基于GIS的甘肅省靈臺(tái)縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃研究*

丁偉翠,薛星橋,楊強(qiáng),孫秀娟

(1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所,北京100037;2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心,河北保定071051)

我國(guó)西部黃土地區(qū)地質(zhì)環(huán)境較脆弱,是地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)區(qū)域,區(qū)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與地質(zhì)災(zāi)害的矛盾日益突出[1-2]。在過(guò)去幾十年的經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中,由于對(duì)其區(qū)劃研究不夠全面,使社會(huì)和人民生命財(cái)產(chǎn)蒙受了巨大的損失,因此,開(kāi)展以滑坡、崩塌、泥石流、不穩(wěn)定斜坡災(zāi)害為主體的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃研究,對(duì)減少地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生、優(yōu)化土地使用、進(jìn)行環(huán)境保護(hù)、提高地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)研究、整體綜合防治具有十分重要的理論和實(shí)際意義。GIS技術(shù)的飛速發(fā)展為進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃深入研究提供了一個(gè)卓有成效的技術(shù)平臺(tái)與研究途徑。

選取地處隴東黃土區(qū)的甘肅省靈臺(tái)縣作為研究區(qū)域,采用襲擾系數(shù)法和空間信息系統(tǒng)分析法結(jié)合信息量法的思路[3-5],對(duì)靈臺(tái)縣的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃進(jìn)行研究,生成靈臺(tái)縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃分級(jí)圖。靈臺(tái)縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃圖可為政府管理部門進(jìn)行土地規(guī)劃、減災(zāi)防災(zāi)、災(zāi)害治理和制定相關(guān)的法規(guī)條例提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)基本情況

靈臺(tái)縣位于隴東黃土高原南緣,總面積2 038 km2,地勢(shì)西北高、東南低,海拔890～1 520 m,屬黃土高原溝壑區(qū)。交通以公路為主,經(jīng)濟(jì)發(fā)展以農(nóng)林牧業(yè)為主。區(qū)內(nèi)屬暖溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候,冬長(zhǎng)夏短,氣候干燥,年平均氣溫8.6℃,年平均降水量654.4 mm。該區(qū)出露地層主要為白堊系泥巖、粉細(xì)砂巖與棕紅色砂質(zhì)泥巖,新近系棕紅色黏土,第四系午城、離石、馬蘭黃土。地下水根據(jù)賦存特征可分為第四系松散巖類孔隙水與前第四系碎屑巖類裂隙水兩種類型。

通過(guò)對(duì)靈臺(tái)縣野外地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查,查明該地地質(zhì)災(zāi)害有滑坡286個(gè)、崩塌29個(gè)、泥石流8個(gè)、不穩(wěn)定斜坡73個(gè)。威脅居民、公路、水庫(kù)等地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)有109個(gè),其中滑坡12個(gè)、崩塌20個(gè)、不穩(wěn)定斜坡73個(gè)、泥石流8個(gè)。災(zāi)害多發(fā)生在在人居密集和人類工程活動(dòng)頻繁的川臺(tái)區(qū)。

2 基于GIS的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃

首先在MapGIS 6.7平臺(tái)上,以靈臺(tái)縣地質(zhì)災(zāi)害分布圖為底圖采用襲擾系數(shù)法生成初步的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃圖,然后把該地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的主要影響因素地貌類型、地層巖性、降雨量分布、地形坡度及植被分布的各個(gè)圖件按照不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級(jí),采用專家打分的方法確定各個(gè)影響因素的權(quán)重,最后在M apGIS 6.7中將初步地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃圖與各個(gè)影響因素圖進(jìn)行疊加生成最終的靈臺(tái)縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃圖。

2.1 生成基于襲擾系數(shù)法的初步地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃分級(jí)圖

經(jīng)典襲擾系數(shù)法是以反映地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密度和規(guī)模的襲擾系數(shù)R值為依據(jù),對(duì)調(diào)查區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度進(jìn)行定量分析與評(píng)價(jià)的一種方法[6]。R值綜合考慮了單位面積內(nèi)災(zāi)害點(diǎn)的個(gè)數(shù)、面積和體積。

襲擾系數(shù)法對(duì)靈臺(tái)縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃的具體方法如下:

①首先在1∶5萬(wàn)靈臺(tái)縣地質(zhì)災(zāi)害調(diào)繪圖上進(jìn)行網(wǎng)格剖分,共剖分8 084個(gè)網(wǎng)格,每個(gè)網(wǎng)格單元代表的實(shí)地面積為500 m×500 m,并對(duì)跨越河流、溝谷、山脊的網(wǎng)格進(jìn)行處理,沿地形線進(jìn)行進(jìn)一步剖分,使其合理化。

②分別計(jì)算每一個(gè)網(wǎng)格單元內(nèi)滑坡、崩塌、泥石流和潛在不穩(wěn)定斜坡等地質(zhì)災(zāi)害的個(gè)數(shù)、面密度、體積密度。采用專家評(píng)判方法,將高易發(fā)、中易發(fā)、低易發(fā)、不易發(fā)之間的界限值確定出來(lái)如表1,表1中每個(gè)網(wǎng)格中災(zāi)害點(diǎn)個(gè)數(shù)、體積密度、面積密度按最高一項(xiàng)確定其襲擾系數(shù)值,計(jì)算出每個(gè)網(wǎng)格的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性襲擾系數(shù),將評(píng)價(jià)區(qū)的易發(fā)性分為4級(jí),即:高易發(fā)、中易發(fā)、低易發(fā)和不易發(fā),其易發(fā)襲擾指數(shù)分別給予4,3,2,1。

③以R值為依據(jù)自動(dòng)生成初步地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性等值線圖,然后根據(jù)R值的界限給不同級(jí)別賦上不同的顏色從而生成初步的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃分級(jí)圖。在表1所示的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性襲擾系數(shù)值的取值原則基礎(chǔ)上,生成初步地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃分級(jí)圖如附圖9所示。

表1 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性襲擾系數(shù)值的取值原則

2.2 地質(zhì)災(zāi)害影響因素的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及權(quán)重確定

影響靈臺(tái)縣地質(zhì)災(zāi)害的主要因素有地貌類型、地層巖性、降雨量分布、地形坡度、植被覆蓋度,將這5個(gè)影響因素作為地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)指標(biāo),把各個(gè)影響因素的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分為高、中、低易發(fā)區(qū)和不發(fā)育區(qū)4個(gè)等級(jí),其易發(fā)指數(shù)分別給予4,3,2,1。并建立相應(yīng)評(píng)價(jià)體系(見(jiàn)表2)。

根據(jù)表2的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),繪制出各個(gè)影響因素的地質(zhì)災(zāi)害影響程度分區(qū)圖,如附圖10-14。

采取專家打分的原則來(lái)確定各個(gè)影響因素的權(quán)重,本次共發(fā)出了80份專家打分表,收回60份,從收回的專家打分表中將各個(gè)影響因素的權(quán)重進(jìn)行加權(quán)平均得出各個(gè)影響因素的最終權(quán)重,初步地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)圖權(quán)重為0.4,地貌類型權(quán)重為0.153,地層巖性權(quán)重0.104,降雨量權(quán)重為0.081,地形坡度權(quán)重為0.162,植被覆蓋權(quán)重為0.1。

表2 地質(zhì)災(zāi)害影響因素易發(fā)程度分區(qū)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

3 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃分級(jí)圖生成

以靈臺(tái)縣初步地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃圖為基圖,將各個(gè)影響因素對(duì)地質(zhì)災(zāi)害影響分區(qū)圖乘以各自的權(quán)重并疊加到基圖中,生成靈臺(tái)縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃圖,然后對(duì)生成圖件進(jìn)行最后的修整得出最終的靈臺(tái)縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃圖(如附圖15)。

由統(tǒng)計(jì)可以得出四個(gè)易發(fā)性分區(qū)的面積,所占面積比例,地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)數(shù)量、占總數(shù)比例及面密度見(jiàn)表3。

表3 靈臺(tái)縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃圖說(shuō)明表

4 結(jié)論

選用靈臺(tái)縣地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)性區(qū)劃作為研究對(duì)象,基于GIS技術(shù)采用襲擾系數(shù)法與空間信息系統(tǒng)分析法結(jié)合信息量法的思路,在1∶50 000地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查成果基礎(chǔ)上,對(duì)研究區(qū)進(jìn)行網(wǎng)格剖分,并制定判別原則給每個(gè)網(wǎng)格賦予地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性襲擾系數(shù),以此為依據(jù)生成了初步的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃圖;將地貌類型、地層巖性、降雨量分布、地形坡度、植被覆蓋度5個(gè)主要影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的影響因素的災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)圖疊加到初步地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃圖中,生成了最終的靈臺(tái)縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃圖。該區(qū)劃圖反映了該縣的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀,從圖中可以很容易找出高易發(fā)、中易發(fā)、低易發(fā)、不易發(fā)各個(gè)區(qū)域的準(zhǔn)確位置。

(1)高易發(fā)區(qū)主要分布在達(dá)溪河和黑河兩岸陡坡及支流的河谷階地中的黃土層高陡斜坡上,以中臺(tái)鎮(zhèn)及黑河流域的梁原鄉(xiāng)分布面積較大,其他都是零星分布,面積較小。地質(zhì)災(zāi)害類型以滑坡、不穩(wěn)定斜坡及崩塌為主。特大型及大型地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)均在此區(qū)域。區(qū)內(nèi)工程地質(zhì)條件較差,黃土層比較松散,表層風(fēng)化比較嚴(yán)重,節(jié)理、裂隙十分發(fā)育,地形坡度較陡,植被不發(fā)育,人口密集,加之人類工程活動(dòng)極為強(qiáng)烈,發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害威脅性較大。

(2)中易發(fā)區(qū)主要分布在達(dá)溪河和黑河流域及其支流的溝谷中高陡斜坡上,以中臺(tái)鎮(zhèn)、什字鎮(zhèn)、梁原鄉(xiāng)、星火鄉(xiāng)、西屯鄉(xiāng)分布較廣。地質(zhì)災(zāi)害以滑坡和不穩(wěn)定斜坡為主,崩塌、泥石流次之。區(qū)內(nèi)地形坡度較大,巖層工程地質(zhì)條件較差,表層節(jié)理、裂隙十分發(fā)育,植被覆蓋較差,人口密集,加之人類工程活動(dòng)很強(qiáng)烈,較易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。

(3)低易發(fā)區(qū)主要分布在達(dá)溪河和黑河流域的溝谷地形坡度較緩地段,廣泛分布于達(dá)溪河和黑河流域沿線各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),分布面積較大。區(qū)內(nèi)巖層工程地質(zhì)條件相對(duì)較好,節(jié)理、裂隙僅局部發(fā)育,地形坡度較緩,植被相對(duì)比較發(fā)育,穩(wěn)定性較好,但存在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性。

(4)不易發(fā)區(qū)主要分布在什字塬上,新集、百里的林場(chǎng)區(qū)域和西南部的小臺(tái)塬以及比較寬闊的河谷中,以朝那鎮(zhèn)、什字鎮(zhèn)、西屯鄉(xiāng)、獨(dú)店鄉(xiāng)黃土塬以及百里鄉(xiāng)林場(chǎng)分布為主。區(qū)內(nèi)工程地質(zhì)條件都比較好,或者地形平坦,或者植被較發(fā)育,總體的穩(wěn)定性較好。

本研究為政府部門進(jìn)行土地規(guī)劃、減少災(zāi)害、有效地防治地質(zhì)災(zāi)害提供了有力依據(jù),同時(shí)為進(jìn)一步研究該縣的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)展趨勢(shì),對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及災(zāi)害研究和進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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