梅州市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價方法研究

姚 勇，稅長軍

(1.嘉應(yīng)學(xué)院土木工程學(xué)院，廣東梅州514015;

2.中國石油股份有限公司長慶分公司第二采油廠，甘肅慶陽 745000)

梅州市是個“八山一水一分田”的典型山區(qū)丘陵城市，地質(zhì)環(huán)境脆弱，花崗巖、變質(zhì)巖、強風(fēng)化巖分布范圍廣，屬亞熱帶氣候區(qū)，災(zāi)害性天氣較多，年降雨日數(shù)150 d左右，年均降水量1 483～1 798 mm。在這種特殊的地質(zhì)地貌和氣候條件下，梅州市崩塌、滑坡、地面塌陷、泥石流、地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻繁，有約6 993個山體滑坡、崩塌等災(zāi)害隱患點，受威脅人口、財產(chǎn)超過10萬人、5億元。據(jù)不完全統(tǒng)計，近20年來梅州市地質(zhì)災(zāi)害共造成171人死亡、166人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失6億元。鑒于這種情況，對梅州市的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性進(jìn)行系統(tǒng)研究是非常必要和有意義的。

地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性是指地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生活動的可能性，是地質(zhì)災(zāi)害危險性預(yù)測與防治的重要依據(jù)。由于地質(zhì)災(zāi)害是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，其發(fā)生的時間、地點、規(guī)模和方式具有很大的不確定性，要詮釋地質(zhì)災(zāi)害本身的發(fā)生、發(fā)展規(guī)律十分困難，因此地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性的科學(xué)評價難度較大［1－3］。本研究以環(huán)境因素控制論為理論基礎(chǔ)，建立地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價模型，與MapGIS平臺相結(jié)合，對梅州市地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行易發(fā)性評價。

1 評價方法

1.1 評價因子

控制和影響地質(zhì)災(zāi)害形成的因素有很多，概括起來主要包括地質(zhì)災(zāi)害的內(nèi)在條件和誘發(fā)條件兩個方面。本研究以環(huán)境因素控制論為理論核心。環(huán)境因素控制論［4］包含兩層涵義：一是一切地質(zhì)災(zāi)害都是環(huán)境因素綜合作用嚴(yán)格控制的結(jié)果;二是人類可以通過調(diào)節(jié)各種環(huán)境因素來控制災(zāi)害的發(fā)生或減少災(zāi)害損失。第一層涵義為研究地質(zhì)災(zāi)害提供了理論依據(jù)，可以作為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價的基本原理;第二層涵義為地質(zhì)災(zāi)害防治提供了可能性。本研究選取巖土性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、地下水特征、地表水活動、植被覆蓋度、氣候氣象和人類活動等［5］環(huán)境因素，作為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性的評價因子，并將各評價因子按照對地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性的影響程度分為4級，分別賦予評分值 1、2、3、4，見表 1。

表1 梅州市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價因子分級

1.2 評價模型

在咨詢專家和參考相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，確定地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價模型的計算公式為

式中：M為綜合評分值;pi為第i個評價因子評分值;wi為第i個評價因子權(quán)值;n為評價因子個數(shù)，n=8。

綜合評分值M是反映該單元地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度的綜合指標(biāo)，其值越大，地質(zhì)災(zāi)害越容易發(fā)生，即地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的危險性越高。為確定各評價單元所屬的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)，根據(jù)評價結(jié)果將研究區(qū)分為4個等級，即M≥3.2為地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)，2.4≤M ＜3.2為地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū)，1.6≤M ＜2.4為地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)，M＜1.6為不易發(fā)區(qū)。

1.3 權(quán)值確定

采用A.T.W.Chu提出的權(quán)的最小平方法確定權(quán)值wi。該方法克服了傳統(tǒng)層次分析法的不足，避免了一致性檢驗，簡化了計算過程，提高了效率［5］。根據(jù)各評價因子的重要性，將其進(jìn)行兩兩比較，由比較結(jié)果確定判斷矩陣A為

權(quán)向量的解析表達(dá)式為

式中：

求解得 wi=(0.13，0.13，0.25，0.07，0.06，0.05，0.06，0.25)T，即巖土性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、地下水特征、地表水活動、地表植被、氣候氣象和人類活動對應(yīng)的權(quán)值分別為0.13、0.13、0.25、0.07、0.06、0.05、0.06、0.25。權(quán)值的分布情況反映了內(nèi)在因素在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性方面的控制作用，也說明人類活動已成為誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的主要因素。

2 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)

2.1 地質(zhì)災(zāi)害特征

實地調(diào)查結(jié)果表明，梅州市地質(zhì)災(zāi)害具有災(zāi)害點數(shù)量多、個體規(guī)模小、穩(wěn)定性差、危害程度較小等特點，地質(zhì)災(zāi)害以崩塌、滑坡為主，分布規(guī)律呈現(xiàn)明顯的地域性，且多發(fā)生在雨季，同時地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生與人類工程活動關(guān)系密切。

2.2 地質(zhì)災(zāi)害分區(qū)

基于MapGIS平臺，采用前文確定的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價模型對梅州市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性進(jìn)行評價和分區(qū)。

單元剖分的形式及大小對易發(fā)性區(qū)劃的結(jié)果影響較大［6］，因此本研究采用最常用的20 m×20 m矩形網(wǎng)格單元進(jìn)行計算。首先以梅州市地質(zhì)災(zāi)害分布圖(1∶2萬)為基圖，將采集到的各個評價因子信息分別作為一個單獨的圖層，分別與基圖在GIS中作空間疊加分析;然后根據(jù)綜合評分值計算公式，對各評價因子的柵格圖層進(jìn)行重新分類疊加;最后利用GIS柵格計算功能完成各評價因子的綜合評分值計算，生成以綜合評分值大小衡量的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度指數(shù)計算結(jié)果，即地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)圖(圖1)。

圖1 梅州市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)

據(jù)調(diào)查，梅州市地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)面積為6 008.52 km2，在各縣皆有分布，占全市土地總面積的37.85%，有災(zāi)害點5 104處，占全市災(zāi)害點總數(shù)的83.22%，災(zāi)害點密度為0.85處/km2;中易發(fā)區(qū)面積為4 729.28 km2，占土地總面積的29.79%，有災(zāi)害點789處，占災(zāi)害點總數(shù)的12.86%，災(zāi)害點密度為0.17處/km2;低易發(fā)區(qū)面積為 4 384.57 km2，占土地總面積的27.62%，有災(zāi)害點224處，占災(zāi)害點總數(shù)的3.65%，災(zāi)害點密度為0.05處/km2;不易發(fā)區(qū)面積為753.68 km2，占土地總面積的4.75%，有災(zāi)害點16處，占災(zāi)害點總數(shù)的0.26%，災(zāi)害點密度為0.02 處/km2。

地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)結(jié)果與地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查結(jié)果相符程度高，較好地反映了梅州市地質(zhì)災(zāi)害的分布情況和易發(fā)程度，其中高易發(fā)區(qū)可劃分為東南崩塌、滑坡高易發(fā)亞區(qū)和西北崩塌、滑坡、塌陷高易發(fā)亞區(qū)，并進(jìn)一步劃分為長治—青溪、大埔西河、大埔銀河—三河、大埔大東—豐順黃金、豐順建橋—湯坑、豐順八鄉(xiāng)山、五華郭田—硝芳、五華周江—華陽、五華華城—小都—潭下、蕉嶺長潭—五華雙頭、平遠(yuǎn)差干—仁居—八尺—中行及蕉嶺南磜—梅縣丙村等12個小區(qū)，是地質(zhì)災(zāi)害防治重點。地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)圖可作為今后地質(zhì)災(zāi)害防治、監(jiān)測等工作的依據(jù)。

3 結(jié)語

對梅州市地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)的現(xiàn)狀進(jìn)行了初步分析，通過實地調(diào)查確定易發(fā)性主要影響因子，建立地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價模型，并借助MapGIS軟件生成地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)圖，得到如下結(jié)論：

(1)以環(huán)境因素控制論為理論基礎(chǔ)，以巖土性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、地下水特征、地表水活動、地表植被、氣候氣象和人類活動等8項指標(biāo)為評價因子建立地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價模型。

(2)采用A.T.W.Chu提出的權(quán)的最小平方法來確定權(quán)值，巖土性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、地下水特征、地表水活動、地表植被、氣候氣象和人類活動對應(yīng)的權(quán)值分別為0.13、0.13、0.25、0.07、0.06、0.05、0.06、0.25。權(quán)值的分布情況反映了內(nèi)在因素在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性方面的控制作用，也充分考慮了人為因素的影響。該方法的優(yōu)越性體現(xiàn)在避免了一致性檢驗，簡化了計算過程，提高了工作效率。

(3)基于MapGIS，根據(jù)易發(fā)性評價方法對梅州市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性進(jìn)行評價和分區(qū)，將各評價因子的圖層與基圖進(jìn)行疊加得出綜合評分值，生成易發(fā)性分區(qū)圖(圖1)，其中高易發(fā)、中易發(fā)、低易發(fā)和不易發(fā)4種類型在梅州市各地均有分布，其中高易發(fā)區(qū)可劃分為東南崩塌、滑坡高易發(fā)亞區(qū)和西北崩塌、滑坡、塌陷高易發(fā)亞區(qū)，并進(jìn)一步劃分為12個小區(qū)。地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)結(jié)果與地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查結(jié)果相符程度高，可作為今后地質(zhì)災(zāi)害防治工作的重要參考。

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