基于Arcgis柵格單元劃分的地質(zhì)災害易發(fā)性分區(qū)研究

夏為平

（江西省煤田地質(zhì)勘察研究院，江西 南昌 330001）

1 地質(zhì)環(huán)境條件

龍虎山風景區(qū)位于江西省鷹潭市， 是道教祖庭，每年接納來自海內(nèi)外游客數(shù)千萬，屬于國家重點旅游區(qū)， 地理坐標東經(jīng)116°52′47″～117°09′01″， 北緯27°57′49″～28°12′06″，總面積261 km2。 地處亞熱帶潤濕季風氣候， 根據(jù)1953～2017年降雨資料，年平均降雨量1 780 mm，雨季多在3～7月，其余月份雨量較少，見圖1。龍虎山風景區(qū)分為3 個地貌類型，分別為構造侵蝕中低山、構造剝蝕丘陵和構造剝蝕崗丘[1]。景區(qū)主要出露地層為南華系云母片巖和白堊系凝灰?guī)r、白堊系砂礫巖及第四系松散層；地層出露年代較單一，區(qū)內(nèi)地質(zhì)構造程度一般。

圖1 龍虎山風景名勝區(qū)1953～2017年月平均降雨量分布柱狀圖

2 地質(zhì)災害特征

據(jù)野外調(diào)查， 區(qū)內(nèi)地質(zhì)災害類型主要為崩塌、滑坡災害，見表1。其中崩塌及崩塌隱患點之和占全區(qū)地質(zhì)災害點的97.68%， 可見崩塌及崩塌隱患地質(zhì)災害是龍虎山風景區(qū)主要地質(zhì)災害隱患點。

表1 龍虎山風景名勝區(qū)地質(zhì)災害類型及數(shù)量

3 地質(zhì)災害易發(fā)性分區(qū)

3.1 分區(qū)方法

為了合理分析區(qū)內(nèi)地質(zhì)災害分布，安排區(qū)內(nèi)地質(zhì)災害防治措施，需對全區(qū)地質(zhì)災害易發(fā)程度進行劃分。 常用的地質(zhì)災害易發(fā)程度劃分方法有襲擾系數(shù)法[2]、信息量法[3]、模糊綜合評判法，以及綜合易發(fā)性指數(shù)法[4]等。 本文選用綜合易發(fā)性指數(shù)法來實現(xiàn)調(diào)查區(qū)地質(zhì)災害的易發(fā)程度分區(qū)。

3.2 單元格劃分

評價單元劃分一般采用網(wǎng)格方法。 網(wǎng)格大小對區(qū)劃的結果影響較大，理論上單元格越小，計算結果越準確。 傳統(tǒng)的網(wǎng)格劃分法是人工將項目區(qū)劃分成一定大小的方格， 剖分后再進行單元格賦值計算。 剖分單元格過大會導致分區(qū)結果粗糙不合理，剖分單元格過小則因單元格數(shù)量過多賦值計算耗時較長，人力投入成本高。 因此急需一種能精確剖分又能快速運算的方法，進行單元格劃分和賦值計算。 Arcgis軟件可以識別柵格數(shù)據(jù)，并能隨意調(diào)整柵格大小，可以達到快速剖分網(wǎng)格的目的，同時柵格數(shù)據(jù)為矩陣形式， 可借助計算機快速完成賦值運算，因此能夠做到柵格劃分足夠小的同時進行快速運算。 綜合考慮調(diào)查區(qū)地質(zhì)條件及軟件運算時間，將每個網(wǎng)格單元面積取值為100 m×100 m。

3.3 分區(qū)過程

根據(jù)調(diào)查和分析，地質(zhì)災害的發(fā)生和多種因素有關，其中與地形地貌、坡度、巖土體類型、地質(zhì)構造、降雨及人類工程活動等因素密切相關。 另外，分析地質(zhì)災害易發(fā)程度分區(qū)， 除考慮上述因素外，現(xiàn)狀發(fā)生的地質(zhì)災害也是衡量指標之一。 根據(jù)專家打分，各因素和地質(zhì)災害易發(fā)性相關性指標見表2。

表2 自然與人為影響因素綜合權重

上述評價因素包括定量因素和定性因素。 對于定量因素，如斜坡的坡度、年平均降雨量和隱患點密度等，取其原始值作柵格劃分，并作二值化處理[5]；對于定性因素，如工程地質(zhì)巖組、地貌類型、地質(zhì)構造等，需要根據(jù)各項因素對地質(zhì)災害的貢獻來賦值，并柵格化、二值化，以使各因素能夠通過柵格疊加的方式達到屬性疊加，從而達到分區(qū)的目的。

柵格化圖生成

（1）地貌柵格化圖

龍虎山風景區(qū)內(nèi)地貌類型主要以構造剝蝕丘陵為主，僅南北兩側有中低山區(qū)和平原分布。 據(jù)調(diào)查，中低山至丘陵至平原區(qū)，地質(zhì)災害發(fā)育密度呈遞減狀態(tài)；因此，中低山相對于丘陵和平原，更容易發(fā)生地質(zhì)災害。 利用Arcgis生成地貌分區(qū)圖，再根據(jù)各地貌地質(zhì)災害易發(fā)程度的大小， 分別對應賦值，并進行100 m×100 m柵格化和二值化處理， 可得地貌分區(qū)相對地質(zhì)災害易發(fā)程度的柵格化， 見圖2。

圖2 地貌柵格化

（2）坡度柵格化圖

原始斜坡坡度影響著土壤和巖石內(nèi)部的應力分布，也控制著其上植被覆蓋程度、地表徑流及地下水的特征；因此，在一定程度上也控制著坡體的穩(wěn)定性，與地質(zhì)災害的形成密切相關。 一般來說隨著坡度的增大，坡面巖土所受到重力分量的拉扯作用越強， 在工程建設作用下或受到外界環(huán)境影響時，發(fā)生滑坡及崩塌等災害的概率也相應增高。 以龍虎山風景區(qū)DEM 數(shù)據(jù)為基礎， 通過Arcgis坡度分析，可得龍虎山風景區(qū)地表坡度圖。 通過提取分析功能， 提取地質(zhì)災害隱患點的原始坡度分布頻率，見圖3。

圖3 地質(zhì)災害隱患點原始坡度分布頻率

在調(diào)查區(qū)內(nèi)，地質(zhì)災害隱患點多分布在5.5 和7.5 的坡度區(qū)間內(nèi)，小于和大于這個值，則有明顯降低趨勢。 因此可根據(jù)此規(guī)律將坡度圖作二值化處理，越靠近該區(qū)間的坡度，其對地災害的貢獻越趨于1，反之則趨于0。 其余坡度值采用插值法求得，可得坡度相對地質(zhì)災害易發(fā)程度的柵格化， 見圖4。

圖4 坡度柵格化

（3）降雨柵格化圖

根據(jù)野外調(diào)查顯示， 每年3～7月雨季是龍虎山風景區(qū)地質(zhì)災害的高發(fā)期，因此，降雨是龍虎山風景區(qū)地質(zhì)災害發(fā)生的重要誘發(fā)因素之一。 根據(jù)龍虎山風景區(qū)年平均降雨等值線圖， 利用Arcgis的空間分析，可得到景區(qū)降雨量分布圖，再將其進行100 m×100 m柵格化和二值化處理后， 可得降雨相對地質(zhì)災害易發(fā)程度的柵格化，見圖5。

圖5 降雨柵格化

按照上述分析方法，利用Arcgis軟件，分別生成巖土體類型、地質(zhì)構造、人類工程活動相對地質(zhì)災害易發(fā)程度的柵格化圖。 其中地質(zhì)構造作斷層領域分析，并按照距離斷層的遠近賦值分析，人類工程活動根據(jù)道路和居民區(qū)分布，作鄰域分析，并柵格化、二值化，最終得到影響地質(zhì)災害發(fā)生的六個因素的柵格化圖。

3.4 分區(qū)結果

將各評價因子加權疊加，得出每一個評價單元內(nèi)所有評價因子的加權和。 經(jīng)過統(tǒng)計分析，通過自然間斷法找出突變點作為易發(fā)程度分區(qū)界線值。 在定量分級的基礎上，綜合考慮地質(zhì)災害發(fā)育現(xiàn)狀和行政區(qū)域劃分，將調(diào)查區(qū)劃分為地質(zhì)災害高、中、低和不易發(fā)區(qū)4 個大區(qū)， 共計9 個亞區(qū) （見圖6、表3）。

圖6 龍虎山風景名勝區(qū)易發(fā)分區(qū)劃分

表3 龍虎山風景名勝區(qū)易發(fā)分區(qū)劃分

4 結語

Arcgis柵格剖分， 實現(xiàn)了研究區(qū)的快速單元格化，其自然間斷法也能較好地實現(xiàn)地質(zhì)災害柵格圖區(qū)分，再結合研究區(qū)地質(zhì)災害現(xiàn)狀，從而實現(xiàn)地質(zhì)災害易發(fā)分區(qū)。 分區(qū)結果與龍虎山風景區(qū)地質(zhì)災害實際發(fā)生情況吻合度較高，為有效防治風景區(qū)地質(zhì)災害提供科學依據(jù)。