基于GIS空間分析的山東青島嶗山區(qū)地質災害易發(fā)程度區(qū)劃

馬楊敏，高宗軍，李巖銘，管 勇，王建收

(1.山東科技大學地質科學與工程學院，山東青島 266510;2.青島地質工程勘察院，山東青島 266071)

0 引言

嶗山區(qū)位于青島黃海之濱，是馳名中外的4A級國家風景名勝區(qū)，然而每年由于嶗山區(qū)內(nèi)崩塌、滑坡、泥石流等地質災害的發(fā)生以及大量災害隱患的存在，造成區(qū)內(nèi)很大的經(jīng)濟損失，同時還時刻威脅到旅游人員和百姓的生命安全，因此對青島市嶗山區(qū)進行地質災害區(qū)劃刻不容緩。

地質災害易發(fā)程度區(qū)劃方法很多，主要包括模糊聚類分析法［1］、綜合危險性指數(shù)法［2］、層次分析法［3］、模糊綜合評判法［4］等。基于 GIS空間分析進行地質災害易發(fā)程度區(qū)劃，是將各單災種的地質災害易發(fā)程度用一副專題圖層表示，最后進行空間疊加分析得到一張綜合地質災害易發(fā)程度區(qū)劃圖。

本文以Mapgis為工作平臺，利用空間分析功能對嶗山區(qū)進行地質災害易發(fā)程度區(qū)劃和分析評價，以達到未雨綢繆，在災害發(fā)生前起到預警作用。

1 嶗山區(qū)地質災害現(xiàn)狀

嶗山區(qū)由中韓、王哥莊、沙子口、北宅等四個街道辦事處組成，本次研究區(qū)1∶5萬地質災害調查(截止2012年6月)共發(fā)現(xiàn)崩塌、滑坡、泥石流等三類地質災害點及隱患點88處，其中崩塌和滑坡83處，占94.3%;泥石流5處，占5.7%(圖1)。

2 評價過程

2.1 柵格化剖分

圖1 嶗山區(qū)地質災害平面分布圖Fig.1 Distribution map of geological disasters in Laoshan district

運用柵格法處理對青島市嶗山區(qū)1∶5萬行政圖進行網(wǎng)格剖分，本次剖分單元格面積采取0.5km×0.5km，共劃分出1557 個單元格［5］。

2.2 計算方法

利用Mapgis的空間分析功能，將各評價單元按照不同災種提取主要因子綜合疊加分析［6］(圖2)。

式中:Z——地質災害易發(fā)程度綜合指數(shù);

Zq——潛在指數(shù);

Zx——現(xiàn)狀指數(shù)

圖2 評價流程圖Fig.2 Evaluation flowchart

r1、r2根據(jù)嶗山區(qū)具體情況分別取0.7和0.3;加權指數(shù)模型計算:Zq=∑Ti·Ai、Zx=∑Li·Bi，Ti和Li-專家評分值，Ai與Bi為權重(表1、表2)。

表1 現(xiàn)狀評判因子及權重統(tǒng)計表Table 1 Statistics table of current evaluation factors and weight

評判各因子的權重均采用層次分析法并通過驗證確定，首先對所選取的主要評判因子進行大致權重確定，而后對兩兩因子之間進行對比，逐層比較后通過試算檢驗。

2.3 單災種易發(fā)程度區(qū)劃圖生成

采用評判因子加權指數(shù)模型，分別生成崩塌、滑坡和泥石流的易發(fā)程度區(qū)劃圖。

2.3.1 崩塌、滑坡

嶗山區(qū)主要為強切割中山地貌，其次為低山丘陵，東北部有較少的平原分布。

中山分布在嶗山山脈一帶，南至沙子口北至三標山，山峰陡峭且多呈“脊”狀，坡面一般大于30度，溝谷切割深度一般大于500m，谷底基巖裸露且大塊漂礫堆積，巖性主要為嶗山期花崗。低山丘陵分布在嶗山外圍，主要為黃龍頂—老虎山、棗幾山—圍子頂、老寨頂—午山等地段，山坡坡度小于20°，溝谷斷面多呈“U”型谷，切割深度一般小于100m且谷底部沖洪積物發(fā)育。

研究區(qū)內(nèi)的村莊大多依山而建，建房開挖坡腳、景區(qū)建設、212省道建設等造成了大量崩塌滑坡等地質災害隱患。本次嶗山區(qū)1∶5萬地質災害調查共發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)存在的崩塌和滑坡地質災害隱患83處，主要分布在景區(qū)及省道212沿途。根據(jù)崩塌、滑坡等地質災害的發(fā)育特征，按照潛在和現(xiàn)狀易發(fā)程度評價因素將其分為4個級別(表3、表4、圖3)。

表2 潛在評判因子及權重統(tǒng)計表Table 2 Statistics table of potential evaluation factors and weight

2.3.2 泥石流

嶗山區(qū)泥石流主要分布在北宅臥龍村東北、北九水河西村西以及太平嵐景區(qū)，本次1∶5萬調查共發(fā)現(xiàn)5處泥石流地質災害隱患，其分布特點是均處于山前斜坡地帶，坡度一般大于25°，存在小型“V”型沖溝，坡面坡殘積物發(fā)育，覆蓋層厚度0.5～2m。由于植被覆蓋率較低且小塊梯田較多，在大強度降雨和坡積物浸潤飽和的條件下，形成坡面侵蝕型泥石流。

根據(jù)地形地貌等地質環(huán)境條件、松散堆積物、人類工程活動強度將嶗山泥石流區(qū)劃分為四個級別(表3、表4、圖 4)。

2.4 單災種綜合疊加

將單災種區(qū)劃圖用Mapgis疊加處理，得出嶗山區(qū)地質災害易發(fā)程度綜合區(qū)劃圖(圖5)。

表3 地質災害潛在等級分值一覽表Table 3 Schedule of potential Geological Hazards grade values

表4 地質災害現(xiàn)狀等級分值一覽表Table 4 Schedule of current Geological Hazards grade values

3 地質災害易發(fā)區(qū)評價

由嶗山區(qū)地質災害易發(fā)程度綜合區(qū)劃圖(圖4)可以看出，地質災害易發(fā)區(qū)主要集中在中部的強切割中低山地區(qū)以及東南沿海地帶，東北部的平原地區(qū)為地質災害非易發(fā)區(qū)。研究區(qū)區(qū)劃總面積為389km2，區(qū)劃的結果能夠準確地反映出嶗山區(qū)的地質災害分布情況、發(fā)育現(xiàn)狀及危害程度。

3.1 地質災害高易發(fā)區(qū)

研究區(qū)的地質災害點主要分布于嶗山區(qū)的中部以及沿海部分區(qū)域，具體分布于北宅的西部、東部以及沙子口的西北部，由土厚汪澗-南北嶺-臥龍-我樂村-河西-觀嶗村-龜樓峽、竹窩-王子澗-寨上-北庵子控制;沙子口東南部，由小河東-磚塔嶺-前風庵控制、王哥莊和沙子口東南沿海岸帶等4條帶狀間隔分布，面積為 87.81km2，占全區(qū)總面積的22.84%。由于區(qū)內(nèi)村莊沿山邊溝谷平地分布，村民建房、修路開挖坡腳普遍，形成了大量的不穩(wěn)定邊坡。

另外山體長期風化、危巖林立，導致山前斜坡地帶殘坡積物堆積，存在小型“V”型沖溝，在強降雨或者坡積物浸潤飽和情況下，易發(fā)生泥石流地質災害。

另外研究區(qū)內(nèi)的北九水景區(qū)、華樓景區(qū)、棋盤石景區(qū)、太平嵐景區(qū)、巨峰景區(qū)等景區(qū)都以怪、險、奇、玄的地形地貌景觀吸引旅客，對游人及來往行人造成嚴重的安全威脅。

3.2 地質災害中易發(fā)區(qū)

圖3 崩塌、滑坡易發(fā)程度區(qū)劃圖Fig.3 The vulnerability distribution map of Collapse and landslides

圖4 泥石流易發(fā)程度區(qū)劃圖Fig.4 The vulnerability distribution map of mudslides

研究區(qū)內(nèi)地質災害中易發(fā)區(qū)分布在王哥莊西部大部分地區(qū)以及沙子口和北宅的部分地區(qū)，地貌類型以中山為主，部分山間平原和低山丘陵，面積共計128.12km2，占全區(qū)面積的33.33%。本區(qū)內(nèi)人類工程活動一般，主要地質災害隱患源于山體上部巖體長期風化剝蝕作用和人工修路開挖山體、削坡后形成的不穩(wěn)定邊坡。

3.3 地質災害低易發(fā)區(qū)

圖5 綜合地質災害易發(fā)程度區(qū)劃圖Fig.5 The Comprehensive vulnerability distribution map of geological hazards

研究區(qū)內(nèi)地質災害低易發(fā)區(qū)主要分布在王哥莊東北沿海、北宅西部、以及中韓和沙子口的南部沿海區(qū)域。面積共計104.33km2，占全區(qū)面積的27.14%。本區(qū)內(nèi)人類影響地質環(huán)境的工程活動較弱，同時所處地貌環(huán)境為低山丘陵，且之前發(fā)現(xiàn)的部分崩塌和滑坡地質災害得到治理，故區(qū)內(nèi)較為穩(wěn)定，危害較小。

3.4 地質災害非易發(fā)區(qū)

研究區(qū)內(nèi)地質災害非易發(fā)區(qū)主要分布在王哥莊東南拐角、中韓大部分地區(qū)、以及沙子口和王哥莊部分地區(qū)，面積64.11km2，占全區(qū)總面積的16.68%，區(qū)內(nèi)人類活動最集中頻繁，但地形相對平坦、條件優(yōu)越，基本不具備發(fā)生地質災害的地質環(huán)境條件，而且人類活動產(chǎn)生地質災害的可能性小。有個別地形較復雜的地段如中韓辦事處范圍內(nèi)的浮山等山頭已被徹底改造，并采取相應的防護措施，基本無災害發(fā)生的可能性。

4 結論

本文根據(jù)嶗山區(qū)地質災害發(fā)育的地質環(huán)境條件、地質災害發(fā)育現(xiàn)狀以及人類工程活動強度等因素，利用Mapgis空間分析對嶗山區(qū)進行了地質災害易發(fā)程度綜合區(qū)劃，共將嶗山區(qū)劃分為高、中、低、非四類易發(fā)區(qū)。本次雨季在高易發(fā)區(qū)內(nèi)發(fā)生的三處崩塌地質災害，很好地驗證了區(qū)劃結果。因此區(qū)劃結果能夠準確地反映出研究區(qū)內(nèi)的實際地質災害易發(fā)程度和危險情況，通過區(qū)劃可以為政府部門的地質災害防治提供可靠的預測理論依據(jù)。

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