基于GIS 的貴州省赫章縣滑坡易發(fā)性區(qū)劃研究

郭志軍，謝紅東，艾燦偉

(貴州省煤田地質(zhì)局一七四隊(duì)，貴州 貴陽(yáng) 550081)

0 引言

地質(zhì)災(zāi)害引起因素主要有自然因素(地質(zhì)環(huán)境方面)、人為因素(人類工程活動(dòng))及兩者共同作用［1］。崩塌、滑坡、不穩(wěn)定斜坡、地面塌陷、泥石流及地裂縫等是目前主要存在的地質(zhì)災(zāi)害類型。其發(fā)育分布情況的影響因素較多，主要為地質(zhì)環(huán)境方面的，如地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及地震、人類工程活動(dòng)等;其次為外界條件誘發(fā)所致。地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)具有極易發(fā)生的地質(zhì)環(huán)境條件，如所在地地形陡峻、地質(zhì)構(gòu)造條件復(fù)雜、煤礦及其他礦產(chǎn)開采區(qū)等。

地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)評(píng)價(jià)方法很多［2－5］，其中利用MAPGIS 軟件進(jìn)行的評(píng)價(jià)工作也較多，此種方法通常是首先將影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的各影響因素生成一個(gè)MAPGIS 圖層，然后利用層次分析法獲取各影響因素的權(quán)重指數(shù)，最后利用MAPGIS 空間分析功能得到各評(píng)價(jià)單元的綜合危險(xiǎn)性指數(shù)，進(jìn)而生成研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)圖［6－11］。本文以赫章縣高位排查成果資料為依據(jù)，利用前人總結(jié)的研究區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)指標(biāo)及權(quán)重［12］，求得各單元格滑坡綜合危險(xiǎn)性指數(shù)，最后利用MAPGIS的空間分析功能得到赫章縣滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)圖。

1 研究區(qū)概況

1.1 研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境背景概況

赫章縣隸屬貴州省畢節(jié)市，位于貴州省西北部，所處位置為中亞熱帶暖溫濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，四季不分明但干濕季分明，日溫差較大，月及年溫差小，年平均溫度14.1℃，年平均降雨量875mm，且大部分降雨集中在每年的5 ～9月份。研究區(qū)內(nèi)地勢(shì)整體中西部高，東部相對(duì)較低，高差在500 ～700m，區(qū)內(nèi)地貌分三大類:溶蝕地貌、溶蝕－侵蝕地貌、侵蝕地貌。依據(jù)形態(tài)組合又細(xì)分為8 小類:堆積階地、低中山緩丘坡地、中切中山、淺切中山、溶蝕－侵蝕中山峽谷(深谷)、溶蝕～侵蝕中山溝谷、巖溶峰叢溝谷、溶丘洼地(圖1)。地層出露由新至老為第四系、侏羅系、三疊系、二疊系、石炭系、泥盆系、志留系、奧陶系、寒武系，主要為二疊系和三疊系出露，其他均為零星分布。巖性主要為灰?guī)r、白云巖、泥巖、泥砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粘土巖、炭質(zhì)頁(yè)巖及玄武巖等(圖2)。區(qū)內(nèi)大地構(gòu)造上縣境以東為揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)黔北臺(tái)隆遵義斷拱畢節(jié)北東構(gòu)造區(qū)，以西及西南區(qū)為六盤水?dāng)嘞萃幈蔽飨驑?gòu)造變形區(qū)［13］。區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造行跡走向?yàn)楸睎|、北西，東西向、北北東向構(gòu)造及弧形構(gòu)造零星分布。整體構(gòu)造體系主要形成于燕山期，但定形時(shí)間略有先后，北東向構(gòu)造在晚近時(shí)期有過(guò)劇烈活動(dòng)。

圖1 赫章縣地貌分布圖Fig．1 Distribution map of geomorphologic characteristic of Hezhang County

1.2 研究區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害概況

截至2018年赫章縣境內(nèi)共發(fā)育有地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)167 處，其中滑坡(不穩(wěn)定斜坡)103 處，占地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)總數(shù)的61.68%(圖2)。在這103 處滑坡災(zāi)害點(diǎn)中，規(guī)模小型的87 處，占比84.47%，規(guī)模中型的15 處，占比14.56%，規(guī)模大型的1處，占比0.97%，規(guī)模特大型的0 處。

圖2 赫章縣地質(zhì)災(zāi)害隱患分布圖Fig．2 Distribution map of geological hazards in Hezhang County

2 評(píng)價(jià)方法及過(guò)程

2.1 單元網(wǎng)格劃分

本文以1 ∶5 萬(wàn)赫章縣行政區(qū)劃圖為底圖基礎(chǔ)，利用規(guī)則的正方形單元格劃分評(píng)價(jià)單元對(duì)赫章縣地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行易發(fā)性區(qū)劃，地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)中每個(gè)單元面積為1km×1km ～3km×3km，對(duì)于地質(zhì)條件變化不大的地區(qū)，單元面積可取高值，地質(zhì)條件復(fù)雜或需詳細(xì)研究的地區(qū)，單元面積可取低值，與地質(zhì)條件不適宜的網(wǎng)格大小可能會(huì)導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果些許偏差，而赫章縣地質(zhì)條件復(fù)雜程度為中等，故以2km×2km 為一個(gè)單元格，周邊不足一格的合并到相鄰單元格中，將赫章縣國(guó)土面積大致劃分為773 個(gè)單元格(圖3)，以此為基本單元，定量計(jì)算值為主、定性評(píng)判取值為輔“就高不就低”進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)及權(quán)重的選取

地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度評(píng)價(jià)是在一定的評(píng)價(jià)指標(biāo)下進(jìn)行的，選取合適的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及權(quán)重可使評(píng)價(jià)結(jié)果更準(zhǔn)確反映真實(shí)情況，地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)具有其易發(fā)生的地質(zhì)環(huán)境條件，如所在地地形陡峻、地質(zhì)構(gòu)造條件復(fù)雜、煤礦及其他礦產(chǎn)開采區(qū)等。地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)性評(píng)價(jià)內(nèi)容主要是地質(zhì)災(zāi)害的形成條件和主要誘發(fā)因素。受地質(zhì)環(huán)境條件、人類活動(dòng)情況及災(zāi)害發(fā)育差異的影響，各單元區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)情況、災(zāi)種發(fā)育情況各不相同。本文依據(jù)文獻(xiàn)［12］中滑坡的評(píng)價(jià)指標(biāo)及權(quán)重對(duì)研究區(qū)進(jìn)行易發(fā)程度評(píng)價(jià)，其評(píng)價(jià)指標(biāo)與權(quán)重見表1。

圖3 赫章縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)單元網(wǎng)格剖分圖Fig．3 Grid partition map of geological hazard susceptibility assessment unit in Hezhang County

表1 滑坡(不穩(wěn)定斜坡)易發(fā)性量化評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)［12］Tab．1 Quantitative scoring criteria of landslides(unstable slopes)susceptibility

2.3 綜合危險(xiǎn)性指數(shù)的計(jì)算

(1)滑坡易發(fā)性綜合危險(xiǎn)性指數(shù)計(jì)算公式:

式中:Efh為滑坡易發(fā)性綜合危險(xiǎn)性指數(shù);ai為環(huán)境變量權(quán)重;Aj為環(huán)境變量得分(表1)。

(2)依據(jù)公式(1)得到每個(gè)單元格中滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合危險(xiǎn)性指數(shù)，以81 號(hào)單元格滑坡易發(fā)性綜合危險(xiǎn)性指數(shù)計(jì)算為例:坡度屬于25°～45°項(xiàng)，取值40;單元格內(nèi)為三疊系飛仙關(guān)組粉砂巖，屬于煤系地層、斷層角礫巖、軟硬相間的地層項(xiàng)，地層巖性及巖土體結(jié)構(gòu)取值40;斜坡結(jié)構(gòu)屬于順向?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)斜坡崩滑殘留體斜坡，活動(dòng)結(jié)構(gòu)面已連通項(xiàng)，取值40;新構(gòu)造活動(dòng)與地震屬于相對(duì)穩(wěn)定區(qū)地震烈度＜7 度項(xiàng)，取值10;人類工程活動(dòng)屬于礦業(yè)開采普遍項(xiàng)，取值40;斜坡高度屬于50～100m 項(xiàng)，取值10;三日最大降水量屬于85～200mm 項(xiàng)，取值30;斜坡變形破壞情況屬于存在不穩(wěn)定的潛在緩坡或者土層變形體有正在活動(dòng)的滑坡體項(xiàng)，取值40;通過(guò)式(1)計(jì)算得81 號(hào)單元格易發(fā)性綜合危險(xiǎn)性指數(shù)Efh= ((0.10*40 + 0.15* 40 + 0.15* 40 + 0.08* 10 + 0.10* 40 +0.07* 10 +0.15* 30+0.20* 40))/40= 0.76，依次類推，分別計(jì)算出其他772 個(gè)格子的滑坡易發(fā)性綜合危險(xiǎn)性指數(shù)。

3 赫章縣滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)

將773 個(gè)單元格的綜合危險(xiǎn)性指數(shù)值通過(guò)編輯單元格區(qū)屬性結(jié)構(gòu)進(jìn)行賦值，利用MAPGIS－1輔助工具－導(dǎo)入導(dǎo)出－導(dǎo)出屬性數(shù)據(jù)(WB)將各單元格易發(fā)性綜合危險(xiǎn)性指數(shù)導(dǎo)出成一個(gè)WB 文件，然后將各單元格區(qū)文件通過(guò)區(qū)編輯－自動(dòng)區(qū)標(biāo)注生成一個(gè)以ID 號(hào)為注釋的點(diǎn)文件，最后將這個(gè)ID 號(hào)的點(diǎn)文件與綜合危險(xiǎn)性指數(shù)的WB 文件進(jìn)行連接得到一個(gè)以綜合危險(xiǎn)性指數(shù)為高程點(diǎn)的各單元格高程模型，利用MAPGIS 空間分析中的DTM 分析功能生成研究區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合危險(xiǎn)性指數(shù)等值線圖，然后結(jié)合前人對(duì)本地區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度評(píng)價(jià)結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的地質(zhì)災(zāi)害分布情況綜合分析，將研究區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合危險(xiǎn)性指數(shù)中Efh≥0.70 定義為高易發(fā)區(qū)，0.50≤Efh＜0.70 定義為中易發(fā)區(qū)，Efh＜0.50 定義為低易發(fā)區(qū)。經(jīng)過(guò)編輯修飾生成研究區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)圖(圖4)。

圖4 赫章縣滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度區(qū)劃圖Fig．4 Zoning map of geological hazard susceptibility of landslide in Hezhang County

4 滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)結(jié)果及評(píng)價(jià)

從赫章縣滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度區(qū)劃圖(圖3)可以看出，赫章縣滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)分為:滑坡地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)、滑坡地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū)及滑坡地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)。地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)主要位于赫章縣的中北部，分區(qū)結(jié)果基本能夠反映赫章縣滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的分布情況與危害程度。

4.1 滑坡地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)

該區(qū)涉及赫章縣德卓、安樂溪、可樂、結(jié)構(gòu)、朱明、財(cái)神、羅州、城關(guān)、達(dá)依、六曲河、古基、哲莊、野馬川等15 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，面積722.61km2，占全縣面積的22.27%，區(qū)內(nèi)有89 處滑坡地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)發(fā)育分布，占全縣滑坡總災(zāi)害點(diǎn)數(shù)的86.41%，災(zāi)害點(diǎn)密度為0.123 處/km2，災(zāi)害點(diǎn)分布整體較密集，災(zāi)害體規(guī)模較大，整體穩(wěn)定性差。易發(fā)區(qū)內(nèi)包括溶蝕－侵蝕中山溝谷、侵蝕地貌的淺切中山兩種地貌類型。地層出露由新至老主要為自流井組(J1－2z)、二橋組(T3J1e)、關(guān)嶺組(T2g)、嘉陵江組(T1－2j)、飛仙關(guān)組(T1f)、峨眉山玄武巖組(P2－3em)、龍?zhí)督M(P3l)、茅口組(P2m)、棲霞組(P2q)、梁山組(P2l)，巖性主要為軟質(zhì)巖類及軟硬相間巖類(砂巖、粉砂巖、白云巖、灰?guī)r、泥灰?guī)r及砂頁(yè)巖等)，具有易崩易滑地層的特質(zhì)。本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較發(fā)育，整體構(gòu)造行跡走向?yàn)闁|西向，年降水量大于800mm。本區(qū)為縣域內(nèi)人口最密集，經(jīng)濟(jì)及交通最發(fā)達(dá)，水利水電等基礎(chǔ)設(shè)施分布最多，人類工程活動(dòng)最強(qiáng)烈的地帶。經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展會(huì)帶來(lái)大規(guī)模基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，進(jìn)而破壞原有地質(zhì)環(huán)境條件，增加地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻率。該滑坡地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)分4 個(gè)亞區(qū):德卓滑坡高易發(fā)區(qū)(A1)、安樂溪－朱明－哲莊－城關(guān)－野馬川滑坡高易發(fā)區(qū)(A2)、古達(dá)滑坡高易發(fā)區(qū)(A3)、松林坡滑坡高易發(fā)區(qū)(A4)(圖2)。

4.2 地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū)

該區(qū)涉及赫章縣德卓、河鎮(zhèn)、可樂、輔處、鐵匠、水塘、威奢、古達(dá)、結(jié)構(gòu)、財(cái)神、六曲、古基、哲莊等21 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，面積1590.05km2，占全縣面積的49.01%，區(qū)內(nèi)有13 處滑坡地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)發(fā)育分布，占全縣滑坡總災(zāi)害點(diǎn)數(shù)的12.62%，災(zāi)害點(diǎn)密度0.008 處/km2。地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布整體相對(duì)較稀疏，且規(guī)模一般，穩(wěn)定性較差。易發(fā)區(qū)內(nèi)主要為侵蝕地貌的淺切中山地貌類型。區(qū)內(nèi)地層出露自新至老主要為自流井組(J1－2z)、二橋組(T3J1e)、關(guān)嶺組(T2g)、嘉陵江組(T1－2j)、飛仙關(guān)組(T1f)、峨眉山玄武巖組(P2－3em)、龍?zhí)督M(P3l)、茅口組(P2m)、望城坡－堯梭組(D3w-y)、黃龍－馬平組棲霞組(C2h-m)等，巖性主要為硬質(zhì)巖類、軟硬相間巖類(灰?guī)r、白云巖、砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖等)，具有易滑地層的特質(zhì)。本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較發(fā)育，整體構(gòu)造行跡走向?yàn)楸蔽飨?，年降水量大?00mm。人類工程活動(dòng)相對(duì)較強(qiáng)烈，主要包括采礦、公路房屋修建及農(nóng)耕等。區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度一般，地質(zhì)環(huán)境條件較差(圖2)。

4.3 地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)

該區(qū)涉及赫章縣鐵匠、雙坪、媽姑、水塘、珠市、雉街、興發(fā)、松林坡等11 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，面積931.61km2，占全縣面積的28.72%，區(qū)內(nèi)人口密集，僅在珠市鄉(xiāng)附近發(fā)現(xiàn)一不穩(wěn)定斜坡災(zāi)害?；聻?zāi)害點(diǎn)分布稀疏，穩(wěn)定性較差。易發(fā)區(qū)內(nèi)主要為溶蝕地貌的溶丘洼地地貌類型，區(qū)內(nèi)地層出露由新至老為峨眉山玄武巖組(P2－3em)、茅口組(P2m)、棲霞組(P2q)、梁山組(P2l)、馬平組(C2p1m)、黃龍組(C2h)、擺佐組(Cb)、上司組(C1sh)、舊司組(C1j)、祥擺組(C1x)、堯梭組(D3y)、望城坡組(D3w)、獨(dú)山組(D2d)地層，巖性主要為白云巖、灰?guī)r、泥灰?guī)r及玄武巖等硬質(zhì)巖類，為一套相對(duì)穩(wěn)定的地層。本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育一般，整體走向?yàn)楸睎|向，年降水量大于800mm。巖土體相對(duì)較完整，風(fēng)化程度低，地形坡度一般30°以下。人類工程活動(dòng)一般，主要為公路、房屋修建及農(nóng)耕活動(dòng)等(圖2)。

5 結(jié)論

(1)赫章縣共發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)167 處，其中滑坡(不穩(wěn)定斜坡)103 處占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的61.68%。103 處滑坡災(zāi)害點(diǎn)中，規(guī)模小型的87處，規(guī)模中型的15 處，規(guī)模大型的1 處，分別占滑坡災(zāi)害點(diǎn)數(shù)的84.47%、14.56%、0.97%。

(2)滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)分為3 個(gè)大區(qū):滑坡地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)，滑坡地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū)及滑坡地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)，面積分別占全縣面積的22.27%、49.01%及28.72%。中高易發(fā)區(qū)占比70%以上，反映赫章縣滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度整體較高。

(3)分區(qū)結(jié)果與赫章縣實(shí)際調(diào)查滑坡災(zāi)害點(diǎn)分布情況基本一致，表明本文評(píng)價(jià)方法的可靠性和實(shí)用性，其評(píng)價(jià)結(jié)果可為其他地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)評(píng)價(jià)提供參考，同時(shí)其結(jié)合研究區(qū)實(shí)際地質(zhì)環(huán)境情況可為赫章縣政府部門防災(zāi)減災(zāi)及滑坡災(zāi)害點(diǎn)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提供一定依據(jù)。