基于Arcgis的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性和危險性分區(qū)評價
——以宿松縣為例

解會存，金志

(安徽省地勘局第一水文工程地質(zhì)勘查院,蚌埠　233000)

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基于Arcgis的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性和危險性分區(qū)評價
——以宿松縣為例

解會存，金志

(安徽省地勘局第一水文工程地質(zhì)勘查院,蚌埠233000)

在了解地質(zhì)環(huán)境和災(zāi)害特征的基礎(chǔ)上，依據(jù)綜合指數(shù)法，確定因子權(quán)重，通過Arcgis空間分析軟件，作出宿松縣斜坡單元網(wǎng)格并進行相應(yīng)的模擬運算，得出每一個評價單元內(nèi)所有影響因子的加權(quán)和。最后，依據(jù)分區(qū)標準對易發(fā)程度指數(shù)圖層進行插值處理，便得到宿松縣地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)性分區(qū)。將區(qū)域的受威脅對象和易發(fā)性疊加計算，將得出各個區(qū)域的危險性等級，最后結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)得出危險性分區(qū)。分區(qū)結(jié)果反應(yīng)出野外調(diào)查實際情況。

宿松縣；地質(zhì)災(zāi)害；綜合指數(shù)法；易發(fā)性；Arcgis空間分析；危險性

宿松縣地質(zhì)環(huán)境脆弱，人類工程活動強烈，截止2014年12月底，全縣共發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害(隱患)點189處(含核銷點)，共造成16人死亡、340間民房被毀，直接經(jīng)濟損失達6 606.37萬元。經(jīng)宿松縣國土資源局和各級人民政府努力，宿松縣境內(nèi)排查掉90處地質(zhì)災(zāi)害點，目前現(xiàn)狀存在地質(zhì)災(zāi)害(隱患)點有99處，威脅人口1 737人，潛在經(jīng)濟損失8 572.38萬元。為便于當?shù)卣M行地質(zhì)災(zāi)害防治工作，急需對地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)區(qū)和危險區(qū)進行劃分。

本文在基于宿松縣地質(zhì)環(huán)境條件和地質(zhì)災(zāi)害野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，選用綜合指數(shù)法和Arcgis空間分析法對宿松縣進行了地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)進行劃定。并在易發(fā)區(qū)劃分的基礎(chǔ)上，進行地質(zhì)災(zāi)害危險區(qū)劃分，取得了較好的效果。

1　地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征

宿松縣位于大別山南麓、長江北岸，地跨沿江丘陵平原區(qū)和大別山區(qū)?？h域北部為中、低山，中部為丘陵，南部為平原湖區(qū)，中低山區(qū)山高坡陡，峽谷深切，降水量充沛，且較集中，多暴雨、大雨。復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境和氣候條件為地質(zhì)災(zāi)害的形成創(chuàng)造了條件。截至2014年12月，共查明地質(zhì)災(zāi)害(隱患)點189處(核銷地質(zhì)災(zāi)害點90處，保留和新增地質(zhì)災(zāi)害隱患點99處)，其中滑坡97處，崩塌74處(含11處河、湖岸坡崩塌)，泥石流1處，不穩(wěn)定斜坡8處，采空塌陷8處，巖溶塌陷1處，各類型災(zāi)害(隱患)點發(fā)育類型餅圖見圖1。

圖1　各類型災(zāi)害(隱患)點發(fā)育類型餅圖

2　易發(fā)區(qū)分區(qū)評價

2.1評價方法

宿松縣地貌類型較復(fù)雜，地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量較多、規(guī)模較小，此次選用了易發(fā)程度指數(shù)法來實現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)性分區(qū)。

在分析地質(zhì)災(zāi)害成因的基礎(chǔ)上，確定影響災(zāi)害發(fā)育的各種主要因素(如影響滑坡穩(wěn)定性的主要因素包括地形地貌、巖土體特征和人類活動強烈程度等)，將每個影響因素賦予一定的權(quán)重，同時按各個因素不同狀態(tài)分成不同的級別，賦予不同的分級值，求出所有影響因素的加權(quán)和，即得到某個評價單元的易發(fā)程度指數(shù)。根據(jù)每個單元的易發(fā)程度指數(shù)，依據(jù)分區(qū)的標準進行災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)。

易發(fā)程度指數(shù)的通用表達式為：

式中，Zp為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度指數(shù)；Ai為評價因子的權(quán)重；qi為評價因子的分級值。

根據(jù)宿松縣地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征，做出滑坡+崩塌+不穩(wěn)定斜坡+地面塌陷的易發(fā)程度分區(qū)，得到整個宿松縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度的空間分區(qū)圖。整個地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)的技術(shù)流程如圖2所示。

圖2　地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)劃流程圖

2.2單元網(wǎng)格剖分

按調(diào)查基本要求，運用MAPGIS的空間分析工具對評價范圍進行了網(wǎng)格剖分。綜合調(diào)查區(qū)具體數(shù)據(jù)源情況，對不同的數(shù)據(jù)源分析選用評價單元面積為1 000 m×1 000 m(單元面積=1 km2)，對于跨山頂?shù)膯卧陨巾斪罡唿c為界分解單元。調(diào)查區(qū)共剖分為 2 545個單元。

2.3崩塌、滑坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)

2.3.1評價因子的確定

結(jié)合宿松縣地質(zhì)環(huán)境條件、地質(zhì)災(zāi)害成因及分布特征，災(zāi)害特征選取災(zāi)害點密度作為評價因子，形成條件選取了地形坡度、地貌類型、工程地質(zhì)條件、構(gòu)造發(fā)育程度，誘發(fā)因子選取了全年降水量和人類工程活動強烈程度，共7個評價指標。根據(jù)中國地質(zhì)調(diào)查局編寫的《滑坡崩塌泥石流災(zāi)害調(diào)查規(guī)范》(1∶50 000)，并結(jié)合鄰省內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃的資料及經(jīng)驗，確定了自然與人為影響因素的綜合權(quán)重值(表1)。

表1　影響因素綜合權(quán)重表

根據(jù)W易計算值與現(xiàn)狀調(diào)查評價結(jié)果對比，確定易發(fā)程度等級閥值，按以下標準判別：

易發(fā)程度高W易≥3.0

易發(fā)程度中等2.25

易發(fā)程度低1.0

易發(fā)程度低W易≤1.0

2.3.2數(shù)據(jù)處理與評價因子權(quán)重的分配

根據(jù)野外調(diào)查觀測結(jié)果，并結(jié)合對基礎(chǔ)資料以及與地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育關(guān)系綜合分析，采用定量、半定量的方法，研究各致災(zāi)因子與地質(zhì)災(zāi)害空間分布的對應(yīng)關(guān)系和內(nèi)在聯(lián)系，確定評價因子權(quán)重的分配(表2)。

2.4地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)

2.4.1巖溶塌陷

(1) 劃分原則與方法

本次以巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合評價結(jié)果為主要依據(jù)，結(jié)合松散層厚度、碳酸鹽巖分布、地質(zhì)構(gòu)造、巖溶發(fā)育現(xiàn)狀及地下水開采程度等影響因子，采用基于ArcGIS的信息疊加法，對宿松縣進行巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性劃分。

表2　崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害致災(zāi)因子分類賦值表

按下式計算巖溶地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性指數(shù)Y危：

Y危i=a1×Si+a2×S2i+a3×S3i+a4×S4i+a5×S5i

式中，Y危 I為i單元地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性指數(shù)；S1i為i單元松散層厚度分布指數(shù)；S2i為i單元碳酸鹽巖分布指數(shù)；S3i為i單元地質(zhì)構(gòu)造指數(shù)；S4i為i單元巖溶發(fā)育現(xiàn)狀指數(shù)；S5i為i單元地下水開采指數(shù)；ai為i要素指數(shù)權(quán)重。

根據(jù)安徽省地質(zhì)災(zāi)害分級標準，并結(jié)合省內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃的資料及經(jīng)驗，確定了自然與人為影響因素的綜合權(quán)重值(表3)。

表3　巖溶塌陷易發(fā)性評價指標及取值表

根據(jù)W易計算值與現(xiàn)狀調(diào)查評價結(jié)果對比，確定危險性等級閥值，按以下標準判別：

易發(fā)程度低 1.5

不具有易發(fā)性W易≤1.5

(2) 數(shù)據(jù)處理與評價因子權(quán)重的分配

各致災(zāi)因子權(quán)重大小的分配是根據(jù)野外調(diào)查觀測結(jié)果，并結(jié)合對基礎(chǔ)資料以及與地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育關(guān)系綜合分析，采用定量、半定量的方法，研究各致災(zāi)因子與地質(zhì)災(zāi)害空間分布的對應(yīng)關(guān)系和內(nèi)在聯(lián)系，確定評價因子權(quán)重的分配(表4)。

表4　巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害致災(zāi)因子分類賦值表

2.4.2采空塌陷

(1) 劃分原則與方法

本次以采空塌陷地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合評價結(jié)果為主要依據(jù)，結(jié)合采空區(qū)面積、采空區(qū)頂板埋深、采深采厚比、地形地貌、地層巖性、災(zāi)害點密度等，對宿松縣進行采空塌陷地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性劃分。采用基于ArcGIS的信息疊加法。

根據(jù)安徽省地質(zhì)災(zāi)害分級標準，并結(jié)合省內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃的資料及經(jīng)驗，確定綜合評估量化指標，并進行采空塌陷易發(fā)程度等級劃分(表5)

表5　采空塌陷易發(fā)程度等級劃分表

(2) 判別方法

根據(jù)表6進行采空塌陷易發(fā)程度判別。

2.5易發(fā)程度分區(qū)

確定了宿松縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性的影響因子及相應(yīng)權(quán)重，將各因子的數(shù)字圖層進行賦值分類、轉(zhuǎn)化成柵格圖層，再利用Arcgis空間分析工具進行相應(yīng)的模擬運算，得出每一個評價單元內(nèi)所有影響因子的加權(quán)和。依據(jù)分區(qū)標準對易發(fā)程度指數(shù)圖層進行插值處理，便得到宿松縣地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)性分區(qū)。將宿松縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)分為高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)、不易發(fā)區(qū)4類(圖3)。

表6　采空塌陷易發(fā)程度判別表

圖3　宿松縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)圖

(1) 高易發(fā)區(qū)

主要分布在宿松縣北部中低山區(qū)，區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境脆弱，人類工程活動強烈，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育，總面積為182.35 km2，占全縣面積7.61%。共發(fā)育有地質(zhì)災(zāi)害點145處，占災(zāi)點總數(shù)的76.72%，其中滑坡80處，崩塌51處，不穩(wěn)定斜坡7處，地面塌陷7處。災(zāi)害點密度80處/100 km2。

(2) 中易發(fā)區(qū)

主要分布于宿松縣北部丘陵地帶和長江沿岸，區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害環(huán)境較差，人類工程活動強度大，地質(zhì)災(zāi)害點較發(fā)育?？偯娣e為216.30 km2，占全縣面積9.04%，共發(fā)育有地質(zhì)災(zāi)害點35處，占災(zāi)點總數(shù)的18.52%，其中滑坡16處，崩塌15處，泥石流1處，不穩(wěn)定斜坡3處。災(zāi)害點密度16.18處/100 km2。

(3) 低易發(fā)區(qū)

該亞區(qū)分布于宿松縣中部廣大地區(qū)，地質(zhì)環(huán)境相對較好，人類工程活動強度低，地質(zhì)災(zāi)害很少發(fā)育?？偯娣e為792.74 km2，占全縣面積的33.12%。共發(fā)育有地質(zhì)災(zāi)害點7處，占災(zāi)點總數(shù)的3.70%，其中崩塌6處，地面塌陷1處。災(zāi)害點密度0.88處/100 km2。

(4) 不易發(fā)區(qū)

主要分布于宿松縣南部的廣大平原地區(qū)，地質(zhì)環(huán)境較好，人類工程活動弱，地質(zhì)災(zāi)害不發(fā)育，未發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害點?？偯娣e1 202.14 km2，約占全縣總面積的50.22%。

3　危險性分區(qū)評價

3.1評價方法

根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度及受威脅對象進行危險性分區(qū)評價，采用地質(zhì)災(zāi)害危險性指數(shù)W危法劃分危險性等級，再根據(jù)全縣實際情況局部調(diào)整，綜合評價。

3.2地質(zhì)災(zāi)害危險性指數(shù)分區(qū)

根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性及人口、財產(chǎn)分布按下式計算地質(zhì)災(zāi)害危險性指數(shù)W危：

W危i=a1×Y易發(fā)i+a2×Y人財i

式中，W危I為i單元地質(zhì)災(zāi)害危險性指數(shù);Y易發(fā)I為i單元地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性指數(shù);Y人財I為i單元人財物分布指數(shù);a1為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性指數(shù)權(quán)重;a2為人財物分布指數(shù)權(quán)重。

各參數(shù)取值見表7。

表7　危險性評價指標及取值表

根據(jù)W危計算值與現(xiàn)狀調(diào)查評價結(jié)果對比，確定危險性等級閥值，按以下標準判別：

危險性大W危≥2.2

危險性中等1

危險性小W?！?

3.3危險性分區(qū)

將宿松縣地質(zhì)災(zāi)害危險區(qū)劃分為3級，即高危險區(qū)、中危險區(qū)和低危險區(qū)(表8、圖4)。

表8　宿松縣地質(zhì)災(zāi)害危險程度分區(qū)表

(1) 高危險區(qū)

主要分布在宿松縣北部中低山區(qū)及宿松縣南部的小孤山區(qū)域，該區(qū)總面積為231.05 km2，占全縣總面積的9.65%。

該區(qū)地貌類型多樣，主要以中低山為主，其次為丘陵及平原，地勢起伏較大，最高海拔983.0 m，構(gòu)造發(fā)育，巖體結(jié)構(gòu)較破碎，易風(fēng)化、剝蝕；主要影響因素為降水及切坡。區(qū)內(nèi)有國道G105、滬蓉高速、合九鐵路、縣道X065、小孤山風(fēng)景區(qū)道路以及村村通的村級公路。人口集中地為各中心集鎮(zhèn)及各個中心村組等。

該區(qū)共發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害(隱患)點165處，其中，滑坡90處，崩塌57處,不穩(wěn)定斜坡7處，泥石流1處，地面塌陷10處，災(zāi)害點密度71.4處/100 km2。該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害已造成直接經(jīng)濟損失1 501.93萬元，無人員死亡，經(jīng)預(yù)測評估統(tǒng)計，該區(qū)共有1 669人生命安全及8 091.38萬元財產(chǎn)受到威脅。

(2) 中危險區(qū)

主要分布于宿松縣中部及長江沿岸，合九鐵路北部的大部分區(qū)域，該區(qū)總面積為936.27 km2，占全縣總面積的39.12%。

地貌類型較復(fù)雜，以丘陵、平原為主，局部發(fā)育有低山，地勢起伏較大；構(gòu)造發(fā)育程度發(fā)育，巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，易風(fēng)化、剝蝕；主要影響因素為降水及切坡。區(qū)內(nèi)有規(guī)劃合九城際鐵路、G105、滬蓉高速、規(guī)劃省道、縣道及村村通的村級公路。人口集中地為縣城、各中心集鎮(zhèn)及各個中心村組等。

該區(qū)共發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害(隱患)點23處，其中崩塌14處,滑坡7處，不穩(wěn)定斜坡1處，巖溶塌陷1處，災(zāi)害點密度2.46處/100 km2。該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害已造成直接經(jīng)濟損失4 878.3萬元，無人員死亡，經(jīng)預(yù)測評估統(tǒng)計，該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害仍威脅58人、481萬元財產(chǎn)。

圖4　宿松縣地質(zhì)災(zāi)害危險性分區(qū)圖

(3) 低危險區(qū)

主要分布于宿松縣南部龍感湖、大官湖、黃湖、泊湖周邊外圍區(qū)域，總面積為1 226.21 km2，占全縣總面積的51.23%。

該亞區(qū)地貌類型為平原，地形平緩，地勢開闊，溝河交錯，相對高差<20 m；地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育一般。 人類活動較弱。

該區(qū)共發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害點1處，為崩塌地質(zhì)災(zāi)害，災(zāi)害點密度0.08處/100 km2，該地質(zhì)災(zāi)害點已被核銷，險情等級均為小型，核銷地質(zhì)災(zāi)害點均已穩(wěn)定、治理或者威脅對象搬遷。

4　結(jié)論

(1) 將調(diào)查區(qū)分隔成(1×1) km2評價單元，選取了影響宿松縣地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的7個評價因子，利用Arcgis空間分析軟件對各個單元內(nèi)各因子進行了數(shù)據(jù)分析，確定各評價因子權(quán)值，通過柵格計算工具將宿松縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)為高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)和不易發(fā)區(qū)，分區(qū)結(jié)果較好的反應(yīng)了宿松縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性的實際情況。

(2) 在易發(fā)分區(qū)圖的基礎(chǔ)上，并將各個單元根據(jù)調(diào)查所得災(zāi)害點的受威脅對象進行累加，最后將區(qū)域的受威脅對象與易發(fā)性進行疊加計算，得出各個單元的危險性等級，最后結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)圖和危險性區(qū)劃圖，將宿松縣地質(zhì)災(zāi)害危險性劃分為高危險區(qū)、中危險區(qū)和低危險區(qū)，劃分結(jié)果能夠很好的匹配野外調(diào)查結(jié)果。

[1]崔偉，陳戈，解會存，等.安徽省宿松縣1∶50 000萬地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查報告[R] .安徽水文地質(zhì)工程地質(zhì)公司.2015.

[2]中華人民共和國國土資源部.滑坡崩塌泥石流災(zāi)害調(diào)查規(guī)范(1∶50 000)(DT/0261-2014)[S]，2014.

[3]中華人民共和國國土資源部.《縣(市)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃基本要求》實施細則[S].2007.

[4]李永紅，向茂西，賀衛(wèi)中，等.陜西漢中區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性和危險性分區(qū)評價[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2014,25(3)：108-112.

[5]基于ArcGIS的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)評價——以旬陽縣為例[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2015,82-86．

[6]高帥、姬怡微、何意平,等.基于層次分析法與ArcGIS的榆陽區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性與危險性分區(qū)評價 [J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護，2015,26(3):98-104．

ASSESSMENT OF THE SUSCEPTIBLE DEGREE AND DEGREE OF RISK OF GEOLOGICAL HAZARD BASED ON ARCGIS——A CASE OF SUSONG

XIE Hui-cun，JIN Zhi

(The No.1 Institute of Hydro-geological and Engineering Geological Prospecting，Anhui Geological Prospecting，Anhui Bengbu233000,China)

Abstract: The Synthetical Index Method was used to determine factor weights,based on the geological environment. Through Arcgis spatial analysis software,the weighted sums of all impact factor in each evaluation unit was obtained by dividing into ramp element mesh and making analog calculation.Finally，it needs interpolation processing of prone degree index layer, according to the zoning standards, then obtains susceptibility zonation of Geological Hazards in Susong County.Risk grades were obtained by the vulnerability of the objects and susceptibility.The zoning results conform to the field surveys.

Susong；geo-hazard；Synthetical Index Method；sus-ceptibility；Arcgis spatial analysis；risk

1006-4362(2016)03-0086-06

2016-03-07改回日期：2016-04-28

X43；X141

A

解會存(1985-)，女，本科，工程師，主要從事水工環(huán)地質(zhì)勘查工作。E-mail:584715665@qq.com