永登縣苦水鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害風險性評價

許 泰， 鄂崇毅， 蔣興波， 郜云峰， 付利釗

(1. 青海師范大學 青藏高原地表過程與生態(tài)保育教育部重點實驗室，青海 西寧 810008； 2. 青海師范大學 地理科學學院青海省自然地理與環(huán)境過程重點實驗室， 青海 西寧 810008； 3. 高原科學與可持續(xù)發(fā)展研究院，青海 西寧 810008； 4. 隴東學院 能源工程學院， 甘肅 慶陽 745000； 5. 甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，甘肅 蘭州 730050； 6. 河北省第一測繪院， 河北 石家莊 050031)

0 引言

易損性評價作為地質(zhì)災(zāi)害風險性評價的重要構(gòu)建指標，其評價結(jié)果直接影響區(qū)域社會發(fā)展的規(guī)劃，對高易損區(qū)的防災(zāi)救災(zāi)工作意義重大。雖然國內(nèi)外學者關(guān)于地質(zhì)災(zāi)害易損性的研究很多[1-5]，但是我國在地質(zhì)災(zāi)害風險評估方面起步較晚、研究內(nèi)容單一。目前，主要聚焦于單體地質(zhì)災(zāi)害的風險評估，有關(guān)區(qū)域尺度上的風險評價并不多見，這對體現(xiàn)區(qū)域風險的差異方面是一缺失[6-7]。區(qū)域內(nèi)防災(zāi)減災(zāi)的基礎(chǔ)是風險性評價，風險動態(tài)變化是防災(zāi)減災(zāi)措施制定和調(diào)整的風向標，故加強區(qū)域內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害風險性評估迫在眉睫。永登縣苦水鎮(zhèn)地處隴西黃土高原西部，作為青藏高原東北部與黃土高原西部過渡地帶的重要組成部分，是受地質(zhì)災(zāi)害嚴重威脅的地區(qū)之一。前人在永登縣地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查和研究方面做了富有成效的工作[8-12]，但在地質(zhì)災(zāi)害易損性與風險性評價方面的成果并不多見。本文在對苦水鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害時空分布特征及危險性評價研究的基礎(chǔ)上，開展地質(zhì)災(zāi)害易損性與風險性分區(qū)評價，以期能夠準確認知地質(zhì)災(zāi)害風險分布的時空變化及其影響因素，這對促進永登縣土地資源的優(yōu)化配置有參考價值。

1 研究區(qū)概況與評價單元劃分

苦水鎮(zhèn)處于永登縣東南部(圖 1)，莊浪河下游。研究區(qū)位于莊浪河河谷左岸和西側(cè)丘陵區(qū)邊緣地帶，地貌環(huán)境較為復(fù)雜，地形起伏大，東西兩側(cè)為丘陵，東西高中間低，平均坡度由10°陡變?yōu)?5°左右。經(jīng)歷了喜山期和燕山期構(gòu)造運動，斷裂為莊浪河斷裂，其沿莊浪河南北向展布，褶皺不甚發(fā)育，新構(gòu)造運動比較明顯，主要表現(xiàn)為沿古構(gòu)造體系局部地段的繼承性復(fù)合。1950年以來歷史地震資料記載境內(nèi)地震活動多達63次，增加了地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的幾率。

圖 1 研究區(qū)位置圖Fig.1 Location of the study area

圖 2 永登縣苦水鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害易損性評價單元劃分Fig.2 Division of vulnerability evaluation units of geological disasters in Kushui Town， Yongdeng County

劃分評價單元是地質(zhì)災(zāi)害易損性與風險性評價的前提工作，在劃分評價單元時，需要確保每個單元內(nèi)部條件的最大均一性和各單元間的最大差異性。筆者在文獻[13]中將苦水鎮(zhèn)劃分為71個危險性評價單元，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害易損性的構(gòu)成，對危險性評價單元所含的樓房、平房、水庫、廠房等承災(zāi)體進行類型劃分，通過調(diào)查并統(tǒng)計各類承災(zāi)體的數(shù)量以及分布狀況，核算出受災(zāi)價值，研究各類承災(zāi)體在不同種類、不同強度地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時的破壞程度及其價值損失率，最后劃分出76個易損性評價單元(圖 2)。

圖 3 永登縣苦水鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害易損性分區(qū)圖Fig.3 Geological disaster vulnerability zoning map of Kushui Town， Yongdeng County

2 易損性評價

2.1 評價因子選取

地質(zhì)災(zāi)害易損性指標體系涉及諸多領(lǐng)域，評價指標選取不合理將會導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害易損性的信息與實際不符?？嗨?zhèn)地質(zhì)災(zāi)害受災(zāi)體繁雜，在災(zāi)情評估中不可能逐一核算其損失，故將受災(zāi)體劃分為若干類型進行統(tǒng)計分析，獲取災(zāi)情評估所需的易損性參數(shù)。為了易損性指標體系簡單直接、便于操作，盡可能采用較少的指標使反映內(nèi)容全面，本文參考中國地質(zhì)科學院編制的《風險評估流程及技術(shù)指南》[14]，充分考慮苦水鎮(zhèn)社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)獲取的可行性和經(jīng)濟性，結(jié)合規(guī)劃區(qū)規(guī)劃方案，以及區(qū)內(nèi)承災(zāi)體特點，苦水鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害易損性評價主要注重生命易損性和經(jīng)濟易損性兩方面，將人口密度和財產(chǎn)密度作為評價因子，結(jié)合易損性要素分析方法，建立苦水鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害易損性評價指標體系。

2.2 評價指標值統(tǒng)計

根據(jù)永登縣物價確定苦水鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害評估價格標準，對研究區(qū)各個評價單元內(nèi)的承災(zāi)體的人口、財產(chǎn)價值指標進行調(diào)查統(tǒng)計，依據(jù)實際情況計算出苦水鎮(zhèn)承災(zāi)體內(nèi)的人口密度和財產(chǎn)密度，見表 1。

2.3 易損性值歸一化指數(shù)

分區(qū)單元的易損性值歸一化指數(shù)為

Y損ij=Yij/Yjmax

(1)

式中，Yjmax為j因素損失最大值；Yij為i評價單元j因素的易損性值，其計算公式為

(2)

式中，Yi為i單元的易損性值，Xi1為i單元的人口密度(人/km2)，Xi2為i單元的財產(chǎn)密度(萬元/km2)，aij為Xij的損失率。不同條件下，損失率表取值不同，在高危險區(qū)，ai>0.7； 中危險區(qū)，ai在0.4～0.7； 低危險區(qū)，ai<0.4； 極低危險區(qū)，ai=0。

應(yīng)用上述公式賦值計算獲取各單元的各因子歸一化結(jié)果值(表 1)。依據(jù)Y損ij的數(shù)值將i單元j因素易損程度劃分為4個級別[16]：Y損ij≥0.75，高易損； 0.5

2.4 易損程度(Y損)取值

通過對易損性進行疊加，按就高原則，根據(jù)易損程度取值[10]，對隸屬單元進行社會經(jīng)濟易損性信息提取和數(shù)字化，并將數(shù)字化后所得結(jié)果進行疊加取值，最終易損性評價結(jié)果見表 1。

3 易損性評價結(jié)果分析與區(qū)劃

根據(jù)永登縣苦水鎮(zhèn)劃分的各單元易損性分區(qū)計算結(jié)果，形成地質(zhì)災(zāi)害易損性區(qū)劃圖(圖 3)。從圖 3可以看出，苦水鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害易損性可劃分為高易損性、中易損性、低易損性和極低易損性4類，地質(zhì)災(zāi)害風險評價結(jié)果的空間特征較為明顯。高易損性面積0.000￣￣9km2，占評價區(qū)總面積的0.06%，主要分布于H001大路村1社1號滑坡所在斜坡帶威脅的坡腳前緣部分區(qū)域，包括61號、74號評價單元(表 1)，威脅區(qū)范圍內(nèi)有大量居民平房及玫瑰榨油廠等廠房，人口和財產(chǎn)密度大，易遭受災(zāi)害威脅，如果發(fā)生災(zāi)害，在僅有的0.001km2危險區(qū)域內(nèi)將威脅人口29人，財產(chǎn)115萬元，面積小但危害巨大，災(zāi)點數(shù)量少但潛在經(jīng)濟損失大。中易損性面積0.005￣￣6km2，占評價區(qū)總面積的0.36%，分布于H001大路村1社1號滑坡所在斜坡帶威脅的坡腳前緣部分區(qū)域、苦水街村12社和13社的個別斜坡體以及X003大路村6社1號不穩(wěn)定斜坡威脅的坡腳前緣區(qū)域，包括43號、50號、64號、75號評價單元，由于威脅區(qū)范圍內(nèi)居民區(qū)、廠房密集，人口和財產(chǎn)密度較大，發(fā)生災(zāi)害后危害大。低易損性面積0.026￣￣0km2，占評價區(qū)總面積的1.65%，主要位于苦水街村12社和13社大部分斜坡體的威脅區(qū)范圍、苦水鎮(zhèn)衛(wèi)生院一帶部分斜坡體的坡腳威脅區(qū)范圍、H001大路村1社1號滑坡及X004、X005不穩(wěn)定斜坡威脅區(qū)范圍、X003、X004所在斜坡體的威脅區(qū)范圍，包括2號、42號、45號、46～47號、53號、58～59號、62～63號、65～66號、68號、72號、76號評價單元，主要威脅坡腳前緣居民區(qū)及少量廠房，由于單位面積內(nèi)人口及財產(chǎn)分布密度較小，為低易損單元。不易損性面積1.537￣￣5km2，占評價區(qū)總面積的97.93%，主要包括莊浪河Ⅰ、Ⅱ級階地階面、東側(cè)黃土丘陵區(qū)部分斜坡體坡腳前緣威脅區(qū)及坡面區(qū)域，Ⅰ、Ⅱ級階地階面地勢平坦，面積開闊，災(zāi)點少危險低易損性低，主要為農(nóng)田及居民點，不易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，單位面積內(nèi)人口和財產(chǎn)密度小，東側(cè)黃土丘陵區(qū)斜坡坡面上基本無人口、財產(chǎn)分布，均劃分為不易損區(qū)。

4 地質(zhì)災(zāi)害風險評價

危險性和易損性評價構(gòu)成了永登縣苦水鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害風險評價體系，借鑒苦水鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害危險性和易損性分區(qū)結(jié)果，采用定性和定量相結(jié)合的方法確定每個評價單元風險性等級，最后完成苦水鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害風險性區(qū)劃圖。

圖 4 永登縣苦水鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害風險性區(qū)劃Fig.4 Geological disaster risk zoning in Kushui Town， Yongdeng County

4.1 風險性定性分析

風險定性分析為定量評價的前提，本文定性分析前提條件是：危險性是指地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性，易損性是指地質(zhì)災(zāi)害對人類生命與財產(chǎn)造成的后果。在對苦水鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害定性評價時，極低危險區(qū)對應(yīng)災(zāi)害發(fā)生可能性屬于不可能、低危險區(qū)對應(yīng)災(zāi)害發(fā)生可能性屬于可能性很小、中危險區(qū)對應(yīng)災(zāi)害發(fā)生可能性屬于可能、高危險區(qū)對應(yīng)災(zāi)害發(fā)生可能性屬于基本確定； 不易損區(qū)對應(yīng)人類生命和財產(chǎn)產(chǎn)生的后果屬于輕微、低易損區(qū)對應(yīng)人類生命和財產(chǎn)產(chǎn)生的后果屬于較輕、中易損區(qū)對應(yīng)人類生命和財產(chǎn)產(chǎn)生的后果屬于中等、高易損區(qū)對應(yīng)人類生命和財產(chǎn)產(chǎn)生的后果屬于重大。參照地質(zhì)災(zāi)害風險定性分析評價中危險性與易損性對應(yīng)組合特征對各個單元的風險性等級進行評價，將苦水鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害風險劃分為高風險、中風險、低風險和極低風險4個等級(表 2)，為了確?？嗨?zhèn)地質(zhì)災(zāi)害風險性評估結(jié)果的可靠性與真實性，進一步利用統(tǒng)計分析、實地驗證、專家檢查等手段對評價結(jié)果進行檢驗和完善。

4.2 風險性定量評價

根據(jù)上述風險性定量計算方法以及危險性和易損性確定的各單元的指數(shù)，對單元風險性指數(shù)歸一化采用公式R風i=Ri/Rmax計算，并結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害風險性區(qū)劃分級標準評價分級，各評價單元風險性定量計算，如表 2中各單元地質(zhì)災(zāi)害風險性定量計算所示。

5 風險性評價及區(qū)劃

5.1 風險性評價結(jié)果分析

依據(jù)風險性定性和定量相結(jié)合的評價結(jié)果以及各評價單元內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育情況、威脅特征等，將兩種評價結(jié)果采用“就高原則”進行修整、調(diào)適，結(jié)合危險性、易損性評價結(jié)果，最終確定苦水鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害各評價單元風險性綜合評價結(jié)果，形成地質(zhì)災(zāi)害風險性區(qū)劃圖(圖 4)。從圖 4可以看出，苦水鎮(zhèn)可劃分為高風險區(qū)、中風險區(qū)、低風險區(qū)和極低風險區(qū)4類地質(zhì)災(zāi)害風險區(qū)，地質(zhì)災(zāi)害風險評價結(jié)果的空間特征較為明顯。其中，地質(zhì)災(zāi)害高風險區(qū)面積為0.05km2，占評價區(qū)總面積的3.19%，主要分布于H001大路村1社1號滑坡和X001苦水街村12社不穩(wěn)定斜坡所在斜坡體威脅的坡腳前緣區(qū)域、X003大路村6社1號不穩(wěn)定斜坡威脅的坡腳前緣區(qū)域，包括43號、61號、64號、74～75號評價單元，主要威脅上述地區(qū)的居民和玫瑰榨油廠等廠房。地質(zhì)災(zāi)害中風險區(qū)面積為0.03km2，占評價區(qū)總面積的1.91%，主要分布于苦水街村12社和13社大部分斜坡體的威脅區(qū)范圍、苦水鎮(zhèn)衛(wèi)生院一帶部分斜坡體的坡腳威脅區(qū)范圍、H001大路村1社1號滑坡及X004、X005不穩(wěn)定斜坡威脅區(qū)范圍、X003、X004所在斜坡體的威脅區(qū)范圍，包括2號、42號、45號、46～47號、50號、53號、58～59號、62～63號、65～66號、68號、72號、76號評價單元，主要威脅坡腳前緣居民區(qū)及少量廠房。地質(zhì)災(zāi)害低風險區(qū)面積為0.22km2，占評價區(qū)總面積的14.01%，主要包括東側(cè)黃土丘陵區(qū)斜坡坡面區(qū)域及部分斜坡體潛在威脅的前緣坡腳區(qū)域，包括1號、3～17號、19～25號、27～38號、40號、44號、48～49號、51～52號、54～57號、60號、67號、69～71號、73號評價單元，主要威脅上述地區(qū)的少量居民點。地質(zhì)災(zāi)害極低風險區(qū)面積為1.27km2，占評價區(qū)總面積的80.89%，主要包括莊浪河左岸Ⅰ、Ⅱ級階地階面區(qū)以及東側(cè)黃土丘陵區(qū)內(nèi)的五里墩水庫、大石頭溝水庫、三里墩水庫所在區(qū)域，包括18號、26號、39號、41號評價單元，現(xiàn)為城鎮(zhèn)建成區(qū)、農(nóng)田和水庫，地勢平坦，相對高差小，受地質(zhì)災(zāi)害威脅小。

圖 5 永登縣苦水鎮(zhèn)適宜性區(qū)劃Fig.5 Suitability zoning of site in Kushui Town， Yongdeng County

5.2 適宜性區(qū)劃

結(jié)合永登縣苦水鎮(zhèn)土地利用及城鎮(zhèn)規(guī)劃現(xiàn)狀，以地質(zhì)災(zāi)害風險性區(qū)劃結(jié)果為依據(jù)，將研究區(qū)場地適宜性分區(qū)劃分為適宜區(qū)、基本適宜區(qū)及不適宜區(qū)3個級別(圖 5)。其中，不適宜區(qū)面積0.118km2，分布在莊浪河左岸苦水街村12社部分地段、苦水街村13社三里墩水庫南側(cè)部分地段、大石頭溝水庫至苦水鎮(zhèn)衛(wèi)生院南側(cè)一帶、玫瑰榨油廠東側(cè)一帶、苦水鎮(zhèn)鎮(zhèn)政府以北至五里墩水庫一帶的黃土丘陵前緣斜坡區(qū)及坡腳受斜坡威脅的部分地區(qū)，涉及1～2號、6～7號、12號、15～17號、19～21號、24～25號、30～38號、42～43號、47～48號、52～58號、61～76號評價單元。不適宜區(qū)為地質(zhì)災(zāi)害高風險及高危險區(qū)，研究區(qū)內(nèi)所有滑坡、不穩(wěn)定斜坡均包含在內(nèi)，由于災(zāi)害體規(guī)模較小，并未實施有效的治理工程措施。主要威脅苦水街村12社和13社、大路村1社和6社等村社部分居民點、玫瑰榨油廠、玫瑰花茶廠等廠房以及大石頭溝水庫、五里墩水庫等水利設(shè)施。受地質(zhì)、地形、氣候等因素影響，存在明顯地質(zhì)災(zāi)害安全隱患，不適宜建設(shè)用地開發(fā)及利用，確需在坡腳地段及溝道內(nèi)建設(shè)，應(yīng)嚴格參照地質(zhì)災(zāi)害防治條例，實行嚴格的土地用途管制，控制人為因素對自然生態(tài)的干擾，做好對已破壞的生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)工作。

基本適宜區(qū)面積0.066km2，分布在莊浪河左岸苦水街村12社部分地段、苦水街村13社三里墩水庫南側(cè)部分地段、玫瑰榨油廠南側(cè)一帶、苦水鎮(zhèn)衛(wèi)生院以北至苦水鎮(zhèn)鎮(zhèn)政府以南一帶的黃土丘陵前緣斜坡區(qū)及坡腳受斜坡威脅的部分地區(qū)，涉及3～5號、8～11號、13～14號、22～23號、27～29號、40號、44～46號、49～51號、59～60號評價單元?；具m宜區(qū)為地質(zhì)災(zāi)害中-低風險區(qū)及中-低危險區(qū)，現(xiàn)狀無地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育，但緊鄰的斜坡單元體發(fā)育滑坡、不穩(wěn)定斜坡，且本區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境較脆弱、斜坡體地勢較陡，相對高差較大，資源環(huán)境承載力較低，存在發(fā)生滑坡、崩塌等災(zāi)害的隱患。該區(qū)建設(shè)宜堅持保護優(yōu)先，適度開發(fā)、點狀發(fā)展，實行限制開發(fā)。

適宜區(qū)面積1.386km2，分布在莊浪河左岸Ⅰ、Ⅱ級階地階面區(qū)以及東側(cè)黃土丘陵區(qū)內(nèi)的五里墩水庫、大石頭溝水庫、三里墩水庫所在區(qū)域，涉及18號、26號、39號、41號評價單元，適宜區(qū)為地質(zhì)災(zāi)害極低風險區(qū)及極低危險區(qū)，現(xiàn)狀無地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育，現(xiàn)為城鎮(zhèn)建成區(qū)、農(nóng)田和水庫。由于本區(qū)地勢平坦，相對高差小，可做為建設(shè)用地，但考慮到人口密度、建筑密度和經(jīng)濟密度都很高，長期的人為干擾導(dǎo)致環(huán)境質(zhì)量有所下降，需要加強城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)。

6 結(jié)論

(1)按危險性評價單元所含的樓房、平房、水庫、廠房等不同類型承災(zāi)體劃分出76個易損性評價單元，采用社會經(jīng)濟統(tǒng)計指標表征研究區(qū)易損性。根據(jù)地質(zhì)環(huán)境分區(qū)單元易損性指數(shù)值，綜合信息疊加，將苦水鎮(zhèn)劃分為地質(zhì)災(zāi)害高、中、低易損區(qū)和不易損4個區(qū)，其中地質(zhì)災(zāi)害高易損性面積0.000￣￣9km2，占評價區(qū)總面積的0.06%； 地質(zhì)災(zāi)害中易損性面積0.005￣￣6km2，占評價區(qū)總面積的0.36%； 地質(zhì)災(zāi)害低易損性面積0.026￣￣0km2，占評價區(qū)總面積的1.65%； 地質(zhì)災(zāi)害不易損性面積1.537￣￣5km2，占評價區(qū)總面積的97.93%。

(2)綜合苦水鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害危險性與易損性指數(shù)確定地質(zhì)災(zāi)害風險指數(shù)，將地質(zhì)災(zāi)害風險性分為高、中、低、極低四個級別。其中，地質(zhì)災(zāi)害高風險區(qū)面積為0.05km2，占評價區(qū)總面積的3.19%； 地質(zhì)災(zāi)害中風險區(qū)面積為0.03km2，占評價區(qū)總面積的1.91%； 地質(zhì)災(zāi)害低風險區(qū)面積為0.22km2，占評價區(qū)總面積的14.01%； 地質(zhì)災(zāi)害極低風險區(qū)面積為1.27km2，占評價區(qū)總面積的80.89%。

(3)劃定了工程建設(shè)適宜區(qū)、基本適宜區(qū)及適宜性差區(qū)。適宜性差區(qū)面積0.118km2，為地質(zhì)災(zāi)害高風險及高危險區(qū)； 基本適宜區(qū)面積0.066km2，為地質(zhì)災(zāi)害中-低風險區(qū)及中-低危險區(qū)； 適宜區(qū)面積1.386km2，為地質(zhì)災(zāi)害極低風險區(qū)及極低危險區(qū)。