基于ArcGIS平臺的廣東云浮云安區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危害程度分區(qū)評價

趙 魁

(廣東省化工地質(zhì)勘查院，廣東 廣州 510800)

0 引言

云安區(qū)地處廣東省西部，下轄7個鎮(zhèn)(六都鎮(zhèn)、高村鎮(zhèn)、白石鎮(zhèn)、鎮(zhèn)安鎮(zhèn)、富林鎮(zhèn)、石城鎮(zhèn)與都楊鎮(zhèn))，總面積1 172.4 km2，總?cè)丝?3.15萬人。區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜，斷裂構(gòu)造發(fā)育，雨量充沛且集中，人類工程活動強烈，致使崩塌、滑坡等災(zāi)害頻發(fā)，是廣東省地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)縣之一。由于地質(zhì)災(zāi)害分布的空間差異性，為便于分區(qū)防治，需對地質(zhì)災(zāi)害開展危險性分區(qū)評價。地質(zhì)災(zāi)害的危險性分區(qū)是通過將地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)性及危害性疊加來實現(xiàn)的[1-3]，地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性及危害性分區(qū)方法的科學(xué)性直接決定著地質(zhì)災(zāi)害危險性分區(qū)的合理性。近年來，國內(nèi)外對地質(zhì)災(zāi)害分區(qū)的研究較多，如楊志華等[4]基于傳統(tǒng)信息量模型和Logistic邏輯回歸模型，建立了加權(quán)信息量模型，完成了青藏高原東緣地震擾動區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合評價；張超等[5]基于多元線性回歸模型，將昭通市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性劃分為高、中、低、不易發(fā)四個等級；HONG H Y等[6]通過對比EBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、FR概率模型、Logistic邏輯回歸模型和RF隨機森林模型，發(fā)現(xiàn)EBF模型和FR模型對蓮花縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)效果最好。這些研究主要集中在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)方法上，而對地質(zhì)災(zāi)害危害性分區(qū)方法的研究則較少，且已有研究多是根據(jù)已調(diào)查到的地災(zāi)隱患點所威脅的人員、財產(chǎn)進行危害性評價，如高帥等[7]對榆陽區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險性的分區(qū)、仵撥云等[8]對陜西鎮(zhèn)安縣地質(zhì)災(zāi)害危險性的分區(qū)，周靜靜等[9]對秦巴山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險性的評價，均將調(diào)查所得災(zāi)害點險情作為危害性圖層與易發(fā)性圖層進行疊加，考慮了局部受威脅人口、財產(chǎn)的現(xiàn)狀因素，而忽略了區(qū)域人口、財產(chǎn)的分布特征對危害性的潛在影響，分區(qū)結(jié)果受調(diào)查精度及調(diào)查人主觀因素的影響較大。也有學(xué)者在對地質(zhì)災(zāi)害危險性分區(qū)時，將地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)近似等同于危險性分區(qū)，如邱曼等[10]對葉城二牧場轄區(qū)進行地質(zhì)災(zāi)害危險性評價時，將利用層次分析法得到的易發(fā)性指數(shù)直接作為危險性分區(qū)的依據(jù)；GUPTA和JOSHI[11]利用GIS平臺，將巖性、構(gòu)造、土地利用三個圖層疊加得到的LNRF值(滑坡名義風(fēng)險值)作為評價下喜馬拉雅山脈的拉姆甘加集水區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害危險性的指標(biāo)；朱進守等[12]在對西藏貢覺縣地質(zhì)災(zāi)害危險性評價時，選取坡度、地災(zāi)點密度、工程巖組、構(gòu)造密度、植被覆蓋度、河網(wǎng)密度、年均降雨量7個評價因子作為地質(zhì)災(zāi)害危險性評價指標(biāo)，這些研究均未考慮受威脅人員、財產(chǎn)易損性的空間差異，其危險性分區(qū)結(jié)果中容易出現(xiàn)危險性大區(qū)中無威脅對象或威脅對象較少的情況。本文在對云安區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件及地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查基礎(chǔ)上，利用ArcGIS空間分析功能，選取2個局部影響因素——地災(zāi)隱患點威脅的人口及財產(chǎn)數(shù)量、2個區(qū)域影響因素——土地利用現(xiàn)狀及人口密度，共4個因素作為評價因子，對云安區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危害性進行了分區(qū)劃定，以期進一步提高地質(zhì)災(zāi)害危害性評價精度，為云安區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的防治工作提供更為可靠的技術(shù)依據(jù)。

1 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征

云安區(qū)以丘陵地貌為主，局部中低山及平原地貌，地形起伏較大，地層巖性、構(gòu)造及工程地質(zhì)條件較為復(fù)雜。由于山區(qū)交通設(shè)施建設(shè)、工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，特別是農(nóng)村削坡建房等活動產(chǎn)生了較多的人工邊坡，坡體裸露，大多未采取防治措施，在降雨條件下易發(fā)生崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害；另外，區(qū)內(nèi)還存在較多采石場，開采礦種以花崗巖、石灰?guī)r為主，露天開采形成大量邊坡，在強降雨或持續(xù)降雨等極端天氣條件下，易發(fā)生崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。截止2018年11月，經(jīng)地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查共計發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害隱患點213處，其中崩塌13處，滑坡24處，不穩(wěn)定斜坡176處，威脅人口2 480人，造成直接經(jīng)濟損失570.50萬元，潛在經(jīng)濟損失9 775.65萬元。地質(zhì)災(zāi)害點及不穩(wěn)定斜坡點分布情況見圖1。

圖1 云安區(qū)地質(zhì)災(zāi)害隱患點分布圖Fig.1 Distribution map of geological hazard hidden danger points in Yun’an District

2 危害程度分區(qū)評價方法

地質(zhì)災(zāi)害的分區(qū)方法可分為定性分析和定量分析。定性分析根據(jù)評價人經(jīng)驗對地質(zhì)災(zāi)害進行定性描述，有很大的個人主觀性；定量分析則是選取地質(zhì)災(zāi)害的主要影響因子進行量化分級，然后賦權(quán)重疊加分析，很大程度上消除了定性方法的主觀性，應(yīng)用較為廣泛。目前常用的定量分析的方法有：統(tǒng)計分析法、層次分析法、模糊綜合評判法、綜合指數(shù)法等[13-15]，其中，綜合指數(shù)法能夠很好地體現(xiàn)各種因素對地質(zhì)災(zāi)害的影響，提高地質(zhì)災(zāi)害分區(qū)的精度和準(zhǔn)確性，特別是近年來，基于GIS平臺的綜合指數(shù)法為地質(zhì)災(zāi)害的研究提供了強有力的解決方案和獨特的研究方法。

本文采用基于ArcGIS的綜合指數(shù)法對云安區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危害程度進行分區(qū)研究。首先選取地質(zhì)災(zāi)害危害程度分區(qū)的評價因子，在ArcGIS平臺上建立所選評價因子的空間數(shù)據(jù)庫，再利用ArcGIS的空間分析功能對各評價因子分別進行分級賦值量化，歸一化處理后進行空間疊加，得到云安區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危害性分級計算圖，最后經(jīng)綜合分析概化，得到云安區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危害程度分區(qū)圖。

2.1 評價因子的選取

地質(zhì)災(zāi)害的危害程度主要從社會經(jīng)濟損失和人員傷亡損失兩個方面考慮[16]。為對危害程度做出更加符合實際的、有針對性和指導(dǎo)性的評價和分區(qū)，社會經(jīng)濟損失程度選取土地利用現(xiàn)狀及地災(zāi)隱患點潛在威脅財產(chǎn)作為評價因子，其中土地利用現(xiàn)狀用來表示社會財產(chǎn)的分布情況；人員傷亡損失程度選取各行政村人口密度及地災(zāi)隱患點潛在威脅人口作為評價因子。

2.2 評價因子分級量化及歸一化

評價因子分為定性指標(biāo)和定量指標(biāo)，其中人口密度、地災(zāi)隱患點潛在威脅的人口、財產(chǎn)均為定量指標(biāo)，可取其原始值，并作適當(dāng)?shù)臄?shù)值變換即可；對于定性指標(biāo)，如土地利用現(xiàn)狀，需要建立一個評價指標(biāo)的分級劃分標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)各項指標(biāo)對不同級別的相對貢獻(xiàn)來取值。各評價因子的量化及歸一化方法見表1。

表1 評價因子量化及歸一化方法表

將4個評價因子分級量化及歸一化后，再進行10 m×10 m柵格化處理，可得到各評價因子的分級歸一化分布圖(圖2～圖5)。

圖2 社會財產(chǎn)分級歸一化圖Fig.2 Classification and normalization of social property

圖3 地災(zāi)隱患點潛在威脅財產(chǎn)分級歸一化圖Fig.3 Classification and normalization of property threatened by geological hazards

圖4 人口密度分級歸一化圖Fig.4 Classification and normalization of population density

圖5 地災(zāi)隱患點潛在威脅人口分級及歸一化圖Fig.5 Classification and normalization of population threatened by geological hazards

2.3 評價因子疊加分析

利用ArcGIS的柵格計算工具，按公式(1)將4個評價因子的分級歸一化圖同權(quán)重疊加計算，形成云安區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危害程度指數(shù)柵格圖，再利用ArcGIS提供的自然間斷法，將地質(zhì)災(zāi)害危害程度分為3級，數(shù)值越高表示該區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害危害程度越高，3個分級分別表示地質(zhì)災(zāi)害危害性大、危害性中等及危害性小(圖6)。

SI=∑Wi·IFi

(1)

式中：SI——地質(zhì)災(zāi)害危害性綜合指數(shù)；

Wi——各評價因子權(quán)重；

IFi——各評價因子歸一化值。

圖6 云安區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危害程度分級計算圖Fig.6 Grading calculation diagram hazard degree of geological hazardsin Yun’an District

經(jīng)綜合考慮各種因素的影響，可概化出云安區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危害程度分區(qū)圖(圖7)。

圖7 云安區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危害程度分區(qū)圖Fig.7 Hazard degree of geological disasters in Yun’an District

3 地質(zhì)災(zāi)害危害程度分區(qū)結(jié)果

根據(jù)上文得到的云安區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危害程度分區(qū)圖，云安區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危害程度可劃分為大、中、小3個區(qū)，各分區(qū)又可進一步劃分亞區(qū)，共劃分出12個亞區(qū)。

3.1 危害性大區(qū)Ⅰ

該區(qū)可分為四個亞區(qū)Ⅰ1～Ⅰ4，第一亞區(qū)Ⅰ1位于都楊鎮(zhèn)中部，總面積41.1 km2，占全區(qū)總面積的3.5%，云浮東站位于該區(qū)內(nèi)，區(qū)內(nèi)社會財產(chǎn)集中，人口較為密集，人類工程活動強烈，該區(qū)內(nèi)調(diào)查發(fā)現(xiàn)9處不穩(wěn)定斜坡點，受地災(zāi)隱患點威脅的人口有48人，地災(zāi)隱患點威脅的財產(chǎn)約504萬元；第二亞區(qū)Ⅰ2位于六都鎮(zhèn)東部，云安區(qū)政府位于該區(qū)內(nèi)，總面積51.3 km2，占全區(qū)總面積的4.4%，該區(qū)社會財產(chǎn)集中，人口密集，人類工程活動強烈，該區(qū)內(nèi)調(diào)查發(fā)現(xiàn)26處地災(zāi)隱患點，其中滑坡點3處，不穩(wěn)定斜坡點23處，受地災(zāi)隱患點威脅的人口有406人，地災(zāi)隱患點威脅的財產(chǎn)約1 041.2萬元；第三亞區(qū)Ⅰ3位于高村鎮(zhèn)中部，高村鎮(zhèn)政府位于該區(qū)內(nèi)，總面積10.4 km2，占全區(qū)總面積的0.9%，該區(qū)社會財產(chǎn)較為集中，人口較為密集，區(qū)內(nèi)調(diào)查發(fā)現(xiàn)3處不穩(wěn)定斜坡點，受地災(zāi)隱患點威脅的人口有33人，地災(zāi)隱患點威脅的財產(chǎn)約123萬元；第四亞區(qū)Ⅰ4位于白石鎮(zhèn)及鎮(zhèn)安鎮(zhèn)西南部、石城鎮(zhèn)南部以及富林鎮(zhèn)中部X461沿線，總面積145.5 km2，占全區(qū)總面積的12.4%，該區(qū)內(nèi)地勢較緩，人口密集，社會財產(chǎn)較為集中，區(qū)內(nèi)調(diào)查發(fā)現(xiàn)40處地災(zāi)隱患點，其中崩塌點1處，滑坡點5處，不穩(wěn)定斜坡點34處，受地災(zāi)隱患點威脅的人口有301人，地災(zāi)隱患點威脅的財產(chǎn)約2 020.9萬元。

3.2 危害性中等區(qū)Ⅱ

該區(qū)可分為三個亞區(qū)Ⅱ1～Ⅱ3，第一亞區(qū)Ⅱ1位于六都鎮(zhèn)中西部、都楊鎮(zhèn)中東部的丘陵區(qū)以及西江沿岸，總面積108.1 km2，占全區(qū)總面積的9.2%，區(qū)內(nèi)人口密度中等，社會財產(chǎn)分布較集中，區(qū)內(nèi)調(diào)查發(fā)現(xiàn)12處地災(zāi)隱患點，其中崩塌點1處，滑坡點1處，不穩(wěn)定斜坡點10處，受地災(zāi)隱患點威脅的人口有55人，地災(zāi)隱患點威脅的財產(chǎn)約274.1萬元；第二亞區(qū)Ⅱ2位于高村鎮(zhèn)中部，總面積51.3 km2，占全區(qū)總面積的4.4%，區(qū)內(nèi)人口密度中等，社會財產(chǎn)分布較集中，區(qū)內(nèi)調(diào)查發(fā)現(xiàn)13處地災(zāi)隱患點，其中崩塌點2處，不穩(wěn)定斜坡點11處，受地災(zāi)隱患點威脅的人口有101人，地災(zāi)隱患點威脅的財產(chǎn)約344.7萬元；第三亞區(qū)Ⅱ3位于白石鎮(zhèn)北部、鎮(zhèn)安鎮(zhèn)北部、石城鎮(zhèn)東部、富林鎮(zhèn)西部及中東部等地，總面積260.1 km2，占全區(qū)總面積的22.2%，區(qū)內(nèi)人口密度中等，社會財產(chǎn)分布較集中，區(qū)內(nèi)調(diào)查發(fā)現(xiàn)46處地災(zāi)隱患點，其中崩塌點4處，滑坡點9處，不穩(wěn)定斜坡點33處，受地災(zāi)隱患點威脅的人口有698人，地災(zāi)隱患點威脅的財產(chǎn)約2 844.05萬元。

3.3 危害性小區(qū)Ⅲ

該區(qū)可分為五個亞區(qū)Ⅲ1～Ⅲ5，第一亞區(qū)Ⅲ1位于都楊鎮(zhèn)東部的低山丘陵區(qū)，總面積105.1 km2，占全區(qū)總面積的9.0%，區(qū)內(nèi)人口密度小，社會財產(chǎn)分布較少，區(qū)內(nèi)調(diào)查發(fā)現(xiàn)2處不穩(wěn)定斜坡點，受地災(zāi)隱患點威脅的人口有14人，地災(zāi)隱患點威脅的財產(chǎn)約36.9萬元；第二亞區(qū)Ⅲ2位于都楊鎮(zhèn)與六都鎮(zhèn)交界處南部的低山丘陵區(qū)，總面積58.2 km2，占全區(qū)總面積的5.0%，區(qū)內(nèi)人口密度小，社會財產(chǎn)分布較少，區(qū)內(nèi)調(diào)查發(fā)現(xiàn)8處地災(zāi)隱患點，其中崩塌點1處，不穩(wěn)定斜坡點7處，受地災(zāi)隱患點威脅的人口有73人，地災(zāi)隱患點威脅的財產(chǎn)約356.25萬元；第三亞區(qū)Ⅲ3位于六都鎮(zhèn)西部及高村鎮(zhèn)西北部的低山丘陵區(qū)，總面積159.3 km2，占全區(qū)總面積的13.6%，區(qū)內(nèi)人口密度小，社會財產(chǎn)分布較少，區(qū)內(nèi)調(diào)查發(fā)現(xiàn)15處地災(zāi)隱患點，其中崩塌點2處，滑坡點2處，不穩(wěn)定斜坡點11處，受地災(zāi)隱患點威脅的人口有193人，地災(zāi)隱患點威脅的財產(chǎn)約507.9萬元；第四亞區(qū)Ⅲ4位于高村鎮(zhèn)東南部及石城鎮(zhèn)西北部的低山丘陵區(qū)，總面積118.6 km2，占全區(qū)總面積的10.1%，區(qū)內(nèi)人口密度小，社會財產(chǎn)分布較少，區(qū)內(nèi)調(diào)查發(fā)現(xiàn)33處地災(zāi)隱患點，其中崩塌點2處，滑坡點2處，不穩(wěn)定斜坡點29處，受地災(zāi)隱患點威脅的人口有370人，地災(zāi)隱患點威脅的財產(chǎn)約1 526.75萬元；第五亞區(qū)Ⅲ5位于富林鎮(zhèn)東部的低山丘陵區(qū)，總面積63.4 km2，占全區(qū)總面積的5.4%，區(qū)內(nèi)人口密度小，社會財產(chǎn)分布較少，區(qū)內(nèi)調(diào)查發(fā)現(xiàn)6處地災(zāi)隱患點，其中滑坡點2處，不穩(wěn)定斜坡點4處，受地災(zāi)隱患點威脅的人口有188人，地災(zāi)隱患點威脅的財產(chǎn)約195.9萬元。

4 結(jié)論

(1)本文基于ArcGIS平臺建立了土地利用現(xiàn)狀、人口密度、受地災(zāi)隱患點威脅的人口及財產(chǎn)4個評價因子的空間數(shù)據(jù)庫，利用其空間分析功能對云安區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危害程度進行了分區(qū)，分區(qū)結(jié)果較好的反映了云安區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危害程度的分布情況。

(2)以往對地質(zhì)災(zāi)害危害程度分區(qū)的工作中，多是選取受地災(zāi)隱患點威脅的人口及財產(chǎn)兩個要素作為評價因子，而忽略了潛在但未調(diào)查到的地災(zāi)隱患點的威脅，其分區(qū)結(jié)果準(zhǔn)確性受調(diào)查精度的影響較大，本文在上述兩個評價因子基礎(chǔ)上增加了土地利用現(xiàn)狀、人口密度兩個評價要素，很大程度上降低了調(diào)查精度對分區(qū)精度的限制，為地質(zhì)災(zāi)害危險性分區(qū)及分區(qū)防治提供了更為可靠的技術(shù)保證。