GIS技術(shù)在泉州市山地災(zāi)害防治中的應(yīng)用

王冠 韓典乘

武漢大學(xué)水利水電學(xué)院，湖北 武漢

GIS技術(shù)在泉州市山地災(zāi)害防治中的應(yīng)用

王冠 韓典乘

武漢大學(xué)水利水電學(xué)院，湖北 武漢

GIS 技術(shù)作為一門新興學(xué)科, 應(yīng)用于不同的專業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)生了多種專題性的地理信息系統(tǒng),山地災(zāi)害的研究已經(jīng)有較長的時(shí)間，而將GIS應(yīng)用在山地災(zāi)害中時(shí)間仍然較短。GIS在山地災(zāi)害領(lǐng)域中的應(yīng)用, 將大大提高山地災(zāi)害預(yù)報(bào)和評價(jià)的準(zhǔn)確性和便捷性。探究將GIS技術(shù)運(yùn)用于山地災(zāi)害頻發(fā)的泉州市，分析建立GIS山地災(zāi)害防治系統(tǒng)的機(jī)理，GIS也將在山地災(zāi)害運(yùn)用中獲得更多的開發(fā)和進(jìn)步。

山地災(zāi)害；地理信息系統(tǒng)；泉州市；防治系統(tǒng)

前言

山地災(zāi)害，是指在山地發(fā)生的對人類及其生存環(huán)境所造成的災(zāi)害。山地災(zāi)害主要的表現(xiàn)形式有三種:山洪、泥石流和滑坡。這些山地災(zāi)害往往同在一個(gè)小流域存在和發(fā)生，并且都是在特定的自然環(huán)境中形成的。其中水資源在山地的運(yùn)動(dòng)形式尤為顯著，加之巖土在山地運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，往往形成土體流失，導(dǎo)致滑坡、崩塌、泥石流等等。地理信息系統(tǒng)( Geographic Information System,簡稱GIS) 是在計(jì)算機(jī)軟、硬件支持下對各種地理空間信息進(jìn)行采集、存儲、檢索、綜合分析和可視化表達(dá)的信息處理和管理系統(tǒng)[1]。目前，在山地災(zāi)害的預(yù)報(bào)和防治工作中，大部分地區(qū)的數(shù)據(jù)采集、分析和計(jì)算，一般都還是人工方法，需投入大量的人力、物力和財(cái)力，在宏觀管理工作中很難做到信息準(zhǔn)確、未雨綢繆，往往是發(fā)生災(zāi)害后進(jìn)行應(yīng)急搶險(xiǎn)和災(zāi)害防治，達(dá)不到減輕災(zāi)害危害和減少災(zāi)害發(fā)生的目的。因此以計(jì)算機(jī)地理信息系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)處理技術(shù)為依托，逐步建立應(yīng)用廣泛的區(qū)域山地災(zāi)害管理信息系統(tǒng)是十分必要的。

1.區(qū)域概況

泉州市位于福建省東南部, 土地總面積10865km2, 其中耕地2058萬畝, 山地103萬畝。福建省泉州市是一個(gè)山地災(zāi)害頻發(fā)的地區(qū)，就在2012年6月12日，泉州市在連日暴雨后，就發(fā)生了山地災(zāi)害頻發(fā)的現(xiàn)象，多處路段由于山體滑坡受阻，嚴(yán)重影響了市民的出行。在2000年的時(shí)候，泉州大坪山的山體滑坡事故，傷亡慘重。

2.山地災(zāi)害防治系統(tǒng)的建立

山地災(zāi)害的發(fā)生，發(fā)展及危害不僅與地質(zhì)地貌有關(guān)，還與水文和氣象環(huán)境有關(guān)，同時(shí)還取決于人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)及抗災(zāi)能力的大小。山洪是山區(qū)由降雨引起的突發(fā)性、暴漲暴落的地表徑流，其特點(diǎn)是具有突發(fā)性、來勢猛，成災(zāi)快、破壞性強(qiáng)、危害大。對當(dāng)?shù)亟涤炅亢偷乇韽搅髁康目焖贉?zhǔn)確檢測，就起到至關(guān)重要的作用。對于泥石流來說，溫度、降水和其他水文補(bǔ)給條件是其形成的主要?dú)庀笏囊蛩?，同時(shí)泥石流的形成則需要松散固體物質(zhì)的供給與儲存條件。溝谷處在活動(dòng)大斷裂附近;溝內(nèi)有破碎帶存在，斷層、節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖體比較破碎?；碌陌l(fā)生與當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛埠土饔蝾愋陀嘘P(guān)，同時(shí)與地層巖性和地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)。所以，從山地災(zāi)害形成的機(jī)理出發(fā)來探究GIS在其中的運(yùn)用，才能發(fā)揮GIS最大的功效。

2.1 山地災(zāi)害地質(zhì)地貌條件分析

2.1.1 地質(zhì)地貌條件與山地災(zāi)害的形成

泉州市位于我國東南沿海,區(qū)域上,泉州市位于多個(gè)斷裂帶上方，其中起主要影響的斷裂段是長樂-詔安斷裂帶和壽寧-南靖斷裂帶[2], 它們在時(shí)間和空間上都具有明顯的延續(xù)性，構(gòu)成區(qū)域性的網(wǎng)格狀斷裂構(gòu)造特點(diǎn)。

巖石的完整性因?yàn)閿嗔褞?gòu)造的強(qiáng)烈程度而受到不同程度的破壞。泉州市自1950年以來發(fā)生的崩塌和山體滑坡與斷裂構(gòu)造極為密切。斷裂形成的構(gòu)造破碎帶為滑坡及崩塌的產(chǎn)生提供了物質(zhì)來源, 滑坡以及坍塌的空間位置以及范圍受結(jié)構(gòu)面軟弱面的影響;同時(shí)，滑坡及崩塌區(qū)地下水的類型、分布、狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律也有一部分決定于地質(zhì)構(gòu)造。

泉州市山體滑坡除發(fā)生于緩傾斷層面、層間滑動(dòng)面外, 主要發(fā)生于軟硬巖土層的接合面, 崩塌則主要發(fā)生在陡坡中的堅(jiān)硬脆性巖體中。斜坡中的母巖類型與滑坡、崩塌的發(fā)生有著緊密的內(nèi)在聯(lián)系。其中, 侵入巖發(fā)生災(zāi)害的密度最大, 沉積巖發(fā)生的密度最小; 安溪縣則在火山巖區(qū)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的密度最大, 沉積巖區(qū)最小本區(qū)侵入巖發(fā)生滑坡、崩塌的比例較高。

2.1.2 GIS在地質(zhì)地貌調(diào)查中的應(yīng)用

由于地質(zhì)構(gòu)造，地形地貌，地層巖性對于山地災(zāi)害的發(fā)生有重要的制約因素，所以首先要利用GIS技術(shù)對其地質(zhì)信息進(jìn)行采集。配合其他基本的控制測量，直接采集泉州市的地形、地物點(diǎn)坐標(biāo)以及高程數(shù)據(jù)。采用遙感和衛(wèi)星的光譜分析技術(shù)，所觀測地區(qū)的植被情況，流域情況以及巖層和地質(zhì)分布也可以一并獲得。將所測得的數(shù)據(jù)傳輸在計(jì)算機(jī)中保存為不同的圖層，以備分析應(yīng)用。

然后，進(jìn)行數(shù)據(jù)的投影變化和相關(guān)分析，再進(jìn)行DEM模型的構(gòu)建。格網(wǎng)DEM的生成主要采用等高線構(gòu)建TIN法，利用AICGIS軟件的地形分析功能，由等高線建構(gòu)TIN，由TIN線性內(nèi)插生成GRID[3]。最后進(jìn)行地形因子的提取和地形分析。以DEM為基礎(chǔ)，利用ARCGIS的分析功能，派生坡度坡向圖并對坡度進(jìn)行分級生成分級圖。因此，泉州市的相關(guān)地形地貌全部可以用GIS進(jìn)行獲取和分析，包括泉州市的各個(gè)溝谷流域的特征值，地質(zhì)、地貌、植被、坡度、比降、高差等。運(yùn)用MapInfo進(jìn)行地理信息系統(tǒng)平臺的設(shè)計(jì)。將泉州市歷年災(zāi)害發(fā)生基本資料錄入建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，通過完成數(shù)據(jù)庫與圖形的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)在圖形的基礎(chǔ)上對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作。

在此基礎(chǔ)上，根據(jù)對于地質(zhì)條件致災(zāi)因子的分析和檢測，對泉州市進(jìn)行整體性的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評價(jià)，對于高危地區(qū)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控和治理，注意人民生命財(cái)產(chǎn)的轉(zhuǎn)移和保護(hù)。同時(shí)，基于GIS地質(zhì)災(zāi)害防治系統(tǒng)的建立，與決策支持系統(tǒng)[4]進(jìn)行集成，輔助政府部門決策。

2.2 山地災(zāi)害氣象水文條件分析

2.2.1 氣象水文因素與山地災(zāi)害的形成

在山地災(zāi)害形成的自然因素中，水文因素?zé)o疑扮演著重要的角色。山地特殊的地形，使得水資源的運(yùn)動(dòng)隊(duì)山地災(zāi)害的形成有著重要的影響。山洪的形成必須有快速的強(qiáng)烈的水源補(bǔ)給，而暴雨山洪的水源是有暴雨降水直接供給的。短歷時(shí)和高強(qiáng)度的降雨使得坡面產(chǎn)流和坡面匯流幾乎同步進(jìn)行，水位迅速抬高，極易造成不同程度的山洪災(zāi)害。

對于泥石流來說，溫度、降水和其他水文補(bǔ)給條件是其形成的主要?dú)庀笏囊蛩亍囟葘δ嗍骰顒?dòng)的影響主要是由于年溫差和日溫差變化所引起的物理風(fēng)化為形成泥石流提供松散固體物質(zhì)。年、季、月降水為泥石流的形成提供水分背景條件，而過程雨量，特別是24小時(shí)、1小時(shí)、30分鐘和10分鐘最大降雨量則成為泥石流形成的重要激發(fā)因素。

降雨對滑坡也有同樣重要的影響。暴雨增大了坡面的動(dòng)水壓力，靜水壓力，增大了滑坡體的重量，間接增加了滑坡體的下滑力；而綿雨，融雪水和各種地表水的深入則通過增大滑坡體的重量直接增大了下滑力，誘發(fā)滑坡的形成。泉州市由連續(xù)暴雨引發(fā)的滑坡災(zāi)害現(xiàn)象是十分明顯的。

2.2.2 GIS在山地災(zāi)害氣象、水文預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

通過雷達(dá)和衛(wèi)星云圖進(jìn)行泉州市的暴雨監(jiān)測預(yù)報(bào)，包括了解遠(yuǎn)處降水的發(fā)生、發(fā)展、分布和降水區(qū)的移動(dòng)及降水強(qiáng)度變化，在通過雷達(dá)或遙感進(jìn)行信息的獲取和初步預(yù)測后，主要建立的是預(yù)測預(yù)報(bào)系統(tǒng)，一般包括水雨情信息查詢、水雨情分析預(yù)報(bào)、預(yù)警信息生成、子系統(tǒng)維護(hù)及管理等4個(gè)模塊。信息查詢模塊，查詢水雨情信息、氣象信息、預(yù)報(bào)成果、預(yù)警等信息，以文字、圖、表等方式顯示。水雨情分析預(yù)報(bào)模塊，結(jié)合實(shí)時(shí)水雨情、氣象預(yù)報(bào)信息，根據(jù)水雨情分析預(yù)報(bào)模型，對中小流域、中小水庫水位、流量進(jìn)行預(yù)測，并輸出預(yù)測結(jié)果。預(yù)警信息生成模塊，根據(jù)預(yù)報(bào)成果及預(yù)警指標(biāo)實(shí)時(shí)編制預(yù)警信息，并及時(shí)將預(yù)警信息發(fā)送至預(yù)警平臺。系統(tǒng)維護(hù)和管理模塊，可以對整個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)容進(jìn)行添加和刪除，具有控制系統(tǒng)權(quán)限的功能，為系統(tǒng)維護(hù)管理提供工具。

[1]邊馥苓.地理信息系統(tǒng)原理和方法[M].北京: 測繪出版社,1996: 7～17.

[2]陳良慶.泉州市山體滑坡及崩塌主要制約因素分析.福建建筑

[3]劉勇,巫錫勇.淺談GIS 在地質(zhì)災(zāi)害中的幾點(diǎn)應(yīng)用[J].巖土工程， 2004.2;

[4]張佐成,李凱.地理信息系統(tǒng)GIS在地籍、地形測量中的運(yùn)用[J].貴州地質(zhì)，2003.4

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.15.037