基于GIS的涇川縣地質災害易發(fā)性評價

孫瑩潔,田運濤,王愛軍

(中國地質調查局水文地質環(huán)境地質調查中心,河北保定 071051)

基于GIS的涇川縣地質災害易發(fā)性評價

孫瑩潔,田運濤,王愛軍

(中國地質調查局水文地質環(huán)境地質調查中心,河北保定 071051)

GIS;地質災害;易發(fā)性;涇川縣

基于GIS平臺,選取地貌、坡度、巖性、降雨、植被 5個地質災害影響因子并結合野外調查資料,采用指數加權分析方法對甘肅省涇川縣進行地質災害易發(fā)性分區(qū)。按照地質災害的易發(fā)性分級,將研究區(qū)的地質災害易發(fā)性劃為 4類,其中高易發(fā)區(qū)面積為 364.90 km2,中易發(fā)區(qū)為392.99 km2,低易發(fā)區(qū)為 200.01km2,不易發(fā)區(qū)為 506.18 km2,分區(qū)結果表明,涇川縣地質災害總體表現(xiàn)出群發(fā)性、突發(fā)性和周期性等特點。

地質災害易發(fā)區(qū)是指具備地質災害發(fā)生的地質構造、地形地貌、氣候條件,容易或者可能發(fā)生地質災害的區(qū)域[1]。地質災害易發(fā)性分區(qū)是地質災害調查中的重要環(huán)節(jié),也是防治地質災害發(fā)生與減輕地質災害威脅的重要參考。本文以甘肅省涇川縣為研究對象,基于GIS平臺,采用指數加權分析方法對研究區(qū)地質災害易發(fā)性進行了分區(qū)[2-3]。

1 研究區(qū)概況

(1)地形地貌。涇川縣位于甘肅省平涼市東部,地理位置介于東經 107°15′— 107°45′、北緯 35°11′— 35°31′之間,東西長57 km,南北寬 36 km,總面積 1 464 km2;位于六盤山脈關山之東130 km處,地形西高東低,海拔 930—1 462m,最高點在西南部的四嶺塬,最低點在東南部的涇河河道;屬隴東黃土高原地貌,主要地貌類型有黃土梁峁溝壑、黃土低山丘陵、黃土殘塬和河谷川地 4種,其中黃土梁峁溝壑地貌分布面積最廣,占總面積的 60%以上。

(2)地層巖性。涇川縣地層出露以第四系黃土及河流相堆積物覆蓋為主,白堊系志丹群羅漢洞組和涇川組地層呈近水平產狀出露于河谷坡腳和溝谷下游,地層結構相對簡單。白堊系(K)包括羅漢洞組和涇川組,其中羅漢洞組巖性為棕紅色或紫紅色局部土黃色長石砂巖夾紫紅色泥質砂巖、砂質泥巖;涇川組巖性為紫紅色或粉紅色泥巖、砂質泥巖和藍灰色泥質灰?guī)r,底部與羅漢洞組整合接觸,頂部與上覆第四系不整合接觸。第四系地層分布較廣,面積約 1 335 km2,占總面積的 90%以上,其中下更新統(tǒng)巖性為棕紅色黃土夾多層薄層姜石層,堅硬致密,厚度多小于 100 m;中更新統(tǒng)為黃色—淺黃色亞黏土或黃土,夾 3～5層古土壤層和鈣質結核,土質松軟,厚 100～150m;上更新統(tǒng)(Q3)上部為沖洪積黃土,疏松,厚 30 m左右,下部有3～5m厚的卵石層;全新統(tǒng)(Q4)分布于河谷及其支溝,上部為褐黃色粉土,下部為圓礫。

(3)氣象水文。涇川縣屬隴東南部冷溫帶半濕潤區(qū),夏短冬長,冬春干旱多風,夏秋陰濕多雨,年平均氣溫 10℃;年降水量 555.0mm,降水年內分配不均,汛期(5—9月)降水量 462.8 mm,占全年降水量的 83%。涇川縣屬黃河二級支流涇河流域,涇河干流由西向東從縣境穿過,縣域南部分布有汭河、黑河等支流,北部分布有紅河、蒲河等支流。

2 野外調查

通過詳細調查涇川縣地質災害現(xiàn)狀,查明縣境內地質災害點共 505個,其中滑坡 321處、崩塌 29處、泥石流 5處、不穩(wěn)定斜坡 147處、地裂縫 3處等?；?、崩塌和不穩(wěn)定斜坡主要分布于黃土殘塬塬邊及黃土梁峁溝壑區(qū),其中滑坡均為老滑坡,物質成分以中、上更新統(tǒng)黃土為主;崩塌多為黃土崩塌,也有少量基巖崩塌,規(guī)模以小型為主;不穩(wěn)定斜坡均為黃土斜坡,多由人工削坡建窯、建房引起,只有極少數為自然斜坡。泥石流溝谷侵蝕強烈,沖刷深度較大,在各種外力作用下溝谷兩側產生了嚴重的垮塌、坍方,遇強降雨易形成中小型泥流。地裂縫多是由于黃土本身的濕陷性和降水入滲引起的,長度在幾十到幾百米,寬度為十幾到幾十厘米不等。

3 地質災害易發(fā)性分區(qū)

3.1 技術路線

在地質災害野外調查的基礎上,通過遙感圖像解譯,對研究區(qū)地形圖進行剖分,將剖分網格與滑坡、崩塌、泥石流等地質災害點分布圖進行空間運算,首先對包含災害點的網格和不包含災害點的網格分別進行災害易發(fā)性賦值,并利用 MapGIS的DTM分析功能生成初步地質災害易發(fā)性區(qū)劃圖,然后將地質災害的各個影響因素圖如地形地貌圖、地層巖性圖、地形坡度圖、降水量分布圖、植被覆蓋度圖等疊加到初步地質災害易發(fā)性區(qū)劃圖中,最后采用指數加權方法計算并繪制出涇川縣地質災害易發(fā)性分區(qū)圖[4-5]。具體區(qū)劃流程見圖 1。

3.2 數據準備

將涇川縣 1∶5萬地形圖剖分為 17 021個網格,網格單元尺寸為 300m×300m。利用MapGIS的空間分析功能將剖分后的網格與地質災害點分布圖疊加,得到包含災害點的網格和不包含災害點的網格,分別將其易發(fā)性等級賦值為 4和 0。再利用 DTM分析功能將上述網格生成 4個等級的初步地質災害易發(fā)性區(qū)劃分級圖,其中等級值 4— 3、3— 2、2— 1、1—0分別對應的易發(fā)性等級為高易發(fā)、中易發(fā)、低易發(fā)和不易發(fā)(圖 2)。

影響涇川縣地質災害發(fā)育的主要因素有地貌類型、地形坡度、地層巖性、降水量、植被覆蓋度等,將這些因素作為地質災害評價指標并按其對地質災害的影響程度分為高、中、低、不易發(fā) 4個等級,易發(fā)性指數分別賦值為 4、3、2、1(見表 1)。根據表 1的評價標準,繪制出各個影響因素的地質災害影響程度分區(qū)圖,見圖 3。

表 1 地質災害影響因素易發(fā)程度分區(qū)評價標準

3.3 計算方法

涇川縣地質災害易發(fā)性分析采用指數加權法。計算時,首先要獲得各評價指標的單因素指數值,然后通過計算各評價指標的權重系數求得各指標對待評判目標的貢獻值,最后按照綜合指數(F)對評價區(qū)域進行等級劃分。其計算公式為

式中:F為綜合指數,即各指標對待評判目標的貢獻值;fi為第 i個指標的單因素指數;wi為第i個指標的權重系數,由層次分析法求得;n為指標總數。

本文采用的單因子評價指標包括地貌類型、地形坡度、地層巖性、降水量、植被覆蓋度等,通過分析它們對地質災害易發(fā)性的貢獻值,對涇川縣的地質災害易發(fā)性進行分區(qū)。采取層次分析法確定各影響因素的權重,確定初步地質災害易發(fā)性分區(qū)權重為 0.377,地貌類型為 0.204,地形坡度為 0.165,地層巖性為 0.088,降水量為 0.083,植被覆蓋度為 0.083。

圖4 涇川縣地質災害易發(fā)性分區(qū)

3.4 評價結果分析

以涇川縣初步地質災害易發(fā)性區(qū)劃圖為基圖,在 MapGIS中將各個影響因素疊加到基圖上,利用指數加權方法求得各個網格的易發(fā)性指數值,將易發(fā)性指數值按一定區(qū)間分為 4個等級,并將每一等級賦予特定的顏色,即生成涇川縣地質災害易發(fā)程度區(qū)劃分級圖。對涇川縣易發(fā)性區(qū)劃分級圖進行整理,根據分區(qū)原則和綜合規(guī)劃修改得出涇川縣滑坡、崩塌、泥石流易發(fā)程度區(qū)劃圖(圖 4),將其細分為高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)、不易發(fā)區(qū),其中高易發(fā)區(qū)面積為 364.90 km2,占總面積的24.93%,發(fā)育有災害點 339處,占災害點總數的 67.13%;中易發(fā)區(qū)面積為 392.99 km2,占總面積的 26.84%,發(fā)育有災害點147處,占災害點總數的 29.11%;低易發(fā)區(qū)面積為 200.01 km2,占總面積的 13.66%,發(fā)育有災害點 16處,占災害點總數的3.17%;不易發(fā)區(qū)面積為 506.18 km2,占總面積的 34.57%,發(fā)育有災害點 3處,占災害點總數的 0.59%。

4 結 語

(1)基于 MapGIS平臺,選取地貌、坡度、巖性、降雨、植被共5個地質災害影響因子,結合涇川縣野外調查資料,采用網格疊加及指數加權方法進行涇川縣地質災害易發(fā)性分區(qū),結果表明涇川縣地質災害總體表現(xiàn)出群發(fā)性、突發(fā)性和周期性等特點。

(2)受地形地貌、地質構造、水文地質條件和人類工程活動等因素的影響,涇川縣地質災害具有分區(qū)分帶的特點,地域分異性明顯?；隆⒈浪?、泥石流等地質災害主要以帶狀分布在涇河、汭河、紅河、黑河河谷兩側的黃土殘塬塬邊及黃土殘塬與侵蝕沖溝之間,當地工程地質條件較差,地形坡度較大,植被發(fā)育不良且人類工程活動較頻繁。降雨時隨著雨水的滲入,斜坡中的軟弱夾層會逐漸軟化,強度急劇降低,在地震或重力的作用下,斜坡變形失穩(wěn)容易形成滑坡或崩塌。

(3)地貌、坡度等地質災害影響因子的選取、分級及其與初步地質災害易發(fā)性分區(qū)權重的確定尚沒有統(tǒng)一的標準,而它們對易發(fā)性分區(qū)結果的影響較大,還需要進一步研究。

[1]胡金,李波,楊艷鋒.GIS在云南魯甸縣地質災害易發(fā)性分區(qū)中的應用[J].災害學,2008,23(1):73-76.

[2]張朝洪,廖根權,徐曙林.嘉陵江流域北碚段基于 GIS平臺的地質災害易發(fā)性評價[J].地質災害與環(huán)境保護,2009,20(3):45-49.

[3]李正國,吳健生,李衛(wèi)峰.密云縣地質災害危險性評價[J].水土保持研究,2005,12(4):78-81.

[4]敖浩翔,況明生,劉晶.基于GIS的泥石流發(fā)生域危險性評價——以大寨溝流域為例[J].水土保持研究,2006,13(3):171-173.

[5]白曉華,吳瑋江,馮樂濤.甘肅東部滑坡的 GIS分析評價[J].中國水土保持,2007(4):55-56.

P694

A

1000-0941(2011)05-0046-03

中國地質調查局地調項目(1212010814012)

孫瑩潔(1983— ),男,山西朔州市人,碩士,主要從事水文地質、工程地質和環(huán)境地質方面的研究。

2011-02-01

(責任編輯 李楊楊)