基于GIS的靈山縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)評價研究

黃希明， 江思義

(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測站，廣西 南寧 530029)

0 引言

從地質(zhì)環(huán)境角度，對可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的狀況進行易發(fā)性預(yù)測評價具有重要的實際意義，預(yù)測評價結(jié)果可為國家和地方政府的地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急管理和防災(zāi)減災(zāi)提供可靠的科學(xué)依據(jù)和資料[1]。

2000年我國制定了縣(市)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃基本要求，陸續(xù)出現(xiàn)了地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)分區(qū)性評價的研究成果。2002年，葉鳳珍等[2]以廣西田林縣為例，對該區(qū)域進行了地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)與評價；同年，鐘蔭乾[3]總結(jié)了地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價的評價方法和崩塌、滑坡、泥石流、巖溶塌陷的易發(fā)程度評價因子，強調(diào)必須同時注重災(zāi)害現(xiàn)狀和形成條件兩類；其后隨著GIS技術(shù)在我國的快速發(fā)展，全國各地以縣(市、區(qū))為單位的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價如雨后春筍一樣不斷冒出；席盼盼[4]借助GIS技術(shù)對西藏自治區(qū)林芝市的朗縣進行了地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價研究；金建府[5]基于GIS技術(shù)，建立模糊綜合評判模型對西藏自治區(qū)日喀則市的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性進行了評價研究；王峰[6]選取Logistic回歸模型與模糊綜合評價模型對四川省巴中市南江縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃進行了研究；楊姍妮[7]以福建省為例，對東南沿海地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價方法進行了研究。相關(guān)的研究成果不勝枚舉，區(qū)域不同，選取的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)評價的因子不同，再結(jié)合恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法或評價模型成為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)評價研究的關(guān)鍵。

1 研究區(qū)概況

靈山縣位于廣西南部，欽州市東北部，隸屬欽州市。地理坐標(biāo)為東經(jīng)108°44′～109°35′，北緯21°51′～22°38′，全縣總面積3 558.58 km2。靈山縣地勢東北高，中南低，西北成脊?fàn)?。東北為六萬大山的余脈，西北為十萬大山的余脈。受印支構(gòu)造運動的影響，大量巖漿巖入侵而形成由花崗巖巖體所盤踞的格局，屬桂東南典型的花崗巖地區(qū)。人類工程活動頻繁，大多數(shù)農(nóng)村地區(qū)農(nóng)民對地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)意識薄弱，是廣西地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)縣。

通過資料搜集和地質(zhì)災(zāi)害詳細調(diào)查，全縣地質(zhì)災(zāi)害點共591個，平均密度為0.166處/km2，其中滑坡42處、崩塌367處、不穩(wěn)定斜坡168處、巖溶地面塌陷13處、泥石流1處。

2 評價方法與評價因子研究

2.1 評價方法研究

地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)的方法有很多，總體上可分為定性分析和定量評價兩種，定量評價目前成為主導(dǎo)[6]。本次研究采用在定性分析工作區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特點的基礎(chǔ)上，利用GIS技術(shù)定量進行易發(fā)區(qū)劃分。具體方法步驟如下：

(1)根據(jù)靈山縣地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特點，確定控制和影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的主要(n個)因素，建立靈山縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價指標(biāo)體系；以定性評價方法建立各評價因子的影響范圍，并進行單因素評價分區(qū)，劃分為最多4個等級、最少2個等級，賦單因素評價值(Yi)。

(2)采用專家打分法確定各因素權(quán)重值(Wi)。

(3)以GIS平臺為依托，對各影響因素進行疊加分析，將研究區(qū)按各評價因子劃分為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性各異的多個分區(qū)。

(4)依據(jù)各分區(qū)評價因子打分值及各因子的權(quán)重值，用加權(quán)的方法計算各分區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合評價值(R)。

(5)根據(jù)各區(qū)域綜合評價得分的高低，進行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)。

2.2 評價因子的選取

地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)的評價因子可從現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征、基礎(chǔ)地質(zhì)條件和地質(zhì)災(zāi)害誘發(fā)因素三個大方向作為一級要素進行評價。在此基礎(chǔ)上進行再次細分，可分為地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密度、地貌類型、相對高差、巖組類型、殘坡積層厚度、多年平均降雨量、人類活動強度7個二級要素。在綜合分析了靈山縣地質(zhì)災(zāi)害的形成條件和影響因素的前提下，建立靈山縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價指標(biāo)體系，如圖1。

圖1 靈山縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價指標(biāo)體系

2.2.1 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密度

本次研究發(fā)現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)量為591處，其分布極不均勻，沙坪—煙墩—平南一帶、豐塘—石塘一帶、羅陽山南西端，地質(zhì)災(zāi)害分布較為密集，太平、縣城—平山一帶次之，陸屋—那隆—新圩谷地地質(zhì)災(zāi)害分布較稀疏。將靈山縣按現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害分布密集程度劃分為4類分區(qū)，地質(zhì)災(zāi)害分布最密集的區(qū)域評價值賦4分，然后依次賦3分、2分，分布最稀疏的區(qū)域賦值1分。得到研究區(qū)現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害分布密度單因素評價分區(qū)圖。

2.2.2 地貌類型

地貌類型是影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育與分布的重要因素之一。由資料顯示，低山丘陵地貌區(qū)各類地質(zhì)災(zāi)害及總地質(zhì)災(zāi)害分布數(shù)量和密度均最大，低山地貌區(qū)次之，紅層丘陵盆地地貌區(qū)再次，低丘谷地地貌區(qū)各類地質(zhì)災(zāi)害及總地質(zhì)災(zāi)害分布數(shù)量和密度最小。各地貌單元地質(zhì)災(zāi)害分布數(shù)量與密度極不均勻，從統(tǒng)計角度來看，地貌類型應(yīng)是影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育與分布的主要因素之一，作為本次易發(fā)分區(qū)的評價因素。低山地貌區(qū)地質(zhì)災(zāi)害分布數(shù)量和密度較低山丘陵地貌區(qū)低，其原因應(yīng)是低山地貌區(qū)山高坡陡，人類工程活動較弱所致，僅從地貌角度考慮，低山地貌區(qū)較低山丘陵地貌區(qū)地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)更易發(fā)生。為保持評價要素的相對獨立性，地貌類型單要素評價賦值如下：低山地貌4分，低山丘陵3分，紅層丘陵盆地2分，低丘谷地1分。得到研究區(qū)地貌類型單因素評價分區(qū)圖。

2.2.3 自然斜坡坡度

僅從地形坡度角度考慮，坡度越陡峻的區(qū)域，應(yīng)更易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。分析區(qū)域資料可知，靈山縣地形坡度<8°的地質(zhì)災(zāi)害分布數(shù)量及密度較??；坡度介于8°～15°之間的區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害分布數(shù)量及密度稍大；坡度介于15°～30°之間的區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害分布數(shù)量及密度最大；坡度大于30°的區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量少，分布密度小于坡度介于15°～30°之間的區(qū)域，其原因可能是因為坡度大于30°的區(qū)域分布面積小，且多在低山區(qū)，山高坡陡，人煙罕至，缺少重要的人為誘發(fā)因素。從以上統(tǒng)計來看，隨著地形坡度增加，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育數(shù)量和密度呈明顯上升趨勢，工作區(qū)地形坡度對地質(zhì)災(zāi)害的影響和控制作用明顯，地形坡度作為本次易發(fā)分區(qū)的評價因素之一。地形坡度單要素評價賦值如下：坡度>30°得4分，坡度15°～30°得3分，坡度8°～15°得2分，坡度<8°得1分。在ArcGIS平臺中，利用1∶5萬數(shù)字地形圖的等高線和高程點生成DEM(Topo to Raster)，然后再利用DEM計算坡度(Slope)，得到研究區(qū)自然斜坡坡度單因素評價分區(qū)圖。

2.2.4 相對高差

靈山縣各地形坡度區(qū)間內(nèi)，高差在10～40 m的區(qū)域，地質(zhì)災(zāi)害分布數(shù)量和密度最大；高差大于80 m的區(qū)域，地質(zhì)災(zāi)害分布數(shù)量和密度最?。桓卟钤?0 m之內(nèi)的區(qū)域，其分布面積大，地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量多，但地質(zhì)災(zāi)害分布密度較??；高差在40～80 m的區(qū)域，地質(zhì)災(zāi)害分布數(shù)量和密度介于10～40 m和大于80 m的區(qū)域。靈山縣現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害絕大部分為人為誘發(fā)，從村莊、廠礦、公路、農(nóng)田等的分布來看，高差越大的區(qū)域，人類工程活動越弱；高差大于80 m的區(qū)域，村莊、廠礦、公路、農(nóng)田等分布已非常稀疏，多分布原生或次生林地；高差在10 m之內(nèi)的區(qū)域村莊、廠礦、公路、農(nóng)田等的分布則非常密集；剔除人類工程活動影響，相對高差對工作區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的影響和控制作用還是較明顯的。相對高差單要素評價賦值如下：高差>80 m得4分，高差40～80 m得3分，高差10～40 m得2分，高差<10 m得1分。在ARCGIS平臺中，利用1∶5萬數(shù)字地形圖的等高線和高程點生成DEM(Topo to Raster)；然后根據(jù)地形特征和山腳谷地或附近山腳城鎮(zhèn)、公路分布將工作區(qū)分為若干個區(qū)，每個區(qū)根據(jù)谷地城鎮(zhèn)、公路高程賦一個起算高程值；將“高程起算面文件”轉(zhuǎn)換為柵格文件，與DEM作柵格差值計算(Raster Minus)，得到研究區(qū)相對高差單因素評價分區(qū)圖。

2.2.5 工程地質(zhì)巖組

由靈山縣各工程地質(zhì)巖組分布區(qū)可見，散體狀極軟全-強風(fēng)化花崗巖巖組分布區(qū)地質(zhì)災(zāi)害分布數(shù)量和密度遠高于其他巖組區(qū)；薄-中厚層較堅硬硅質(zhì)巖巖組、薄-中厚層較堅硬-軟弱砂頁巖巖組分布區(qū)地質(zhì)災(zāi)害分布數(shù)量和密度明顯高于其他類巖組區(qū)；中厚層堅硬-軟弱砂巖、礫巖夾泥巖巖組、薄-中厚層較堅硬-軟弱碎屑巖夾碳酸鹽巖巖組分布區(qū)地質(zhì)災(zāi)害分布數(shù)量和密度明顯高于厚層中等巖溶化堅硬純碳酸鹽巖巖組。從統(tǒng)計結(jié)果來看，工作區(qū)工程地質(zhì)巖組對地質(zhì)災(zāi)害的影響和控制作用較-強風(fēng)化花崗巖巖組得4分，薄-中厚層較堅硬硅質(zhì)巖巖組、薄-中厚層較堅硬-軟弱砂頁巖巖組得3分，中厚層堅硬-軟弱砂巖、礫巖夾泥巖巖組、薄-中厚層較堅硬-軟弱碎屑巖夾碳酸鹽巖巖組得2分，厚層中等巖溶化堅硬純碳酸鹽巖巖組得1分。得到研究區(qū)工程地質(zhì)巖組單因素評價分區(qū)圖。

2.2.6 殘坡積土層厚度對靈山縣殘坡積土層厚度與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育類型、數(shù)量、密度關(guān)系進行統(tǒng)計(取560處有殘坡積土層厚度記錄的地質(zhì)災(zāi)害點進行統(tǒng)計分析)。統(tǒng)計結(jié)果顯示，殘坡積層厚度越大的區(qū)域，地質(zhì)災(zāi)害分布密度越大，坡積層厚度對地質(zhì)災(zāi)害的影響和控制作用明顯，作為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度評價因素之一。殘坡積層厚度單要素評價賦值如下：厚度3.0～4.5 m得4分，厚度1.5～3.0 m得3分，厚度1.0～1.5 m得2分，厚度<1.0 m得1分。得到研究區(qū)殘坡積土層厚度單因素評價分區(qū)圖。

2.2.7 多年平均降雨量

利用多年平均降雨量參與地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度評價。多年平均降雨量單要素評價賦值如下：多年平均降雨量>1 800 mm得4分，1 700～1 800 mm得3分，1 600～1 700 mm得2分， <1 600 mm得1分。得到研究區(qū)多年降雨量單因素評價分區(qū)圖。

2.2.8 人類工程活動

人類工程活動是誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害最活躍最積極的因素，其對地質(zhì)災(zāi)害的形成發(fā)育的影響是極為復(fù)雜的，如何定量化反映是個難題。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，對靈山縣斜坡穩(wěn)定性影響最大的是城鎮(zhèn)化建設(shè)、農(nóng)村建設(shè)和道路交通建設(shè)中進行的人工切坡，本次詳查工作收錄及調(diào)查發(fā)現(xiàn)的591處地質(zhì)災(zāi)害中基本上與之有直接關(guān)系。鑒于此，本次主要根據(jù)遙感解譯的人工切坡密度和規(guī)模，將工作區(qū)人類工程活動強度分為四級，強、較強、中、弱，分別賦值4分、3分、2分、1分。得到研究區(qū)人類工程活動強度單因素評價分區(qū)圖。

2.2.9 地震

靈山縣是廣西歷史上有記載遭受地震災(zāi)害最嚴重的縣，其在地震構(gòu)造分區(qū)上屬桂東南強震構(gòu)造區(qū)。根據(jù)靈山縣活動性構(gòu)造分布、歷史地震分布及震級，將靈山縣地震強度分為四級，強、較強、中、弱，分別賦值4分、3分、2分、1分。得到研究區(qū)地震單因素評價分區(qū)圖。

2.3 評價因子權(quán)重計算和分級賦值

在選用的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密度、地貌類型、自然斜坡坡度、地形相對高差、工程地質(zhì)巖組、殘坡積土層厚度、人類活動強度、多年平均降雨量、地震9項評價因素權(quán)重打分的基礎(chǔ)上，計算各因素算術(shù)平均值作為該因素的權(quán)重(表1)，權(quán)重總和為1。

表1 靈山縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度評價中各參評因素賦值標(biāo)準(zhǔn)及權(quán)重分配表

2.4 ArcGIS加權(quán)疊加及量化分析

利用ArcGIS系統(tǒng)的空間分析功能將9個參與易發(fā)程度評價的單因素圖作疊加分析(Analysis Tools->Overlay->intersect)，得出帶有疊加屬性的不同分區(qū)。在以上疊加分區(qū)的基礎(chǔ)上，利用ArcGIS系統(tǒng)的“字段計算(Data Management Tools->Fields->Calculate Field)”功能，計算分區(qū)各自的綜合評價值。為便于易發(fā)區(qū)劃分，以綜合評價值為準(zhǔn)，對各區(qū)漸變賦色。

按地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合評價得分的高低，進行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)分區(qū)。本次采用突變點法進行確定，經(jīng)過統(tǒng)計分析，從中找出突變點作為易發(fā)程度分區(qū)界線值，將區(qū)域劃分為不易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)和高易發(fā)區(qū)4個不同等級的區(qū)域(圖2)。同一易發(fā)等級的區(qū)域，將花崗巖分布區(qū)與其他巖類分布區(qū)區(qū)分開來，并對其進行分區(qū)編號。

依據(jù)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度區(qū)劃結(jié)果，地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度劃分為高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)、不易發(fā)區(qū)4個等級，共13個地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)亞區(qū)，各區(qū)具體分布位置見圖2。

據(jù)統(tǒng)計，靈山縣地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)總面積為862.03 km2，占全縣總面積的24.22%，包括4個地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)亞區(qū)；地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū)總面積為336.31 km2，占全縣總面積的9.45%，包括2個地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)亞區(qū)；地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)總面積為1 360.52 km2，占全縣總面積的38.23%，包括4個地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)亞區(qū)；地質(zhì)災(zāi)害不易發(fā)區(qū)總面積為999.72 km2，占全縣總面積的28.10%，包括3個地質(zhì)災(zāi)害不易發(fā)亞區(qū)。靈山縣各地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)亞區(qū)的具體情況及基本特征見表2。

圖2 靈山縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)圖

分區(qū)亞區(qū)現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度面積/km2占全縣面積百分比/%編號名稱面積/km2占全縣面積百分比/%滑坡/處崩塌/處泥石流/處不穩(wěn)定斜坡/處巖溶地面塌陷/處合計/處密度/(處·平方公里-1)涉及鄉(xiāng)鎮(zhèn)高易發(fā)A862.0324.22A1-1龍淵村—教塘村花崗巖高易發(fā)區(qū)244 6.885690190930.381 武利、檀圩、新圩、佛子A1-2平南鎮(zhèn)—煙墩鎮(zhèn)花崗巖高易發(fā)區(qū)310 8.731413103511810.584 舊洲、沙坪、煙墩、平南、靈城、三隆、那隆A1-3豐塘鎮(zhèn)—深水村花崗巖高易發(fā)區(qū)153 4.3136004401070.699 豐塘、平山、石塘A1-4象山村—白花村花崗巖高易發(fā)區(qū)153 4.301221260500.327 石塘、平山、佛子中易發(fā)B336.319.45B1-1平山鎮(zhèn)—石塘鎮(zhèn)花崗巖中易發(fā)區(qū)185 5.201160100270.146 石塘、平山、佛子、靈城B1-2太平鎮(zhèn)—鎮(zhèn)南村花崗巖中易發(fā)區(qū)151 4.25213070220.146 太平、舊洲

續(xù)表2

分區(qū)亞區(qū)現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度面積/km2占全縣面積百分比/%編號名稱面積/km2占全縣面積百分比/%滑坡/處崩塌/處泥石流/處不穩(wěn)定斜坡/處巖溶地面塌陷/處合計/處密度/(處·平方公里-1)涉及鄉(xiāng)鎮(zhèn)低易發(fā)C1360.5238.23C1-1伯勞鎮(zhèn)—秧地塘村花崗巖低易發(fā)區(qū)387 10.90010030130.034 伯勞、武利、檀圩、新圩、佛子C1-2教馬村—石堆村花崗巖低易發(fā)區(qū)253 7.120000000 太平、舊洲、煙墩、三隆、那隆、陸屋C2-1文利鎮(zhèn)—木棉村碎屑巖低易發(fā)區(qū)615 17.3210300145590.096 文利、伯勞、陸屋、三隆、那隆C2-2靈城鎮(zhèn)—佛子鎮(zhèn)碎屑巖低易發(fā)區(qū)102 2.8935027170.166 靈城、平南、佛子不易發(fā)D999.7228.10D1新圩鎮(zhèn)—古城村碎屑巖不易發(fā)區(qū)570 16.071101030.005 陸屋、三隆、那隆、檀圩、靈城、新圩D2新民村—升安村碎屑巖不易發(fā)區(qū)203 5.720000000.000 伯勞、文利D3那線村—金銀村碎屑巖不易發(fā)區(qū)224 6.31210070190.085 太平、沙坪、煙墩、平南合計3558.581003550100423671168135910.166

3 結(jié)論

(1)建立了靈山縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價指標(biāo)體系，靈山縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價因子包括地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密度、地貌類型、自然斜坡坡度、地形相對高差、工程地質(zhì)巖組、殘坡積土層厚度、人類活動強度、多年平均降雨量、地震9個影響地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性的地質(zhì)環(huán)境因素。

(2)依據(jù)預(yù)測分區(qū)指標(biāo)計算，靈山縣地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)總面積為862.03 km2，占全縣總面積的24.22%；地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū)總面積為336.31 km2，占全縣總面積的9.45%；地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)總面積為1 360.52 km2，占全縣總面積的38.23%；地質(zhì)災(zāi)害不易發(fā)區(qū)總面積為999.72 km2，占全縣總面積的28.10%。

(3)以靈山縣地質(zhì)災(zāi)害詳細調(diào)查成果資料作為依據(jù)，建立靈山縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)分區(qū)評價指標(biāo)體系，利用ArcGIS的空間分析功能對研究區(qū)地質(zhì)易發(fā)性進行評價研究，其結(jié)果相對科學(xué)、直觀、準(zhǔn)確。