的可獲取性，本文重點(diǎn)選取了歷史活動(dòng)程度、地形地貌、工程地質(zhì)巖組、斷裂構(gòu)造、水系、人類工程活動(dòng)、降雨條件、植被條件等8類對(duì)地質(zhì)災(zāi)害具有控制作用和影響較大的因素作為危險(xiǎn)評(píng)價(jià)的主要因子，并據(jù)此建立了地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

3.2 地質(zhì)災(zāi)害主要影響要素

3.2.1 地形地貌

地形地貌條件包括坡度、坡向、地形起伏度等方面，是崩塌、滑坡、泥石流的基礎(chǔ)，在很大程度上決定了崩塌、滑坡、泥石流能否形成以及崩塌、滑坡、泥石流的類型、數(shù)量和規(guī)模等。根據(jù)詳細(xì)調(diào)查資料，對(duì)甘谷縣滑坡在不同坡度和不同地形起伏度范圍內(nèi)的分布進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。

根據(jù)調(diào)查區(qū)內(nèi)坡度變化與滑坡發(fā)生相關(guān)性統(tǒng)計(jì)分析，可以將坡度分為5類:①35°～50°，②20°～35°，③50°～60°，④10°～20°、60°～80°，⑤≤10°、≥80°。區(qū)域內(nèi)地形起伏度與滑坡發(fā)生的相關(guān)性分析顯示，區(qū)域內(nèi)地形起伏度也可分為5類:①60～120 m，②40～60 m、120～200 m，③20～40 m、200～300 m，④10～20 m，⑤≤10 m、≥300 m。當(dāng)斜坡坡度在20°～50°、地形起伏度范圍為40～120 m時(shí)，本區(qū)滑坡最容易發(fā)生 (見圖4、圖5)。

3.2.2 工程地質(zhì)巖組

甘谷縣地質(zhì)災(zāi)害除明顯受地形地貌控制外，還與巖土體的控制作用密切相關(guān)。區(qū)域內(nèi)巖土體類型多樣，性質(zhì)和結(jié)果復(fù)雜。根據(jù)成因類形、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和工程地質(zhì)特性，將甘谷縣內(nèi)主要地層劃分為5種工程地質(zhì)巖組:

① 堅(jiān)硬塊狀巖漿巖、變質(zhì)巖:巖性以花崗巖、二長(zhǎng)花崗巖、黑云母花崗巖以及片麻巖、混合巖、變質(zhì)砂巖、大理巖、英安巖為主，表層發(fā)育厚度不等的風(fēng)化殘坡積層，主要分布在南部山區(qū)和北部局部山區(qū)，局部產(chǎn)生中小型滑坡。

② 中厚層狀碳酸鹽巖:以泥盆系和二疊系為主，巖性為白云質(zhì)灰?guī)r、礫狀灰?guī)r、泥灰?guī)r、灰?guī)r、頁巖、砂巖等，零星分布于甘谷縣境內(nèi)南部秦嶺山區(qū)和北部山區(qū)散渡河一帶。這幾類巖土中的滑坡數(shù)量約占全區(qū)滑坡總數(shù)的80%。

圖4 滑坡占總數(shù)比率與坡度統(tǒng)計(jì)圖Fig.4 Map showing the relations between landslide proportion of the total number with slope

圖5 滑坡數(shù)量與地形起伏度統(tǒng)計(jì)圖Fig.5 Map showing relations between numbers of landslides with terrain range

③中厚層軟硬相間碎屑巖組:以二疊系、三疊系、古近系為主，巖性主要為砂礫巖、泥巖、砂泥巖互層、砂巖夾頁巖等，主要分布在研究區(qū)中南部和北部的部分地區(qū)。

④軟弱紅色巖系:屬新近系紅色粘土巖、砂礫巖，其上一般都覆蓋厚度不等的黃土，主要分布在研究區(qū)北部的部分地區(qū);粘土巖為隔水層，遇水后泥質(zhì)巖易發(fā)生軟化，形成軟弱結(jié)構(gòu)面，發(fā)生滑坡。

⑤ 黃土:屬第四系更新統(tǒng)，主要分布在研究區(qū)中部和北部，滑坡數(shù)量多，以大中型滑坡為主，小型滑坡次之，發(fā)育少量特大型滑坡。

根據(jù)縣內(nèi)劃分的工程地質(zhì)巖組與地質(zhì)災(zāi)害的相關(guān)性統(tǒng)計(jì)分析，地質(zhì)災(zāi)害在中厚層狀碳酸鹽巖中發(fā)育的比率最高，在黃土中次之。圖6為各種巖組中滑坡、崩塌發(fā)生的點(diǎn)密度柱狀圖。

3.2.3 活動(dòng)斷裂

本區(qū)的活動(dòng)斷裂主要為北西向控制渭河盆地形成的兩條斷斷裂，分別是秦嶺北緣斷裂、渭河南北兩側(cè)斷裂。在斷裂帶附近，地質(zhì)災(zāi)害相對(duì)密集，呈帶狀分布，明顯受控于地質(zhì)構(gòu)造。據(jù)本次災(zāi)害調(diào)查點(diǎn)分布規(guī)律看，在斷裂帶與斜坡交匯部位，地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)較多，約占本次調(diào)查的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的40%。在斷裂帶影響范圍內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)也比較多，其影響范圍可達(dá)3 km左右。在斷裂影響帶以外，地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)相對(duì)較少，而在斷裂帶穿過的黃土塬區(qū)則基本沒有災(zāi)害發(fā)生。圖7為地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)密度與斷裂帶范圍統(tǒng)計(jì)圖。

圖6 地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)密度與工程巖組統(tǒng)計(jì)圖Fig.6 Map showing the relations between the density of geo-hazards points with rock groups

圖7 地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)密度與斷裂帶兩側(cè)范圍統(tǒng)計(jì)圖Fig.7 Map showing the relations between the density of geo-hazards points and faults

3.2.4 水系

調(diào)查區(qū)地質(zhì)災(zāi)害主要分布于渭河兩岸、二級(jí)沖溝 (渭河為一級(jí))的上游和三級(jí)沖溝中，且主要分布在臨空面發(fā)育的雙溝交匯部位。渭河 (斷陷盆地)兩側(cè)主要發(fā)育古老滑坡，現(xiàn)代災(zāi)害主要發(fā)育在二級(jí)支流上游和三級(jí)溝谷中，滑坡形成與河流沖蝕關(guān)系密切，且主要形成于雙溝交匯部位。

甘谷縣境內(nèi)渭河河谷呈“U”型，河谷寬闊，垂向和側(cè)向侵蝕均趨于緩和，溝谷沖刷和淤積基本保持平衡。渭河主要支流，包括散渡河、清溪河等，大都形成3-4級(jí)階地，垂向和側(cè)向侵蝕均較強(qiáng)烈，溝谷沖刷和淤積較強(qiáng)烈。渭河二級(jí)支溝大多處于壯年期，擴(kuò)展方式主要為重力侵蝕，垂直下切緩慢，而側(cè)向侵蝕突出。尤其在河谷交匯處，人類工程活動(dòng)較為強(qiáng)烈，誘發(fā)的滑坡、崩塌較多。河流側(cè)蝕引起的自然災(zāi)害和人類活動(dòng)引發(fā)的工程災(zāi)害兼有，且造成較大危害。渭河三級(jí)支流及更次級(jí)支流主要處于幼年期，多發(fā)育在低中山區(qū)和黃土梁峁地帶。

溝谷橫斷面多呈“V”字形，深度不一，垂直下切強(qiáng)烈，側(cè)向侵蝕不十分突出，且沖溝的溝底較窄，因而災(zāi)害多以崩塌形式出現(xiàn)，滑坡不發(fā)育。

3.2.5 人類工程活動(dòng)

人類工程活動(dòng)對(duì)自然斜坡的不合理開墾和利用，破壞了地質(zhì)歷史時(shí)期形成的原始斜坡的應(yīng)力平衡狀態(tài)，造成斜坡變形失穩(wěn)，已成為誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的主要因素之一。本區(qū)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生有影響的人類活動(dòng)主要有邊坡開挖，公路、鐵路修建，水利工程建設(shè)，礦山開采，切坡建房，開墾農(nóng)田等。本文主要考慮公路、鐵路兩種主要因素，分析人類工程活動(dòng)對(duì)甘谷縣地質(zhì)災(zāi)害的影響作用。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，選取道路兩側(cè)1.5 km范圍內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可見在0.5 km范圍內(nèi)，距道路距離與地質(zhì)災(zāi)害的相關(guān)性較為明顯 (見圖8)。

圖8 地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)密度與道路兩側(cè)范圍統(tǒng)計(jì)圖Fig.8 Map showing the relations between the density of geo-hazards points and roads

3.3 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源及處理

本文對(duì)選取的8類共10種危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)因子進(jìn)行危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)。首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使指標(biāo)能夠引入GIS操作系統(tǒng)中，以便進(jìn)行定量計(jì)算。具體的基礎(chǔ)資料來源和統(tǒng)計(jì)方法見表2。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)和野外詳細(xì)調(diào)查中取得的認(rèn)識(shí)，由專家評(píng)判法確定各影響要素的權(quán)值。

表2 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)主要影響要素權(quán)值表Table 2 Weight value of mainly influencing factors of geo-hazards

在廣泛收集資料和野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征、分布規(guī)律，對(duì)選定的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)要素進(jìn)行定性分析分級(jí)，確定數(shù)據(jù)概化標(biāo)準(zhǔn)，將各種因素均劃分為5級(jí)，并按1，3，5，7，10賦值，具體的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及分類見表3。

表3 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)因子定性分類標(biāo)準(zhǔn)及賦值表Table 3 Standards of geo-hazards assessment indicators and valuation grading

3.4 危險(xiǎn)性指數(shù)數(shù)學(xué)模型

本文用國(guó)內(nèi)常用的危險(xiǎn)性指數(shù)［15～17，20～23］來表示危險(xiǎn)性程度，危險(xiǎn)性指數(shù)越高，未來發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性就越大。危險(xiǎn)性指數(shù)概念模型可用下式表示:

式中:WXi——評(píng)價(jià)單元的危險(xiǎn)性指數(shù);m——危險(xiǎn)性要素關(guān)聯(lián)因子總數(shù);R(j)——各關(guān)聯(lián)因子的權(quán)重值;X(i，j)——各關(guān)聯(lián)因子概化歸一后的數(shù)據(jù)。

利用上述模型，將各因素的權(quán)重值代入模型，建立起研究區(qū)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型為:

將表3中危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)要素進(jìn)行數(shù)據(jù)概化、賦值預(yù)處理后，還需要進(jìn)行歸一化處理，目的是使所有要素的評(píng)價(jià)結(jié)果均處于 ［0，1］之間，其計(jì)算公式為:

式中:X1(i，j)——評(píng)價(jià)要素j的第i評(píng)價(jià)單元?dú)w一后的數(shù)值;X(i，j)——評(píng)價(jià)要素j的第i評(píng)價(jià)單元的數(shù)值;min(X(i，j))——評(píng)價(jià)要素 j的最小值;max(X(i，j))——評(píng)價(jià)要素 j的最大值。

4 危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)分區(qū)

按危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型，利用ArcGIS系統(tǒng)的空間分析功能，將歸一化后的數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行柵格疊加運(yùn)算，單元大小為200 m*200 m，分別得到各評(píng)價(jià)單元的危險(xiǎn)性指數(shù)，最后得到最高值為0.946，最低值為0.176。數(shù)值越大，反映各因素對(duì)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的貢獻(xiàn)越大，發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性就越大。利用統(tǒng)計(jì)學(xué)中常用的自然斷點(diǎn)法 (natural break)對(duì)危險(xiǎn)性區(qū)劃圖重新分類，將甘谷縣的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性劃分為4級(jí):高危險(xiǎn)區(qū)、中等危險(xiǎn)區(qū)、低危險(xiǎn)區(qū)和極低危險(xiǎn)區(qū)。

在因子權(quán)重疊加區(qū)劃圖的基礎(chǔ)上，結(jié)合前述的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性主要影響要素的層次性分析，綜合繪制出甘谷縣地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)程度區(qū)劃圖 (見圖9)。

圖9 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性綜合區(qū)劃圖Fig.9 Zoning of comprehensive geo-hazards risk evaluation

5 危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)區(qū)劃

根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)劃結(jié)果，綜合甘谷縣地貌、巖土特征、地質(zhì)構(gòu)造以及年降雨分布規(guī)律和人類活動(dòng)程度等特點(diǎn)予以評(píng)述 (見表4)。

表4 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性程度分區(qū)說明表Table 4 Instructions of zoning of geo-hazards risk evaluation

5.1 地質(zhì)災(zāi)害高危險(xiǎn)區(qū) (Ⅰ)

地質(zhì)災(zāi)害高危險(xiǎn)區(qū)面積約393.19 km2，占總面積的25.01%，可分為10個(gè)亞區(qū)。該區(qū)主要分布于渭河、散渡河、清溪河兩岸以及秦嶺與黃土丘陵溝壑區(qū)過渡地區(qū)，地層大多呈二元結(jié)構(gòu)，黃土覆蓋層厚度差異大，沖溝切割深，斜坡坡度陡，在降雨及人類工程活動(dòng)的影響下容易發(fā)生滑坡，危險(xiǎn)性較大。

5.2 地質(zhì)災(zāi)害中危險(xiǎn)區(qū) (Ⅱ)

地質(zhì)災(zāi)害中危險(xiǎn)區(qū)面積約544.04 km2，占總面積的34.61%，可劃分為8個(gè)亞區(qū)。該地區(qū)的特點(diǎn)是:南部是基巖山地，地表一般覆蓋有黃土和風(fēng)化層;北部屬于黃土梁峁地貌的黃土地層，黃土覆蓋層一般厚度大，沖溝切割較深，局部切割出露紅層，斜坡坡度陡。該地區(qū)在降雨及人類工程活動(dòng)的影響下較易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。

5.3 地質(zhì)災(zāi)害低危險(xiǎn)區(qū) (Ⅲ)

地質(zhì)災(zāi)害低危險(xiǎn)區(qū)面積約324.69 km2，占總面積的20.65%，可劃分為10個(gè)亞區(qū)。該區(qū)的特點(diǎn)是:南部是基巖山地，巖體一般較為堅(jiān)硬、風(fēng)化層極薄;中部和北部屬于黃土梁峁地貌的黃土地層，由于分布較多的黃土塬及黃土梁頂部，地勢(shì)較平坦，沖溝切割深度不大，斜坡坡度也變緩，因而該地區(qū)在降雨及人類工程活動(dòng)中發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害不多。

5.4 地質(zhì)災(zāi)害極低危險(xiǎn)區(qū) (Ⅳ)

地質(zhì)災(zāi)害極低危險(xiǎn)區(qū)面積約310.08 km2，占總面積的19.73%，可劃分為4個(gè)亞區(qū)。該區(qū)主要分布于南部秦嶺山區(qū)和地勢(shì)平坦的河谷地區(qū)。這些地區(qū)的特點(diǎn)是:南部為基巖山地，山高坡陡且地處深山老林，多為堅(jiān)硬巖體，植被發(fā)育，人類活動(dòng)較少，地質(zhì)環(huán)境相對(duì)較好;河谷則地形平坦，雖然人類活動(dòng)強(qiáng)烈，但一般都建有防護(hù)工程，地質(zhì)環(huán)境亦相對(duì)較好。該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害不發(fā)育。

6 結(jié)論與建議

(1)甘谷縣地質(zhì)災(zāi)害類型主要有滑坡、崩塌、泥石流、不穩(wěn)定斜坡4種，影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的主要因素為地形地貌、工程巖組、斷裂構(gòu)造、水文地質(zhì)、人類工程活動(dòng)、植被覆蓋率、地震活動(dòng)、降雨條件等。

(2)本文確定了地質(zhì)災(zāi)害主要影響因子，并給出了定性判別的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)給出的權(quán)重，建立了甘谷縣地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性定量評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型。通過定量評(píng)價(jià)結(jié)果與定性分級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)合，最終形成了合理的危險(xiǎn)性分區(qū)圖，能夠較好地反映研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害密度的分布特征。

(3)本文評(píng)價(jià)分區(qū)結(jié)果可作為甘谷縣土地利用規(guī)劃的基礎(chǔ)依據(jù)。甘谷縣地質(zhì)災(zāi)害高危險(xiǎn)區(qū)面積約393.19 km2，占總面積的25.01%;地質(zhì)災(zāi)害中危險(xiǎn)區(qū)面積約544.04 km2，占總面積的34.61%;地質(zhì)災(zāi)害低危險(xiǎn)區(qū)面積約324.69 km2，占總面積的20.65%;地質(zhì)災(zāi)害極低危險(xiǎn)區(qū)面積約310.08 km2，占總面積的19.73%。

(4)甘谷縣處于南北地震帶中段的銀川—天水—武都帶和天水—蘭州地震帶的交匯復(fù)合部位，地震活動(dòng)頻率高，強(qiáng)度大，誘發(fā)的地震滑坡數(shù)量多。地震對(duì)研究區(qū)滑坡的分布有明顯的控制作用，建議進(jìn)行地震活動(dòng)對(duì)滑坡誘發(fā)作用方面的深入研究。

［1］殷坤龍，朱良峰.滑坡災(zāi)害空間區(qū)劃及GIS應(yīng)用研究 ［J］.地學(xué)前緣，2001，8(2):279～284.YIN Kun-long，ZHU Liang-feng.Landslide hazard zonations and application of GIS ［J］.Earth Science Frontiers，2001，8(2):279～284.

［2］朱良峰，殷坤龍.基于GIS技術(shù)的區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害信息分析系統(tǒng)研究 ［J］.中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2001，12(3):79～83.ZHU Liang-feng，YIN Kun-long.Information analysis system of geo-hazards supported by GIS［J］.The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，2001，12(3):79 ～83.

［3］郭芳芳，楊農(nóng)，張?jiān)罉?，?基于 GIS的滑坡地質(zhì)災(zāi)害地貌因素分析 ［J］.地質(zhì)力學(xué)學(xué)報(bào)，2008，14(1):87～96.GUO Fang-fang，YANG Nong，ZHANG Yue-qiao，et al.GIS-based analysis of geomorphological factors for landslide hazards ［J］.Journal of Geomechanics，2008，14(1):87 ～ 96.

［4］吳樹仁，石菊松，張春山，等.地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)技術(shù)指南初論 ［J］.地質(zhì)通報(bào)，2009，28(8):995～1005.WU Shu-ren，SHI Ju-song，ZHANG Chun-shan，et al.Preliminary discussion on technical guideline for geo-hazards risk assessment［J］.Geological Bulletin of China，2009，28(8):995 ～1005.

［5］王濤，吳樹仁，石菊松.國(guó)際滑坡分析評(píng)估與管理指南研究綜述 ［J］.地質(zhì)通報(bào)，2008，28(8):1006～1019.WANG Tao，WU Shu-ren，SHI Ju-song.A review of international landslide risk assessment and management guidelines［J］.Geological Bulletin of China，2008，28(8):1006 ～1019.

［6］陳奇，李智毅，石懷倫.區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的思路與基本方法 ［J］.地質(zhì)力學(xué)學(xué)報(bào)，2004，10(1):71～80.CHEN Qi，LI Zhi-yi，SHI Huai-lun.Thoughts and basic methods of regional geological hazard risk assessment ［J］.Journal of Geomechanics，2004，10(1):71～80.

［7］馬寅生，張業(yè)成，張春山，等.地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的理論與方法 ［J］.地質(zhì)力學(xué)學(xué)報(bào)，2004，10(1):7～18.MA Yin-sheng，ZHANG Ye-cheng，ZHANG Chun-shan，et al.Theory and approaches to the risk evaluation of geological hazards［J］.Journal of Geomechanics，2004，10(1):7 ～18.

［8］周平根.滑坡監(jiān)測(cè)的指標(biāo)體系與技術(shù)方法 ［J］.地質(zhì)力學(xué)學(xué)報(bào)，2004，10(1):19～26.ZHOU Ping-gen.Indicator system and techniques of landslide monitoring ［J］.Journal of Geomechanics，2004，10(1):19～26.

［9］張永雙，石菊松，孫萍，等.汶川地震內(nèi)外動(dòng)力耦合及災(zāi)害實(shí)例 ［J］.地質(zhì)力學(xué)學(xué)報(bào)，2009，15(2)131～141.ZHANG Yong-shuang，SHI Ju-song，SUN Ping，et al.Coupling between endogenic and exogenic geological processes in the Wenchuan earthquake and example analysis of geo-hazards［J］.Journal of Geomechanics，2009，15(2):131～141.

［10］甘建軍，黃潤(rùn)秋，李前銀，等.都江堰—汶川公路汶川地震次生地質(zhì)災(zāi)害主要特征和形成機(jī)理 ［J］.地質(zhì)力學(xué)學(xué)報(bào)，2010，16(2):146～158.GAN Jian-jun，HUANG Run-qiu，LI Qian-yin，et al.Formation mechanism of geo-hazards triggered by Wenchuan Ms 8.0 earthquake along Dujiangyan-Wenchuan highway［J］.Journal of Geomechanics，2010，16(2):146～158.

［11］張永雙，雷偉志，石菊松，等.四川5.12地震次生地質(zhì)災(zāi)害的基本特征初析 ［J］.地質(zhì)力學(xué)學(xué)報(bào)，2008，14(2):109～116.ZHANG Yong-shuang，LEI Wei-zhi，SHI Ju-song，et al.General characteristics of 5.12 earthquake-induced geo-hazards in Sichuan ［J］.Journal of Geomechanics，2008，14(2):109 ～116.

［12］吳瑋江，王念秦.甘肅滑坡災(zāi)害 ［M］.蘭州:蘭州大學(xué)出版社，2006.WU Wei-jiang，WANG Nian-qin.Landslide hazards in Gansu Province［M］.Lanzhou:Lanzhou University Press，2006.

［13］張春山，孫偉烽，譚成軒，等.四川汶川 Ms 8.0級(jí)地震重災(zāi)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè) ［J］.地質(zhì)通報(bào)，2009，28(8):1138～1145.ZHANG Chun-shan，SUN Wei-feng，TAN Cheng-xuan，et al.Assessment of geo-hazards in severely damaged region by Wenchuan Ms 8.0 earthquake，Sichuan Province，China［J］.Geological Bulletin of China，2009，28(8):1138 ～1145.

［14］張春山，韓金良，孫煒鋒，等.陜西隴縣地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)評(píng)價(jià) ［J］.地質(zhì)通報(bào)，2008，27(11):1795～1801.ZHANG Chun-shan，HAN Jin-liang，SUN Wei-feng，et al.Assessments of geo-hazards danger zoning in Longxian County，Shannxi，China ［J］.Geological Bulletin of China，2008，27(11):1795 ～1801.

［15］張春山，張業(yè)成，馬寅生，等.區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)要素權(quán)值計(jì)算方法及應(yīng)用——以黃河上游地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)為例 ［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2006，33(6):84～88.ZHANG Chun-shan，ZHANG Ye-cheng，MA Yin-sheng，et al.Calculation method and application of the right-weighty value on geological hazards in region ［J］.Hydrogeology and Engineering Geology，2006，33(6):84～88.

［16］張春山，吳滿路，張業(yè)成.地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法及展望 ［J］.自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2003，12(1):96～102.ZHANG Chun-shan，WU Man-lu，ZHANG Ye-cheng，Method and prospect of geological disaster risk assessments［J］.Journal of Nature Disaster，2003，12(1):96 ～102.

［17］張春山，張業(yè)成，張立海.中國(guó)崩塌、滑坡、泥石流災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià) ［J］.地質(zhì)力學(xué)學(xué)報(bào)，2004，10(1):27～32.ZHANG Chun-Shan，ZHANG Ye-cheng，ZHANG Li-hai.Danger assessment of collapses，landslides and debris flows of geological hazards in China ［J］.Journal of Geomechanics，2004，10(1):27 ～32.

［18］魏平新，湯連生，張建國(guó)，等.基于GIS的廣東省滑坡災(zāi)害區(qū)劃研究 ［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2005，32(4):6～9.WEI Ping-xin，TANG Lian-sheng，ZHANG Jian-guo，et al.Study on regionalization of landslides based on GIS in Guangdong Province［J］.Hydrogeology and Engineering Geology，2005，32(4):6～9.

［19］張梁，張業(yè)成，羅元華，等.地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情評(píng)估理論與實(shí)踐 ［M］.北京:地質(zhì)出版社，1998.ZHANG Liang，ZHANG Ye-cheng，LUO Yuan-hua，et al.The geology disaster evaluation theories and fulfillment［M］.Beijing:Geological Publishing House，1998.

［20］WU Shu-ren，JIN Yi-min，ZHANG Yong-shuang，et al.Investigation and assessment of landslide hazards of Fengdu County in the reservoir region of Three Corges Project on the Yangtze River［J］.Environmental Geology，2004，45:560 ～566.

［21］張永波，張禮中，周小元，等.地質(zhì)災(zāi)害信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā) ［M］.北京:地質(zhì)出版社，2001.ZHANG Yong-bo，ZHANF Li-zhong，ZHOU Xiao-yuan，et al.Design and exploitation of information system of geological hazards［M］.Beijing:Geological Publishing House，2001.

［22］殷躍平，康宏達(dá)，陳波.三峽工程移民區(qū)滑坡防治與利用技術(shù)研究 ［J］.地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2000，11(2):135～140.YIN Yue-ping，KANG Hong-da，CHEN Bo.Landslides control and utilization of measurement in immigrant settlement region of Three Corges Project［J］.Journal of Geological Hazards and Environment Preservation，2000，11(2):135～140.

［23］張梁，張業(yè)成，高興和，等.地質(zhì)災(zāi)害經(jīng)濟(jì)學(xué) ［M］.石家莊:河北人民出版社，2002.ZHANG Liang，ZHANG Ye-cheng，GAO Xing-he，et al.Geological hazards economics［M］.Shijiazhuang:Hebei People's Publishing House，2002.

RISK ASSESSMENT OF GEOHAZARDS BY USING GIS IN GANGU COUNTY，GANSU PROVINCE

WANG Lei1，ZHANG Chun-shan1，YANG Wei-min1，SUN Wei-feng1，QIU Zhan-lin2，WANG Tao1
(1.Institute of Geomechanics，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing 100081，China;2.School of Earth and Environment，Anhui University of Science and Technology，Huainan 232001，China)

Based on detailed investigation of geo-hazards in Gangu County，the authors made evaluation zoning of geo-hazards risk assessment in Gangu County by using the combined qualitative analysis and quantitative evaluation on the GIS platform.On the basis of comprehensive analysis of the present landslides and geological environment in Gangu County，the authors analyzed the main factors controlling the formation of landslides.These factors involve such aspects as①geo-hazards historical intensity，② topography and geomorphic，③ engineering geological layer combination，④tectonic setting and faults effects，⑤the degree of vegetation coverage，⑥the effects of water，⑦h(yuǎn)uman activities，and⑧rainfall conditions.With the selected indices quantified according to experts’experience，the index system of geo-hazards risk assessment was formulated.The study area was finally divided into 4 levels of the high-grade area，the medium-grade area，low-grade area，and the very low-grade area.According to the results of landslide hazard zonation，the highgrade area covers 393.19 km2，accounting for 25.01%of the total study area;the medium-grade area is 544.04 km2，accounting for 34.61%;the low-grade area is 324.69 km2，accounting for 20.65%;and the very low-grade covers 310.08 km2，accounting for 19.73%of the whole county.

Gangu County;geo-hazards;Geographical Information System;risk assessment

P694

A

1006-6616(2011)04-0388-14

2011-05-04

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天水市甘谷縣地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查項(xiàng)目 (編號(hào):1212011014014)

王磊 (1988-)，男，中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)工程專業(yè)碩士研究生。E-mail:wangallen88@126.com