基于GIS的礦山開采區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)評(píng)價(jià)

侯天琦

（成都理工大學(xué)，四川 成都 610059）

地質(zhì)災(zāi)害既包括自然環(huán)境形成的災(zāi)害，也包括人為原因造成的災(zāi)害，在礦上進(jìn)行采礦時(shí)，由于對(duì)礦山的地貌條件造成了改變，很容易形成地質(zhì)災(zāi)害。因此，我們要了解礦山地質(zhì)災(zāi)害的特征[1]，地質(zhì)災(zāi)害前礦山周圍環(huán)境會(huì)發(fā)生的變化，人類的那些行為會(huì)導(dǎo)致當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)環(huán)境造成破壞。了解地質(zhì)災(zāi)害對(duì)人類社會(huì)會(huì)造成多么嚴(yán)重的影響，評(píng)估礦上地質(zhì)災(zāi)害的災(zāi)害等級(jí)。

地質(zhì)災(zāi)害的評(píng)價(jià)思路分為兩種，一種是定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，主要評(píng)估的是災(zāi)害發(fā)生的可能性大小，一種是定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，主要評(píng)估的是礦山地質(zhì)災(zāi)害的經(jīng)濟(jì)損失和對(duì)人們后續(xù)采礦工作的影響程度。GIS技術(shù)配合定量評(píng)先評(píng)價(jià)法可以分區(qū)分析礦山地質(zhì)災(zāi)害的特征，大部分傳統(tǒng)方法可以在計(jì)算機(jī)內(nèi)模擬礦山環(huán)境，再通過改變地質(zhì)數(shù)據(jù)評(píng)估當(dāng)?shù)氐V山的地質(zhì)災(zāi)害，但傳統(tǒng)方法無法對(duì)統(tǒng)一地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害再按制造其他要求進(jìn)行小區(qū)域劃分，將GIS技術(shù)融入礦山開采區(qū)災(zāi)害易發(fā)評(píng)估方式中，完美的彌補(bǔ)了這一缺陷[2]。

1 基于GIS的礦山開采區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)評(píng)價(jià)方法

1.1 采集礦山開采區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)級(jí)數(shù)據(jù)

利用互聯(lián)網(wǎng)礦山信息庫和查閱文獻(xiàn)圖書的方法，確定礦山的典型災(zāi)害的種類，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分類。礦山的災(zāi)害易發(fā)性評(píng)估方法還是要根據(jù)礦山的地質(zhì)、地形已經(jīng)具體的采礦方式來進(jìn)行評(píng)估。如果沒有這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，單純依靠經(jīng)驗(yàn)和高科技儀器，評(píng)估出來的結(jié)果也是不不準(zhǔn)確的。所以在調(diào)查前期，一定要將數(shù)據(jù)調(diào)查清楚。將以上的災(zāi)害數(shù)據(jù)導(dǎo)入GIS系統(tǒng)，利用GIS系統(tǒng)的空間密度可視化的功能對(duì)系統(tǒng)中的礦山地質(zhì)狀況進(jìn)行空間密度分析。GIS系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)對(duì)比來源是利用遙感影像技術(shù)收集而來，根據(jù)地理學(xué)的物質(zhì)在不同地質(zhì)中的衰減規(guī)律，準(zhǔn)確預(yù)測礦山地質(zhì)災(zāi)害在礦山上的分布規(guī)律，當(dāng)災(zāi)害空間變化是連續(xù)的時(shí)候，密度方程的分布曲線開始由峰值向低谷回落。根據(jù)密度數(shù)值對(duì)地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)分出等級(jí)：

表1 地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)統(tǒng)計(jì)評(píng)級(jí)分級(jí)

如上表所示，礦山地區(qū)最終的災(zāi)害評(píng)估條件最終確定為每平方公里的死亡人數(shù)和財(cái)產(chǎn)損失。

利用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)制定評(píng)判等級(jí)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，最后得出上表結(jié)果，基于GIS技術(shù)采集數(shù)據(jù)得出的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)統(tǒng)計(jì)評(píng)級(jí)分級(jí)具有科學(xué)性。

1.2 根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)級(jí)確定評(píng)估技術(shù)

礦山分區(qū)的災(zāi)害性評(píng)級(jí)涉及的因素，幾種因素對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害的影響也不同，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測的準(zhǔn)確與否和預(yù)測速度都影響地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。礦山地質(zhì)災(zāi)害的傳統(tǒng)監(jiān)測方式是人工巡查，人工巡查需要耗費(fèi)大量的勞動(dòng)力，而且發(fā)現(xiàn)災(zāi)害的速度慢，能確定的災(zāi)害范圍不夠準(zhǔn)確。想要實(shí)現(xiàn)大面積監(jiān)測還是需要借助帶有定位裝置的無人機(jī)進(jìn)行遙感監(jiān)測。不過無人機(jī)和人工巡查相比的弱點(diǎn)就是它不會(huì)思考，無法將災(zāi)害進(jìn)行等級(jí)分類。因此，我們一定要根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，分析不同等級(jí)的地質(zhì)災(zāi)害的形成原因[3]。GIS技術(shù)可以對(duì)礦區(qū)采礦后的地表塌陷、地表裂縫等因素進(jìn)行分析，并結(jié)合礦區(qū)地表分層模型計(jì)算綜合指標(biāo)，得出礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的評(píng)價(jià)分區(qū)結(jié)果。

1.3 顯示地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)評(píng)價(jià)結(jié)果

地面塌陷的形成原因除了暴雨和地震等自然原因，還有采礦計(jì)劃設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致的認(rèn)為原因。GIS建立的礦山災(zāi)害數(shù)據(jù)模型，反應(yīng)了包括真實(shí)的礦山海拔高度和地表特征。后期經(jīng)過數(shù)據(jù)校正處理，根據(jù)研究地區(qū)的評(píng)價(jià)單元指數(shù)得到地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)等級(jí)數(shù)值，得出潛在地質(zhì)災(zāi)害分區(qū)域分布圖。根據(jù)空間分布圖，總結(jié)危險(xiǎn)區(qū)域主要集中分布區(qū)的特點(diǎn)：礦山坡度基本＞40°[4]，礦區(qū)處于礦山的陰坡面，陰坡面的整體山勢陡峭易發(fā)生滑坡，地質(zhì)災(zāi)害一旦發(fā)生礦山山腳的村落很難幸免[5]。

2 仿真實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)評(píng)價(jià)方法的結(jié)果準(zhǔn)確度，需要設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)比傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方式和本文設(shè)計(jì)的方案評(píng)價(jià)災(zāi)害等級(jí)的正確性。

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

在計(jì)算機(jī)中模擬30個(gè)礦山地質(zhì)災(zāi)害的檢測點(diǎn)，災(zāi)害地區(qū)占據(jù)整個(gè)礦山區(qū)域。利用地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)統(tǒng)計(jì)評(píng)級(jí)分級(jí)表中的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)30個(gè)礦山監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)級(jí)，并利用GIS空間運(yùn)算各種等級(jí)的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)面積占礦山總面積的百分?jǐn)?shù)。按照災(zāi)害的危害性進(jìn)行評(píng)估，危險(xiǎn)地區(qū)面積占總面積的23.45%，較危險(xiǎn)地區(qū)的面積占總面積的22.4%，低危險(xiǎn)地區(qū)的面積占總面積的10.23%，按照本文方法將災(zāi)難的易損性和易發(fā)性也使用GIS進(jìn)行計(jì)算，最后和傳統(tǒng)方式進(jìn)行對(duì)比。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)方法的準(zhǔn)確性，利用該評(píng)價(jià)方法和傳統(tǒng)方法進(jìn)行礦山地區(qū)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，為了保證數(shù)據(jù)不是隨機(jī)得到，供做了五次實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖。

如圖1所示：風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估需要采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行人工評(píng)估和計(jì)算，礦山災(zāi)害易發(fā)性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估總時(shí)間需要將計(jì)算三項(xiàng)時(shí)間夾在一起。傳統(tǒng)方式的計(jì)算值比實(shí)際易發(fā)性數(shù)值都大3平方公里，而本文設(shè)計(jì)的評(píng)估方式誤差值都在1平方公里以下。根據(jù)曲線走向分析，傳統(tǒng)方式的誤差值時(shí)大時(shí)小，對(duì)最終結(jié)果的確定誤差并不穩(wěn)定，相反，本文設(shè)計(jì)的評(píng)估方式所形成的曲線走勢平穩(wěn)。因此評(píng)估結(jié)果更加具有可信性，傳統(tǒng)方式的測試結(jié)果受其他因素影響不能被降低到一定范圍。

圖1 災(zāi)難易發(fā)性誤差曲線

礦山地區(qū)的災(zāi)害的易發(fā)性研究一直是采礦工作最關(guān)注的災(zāi)害性研究之一，傳統(tǒng)的評(píng)估方式準(zhǔn)確性較低，沿用下去已經(jīng)起不到防治礦山地質(zhì)災(zāi)害的作用。再加上傳統(tǒng)方式的預(yù)測風(fēng)險(xiǎn)時(shí)間較長，如果發(fā)生的是重大災(zāi)害，人員沒有足夠的時(shí)間撤離，人員的生命安全和財(cái)產(chǎn)都得不到保障。針對(duì)以上問題設(shè)計(jì)本文的評(píng)估方案，預(yù)判災(zāi)害所需的時(shí)間短，準(zhǔn)確度相比傳統(tǒng)方法也有了很大的提高。

3 結(jié)語

本文通過GIS可以將檢測區(qū)域按檢測數(shù)據(jù)類型進(jìn)行分區(qū)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了基于GIS的礦山開采區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)評(píng)價(jià)方法。驗(yàn)證該方法的仿真實(shí)驗(yàn)的災(zāi)害數(shù)據(jù)是經(jīng)過計(jì)算機(jī)模擬選定的，沒有考慮其他突發(fā)狀況對(duì)數(shù)據(jù)的影響，希望在以后的研究中可以將風(fēng)險(xiǎn)條件考慮的更加全面。