基于GIS空間分析的吉林省輝南縣地質(zhì)災害易發(fā)程度評價

馬 力，李立軍，趙彥寧，陳初雨，王懷遠

吉林省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，吉林長春 130021

地質(zhì)災害是指由自然或人為作用，多數(shù)情況下是二者協(xié)同引起的，在地球表層比較 強烈地破壞人類生命財產(chǎn)和生存環(huán)境的巖土體位移事件[1]。崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫等地質(zhì)災害的發(fā)生受地質(zhì)環(huán)境的控制，這些地質(zhì)環(huán)境因素主要包括地形、地貌、地層巖性、氣象水文、人類活動等。地質(zhì)災害易發(fā)性評價就是在考慮各種誘發(fā)地質(zhì)災害因素的基礎上，確定地質(zhì)災害發(fā)生的可能性及易發(fā)性。

地質(zhì)災害易發(fā)程度分區(qū)方法很多，主要包括模糊聚類分析法[2]、綜合危險性指數(shù)法[3]、層次分析法[4]、模糊綜合評判法[5]等，基于GIS空間分析進行地質(zhì)災害易發(fā)程度分區(qū)，是將影響地質(zhì)災害的各個因子用一套專題圖層表示，最后進行空間疊加分析得到一張綜合地質(zhì)災害易發(fā)程度區(qū)劃圖[6]。

本文在對輝南縣地質(zhì)災害實地調(diào)查基礎上，以Mapgis為工作平臺，利用空間分析功能對輝南縣地質(zhì)災害易發(fā)程度進行區(qū)劃和分析評價，為地質(zhì)災害防治和預警奠定基礎。

1 研究區(qū)概況

輝南縣位于吉林省中南部，龍崗山脈中段，125°58′42″～126°44′58″E，42°16′02″～42°53′30″N，總面積2 277 km2。下轄17個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）和8個社區(qū)。

區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境復雜，加之采礦及其它人類活動影響，縣內(nèi)中南部、東部中低山區(qū)是崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等地質(zhì)災害多發(fā)地區(qū)。據(jù)統(tǒng)計：2005年區(qū)內(nèi)各類地質(zhì)災害共造成的直接經(jīng)濟損失3 268.17萬元。

本次研究區(qū)1∶10萬地質(zhì)災害調(diào)查共發(fā)現(xiàn)崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等四類地質(zhì)災害點及隱患點78處，其中崩塌32處，泥石流27處，滑坡7處，地面塌陷12處。

圖1 輝南縣地質(zhì)災害分布圖Fig.1 Distributionmap of geological disasters in Huinan County

2 評價模型的建立

2.1 柵格化剖分

運用柵格法處理對吉林省安圖縣1∶10萬地理底圖進行網(wǎng)絡剖分，本次剖分單元格面積采取1 km×1 km網(wǎng)格剖分，周邊不足1 km×1 km的合并到相鄰網(wǎng)格中，共剖分單元網(wǎng)格2 187個。

2.2 評價因子及權(quán)重的選取

影響地質(zhì)災害發(fā)生和發(fā)展的因素是多方面的，既有地質(zhì)環(huán)境因素，又有人類活動因素，還有現(xiàn)狀地質(zhì)災害的發(fā)育情況。受地質(zhì)環(huán)境條件、人類活動情況及災害發(fā)育差異的影響，各單元區(qū)內(nèi)地質(zhì)災害易發(fā)情況、災種發(fā)育情況各不相同。為客觀反映崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等地質(zhì)災害的易發(fā)程度，對崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷選取不同的評價因子。

(1)崩塌、滑坡評價因子∶現(xiàn)狀地質(zhì)災害發(fā)育因素包括現(xiàn)狀災害分布密度因子、現(xiàn)狀地質(zhì)災害點規(guī)模因子和現(xiàn)狀地質(zhì)災害發(fā)生頻率因子；地質(zhì)環(huán)境因素包括地形坡度因子、溝谷切割深度因子、降雨強度因子、地質(zhì)構(gòu)造因子、巖土體類型因子、地表水和地下水因子；人類工程活動因子（表1）。

(2)泥石流評價因子∶現(xiàn)狀泥石流地質(zhì)災害發(fā)育因素包括現(xiàn)狀災害分布密度因子、現(xiàn)狀地質(zhì)災害點規(guī)模因子和現(xiàn)狀地質(zhì)災害發(fā)生頻率因子；地質(zhì)環(huán)境因素包括植被發(fā)育因子、溝岸山坡坡度因子、水土流失因子、溝道密度因子、沖溝切割深度因子、降雨強度因子、不良地質(zhì)現(xiàn)象因子、物源豐富程度因子、巖土體類型因子、地表水和地下水因子；人類工程活動因子。地面塌陷評價因子（表2）。

(3)地面塌陷評價因子∶選取因子包括現(xiàn)狀災害分布密度因子、現(xiàn)狀地質(zhì)災害點規(guī)模因子、現(xiàn)狀地質(zhì)災害發(fā)生頻率因子、巖土體類型因子、地質(zhì)構(gòu)造因子、降雨因子、人為地下礦產(chǎn)開采活動強度因子（表3）。

表1 崩塌、滑坡評價因子分級及賦值Table 1 Collapse , landslides evaluation factorclassi fi cation and weight

2.3 計算方法

單災種評判因子加權(quán)指數(shù)模型：

式中：Z災種——單災種地質(zhì)災害易發(fā)程度綜合指數(shù)；

Wi——第i個評價因子權(quán)重；

Xi——第i個評價因子分級所屬值（表1、2、3）。

確定了單項災種易發(fā)程度信息之后，采用疊加方法計算單元格的綜合災害易發(fā)程度信息值。單元信息疊加結(jié)果（G）滿足如下公式：

其中：G—單元信息疊加結(jié)果；

Z泥—為泥石流災害數(shù)值;

Z崩.滑—為崩塌、滑坡災害數(shù)值;

Z塌—為地面塌陷災害數(shù)值。

2.4 易發(fā)等級劃分

各災種的柵格數(shù)據(jù)疊加后得到易發(fā)性指數(shù)范圍在0.88～3.2之間，結(jié)合上面所做的地質(zhì)災害易發(fā)性評價結(jié)果、現(xiàn)場調(diào)查的地質(zhì)災害分布情況和人類活動趨勢將易發(fā)性指數(shù)分為高易發(fā)區(qū)（2.5～3.2）、中易發(fā)區(qū)（1.5～2.5）、低易發(fā)區(qū)（0.88～1.5）。

3 評價模型基于GIS技術(shù)的實現(xiàn)

評價采用的是我國自主研發(fā)的地理信息系統(tǒng)軟件MAPGIS，它是集數(shù)字制圖、數(shù)據(jù)庫管理及空間分析為一體的空間信息系統(tǒng)。本文參照各類災種易發(fā)性評價指標，采用采用點評分指數(shù)模型法，利用GIS的空間疊加功能生成評價單元，并利用GIS的屬性數(shù)據(jù)庫對吉林省輝南縣的地質(zhì)災害易發(fā)性進行評價。

3.1 單指標圖——屬性數(shù)據(jù)庫的生成

單指標圖——屬性數(shù)據(jù)庫主要是指地質(zhì)災害易發(fā)性評價指標體系中的單因子評價圖。在此基礎上，利用GIS的矢量化制圖功能，編制個單指標圖，并設置相應的屬性結(jié)構(gòu)，且各單指標圖以區(qū)文件的形式存儲。

3.2 評價過程的實現(xiàn)

表2 泥石流評價因子分級及賦值Table 2 Classi fi cation of evaluation factors and weight ofmudslides

表3 地面塌陷評價因子分級及賦值Table 3 Classi fi cation of evaluation factors and weight of surface collapse

在屬性數(shù)據(jù)庫的基礎上，利用GIS的空間分析功能中區(qū)對區(qū)的合并分析功能，依次對各單指標圖進行區(qū)合并操作，合并后生成的區(qū)文件，通過庫管理模塊中屬性庫管理輸出屬性，按照各評價指標的權(quán)重計算得出各單元單災害地質(zhì)災害易發(fā)性指數(shù)值，在應用“連接屬性”功能將“地質(zhì)災害易發(fā)性指數(shù)”字段連回新區(qū)文件中。最后，按照地質(zhì)災害災害易發(fā)性分級標準，在“區(qū)編輯”中應用“根據(jù)屬性賦參數(shù)”實現(xiàn)地質(zhì)災害易發(fā)性能分區(qū)。借助于GIS技術(shù)來輸入、存儲、處理和顯示地理參數(shù)，整個評價過程將變得十分簡單。

4 地質(zhì)災害易發(fā)區(qū)評價

由吉林省輝南縣地質(zhì)災害易發(fā)程度綜合區(qū)劃圖（圖2）可以看出，地質(zhì)災害易發(fā)區(qū)主要集中在中部和東部中低山區(qū)，西北部的低山、平原區(qū)為地質(zhì)災害低易發(fā)區(qū)。評價結(jié)果能夠準確的反映輝南縣的地質(zhì)災害分布情況、發(fā)育現(xiàn)狀及危害程度。

4.1 地質(zhì)災害高易發(fā)區(qū)

地質(zhì)災害高易發(fā)區(qū)按致災災種又進一步劃分為地面塌陷高易發(fā)亞區(qū)和崩塌滑坡泥石流高易發(fā)亞區(qū)。分布面積243.78 km2,占全區(qū)面積的10.69%，共有地質(zhì)災害點數(shù)60個，占地質(zhì)災害總數(shù)的75.95%。平均地質(zhì)災害點密度為24.61個/100 km2。主要集中在輝南縣東部、中部，區(qū)內(nèi)地貌類型為中低山，坡度較大，人類活動強烈，居民區(qū)周邊、公路、鐵路周邊開挖坡腳普遍，形成大量不穩(wěn)定邊坡；另外區(qū)內(nèi)開荒種地現(xiàn)象普遍，植被破壞嚴重，在強降雨條件下易形成泥石流地質(zhì)災害。危害對象主要為分散的農(nóng)戶，重要的鐵路、公路等公共設施。

4.2 地質(zhì)災害中易發(fā)區(qū)

地質(zhì)災害中易發(fā)區(qū)按致災災種又進一步劃分為地面塌陷中易發(fā)亞區(qū)和崩塌滑坡泥石流中易發(fā)亞區(qū)。分布面積1 138.79 km2,占總面積的50.026%，共有地質(zhì)災害點數(shù)18個，占地質(zhì)災害總數(shù)的22.78%。平均地質(zhì)災害點密度為1.58個/100 km2。區(qū)內(nèi)地貌單元為低山區(qū)，地形坡度較緩，人為活動一般，主要地質(zhì)災害為人為作用形成的崩塌、泥石流和地面塌陷。

4.3 地質(zhì)災害低易發(fā)區(qū)

圖2 綜合地質(zhì)災害易發(fā)程度區(qū)劃圖Fig.2 Comprehensive geological hazards susceptibilitymaping

地質(zhì)災害低易發(fā)區(qū)主要分布在主要分布在北部、中西部及南部地勢平緩區(qū)，地貌類型多為侵蝕堆積河流階地，面積894.43 km2,占總面積的39.281%。區(qū)內(nèi)人為形成的陡崖及陡坡較少，僅在河流凸岸分布小規(guī)模河流塌岸及洪澇災害，部分地段存在水土流失現(xiàn)象；南部地區(qū)地形較平坦，森林覆蓋率較高，人類工程活動強度較弱，基本保持著自然生態(tài)環(huán)境，裸露巖體較少，多有植被覆蓋，不易發(fā)生危害性較大的地質(zhì)災害。

5 結(jié)論

本文根據(jù)影響吉林省輝南縣地質(zhì)災害發(fā)育的地質(zhì)災害發(fā)育現(xiàn)狀、地質(zhì)環(huán)境條件和人類工程活動等因素，利用Mapgis空間分析功能對輝南縣進行了地質(zhì)災害易發(fā)程度綜合區(qū)劃，共將輝南縣劃分為高、中、低三類易發(fā)區(qū)。準確的反映了區(qū)內(nèi)實際地質(zhì)災害易發(fā)程度和危險情況，通過區(qū)劃可以為政府部門的地質(zhì)災害防治特供可靠地預測理論依據(jù)，為下一步地質(zhì)災害預報預警工作奠定基礎。

[1] 劉傳正.地質(zhì)災害勘察指南[M].北京：地質(zhì)大學出版社，2000.

[2] 曾艷華.基于模糊聚類分析的地質(zhì)災害區(qū)劃研究——以湖南湘西自治州為例[J].科技創(chuàng)新導報，2008，26(3)：176.

[3] 韓 娟，張永偉，等.綜合危險性指數(shù)法在蒼山縣地質(zhì)災害易發(fā)區(qū)劃分中的應用 [J].山東國土資源，2007，23(6)：36-37.

[4] 趙 成，張永軍，趙玉紅.層次分析法在甘肅省地質(zhì)災害易發(fā)性評價中的應用 [J].冰川凍土，2009，31(1)：185-186.

[5] 陳國鈞，封靈.模糊綜合評判法在新賓縣地質(zhì)災害易發(fā)程度分區(qū)評價中的應用 [J].地質(zhì)與資源，2009，18(1)：74-75.

[6] 馬楊敏，高宗軍，李巖銘，等.基于GIS空間分析的山東青島嶗山區(qū)地質(zhì)災害易發(fā)程度區(qū)劃 [J].中國地質(zhì)災害與防治學報，2013，24(1)：93-94.