北京山區(qū)突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價

羅守敬，王珊珊，付德荃

（北京市地質(zhì)研究所，北京 100120）

0 引言

2019年4月，黨中央、國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于建立國土空間規(guī)劃體系并監(jiān)督實施的若干意見》（中發(fā)[2019]18 號）明確“國土空間規(guī)劃是國家空間發(fā)展的指南、可持續(xù)發(fā)展的空間藍圖，是各類開發(fā)保護建設(shè)活動的基本依據(jù)”。資源環(huán)境承載能力和國土空間開發(fā)適宜性評價（簡稱“雙評價”）則是編制國土空間規(guī)劃、完善空間治理的基礎(chǔ)性工作[1]。“雙評價”工作主要從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)保護及城鎮(zhèn)建設(shè)三個方面來開展評價，上述工作的基礎(chǔ)就是資源環(huán)境承載能力評價，它是對自然資源稟賦和生態(tài)環(huán)境本底的綜合評價，是在土地資源、水資源、生態(tài)系統(tǒng)資源、自然災(zāi)害（包括地震、地質(zhì)、氣候災(zāi)害）承載能力專項評價的基礎(chǔ)上開展的。城鎮(zhèn)建設(shè)適宜性等級評價，作為“雙評價”工作的重要組成部分，適宜性等級受各種因素的影響。北京山區(qū)面積約占市轄區(qū)總面積的62%，突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育，所轄16 個區(qū)中有10 個山區(qū)發(fā)育大量突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害，具有點多面廣、汛期突發(fā)、群發(fā)的特點，對城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)劃及后續(xù)開發(fā)利用影響很大。因此，需要先開展地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價工作，為城鎮(zhèn)建設(shè)適宜性等級評價和“雙評價”工作奠定基礎(chǔ)。

基于信息系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價的方法主要分為兩類：定性評價和定量評價。定性評價主要基于專家經(jīng)驗認知，主觀性較強，人為干擾較大；定量評價主要基于統(tǒng)計學(xué)，如層次分析法、灰色系統(tǒng)理論、信息量法等，客觀性較強[2?4]。信息量模型方法屬于定量評價，其原理清晰，容易建模，評價結(jié)果與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的實際情況基本一致，眾多國內(nèi)學(xué)者大多利用該方法進行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價工作[5?8]。本文在對北京山區(qū)突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評價資料全面搜集的基礎(chǔ)上，根據(jù)崩塌、滑坡及泥石流的發(fā)育情況和地質(zhì)環(huán)境條件，選取6 個影響因子，利用綜合信息量模型方法進行信息量計算，基于ArcGIS 軟件的空間分析功能，分別計算斜坡類災(zāi)害及泥石流災(zāi)害的易發(fā)性。然后根據(jù)“就高不就低”的原則，將崩塌、滑坡等斜坡類災(zāi)害和泥石流災(zāi)害的易發(fā)性分區(qū)圖進行疊加，得到北京山區(qū)突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)圖，為北京“雙評價”工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為城鎮(zhèn)建設(shè)適宜性評價結(jié)果提供科學(xué)的修正依據(jù)。

1 突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育概況

北京位于華北平原的西北邊緣，總面積1.641×104km2，其中山區(qū)占61.4%，平原占38.6%。受地形地質(zhì)條件復(fù)雜、斷裂構(gòu)造發(fā)育、降水時空分布不均以及人類工程活動的影響，北京山區(qū)發(fā)育著較多的崩塌、滑坡和泥石流等突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害隱患[9]，威脅著山區(qū)人民的生命財產(chǎn)安全。根據(jù)北京市突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害統(tǒng)計臺賬（2019年）中的數(shù)據(jù)[10]，北京市域范圍內(nèi)經(jīng)上報、調(diào)查已發(fā)現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)害隱患點共有5 037 個，其中崩塌2 609 個，滑坡54 個，不穩(wěn)定斜坡1 378 個，泥石流901 個，地面塌陷95 個。其中崩塌、滑坡等斜坡類災(zāi)害和泥石流災(zāi)害占總數(shù)的98.12%，分布在北京的十個山區(qū)（圖1），崩塌、滑坡及泥石流的易發(fā)程度對山區(qū)的城鎮(zhèn)化建設(shè)有著十分重要的影響。

圖1 北京山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀分布圖Fig.1 Distribution of geological hazards in mountainous areas of Beijing

2 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價方法

2.1 綜合信息量模型方法

地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度是指在一定的地質(zhì)環(huán)境和人類工程活動影響條件下，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生可能性的難易程度。地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生受多種因素影響，各種因素所起作用的大小和性質(zhì)是不同的。不同的因素構(gòu)成各種不同的地質(zhì)環(huán)境，有些因素對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的影響較大，而有些因素則較小。因此，地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)程度是各種因子綜合作用的結(jié)果。信息預(yù)測的觀點認為，地質(zhì)災(zāi)害的產(chǎn)生與否，與預(yù)測過程中所獲取的信息的數(shù)量和質(zhì)量有關(guān)，是可以用信息量來衡量的。信息量值越大，表明地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性程度越高[11]。綜合信息模型方法就是一定區(qū)域內(nèi)所獲取的與災(zāi)害相關(guān)的信息的數(shù)量和質(zhì)量[1]，用公式表示為：

IAj→B表示標志A 在j狀態(tài)顯示災(zāi)害（B）發(fā)生的信息量；Nj為具有標志Aj出現(xiàn)災(zāi)害的單元數(shù)；N為內(nèi)已知災(zāi)害所分布單元的總數(shù)；Sj為標志Aj 的單元數(shù)；S為單元總數(shù)。

由于每個評價單元受多因素綜合影響，各狀態(tài)因素組合條件下災(zāi)害產(chǎn)生的總信息量可按下式確定：

I值直接指示該單元產(chǎn)生災(zāi)害的可能性，是災(zāi)害易發(fā)性劃分的關(guān)鍵性指標。

2.2 評價單元的確定

根據(jù)北京山區(qū)突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作的精度和災(zāi)害發(fā)育分布，綜合考慮“雙評價”工作評價單元與計算精度的要求，將北京山區(qū)劃分成500 m×500 m 的評價網(wǎng)格單元，共計劃分了41 957 個網(wǎng)格單元（圖2）。

圖2 北京山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)評價網(wǎng)格圖Fig.2 Evaluation grid of geological hazards prone area in mountainous area of Beijing

2.3 影響因子的選取

根據(jù)北京山區(qū)突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育分布規(guī)律及地質(zhì)環(huán)境條件，結(jié)合北京突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害隱患點臺賬（2019年）、各類地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評價及應(yīng)急調(diào)查等成果資料[12?13]，綜合選取影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生、發(fā)展的因素作為影響因子。

根據(jù)北京市突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害統(tǒng)計臺賬（2019年），北京共發(fā)育不穩(wěn)定斜坡1 378 個，依據(jù)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查技術(shù)要求（1∶50 000）（DD 2019-08）等規(guī)范，不穩(wěn)定斜坡不是地質(zhì)災(zāi)害類型，結(jié)合該地區(qū)不穩(wěn)定斜坡災(zāi)害形式主要表現(xiàn)為崩塌落石，本次工作將不穩(wěn)定斜坡全部歸類于崩塌災(zāi)害類型來參與評價及統(tǒng)計。崩塌、滑坡等斜坡類災(zāi)害都是因邊坡失穩(wěn)造成的地質(zhì)災(zāi)害。因此選擇坡度、起伏度、工程地質(zhì)巖組、地質(zhì)構(gòu)造、地貌類型5 個影響因子，作為斜坡類地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價分區(qū)的影響因子[9,14]。

泥石流的發(fā)生一般需要滿足三個基本條件：有力的地形地貌、充足的固體松散物源以及突發(fā)性的水動力條件，三者缺一不可[15?19]。在北京地區(qū)，泥石流發(fā)生的水動力條件主要來自降雨，因此泥石流災(zāi)害的易發(fā)性評價需在上述5 個影響因子的基礎(chǔ)上增加降水這個影響因子[9]。

因此，本次突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價共計選取了6 個影響因子，分別為：

（1）坡度

坡度表示坡面傾斜程度，由北京數(shù)字高程圖形（DEM）即可得到北京山區(qū)的地形坡度數(shù)據(jù)（25 m×25 m），地形坡度范圍0°～80°。依據(jù)評價單元網(wǎng)格對地形坡度進行平均計算，結(jié)果分為>35°、35°～15°和<15°三類坡度等級。

（2）起伏度

地形起伏度是指在限定面積范圍內(nèi)的地表上高程差的最大值，它可以直觀的反映地形起伏特征。綜合涂漢明、劉振東等[20]總結(jié)的中國地勢起伏度等級及張競等[21]總結(jié)的京津冀地區(qū)地形起伏度等級，將北京山區(qū)的地形起伏度分成5 類，即平坦（0～30 m）、微起伏（30～70 m）、小起伏（70～200 m）、中起伏（200～500 m）及大起伏（500～1 000 m）。

（3）工程地質(zhì)巖組

北京地層屬華北地層分區(qū)，除個別時代地層缺失外，從太古界的古老變質(zhì)巖系直到第四系均有出露。根據(jù)地層出露情況及工程地質(zhì)特征，將北京山區(qū)巖土體分為堅硬巖組（如花崗巖、片麻巖等）、較堅硬巖組（如灰?guī)r、白云巖、砂巖等）、較軟巖組（頁巖、泥巖等）及松散巖組（第四系地層）四類[22]。

（4）地質(zhì)構(gòu)造

北京山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育分布與地質(zhì)構(gòu)造關(guān)聯(lián)密切。地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育地段，巖體結(jié)構(gòu)相對較破碎，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育數(shù)量較多。據(jù)統(tǒng)計，山區(qū)沿斷裂構(gòu)造帶上各類地質(zhì)災(zāi)害點發(fā)育程度明顯高于周邊區(qū)域。根據(jù)山區(qū)斷裂發(fā)育分布的實際情況，按評價網(wǎng)格分布將山區(qū)斷裂分布情況分為無斷裂分布、1 條斷裂分布、2 條斷裂分布、3 條及以上斷裂分布四類[23?24]。

（5）地貌類型

根據(jù)北京地貌圖（1:100 000）[25?26]，地貌類型分為山區(qū)和平原，其中山區(qū)又劃分為中山、低山、山間河谷、丘陵、山間湖泊及山間盆地。其中中山、低山是山區(qū)最主要的地貌類型，地質(zhì)災(zāi)害相對也較其它地貌類型更發(fā)育，其它地貌類型則相對較少。

（6）降水

根據(jù)北京年均降水量等值線圖，北京主要有兩個降雨中心，分別位于密云懷柔南部及房山中東部，這也是歷史上北京泥石流災(zāi)害較發(fā)育的兩個地區(qū)。根據(jù)降水等值線圖，將降水劃分為>650 mm、650～550 mm、550～450 mm 及<450 mm 四個等級。

3 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價

崩塌、滑坡等同屬于斜坡類災(zāi)害，成因機制相近，故合并評價。而泥石流災(zāi)害與斜坡類災(zāi)害成因機制不同，因此斜坡類災(zāi)害與泥石流災(zāi)害的易發(fā)性分別進行評價。

3.1 崩塌、滑坡等斜坡類災(zāi)害易發(fā)性評價

崩塌、滑坡等斜坡類災(zāi)害易發(fā)性評價選擇坡度、起伏度、工程地質(zhì)巖組、地質(zhì)構(gòu)造及地貌類型5 個影響因子，結(jié)合斜坡類災(zāi)害發(fā)育情況，采用綜合信息量模型方法進行計算評價，各評價因子信息量值見表1。

表1 崩塌、滑坡等斜坡類災(zāi)害易發(fā)性評價各評價因子信息量統(tǒng)計表Table 1 Statistical table of information quantity of each evaluation factor for the assessment of the susceptibility of rock fall, landslide and unstable slope

之后利用ArcGIS 的空間分析功能對5 個評價影響因子圖層進行空間疊加分析，利用統(tǒng)計學(xué)中的自然斷點法(natural break)將易發(fā)性區(qū)劃重新分類后（表2），生成以信息量大小衡量的山區(qū)崩塌、滑坡等斜坡類災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)圖，并結(jié)合北京崩塌滑坡發(fā)育分布圖及近20年統(tǒng)計的已發(fā)生的崩塌、滑坡災(zāi)害對圖件進行局部修正，得出高、中、低易發(fā)區(qū)（圖3）。

表2 崩塌、滑坡等斜坡類災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)等級與實際地質(zhì)災(zāi)害分布對比表Table 2 Comparison between the grade of prone area of rock fall, landslide and unstable slope and the distribution of actual geological hazards

圖3 斜坡類災(zāi)害易發(fā)性評價結(jié)果圖Fig.3 Assessment of the susceptibility of slope hazards

3.2 泥石流災(zāi)害易發(fā)性評價

泥石流災(zāi)害易發(fā)性評價選擇坡度、起伏度、工程地質(zhì)巖組、地質(zhì)構(gòu)造、地貌類型及降水6 個影響因子，結(jié)合泥石流災(zāi)害發(fā)育情況，采用綜合信息量模型方法進行計算評價，各評價因子信息量值見表3。

表3 泥石流災(zāi)害易發(fā)性評價各評價因子信息量統(tǒng)計表Table 3 Statistical table of information quantity of each evaluation factor for the assessment of the susceptibility of debris flow

之后利用ArcGIS 的空間分析功能對6 個評價因子圖層進行空間疊加分析，利用統(tǒng)計學(xué)中的自然斷點法(natural break)將易發(fā)性區(qū)劃重新分類后（表4），生成以信息量大小衡量的山區(qū)泥石流災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)圖，綜合泥石流溝的分布及歷史上已發(fā)生的泥石流災(zāi)害對圖件進行局部修正[12?13]，得出高、中、低及不易發(fā)區(qū)（圖4）。

表4 泥石流災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)等級與實際地質(zhì)災(zāi)害分布對比表Table 4 Comparison between the grade of prone area of debris flow and the distribution of actual geological hazards

圖4 泥石流災(zāi)害易發(fā)性評價結(jié)果圖Fig.4 Assessment of the susceptibility of debris flow

3.3 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價分區(qū)

依據(jù)《資源環(huán)境承載能力和國土空間開發(fā)適宜性評價技術(shù)指南（試行）》、《地質(zhì)災(zāi)害危險性評估規(guī)范》（DZ/T 0286-2015）的要求，當(dāng)評價區(qū)存在兩個以上（含兩個）災(zāi)種時，應(yīng)在單一災(zāi)種易發(fā)評價分區(qū)的基礎(chǔ)上，對同一評價區(qū)內(nèi)不同災(zāi)種的易發(fā)評價結(jié)果進行疊加，按“就高不就低”原則得出多災(zāi)種易發(fā)評價分區(qū)結(jié)果。北京山區(qū)崩塌、滑坡及泥石流地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)結(jié)果見圖5、表5，具體特征如下：

圖5 北京山區(qū)斜坡類災(zāi)害及泥石流災(zāi)害易發(fā)性評價結(jié)果圖Fig.5 Assessment of the susceptibility of slope failure and debris flowin mountainous areas of Beijing

表5 北京山區(qū)斜坡類災(zāi)害及泥石流災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)統(tǒng)計表Table 5 Statistical table of debris flow prone areas in mountainous areas of Beijing

北京山區(qū)斜坡類災(zāi)害及泥石流災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)評價結(jié)果為高易發(fā)區(qū)10 個，中易發(fā)區(qū)16 個，低易發(fā)區(qū)23 個。其中高易發(fā)區(qū)面積2 718.98 km2，區(qū)內(nèi)發(fā)育泥石流606 個，崩塌1 879 個，滑坡27 個，地質(zhì)災(zāi)害隱患點密度為0.92 個/km2，其主要分布在房山區(qū)張坊、霞云嶺、南窖，門頭溝區(qū)妙峰山—雁翅，昌平區(qū)延壽，延慶區(qū)千家店，懷柔區(qū)渤海、懷北、琉璃廟，密云區(qū)石城、馮家峪、不老屯，平谷區(qū)鎮(zhèn)羅營、黃松峪等地；中易發(fā)區(qū)面積4 908.23 km2，區(qū)內(nèi)發(fā)育泥石流277 個，崩塌1 991 個，滑

坡25 個，地質(zhì)災(zāi)害隱患點密度為0.47 個/km2，其主要分布在房山區(qū)十渡、蒲洼、佛子莊、河北鎮(zhèn)，門頭溝區(qū)清水—雁翅，昌平區(qū)流村—延壽，延慶區(qū)張山營、千家店、八達嶺—四海，懷柔區(qū)琉璃廟—長哨營，密云區(qū)古北口、新城子—大城子，平谷區(qū)大華山、熊兒寨、金海湖等地；低易發(fā)區(qū)面積2 348.03 km2，區(qū)內(nèi)發(fā)育泥石流18 個，崩塌117 個，滑坡2 個，地質(zhì)災(zāi)害隱患點密度為0.06 個/km2，其主要分布在懷柔區(qū)喇叭溝門，門頭溝區(qū)雁翅—齋堂北部，延慶盆地，密云高嶺、太師屯、穆家峪及昌平區(qū)、海淀區(qū)、豐臺區(qū)、石景山區(qū)等山前地區(qū)。

3.4 易發(fā)性分區(qū)結(jié)果分析

對比本次易發(fā)區(qū)評價分區(qū)的結(jié)果與地質(zhì)災(zāi)害實際分布、發(fā)生情況，本次易發(fā)性分區(qū)等級與實際地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生情況有著很好的相關(guān)性，95%以上崩塌、滑坡災(zāi)害發(fā)生在斜坡類災(zāi)害高易發(fā)區(qū)及中易發(fā)區(qū)；泥石流災(zāi)害及隱患的分布也與泥石流易發(fā)區(qū)等級基本對應(yīng)。同時本次評價結(jié)果與2014年、2017年采用地質(zhì)災(zāi)害綜合指數(shù)法評價的易發(fā)性分區(qū)成果整體上基本一致。因此本次易發(fā)性評價分區(qū)結(jié)果比較理想，符合北京山區(qū)突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的實際情況。

4 結(jié)論及建議

（1）在搜集前人地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評價資料及分析地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育情況及分布規(guī)律的基礎(chǔ)上，選取了坡度、起伏度、工程地質(zhì)巖組、地質(zhì)構(gòu)造、地貌類型及降水6 個影響因子，采用綜合信息量模型方法對北京山區(qū)崩塌、滑坡等斜坡類災(zāi)害及泥石流災(zāi)害分別進行了地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價，并按“就高不就低”原則得出北京山區(qū)斜坡類災(zāi)害及泥石流災(zāi)害易發(fā)評價分區(qū)結(jié)果。

（2）泥石流災(zāi)害在圖面上以流域的形式存在，因此在易發(fā)性評價時地質(zhì)災(zāi)害點的確定不能與斜坡類災(zāi)害一樣用點來表示，不能以溝口位置來代替整個泥石流災(zāi)害，應(yīng)以流域及評價網(wǎng)格分布綜合確定。

（3）北京山區(qū)斜坡類災(zāi)害及泥石流災(zāi)害易發(fā)性評價結(jié)果與地質(zhì)災(zāi)害實際發(fā)生、以往易發(fā)性分區(qū)成果基本一致，反映了本次分區(qū)結(jié)果的合理性和可靠性。

（4）本次評價工作為區(qū)域性的評價，可作為在山區(qū)開展工程建設(shè)和地質(zhì)災(zāi)害防治工作的參考，如在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)開展工程建設(shè)，還需要進一步開展地質(zhì)災(zāi)害危險性評估、地質(zhì)災(zāi)害勘查等詳細的評價工作。