某擬建高速公路地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)

談樹成, 劉雪斌, 謝亞亞, 楊林, 趙志芳

(1.云南大學(xué) 資源環(huán)境與地球科學(xué)學(xué)院, 昆明 650091; 2.云南省地理研究所高原山地災(zāi)害與環(huán)境研究中心, 昆明 650223)

高速公路等重要工程建設(shè)項(xiàng)目在施工及營(yíng)運(yùn)期間易遭受地質(zhì)災(zāi)害危害，開展擬建高速公路區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)研究，對(duì)后期線路選址及地質(zhì)災(zāi)害防治具有重要的理論和實(shí)際意義。地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)，是指在查明研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境背景的基礎(chǔ)上，回答該區(qū)哪兒更易于發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害這樣一個(gè)空間概率問題，是地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)管理的基礎(chǔ)[1-2]。常用的易發(fā)性評(píng)價(jià)方法有層次分析法、模糊綜合評(píng)判法、信息量法、邏輯回歸法、支持向量機(jī)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等，這些方法前人已進(jìn)行了大量研究，并取得了重大的成果[3-12]。但是，已有的研究其評(píng)價(jià)區(qū)域多以面狀區(qū)域?yàn)橹?，且大部分采用單一的評(píng)價(jià)方法，涉及重要線狀工程的組合評(píng)價(jià)模型較少。高速公路等線狀工程具有延伸長(zhǎng)、空間跨度大、影響范圍廣等特點(diǎn)，加之沿線地質(zhì)災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境復(fù)雜、誘發(fā)因素多樣，單一的評(píng)價(jià)方法難免顯得力不從心?；诖耍疚牟捎脤哟畏治龇ńY(jié)合信息量法的組合評(píng)價(jià)模型，能較好地解決影響因素眾多、難以量化的地質(zhì)災(zāi)害定量評(píng)價(jià)問題，同時(shí)也能極大改善可靠度與效率、定性與定量間的矛盾。本文評(píng)價(jià)結(jié)果可為擬建高速公路設(shè)計(jì)、施工及營(yíng)運(yùn)期間防災(zāi)減災(zāi)工作提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)類似線狀工程地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)具有借鑒意義。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)源

1.1 區(qū)域概況

擬建施甸至鏈子橋段高速公路位于云南省施甸縣境內(nèi)東側(cè)，橫貫?zāi)媳保€路全長(zhǎng)65.95 km，總投資106.5億元，屬重要工程建設(shè)項(xiàng)目[13]。依據(jù)《地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估規(guī)范(DZT0286—2015)》，以擬建線路軸線為中心，向兩側(cè)外延約500 m，若在500 m范圍內(nèi)存在滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，延伸至斜坡坡頂，存在泥石流時(shí)外擴(kuò)至泥石流流域分水嶺，當(dāng)在500 m范圍內(nèi)存在山脊分水嶺、河道時(shí)，以河道或山脊分水嶺為限，據(jù)此確定研究區(qū)范圍約136.23 km2。研究區(qū)地貌類型為溶蝕斷塊中山地貌、溶蝕洼地地貌、構(gòu)造侵蝕、剝蝕低中山地貌，地面海拔611～2 200 m。氣候以低緯度高原季風(fēng)氣候?yàn)橹?，屬中亞熱帶氣候，年均降雨?00～1 200 mm。沿線發(fā)育的水系主要有勐波羅河及姚關(guān)河。主要出露第四系(Q)、三疊系(T)、泥盆系(D)、志留系(S)、奧陶系(O)、寒武系(∈)和印支期侵入巖(β)，研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，發(fā)育有姚關(guān)斷裂(F1)、擺榔斷裂(F2)、蚌冬斷裂(F3)等3條區(qū)域性斷層及吳家莊背斜、外大壩向斜等2條褶皺。研究區(qū)內(nèi)人類工程活動(dòng)主要為道路切坡及村鎮(zhèn)居民區(qū)建設(shè)。

據(jù)擬建高速公路地質(zhì)災(zāi)害遙感及實(shí)地調(diào)查，確定研究區(qū)內(nèi)發(fā)育崩塌2處(均為巖質(zhì)崩塌，為道路及采礦形成的人工邊坡)，滑坡5處(類型涵蓋巖質(zhì)滑坡、土質(zhì)滑坡及巖土質(zhì)、土巖質(zhì)滑坡，區(qū)內(nèi)滑坡均為道路、公路修建時(shí)切坡、堆填所形成)，泥石流3條(均為粘性泥石流)，潛在不穩(wěn)定斜坡21處(類型涵蓋巖質(zhì)、土質(zhì)及巖土質(zhì)、土巖質(zhì)潛在不穩(wěn)定斜坡，主要為區(qū)內(nèi)道路、公工程建設(shè)等人類活動(dòng)形成的人工邊坡)，共31個(gè)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)[13]。

1.2 數(shù)據(jù)源

本文進(jìn)行易發(fā)性評(píng)價(jià)包括的數(shù)據(jù)源如下：(1) 研究區(qū)1∶20萬(wàn)地質(zhì)圖，用于提取巖土體類型、斷層褶皺等。(2) 由施甸縣氣象局提供的氣象站點(diǎn)年均降雨量，經(jīng)過克里金插值得到研究區(qū)年均降雨數(shù)據(jù)。(3) 1∶5萬(wàn)地形圖(數(shù)字地圖)，用于提取高程、坡度、坡向、道路、水系等。(4) 下載自地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)的研究區(qū)域L1級(jí)4月份Landsat8衛(wèi)星影像，用于計(jì)算研究區(qū)植被指數(shù)NDVI。

2 研究方法

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)因子的選取

分析研究地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀與主控因素間的關(guān)系，是深入了解研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育、演化規(guī)律的前提及基礎(chǔ)。故指標(biāo)體系的選取也應(yīng)建立在對(duì)區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征的了解基礎(chǔ)上，選取對(duì)災(zāi)害發(fā)生貢獻(xiàn)較大的因子作為易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)并據(jù)此進(jìn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)的分級(jí)。本文將從氣象水文、地形地貌、植被發(fā)育程度、巖土體類型、地質(zhì)構(gòu)造及人類工程活動(dòng)等角度分析區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育與主控因素間的相關(guān)關(guān)系。

2.1.1 氣象和水文

(1) 氣象。研究區(qū)位于施甸縣東部和龍陵縣東南部區(qū)域，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，降雨豐富，且降雨時(shí)間集中，根據(jù)現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害與降雨量間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，見圖1，地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)育在年平均降雨量大于900 mm的地區(qū)，并且地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量隨著年平均降雨量的增加有逐步遞增的趨勢(shì)(圖1A)，據(jù)此將降雨量劃分為3級(jí)，分別為：0～900 mm，900～1 000 mm，>1 000 mm。

(2) 水文。研究區(qū)屬怒江流域，沿?cái)M建線路分布多條河流及多個(gè)水庫(kù)。研究區(qū)內(nèi)含響水凹水庫(kù)、蔣家寨水庫(kù)、三丘田水庫(kù)；沿線河流有姚關(guān)河及其支流，姚關(guān)河匯入東側(cè)的勐波羅河，勐波羅河由北向南匯入怒江。研究區(qū)內(nèi)高程總體落差較大，水侵蝕能力強(qiáng)。局部區(qū)域?yàn)楹庸鹊孛?，溝谷多發(fā)育常流水，與擬建線路斜交、直交。

流水對(duì)岸坡具有明顯的沖刷、掏蝕效應(yīng)，破壞岸坡穩(wěn)定性。根據(jù)現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害與水系空間位置間的統(tǒng)計(jì)分析(圖1B)，絕大多數(shù)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育在距河流約0～600 m范圍內(nèi)，且距離水系越遠(yuǎn)，地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量有明顯降低的趨勢(shì)。據(jù)此將距水洗據(jù)悉分為4級(jí)，分別為0～200 m，200～400 m，400～600 m，>600 m。

2.1.2 植被覆蓋 地表植被根系對(duì)松散土體具有穩(wěn)固作用，一般植被發(fā)育的區(qū)域，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育較少。本文采用歸一化植被指數(shù)(NDVI)值反映植被覆蓋程度。NDVI一般在[-1，1]，其值越趨近1，植被覆蓋越高。跟據(jù)現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害與歸一化植被指數(shù)(NDVI)的統(tǒng)計(jì)分析(圖2C)，大多數(shù)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育在NDVI<0.25的區(qū)間，且地質(zhì)災(zāi)害隨植被覆蓋程度的降低而升高。據(jù)此將研究區(qū)的歸一化植被指數(shù)(NDVI)劃分為五級(jí)：0～0.2，0.2～0.25，0.25～0.3，0.3～0.5。

2.1.3 海拔 研究區(qū)海拔主要分布于600～2 200 m，由于海拔的差異，風(fēng)化作用對(duì)地表的改造作用的強(qiáng)弱和方式存在明顯差異。海拔低的區(qū)域植被發(fā)育，氣候潮濕，地表巖體吸收的太陽(yáng)能輻射較少，主要以生物風(fēng)化作用及化學(xué)風(fēng)化作用為主。海拔高的區(qū)域植被較不發(fā)育，氣候干燥寒冷，裸露基巖吸收的太陽(yáng)能輻射較多，晝夜溫差大，主要以物理風(fēng)化為主。跟據(jù)現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害與其海拔分布值的統(tǒng)計(jì)分析(圖1D)，地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)主要集中在海拔較高的區(qū)域，且隨著海拔的增高，地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量明顯升高。據(jù)此，將高程值分為4級(jí)，分別為：600～1 000 m，1 000～1 400 m，1 400～1 800 m，1 800～2 200 m。

2.1.4 坡度和坡向

(1) 坡度。坡度一定程度上反映地形復(fù)雜程度，是重要的孕災(zāi)條件之一。通常認(rèn)為，坡度越大，發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的概率也越大。據(jù)現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量與坡度之間統(tǒng)計(jì)分析關(guān)系(圖1E)可知，現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)育在坡度為15°～35°區(qū)域，且在不同坡度梯度均有分布，但主要集中在陡坡區(qū)域，并隨著坡度的增加，地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量也呈增加態(tài)勢(shì)。據(jù)此將研究區(qū)坡度分為4級(jí)，分別為：0°～15°，15°～25°，25°～35°，>35°。

(2) 坡向。坡向差異對(duì)降雨、風(fēng)速及光照等影響風(fēng)化速率的因子均有影響，通過對(duì)現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害在不同坡向的發(fā)育程度(圖1F)得知：地質(zhì)災(zāi)害在西向坡的斜坡上不發(fā)育；南向坡和北向坡也發(fā)育較少；北東向、南東向和東向的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)較為集中，共發(fā)育23個(gè)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)，占總地質(zhì)災(zāi)害總量的76.7%。將研究區(qū)坡向分為8級(jí)，分別為：0°～45°，45°～90°，90°～135°，135°～180°，180°～225°，225°～270°，270°～315°，315°～360°。

2.1.5 巖土類型和構(gòu)造

(1) 巖土體類型。巖土體軟硬程度和軟弱結(jié)構(gòu)面組合對(duì)巖體整體強(qiáng)度起決定性作用。研究區(qū)內(nèi)地層巖性多變，巖土體類型繁多，地質(zhì)災(zāi)害在不同巖土類型中發(fā)育程度亦大不相同。據(jù)表1可知，地質(zhì)災(zāi)害在硬夾軟巖土類型中最為發(fā)育，共發(fā)育17個(gè)災(zāi)害點(diǎn)，在較堅(jiān)硬巖組中共中等發(fā)育10個(gè)，松散土體中發(fā)育3個(gè)，在堅(jiān)硬巖組中若發(fā)育，僅發(fā)育1個(gè)?？梢姙?zāi)害點(diǎn)發(fā)育程度與巖石堅(jiān)硬程度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范(GB50021—2001)》(2009年版)，將研究區(qū)分為6類工程巖土體類型，分別為：第四系沖洪積砂礫石、礫石及黏土多層土體，堅(jiān)硬塊狀輝綠巖巖組，堅(jiān)硬中厚層石英砂巖巖組，較堅(jiān)硬中厚層狀變質(zhì)砂巖夾板巖巖組，較堅(jiān)硬中至厚層狀中等巖溶化灰?guī)r、白云巖巖組，較堅(jiān)硬中厚層狀砂巖夾軟弱中厚層狀頁(yè)巖巖組。

(2) 構(gòu)造。區(qū)域性斷裂帶和褶皺帶中巖體破碎，完整性差，地質(zhì)災(zāi)害往往密集發(fā)育，并沿構(gòu)造呈帶狀分布，統(tǒng)計(jì)研究區(qū)現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害與距離斷層距離的關(guān)系(圖1G)?？芍刭|(zhì)災(zāi)害主要發(fā)育于構(gòu)造線1 000 m的區(qū)域內(nèi)，共發(fā)育26個(gè)災(zāi)害點(diǎn)。而且距構(gòu)造線越近，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度明顯增高。據(jù)此以構(gòu)造線為中心，運(yùn)用ArcGIS緩沖區(qū)分析功能，建立多級(jí)緩沖區(qū)，共劃分為5個(gè)區(qū)域，分別為0～200 m，200～400 m，400～800 m，800～1 200 m，>1 200 m。

表1 不同巖土類型中災(zāi)害點(diǎn)個(gè)數(shù)及占比統(tǒng)計(jì)

2.1.6 道路和居民區(qū)

(1) 道路。城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村等道路和居民區(qū)工程建設(shè)，對(duì)地質(zhì)環(huán)境的擾動(dòng)及破壞較大，易加劇和誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害與已建道路和居民區(qū)的距離關(guān)系(圖1H)，可知地質(zhì)災(zāi)害主要分布在距離已建道路40 m范圍內(nèi)，共發(fā)育26個(gè)災(zāi)害點(diǎn)，總占比83.9%，同時(shí)隨著距離的增加，地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量逐漸減少。根據(jù)現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害與距道路距離的關(guān)系，將道路指標(biāo)分為5級(jí)，分別為：0～20 m，20～40 m，40～80 m，80～120 m，>120 m。

(2) 居民區(qū)。研究區(qū)內(nèi)居民區(qū)呈散點(diǎn)狀分布，多為村級(jí)居民區(qū)，農(nóng)業(yè)耕作活動(dòng)頻繁，無(wú)大型工程建設(shè)活動(dòng)。據(jù)(圖1I)可知，地質(zhì)災(zāi)害在居民點(diǎn)附近不同空間距離上發(fā)育數(shù)量均為3～4個(gè)，因此，居民生活生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的形成無(wú)明顯貢獻(xiàn)，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度與距離居民區(qū)遠(yuǎn)近間的關(guān)聯(lián)性較差，無(wú)明顯線性關(guān)系，故不考慮此因子。

根據(jù)以上分析，本文擬建高速公路易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)因子確定如下：多年平均降雨量、距水系距離、NDVI、高程、坡度、坡向、巖土體類型、距斷層距離、距道路距離等9個(gè)指標(biāo)因子。

圖1 地質(zhì)災(zāi)害主控因素與災(zāi)害點(diǎn)個(gè)數(shù)關(guān)系

2.2 評(píng)價(jià)單元的確定

基于特定大小格網(wǎng)的評(píng)價(jià)方法中，格網(wǎng)大小的確定尚沒有確定的標(biāo)準(zhǔn)。適宜網(wǎng)格大小的選取主要依靠專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，原始地形數(shù)據(jù)是網(wǎng)格單元選取首要考慮的因素[14]。目前,常用的基于專家經(jīng)驗(yàn)的計(jì)算公式為:

GS=7.49+0.000 6S-2.0×10～9S2+2.9×10～15S3

(5)

式中：GS為適宜網(wǎng)格的大小；S為原始等高線數(shù)據(jù)精度的分母。本次評(píng)價(jià)選用1∶5萬(wàn)地形圖海拔數(shù)據(jù)，根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)公式求得GS=32.852 5，綜合考慮NDVI柵格數(shù)據(jù)空間分辨率，本次評(píng)價(jià)格網(wǎng)大小取30×30 m，運(yùn)用ArcGIS軟件中數(shù)據(jù)管理工具生成30×30 m規(guī)則格網(wǎng)，據(jù)此將研究區(qū)劃分為80 584個(gè)評(píng)價(jià)單元，研究區(qū)評(píng)價(jià)因子如圖2(A—J)所示。

2.3 評(píng)價(jià)方法

地質(zhì)災(zāi)害本身是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，地質(zhì)災(zāi)害系統(tǒng)具有開放性、非線性和復(fù)雜性的特點(diǎn)。層次分析法(AHP)能夠量化將行業(yè)專家的經(jīng)驗(yàn)判斷，廣泛應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)中[15]。信息量法通過把反映影響區(qū)域穩(wěn)定性因素的實(shí)測(cè)值轉(zhuǎn)化成信息量值作為易發(fā)性區(qū)劃的定量指標(biāo)[16]。二者結(jié)合，能將專家的經(jīng)驗(yàn)判斷與概率計(jì)算統(tǒng)一，彌補(bǔ)信息量法忽略各因子間相對(duì)重要性以及層次分析法難以做到因子內(nèi)部量化的缺陷，也使主觀分析和客觀實(shí)際相結(jié)合。

2.3.1 層次分析法(AHP)

(1) 建立結(jié)構(gòu)層次模型。通過對(duì)研究區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀的分析，確定易發(fā)性評(píng)價(jià)目的及所選擇的評(píng)價(jià)因子，綜合分析系統(tǒng)所涉及的目標(biāo)、范圍、準(zhǔn)則、約束條件，確定綜合評(píng)價(jià)體系中各因子之間的關(guān)系，并根據(jù)指標(biāo)的隸屬關(guān)系進(jìn)行上下分層排列，建立地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系層次分析模型。本次評(píng)價(jià)以地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性作為目標(biāo)層，以氣象水文、地形地貌、巖性構(gòu)造、人類工程活動(dòng)作為準(zhǔn)則層，以對(duì)該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性影響較為明顯的9個(gè)因子作為方案層。

(2) 構(gòu)造判斷矩陣。采用1～9標(biāo)度法[16]，根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系確定的隸屬關(guān)系，對(duì)不同層次各因子間的相對(duì)重要性進(jìn)行判斷，確定權(quán)重，最終建立A-B層、B-C層判斷矩陣。

(3) 相對(duì)權(quán)重及一致性檢驗(yàn)。為避免判斷矩陣偏離一致性條件，在軟件下計(jì)算以上矩陣的最大特征根λmax及對(duì)應(yīng)的特征向量，并根據(jù)公式(1—2)驗(yàn)證判斷矩陣的一致性。

(1)

式中：；CI(consistency index)為一致性指標(biāo)；λmax為判斷矩陣的最大特征根；n為判斷矩陣的階數(shù)。

(2)

式中：；CR(consistency ratio)為一致性比例；RI(random index)為隨機(jī)一致性指標(biāo)。

當(dāng)CR<0.1時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣的一致性是可以接受的，否則應(yīng)對(duì)判斷矩陣進(jìn)行調(diào)整修正，直至判斷矩陣通過一致性檢驗(yàn)為止。

最終將準(zhǔn)則層對(duì)方案層(B-C)歸一化后的權(quán)重Wi在目標(biāo)層(A)下再次歸一化后，得到目標(biāo)層對(duì)方案層(A-C)的排序權(quán)重如表2所示。

表2 因子權(quán)重及計(jì)算過程

2.3.2 信息量法

(1) 信息量模型。信息量模型預(yù)測(cè)法采用地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生過程中熵的減少來(lái)表征地質(zhì)災(zāi)害事件產(chǎn)生的可能性，認(rèn)為地質(zhì)災(zāi)害的產(chǎn)生與預(yù)測(cè)過程中所獲取信息的數(shù)量和質(zhì)量有關(guān)，是用信息量來(lái)衡量的，信息量越大，表明發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性越大[17]，其表達(dá)式(3)如下：

(3)

式中：I(Y,x1,x2，…,xn)為因素組合x1，x2，…，xn對(duì)地質(zhì)災(zāi)害提供的信息量；P(Y,x1,x2，…,xn)為在因素組合x1，x2，…，xn下地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生概率；P(Y)為地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生概率。

由于影響地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性的因子諸多，相應(yīng)的因子組合形態(tài)亦多樣，樣本統(tǒng)計(jì)數(shù)量往往受到限制，故采用簡(jiǎn)化的單因素信息量模型分步計(jì)算，再綜合疊加分析，相應(yīng)的信息量模型改寫為:

(4)

式中：I為預(yù)測(cè)區(qū)某單元信息量預(yù)測(cè)值；Ni為分布在因素xi內(nèi)發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害的單元數(shù)；N為研究區(qū)發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害的單元總數(shù)；Si為具有因素xi屬性的單元總數(shù)；S為區(qū)內(nèi)劃分單元總數(shù)。

(3) 因子分級(jí)信息量值。根據(jù)前文對(duì)評(píng)價(jià)因子選取與分級(jí)研究分析，將9個(gè)影響因子分為43個(gè)分級(jí)，將研究區(qū)劃分為80 584個(gè)評(píng)價(jià)單元。運(yùn)用ArcGIS軟件中空間分析和空間連接工具，以各因子?xùn)鸥穹旨?jí)圖為底圖，將柵格值賦給評(píng)價(jià)單元格，并提取信息量模型中各指標(biāo)單元格個(gè)數(shù)。通過模型公式(公式4)，得到分級(jí)的信息量表(表3)。為節(jié)省表格空間，將巖土體類型用數(shù)字代替，其中1為第四系沖洪積砂、礫、黏土多層土體，2為堅(jiān)硬塊狀輝綠巖巖組，3為堅(jiān)硬中厚層狀石英砂巖巖組，4為堅(jiān)硬碎中厚層狀變質(zhì)砂巖夾板巖巖組，5為較堅(jiān)硬中至厚層狀中等巖溶化灰?guī)r、白云巖巖組，6為較堅(jiān)硬中厚層狀砂巖夾軟弱中厚層狀頁(yè)巖巖組。

2.3.3 AHP_信息量模型 結(jié)合層次分析法及信息量法對(duì)影響地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性因子運(yùn)算和分析所取得的成果，將各因子權(quán)重值與各因子分級(jí)信息量值相乘，得到各因子下各分級(jí)的綜合信息量值。AHP_信息量評(píng)價(jià)模型如下：

IZ=∑Wi×Iij

(6)

式中：IZ為評(píng)價(jià)單元的綜合信息量值；Wi為第i個(gè)因子的權(quán)重；Iij為第i個(gè)因子分級(jí)j的信息量值。

基于信息量值確定易發(fā)程度分區(qū)界線值常用的方法有突變點(diǎn)法、等間距法和自然斷點(diǎn)法等。自然斷點(diǎn)法(Natural Break)運(yùn)用聚類分析原理，以組間方差最大、組內(nèi)方差最小為聚類結(jié)束條件。因此，通過自然斷點(diǎn)法計(jì)算得到的分級(jí)結(jié)果，不同分級(jí)之間差異最大，符合地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)“區(qū)內(nèi)相似、區(qū)間相異”的原則。本次評(píng)價(jià)基于地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合信息量值柵格圖，選擇自然斷點(diǎn)法對(duì)研究區(qū)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)，共劃分為3級(jí)，分別為：高易發(fā)區(qū)(-0.114 306～0.975 986)，中易發(fā)區(qū)(-0.580 264～-0.114 306)，低易發(fā)區(qū)(-1.266 15～-0.580 318)。進(jìn)行重分類后，存在諸多噪點(diǎn)，使用ArcGIS鄰域分析工具，以90×90 m方格范圍進(jìn)行多次柵格平滑，得到最終研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)圖(圖2)。

圖2 指標(biāo)因子(A-I)圖與易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果(J-K)

類別評(píng)價(jià)因子分級(jí)編號(hào)信息量計(jì)算NiSiN/S信息量值降雨量800～900 mm190337710.005845-0.785363161900～1000 mm2296274850.0058450.6111486681000～1100 mm385193280.005845-0.28447395氣象水文水系距離0～200 m4249327350.0058450.26343767200～400 m5137214050.0058450.090786001400～600 m682124200.0058450.121840786>600 m73140240.005845-3.307728244植被覆蓋程度0～0.18193270290.0058450.200209440.1～0.29136229070.0058450.015641960.2～0.31098157660.0058450.0615413710.3～0.51144148820.005845-0.68153318海拔600～1000 m12193270290.0058450.200209441000～1400 m13136229070.0058450.015641961400～1800 m1498157660.0058450.0615413711800～2200 m1544148820.005845-0.68153318坡度<15°16113298780.005845-0.43530499地形地貌15°～25°17197284180.0058450.17061059730°～35°18146184270.0058450.304219256>35°191538610.005845-0.4084464010°～45°2060104880.005845-0.02145756945°～90°21124152000.0058450.33341575390°～135°22128151360.0058450.369383867坡向135°～180°23133145660.0058450.446088698180°～225°2418102100.005845-1.198566259225°～270°25663270.005845-1.818637106270°～315°26044150.005845—315°～360°27242420.005845-2.517458061284455430.0058450.30608337922905960.005845—巖土體類型33011117520.0058452.38320182443151318100.005845-1.29352545853219267220.005845-2.106618602巖土類型及構(gòu)造633246141610.0058451.0892694440～200 m34105163280.0058450.09550854200～400 m35165133410.0058450.749533089地質(zhì)構(gòu)造400～800 m36133154810.0058450.385165278800～1200 m375096370.005845-0.119157236>1200 m3818257970.005845-2.1254568330～20 m3914868340.0058451.30973173520～40 m407461890.0058450.715721186人類工程活動(dòng)道路影響帶40～80 m415102650.0058450.22317767880～120 m423879410.005845-0.200023437>120 m43136493550.005845-0.751954577

3 結(jié)果與分析

3.1 易發(fā)性分區(qū)結(jié)果驗(yàn)證

本文通過現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)空間分布判斷分區(qū)結(jié)果的的合理性及可靠性。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析得：易發(fā)性高易發(fā)區(qū)內(nèi)分布有23個(gè)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)，占地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)總數(shù)的74.2%。中易發(fā)區(qū)內(nèi)分布有6個(gè)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)，占地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)總數(shù)的19.4%。低易發(fā)區(qū)內(nèi)分布有2個(gè)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)，占地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)總數(shù)的6.4%。現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害在易發(fā)性高易發(fā)區(qū)內(nèi)強(qiáng)發(fā)育，在中易發(fā)性中等發(fā)育，在低易發(fā)性內(nèi)弱發(fā)育。從驗(yàn)證結(jié)果來(lái)看，本次評(píng)價(jià)分區(qū)合理，可靠性較高。

3.2 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)評(píng)價(jià)

利用ArcGIS統(tǒng)計(jì)工具，對(duì)基于AHP_信息量法得到研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(表4)，地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)面積為19.4 km2，共布置線路16.621 km。主要分布于研究區(qū)中部及東南部，該區(qū)域水系發(fā)育，海拔高差大，切割深，地形坡度較陡，巖性以砂巖夾頁(yè)巖為主，部分區(qū)域?yàn)榈谒南德?、礫石黏土，巖體風(fēng)化程度高，且局部區(qū)段存在軟弱夾層。受區(qū)域性斷裂影響，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，完整性差。加之該區(qū)路網(wǎng)密度大，且處于多雨區(qū)，易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。中易發(fā)區(qū)25.9 km2，分布于研究區(qū)北部及中南部，該區(qū)水系發(fā)育，海拔高差較小，地勢(shì)較為平坦，巖性多為灰?guī)r、白云巖和變質(zhì)砂巖夾板巖，地質(zhì)構(gòu)造中等發(fā)育，灰?guī)r堅(jiān)硬、性脆，受區(qū)域構(gòu)造影響，巖體破碎。該區(qū)路網(wǎng)密度較大，處多雨區(qū)，較易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。低易發(fā)區(qū)27.2 km2，研究區(qū)北部及南部均有分布，該區(qū)水系發(fā)育，地形平坦。巖性多為灰?guī)r、白云巖及變質(zhì)砂巖夾板巖，巖體強(qiáng)度大。地質(zhì)構(gòu)造弱發(fā)育。道路密度小，處少雨區(qū)，地質(zhì)災(zāi)害不易發(fā)。

表4 易發(fā)性分區(qū)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

4 結(jié) 論

(1) 對(duì)研究區(qū)現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行分析，根據(jù)影響因子與現(xiàn)狀地災(zāi)的統(tǒng)計(jì)關(guān)系確定分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。確定對(duì)研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育起主要控制作用的降雨量、水系影響帶、植被覆蓋程度、高程、坡度、坡向、巖土類型、地質(zhì)構(gòu)造及道路影響帶9個(gè)因子作為易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)并分級(jí)。此法在地質(zhì)災(zāi)害影響因子確定及分級(jí)中具有科學(xué)性、合理性、可操作性。

(2) 根據(jù)研究區(qū)現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害的分析，發(fā)現(xiàn)年平均降雨量大于900 mm的地區(qū)，距河流600 m范圍內(nèi)，距離構(gòu)造線1 000 m的區(qū)域內(nèi)，NDVI<0.25，海拔較高、坡陡的東南坡，以及巖土類型為硬夾軟的地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育集中。

(3) 結(jié)合層次分析法和信息量法對(duì)研究區(qū)進(jìn)行了地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)，并進(jìn)行分區(qū)。根據(jù)歷史災(zāi)害點(diǎn)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，表明耦合層次分析法和信息量法的評(píng)價(jià)模型在線狀工程地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)中可操作性強(qiáng)，結(jié)果可靠。

(4) 該擬建高速公路，地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)面積為19.4 km2，共布置線路16.621 km。主要分布于研究區(qū)中部及東南部，在公路建設(shè)及日后運(yùn)營(yíng)中應(yīng)加強(qiáng)高易發(fā)區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害防治工作，保障擬建高速公路的安全運(yùn)營(yíng)。