基于ArcGis的礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

丁 曉，胡倩倩，楊 強(qiáng)

（江西省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院，江西 南昌 330038）

袁州區(qū)地處江西省西部，下轄10個(gè)街道、19個(gè)鎮(zhèn)及3個(gè)鄉(xiāng)，總面積2213.33km2。區(qū)內(nèi)礦山地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜，地貌類型多為低山丘陵，地形坡度差異較大；區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，褶皺斷裂發(fā)育；破壞地質(zhì)環(huán)境人類工程活動(dòng)強(qiáng)烈，主要為交通建設(shè)、城鎮(zhèn)建設(shè)、切坡建房、礦產(chǎn)資源開發(fā)及水利電力建設(shè)等。區(qū)內(nèi)由人類工程活動(dòng)產(chǎn)生的高陡切坡現(xiàn)象，易形成不穩(wěn)定邊坡，在強(qiáng)降雨等因素下極易誘發(fā)崩塌、滑坡及泥石流地質(zhì)災(zāi)害。為準(zhǔn)確預(yù)測(cè)礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)效應(yīng)，更好地為人類生產(chǎn)生活服務(wù)，需對(duì)區(qū)內(nèi)礦山地質(zhì)災(zāi)害開展危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)。礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性是依據(jù)綜合指數(shù)法和等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，在易發(fā)性評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上疊加礦山地質(zhì)災(zāi)害主要誘發(fā)因素來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前常用的礦山地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)方法主要包括信息量法[1]、證據(jù)權(quán)重法[2]、綜合指數(shù)法[3]和層次分析法等。綜合指數(shù)法在解決多因子不同特征區(qū)間對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性的影響上具有明顯優(yōu)勢(shì)，各影響因子以孕災(zāi)地質(zhì)條件為基礎(chǔ)選取，借助GIS技術(shù)，基于工程類比的原則進(jìn)行評(píng)價(jià)與區(qū)劃。本次選取6項(xiàng)影響因子（地形坡度、斜坡結(jié)構(gòu)、地貌類型、工程地質(zhì)巖組、土層厚度和災(zāi)點(diǎn)密度），2項(xiàng)誘發(fā)因素（20年一遇降雨強(qiáng)度、切坡密度），對(duì)袁州區(qū)礦山地質(zhì)災(zāi)害危害性進(jìn)行評(píng)價(jià)與分區(qū)，為進(jìn)一步提升礦山地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)能力及防災(zāi)減災(zāi)工作提供可靠依據(jù)。

1 礦山地質(zhì)環(huán)境與地質(zhì)災(zāi)害特征

袁州區(qū)位于江西省西部，屬宜春市管轄。區(qū)內(nèi)地形地貌以低丘崗地為主，其次為中低山、平原區(qū)，地勢(shì)總體南北高，中部低。最高海拔標(biāo)高1736m，最低海拔標(biāo)高70m。境內(nèi)出露地層從老至新有晚青白口系（Pt）、南華系（Nh）、震旦系（Z）、寒武系（∈）、泥盆系（D）、石炭系石炭系（C）、二疊系（P）、三疊系（T）、侏羅系（J）、白堊系（K）及第四系（Q），巖漿巖分布于南部低山丘陵區(qū)，巖體在區(qū)域上總體呈北東向展布，屬中–酸性、基性–超基性侵入巖。區(qū)域構(gòu)造上位于東南造山帶與欽杭結(jié)合帶中段，經(jīng)歷長(zhǎng)期多旋回的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，褶皺、斷裂構(gòu)造明顯受其制約，褶皺主要有張家倒轉(zhuǎn)背斜、石垅倒轉(zhuǎn)背斜、水口倒轉(zhuǎn)向斜、破田復(fù)式向形背斜、柏木–八角亭向斜、大元山向斜及塘溪（復(fù)式）向形背斜等，斷裂主要表現(xiàn)為北東東向、北東向推滑覆斷裂及其與之伴生的次級(jí)逆斷層。區(qū)內(nèi)屬中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，近三十年平均氣溫17.8℃，東南部較高，西北部較低，年平均降水量為1552.7mm，最大24小時(shí)降雨量為256.4mm（竹亭雨量站1995年6月25日）。區(qū)域地震烈度Ⅵ度，歷史上未發(fā)生破壞性地震。

近年來(lái)隨著礦山開采、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城鎮(zhèn)建設(shè)、交通建設(shè)等各項(xiàng)活動(dòng)的不斷增強(qiáng)，袁州區(qū)面臨的礦山地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題也日趨嚴(yán)重。截止2021年12月，經(jīng)礦山地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查共計(jì)發(fā)現(xiàn)礦山地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)2354處，其中滑坡1100處，滑坡隱患693處，崩塌54處，崩塌隱患296處，地面塌陷197處，泥石流12處，泥石流隱患2處。主要受人類工程活動(dòng)影響的地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)15處，占礦山地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)總數(shù)的0.64%，受人類工程活動(dòng)和自然因素綜合影響點(diǎn)數(shù)為2144處，占比91.08%，主要受自然因素影響點(diǎn)數(shù)為195處，占比8.28%。全區(qū)因礦山地質(zhì)災(zāi)害傷亡或失蹤人數(shù)共計(jì)12人，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)2630.81萬(wàn)元?，F(xiàn)仍威脅人口共計(jì)10324人，潛在經(jīng)濟(jì)損失29317.21萬(wàn)元。

圖1 袁州區(qū)崩滑流礦山地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)分布圖

2 評(píng)價(jià)方法

根據(jù)礦山地質(zhì)環(huán)境條件分析、礦山地質(zhì)災(zāi)害成因規(guī)律，將全域崩滑流災(zāi)害和地面塌陷分析方法分為定性分析和定量分析。全域崩滑流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)計(jì)算單元采用柵格單元進(jìn)行評(píng)價(jià)，柵格單元25m×25m；巖溶塌陷危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)采用可溶巖地層單元；采空塌陷危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)采用采動(dòng)變形區(qū)為單元。定性分析根據(jù)評(píng)價(jià)人經(jīng)驗(yàn)對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害影響因素定性描述，具有個(gè)人主觀性，因此本文僅對(duì)崩滑流災(zāi)害進(jìn)行危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)分析。

2.1 評(píng)價(jià)因子選取

根據(jù)礦山地質(zhì)災(zāi)害孕災(zāi)地質(zhì)條件分析，崩滑流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)采用易發(fā)性指數(shù)、工況降雨量、切坡密度等3項(xiàng)主要評(píng)價(jià)因子，易發(fā)性指數(shù)由地形坡度、斜坡結(jié)構(gòu)、地貌類型、工程地質(zhì)巖組、土層厚度、災(zāi)點(diǎn)密度等6項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行疊加分析得出。區(qū)劃時(shí)重點(diǎn)考慮區(qū)域孕災(zāi)礦山地質(zhì)條件，同時(shí)考慮礦山地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)密度作為輔助依據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文研究數(shù)據(jù)主要包括數(shù)字高程模型（DEM）、野外調(diào)查數(shù)據(jù)、降雨資料、人工切坡數(shù)據(jù)等。其中DEM數(shù)據(jù)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云（空間分辨率為30m）；降雨數(shù)據(jù)來(lái)源于區(qū)氣象局和水文監(jiān)測(cè)中心，通過(guò)空間數(shù)據(jù)插值分析獲取；人工切坡數(shù)據(jù)來(lái)源于野外調(diào)查，結(jié)合公路切坡及農(nóng)村切坡建房數(shù)據(jù)庫(kù)資料綜合分析得出。

2.3 各評(píng)價(jià)因子采集方法及量化分級(jí)

首先根據(jù)野外調(diào)查數(shù)據(jù)建立礦山地質(zhì)災(zāi)害屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，利用ArcGis平臺(tái)，對(duì)反映礦山地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)及地質(zhì)環(huán)境特征的點(diǎn)、線、面數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)操作，各評(píng)價(jià)因子采集方法見表1。

表1 評(píng)價(jià)因子量化及采集方法

2.4 評(píng)價(jià)單元危險(xiǎn)性指數(shù)計(jì)算

利用ArcGis柵格計(jì)算器，進(jìn)行疊加分析，得出危險(xiǎn)性綜合指數(shù)值，計(jì)算公式：

Z1=∑Ni?Ki

式中：Z1為評(píng)價(jià)單元內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性指數(shù)；Ni為評(píng)價(jià)單元內(nèi)的各評(píng)價(jià)因子的特征值，i=1～6；Ki為評(píng)價(jià)因子的貢獻(xiàn)值（權(quán)重）。

Z2=（Z1×0.7+Q×Ki）?R

式中：Z2為評(píng)價(jià)單元內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性指數(shù)；Q為評(píng)價(jià)單元內(nèi)的易發(fā)性與切坡密度的特征值；Ki為易發(fā)性與切坡密度的貢獻(xiàn)值（權(quán)重）；R為工況降雨強(qiáng)度特征值。

根據(jù)礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性指數(shù)值繪制危險(xiǎn)性分區(qū)圖：Z≥3.9時(shí)，為礦山地質(zhì)災(zāi)害極高危險(xiǎn)單元；3.9＞Z≥3.3，為礦山地質(zhì)災(zāi)害高危險(xiǎn)單元；3.3＞Z≥2，為礦山地質(zhì)災(zāi)害中危險(xiǎn)單元；Z＜2，為礦山地質(zhì)災(zāi)害低危險(xiǎn)單元，并形成危險(xiǎn)性指數(shù)柵格圖。為了更好地反映礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性在區(qū)域上的一致性，根據(jù)各類危險(xiǎn)性柵格分布、降雨、人類工程活動(dòng)、地災(zāi)隱患點(diǎn)分布等進(jìn)行歸并，劃分出礦山地質(zhì)災(zāi)害極高、高、中、低危險(xiǎn)區(qū)。

3 礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)結(jié)果

根據(jù)上文得到袁州區(qū)礦山地質(zhì)災(zāi)害危害性分區(qū)圖，共劃分為4個(gè)崩滑流極高危險(xiǎn)區(qū)、3個(gè)高危險(xiǎn)區(qū)、3個(gè)中危險(xiǎn)區(qū)和3個(gè)低危險(xiǎn)區(qū)。

圖2 崩滑流危險(xiǎn)性指數(shù)柵格圖

3.1 崩滑流礦山地質(zhì)災(zāi)害極高危險(xiǎn)區(qū)

該區(qū)可分為四個(gè)亞區(qū)A1～A4，A1亞區(qū)位于袁州區(qū)西北部慈化鎮(zhèn)，面積63.48km2，丘陵地貌，山體自然坡度一般20°～35°，自然坡高20m～50m，巖類以變質(zhì)巖為主，覆蓋層厚度一般1m～6m；A2亞區(qū)位于水江西北至洪塘北部面積221.43km2，中低山、丘陵地貌，山體自然坡度15°～45°，巖類以花崗巖、碳酸鹽巖和碎屑巖為主，覆蓋層厚度2m～6m；A3亞區(qū)位于天臺(tái)鎮(zhèn)、遼市鎮(zhèn)至飛劍潭鄉(xiāng)一帶，面積42.87km2，屬中低山地貌，山體自然坡度25°～45°，巖類以花崗巖、碳酸鹽巖和碎屑巖為主，覆蓋層厚度1m～3m；A4亞區(qū)位于南廟鎮(zhèn)、新坊鎮(zhèn)至彬江鎮(zhèn)一帶，面積289.98km2，屬丘陵、中低山地貌，山體自然坡度25°～45°，巖類以花崗巖為主，少量為變質(zhì)巖，覆蓋層厚度1m～4m。該區(qū)內(nèi)人類工程活動(dòng)主要為居民建房切坡以及修建道路切坡，切坡高度4m～20m，坡度60°～80°。地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)837處，災(zāi)害隱患威脅人口3630人，威脅財(cái)產(chǎn)8824.4萬(wàn)元。

3.2 崩滑流礦山地質(zhì)災(zāi)害高危險(xiǎn)區(qū)

該區(qū)可分為3個(gè)亞區(qū)，B1～B3。B1位于慈化鎮(zhèn)中部區(qū)域，面積41.43km2，屬丘陵地貌，自然坡度20°～40°，巖類以碳酸鹽巖為主，覆蓋層厚度1m～6m；B2位于袁州區(qū)中部，面積941.26km2，以崗地和丘陵地貌為主局部可見中低山地貌，自然坡度15°～45°，巖類以碳酸鹽巖和碎屑巖為主，覆蓋層厚度1m～10m；B3由西村鎮(zhèn)東南部、城區(qū)西南部，渥江鎮(zhèn)南部及彬江鎮(zhèn)北部組成，面積37.93km2，以丘陵地貌為主，自然坡度15°～30°，巖類以碎屑巖為主，覆蓋層厚度1m～5m。該區(qū)內(nèi)人類工程活動(dòng)主要為居民建房切坡、修建道路切坡及礦產(chǎn)資源開發(fā)利用，切坡高度3m～30m，坡度40°～80°。地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)1093處，災(zāi)害隱患威脅人口4989人，威脅財(cái)產(chǎn)12414.5萬(wàn)元。

3.3 崩滑流礦山地質(zhì)災(zāi)害中危險(xiǎn)區(qū)

該區(qū)位于慈化鎮(zhèn)中部、洪塘鎮(zhèn)、湖田鎮(zhèn)、三陽(yáng)鎮(zhèn)、蘆村鎮(zhèn)以及西村鎮(zhèn)等地，面積331.99km2。地形地貌屬崗地區(qū)，自然坡度15°～25°；巖類以碎屑巖、碳酸鹽巖為主，覆蓋層厚度2m～6m；斷裂構(gòu)造較發(fā)育；該區(qū)內(nèi)人類工程活動(dòng)主要為居民建房切坡以及修建道路切坡，切坡高度3m～10m，坡度50°～80°。地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)217處，災(zāi)害隱患威脅人口882人，威脅財(cái)產(chǎn)2864萬(wàn)元。

3.4 崩滑流礦山地質(zhì)災(zāi)害低危險(xiǎn)區(qū)

該區(qū)位于袁州區(qū)沖積平原，面積242.97km2。地貌上屬河谷平原區(qū)，地形標(biāo)高70m～100m，山體自然坡度0°～3°，地勢(shì)平坦。巖土類型主要為松散土體崩滑流災(zāi)害發(fā)育較弱。該區(qū)內(nèi)人類工程活動(dòng)主要為水利工程建設(shè)等，切坡高度2m～6m，坡度70°。礦山地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)10處，災(zāi)害隱患威脅人口33人，威脅財(cái)產(chǎn)169萬(wàn)元。

4 結(jié)論

（1）本文以宜春市袁州區(qū)為例，在利用野外調(diào)查數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上采用綜合指數(shù)法，通過(guò)ArcGis分析功能對(duì)影響礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性的各類因子進(jìn)行分級(jí)賦值，將袁州區(qū)礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性劃分為極高、高、中、低四個(gè)等級(jí)。

（2）以往對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害危害性分區(qū)工作中受人類工程活動(dòng)影響因素過(guò)多，而忽略了孕災(zāi)礦山地質(zhì)條件對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害的直接影響，造成原有款礦山地質(zhì)災(zāi)害危害性分區(qū)結(jié)果準(zhǔn)確度較低。而目前分區(qū)結(jié)果較符合袁州區(qū)礦山地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育實(shí)際情況，可為今后為袁州區(qū)防災(zāi)減災(zāi)提供服務(wù)，為礦山地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃提供依據(jù)。