基于GIS技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險調(diào)查研究

趙 軍

（甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 酒泉735000）

地災(zāi)災(zāi)害是自然和人為活動作用下引起的自然災(zāi)害。其主要受到區(qū)域的環(huán)境條件、地質(zhì)條件、氣候特征等自然因素和開路、挖礦、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等人類生產(chǎn)活動的影響[1-2]。由于區(qū)域環(huán)境條件存在差異性，因此各區(qū)域的災(zāi)害類型也各異，主導(dǎo)性影響因素也存在差異性。地質(zhì)災(zāi)害一旦發(fā)生會對人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)和基礎(chǔ)設(shè)施等造成巨大的威脅，甚至影響我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的穩(wěn)定性，生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)性[3]。因此，對于地質(zhì)災(zāi)害隱患需要進(jìn)行排除、摸清其發(fā)生發(fā)展的規(guī)律，合理利用現(xiàn)代科技手段進(jìn)行防災(zāi)減災(zāi)等工作。

目前，國內(nèi)外對于地質(zhì)災(zāi)害的研究主要集中于地災(zāi)隱患點(diǎn)的排查和空間分布及威脅對象的研究，且以常規(guī)定性分析法、統(tǒng)計(jì)分析法、模糊評價法、層次分析法為主，同時研究內(nèi)容主要集中在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性程度上[4-5]。隨著地理信息技術(shù)的推廣和發(fā)展使用，出現(xiàn)了以計(jì)算機(jī)技術(shù)為主的方法，例如傳感器檢測法、深度學(xué)習(xí)法、信息量模型和ArcGIS分析法等[6-7]。與常規(guī)方法相比較，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)不僅可以滿足不同區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害排查、應(yīng)急調(diào)查、災(zāi)害防治和災(zāi)后重建需求[8-9]；也能夠?qū)崿F(xiàn)全天候、全天時、遠(yuǎn)距離的研究。

為了實(shí)現(xiàn)地災(zāi)數(shù)據(jù)的共享和數(shù)據(jù)的查找更新，本文依據(jù)GIS技術(shù)，首先建立地災(zāi)相關(guān)的空間數(shù)據(jù)，同時對影響地質(zhì)災(zāi)害的各影響因子進(jìn)行空間分析和疊加分析，通過得到地質(zhì)災(zāi)害的危險程度和相關(guān)性結(jié)果來制定科學(xué)合理的防災(zāi)減災(zāi)措施。

1 空間數(shù)據(jù)的構(gòu)建

空間數(shù)據(jù)的構(gòu)建有利于實(shí)現(xiàn)資源的共享，而且數(shù)據(jù)庫的儲存空間小，管理方便，操作簡單容易，易于以后的查找修改和更新。本文以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行構(gòu)建地質(zhì)災(zāi)害的空間數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)地災(zāi)數(shù)據(jù)的共享和相關(guān)單位之間的協(xié)作，也為制定科學(xué)合理的防災(zāi)減災(zāi)措施提供參考依據(jù)。

依據(jù)研究區(qū)以往地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查資料，同時結(jié)合前人研究的1∶50萬、1∶20萬、1∶10萬和1∶5萬地質(zhì)災(zāi)害的詳查資料，同時收集高程模型（DEM）、DRG、DLG等數(shù)據(jù)，研究以往重點(diǎn)區(qū)、一般區(qū)單元劃分、風(fēng)險評價的依據(jù)，利用GIS對不同比例尺下研究區(qū)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)定量評價。從地質(zhì)災(zāi)害孕災(zāi)條件、發(fā)育特征基礎(chǔ)地質(zhì)條件和承載體等誘發(fā)地災(zāi)的因子出發(fā)，構(gòu)建多層級地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性程度評價因子體系空間數(shù)據(jù)庫（圖1）。

圖1 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性程度評價因子體系

2 空間分析

（1）基于構(gòu)建的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性程度評價因子體系，對各影響因子進(jìn)行程度范圍的劃分，根據(jù)獲得的資料讀取承災(zāi)體信息，對承災(zāi)體重要性進(jìn)行進(jìn)一步判別，結(jié)合高分遙感影像圖、研究區(qū)地形圖、地質(zhì)圖來設(shè)定評價單元相關(guān)參數(shù)，最后利用ArcGIS平臺生成地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性程度評價單元，且采用層次分析法（AHP）確定每個影響因子的權(quán)重。

（2）在ArcGIS中將研究區(qū)以100m×100m的柵格網(wǎng)格劃分，同時將地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性程度評價各因子進(jìn)行柵格化處理，最后用重分類命令指定地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性程度評價因子的強(qiáng)度指數(shù)（b）i。

（3）采用ArcGIS中柵格計(jì)算器對研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性程度評價各因子的柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)計(jì)算和生成相應(yīng)的柵格圖像，其中計(jì)算得到的柵格圖像單元的權(quán)重值為研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性程度指數(shù)值（A），計(jì)算公式如下：

式中：A為研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性程度指數(shù)值；ai為第i個地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性程度評價因子的權(quán)重；bi為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性程度評價因子的強(qiáng)度指數(shù)（b）i。

（4）結(jié)合實(shí)地踏探考察的結(jié)果及研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性程度指數(shù)值A(chǔ)的大小進(jìn)行不同等級的易發(fā)性分區(qū)，A值越大表示地質(zhì)災(zāi)害危害性越大，越小表示地質(zhì)危害性越小，本研究主要劃分為：極易發(fā)、易發(fā)、輕度易發(fā)、不易發(fā)等四種。

3 疊加分析

地質(zhì)災(zāi)害受多種因素影響，在研究分析過程中往往依據(jù)一個影響因素很難做出科學(xué)合理的判斷，必須進(jìn)行必要的綜合分析，因此需將各種影響因素進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一化處理，賦予不同的權(quán)重值來進(jìn)行綜合性的分析。而疊加分析滿足了這種需求，故本文采用加權(quán)疊加分析來分析地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性程度。

利用ArcToolbox下的空間分析中的加權(quán)疊加對研究區(qū)地形、氣候、水文、土質(zhì)、幾何特征、結(jié)構(gòu)類型、活動面、位置信息、巖性、走向、傾向、傾角、居民點(diǎn)、道路、橋梁和其他基礎(chǔ)設(shè)施等16個地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性程度因子的柵格圖進(jìn)行加權(quán)疊加分析，按加權(quán)分析得出的加權(quán)值將研究區(qū)劃分為高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)和低易發(fā)區(qū)。

4 空間統(tǒng)計(jì)分析

空間統(tǒng)計(jì)分析是以空間研究對象的空間位置關(guān)系為前提，對研究對象的相關(guān)因子進(jìn)行數(shù)值上的相關(guān)性分析，把相關(guān)因子的屬性數(shù)據(jù)與空間位置結(jié)合起來，克服了傳統(tǒng)分析方法僅考慮樣本值，而忽視了相關(guān)因子在空間位置上的分布特征缺陷，從而實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步合理解釋地理事物在空間上的相互關(guān)系，也有利于判定主要的影響因素和大大減少了人為主觀性和錯誤性的可能。Moran指數(shù)對地形、氣候、水文、土質(zhì)、幾何特征、結(jié)構(gòu)類型、活動面、位置信息、巖性、走向、傾向、傾角等影響因素進(jìn)行顯著性水平分析，根據(jù)Moran指數(shù)散點(diǎn)圖中各個點(diǎn)在研究區(qū)的象限的分布情況，分析各因素的聚集類型，進(jìn)而判斷出地災(zāi)的發(fā)生規(guī)律及特點(diǎn)。

5 地質(zhì)災(zāi)害治理方案

地質(zhì)災(zāi)害傳統(tǒng)的治理技術(shù)通常分為工程措施、生物措施和生態(tài)修復(fù)措施等，由于地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性，每個區(qū)域要依據(jù)本區(qū)的實(shí)際情況實(shí)施科學(xué)合理的措施。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，GIS滿足了各區(qū)制定不同措施的需求，也遵循“預(yù)防為主，防治結(jié)合”的原則，確保了人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。治理地質(zhì)災(zāi)害技術(shù)流程圖如圖2所示。

根據(jù)上文的分析，針對研究區(qū)不同地災(zāi)的形成、運(yùn)動及危害特征，制定防范泥石流、滑塌、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害的基本思路，對泥石流以攔擋排導(dǎo)為主、預(yù)防為輔；并對研究區(qū)發(fā)育的溝谷型和坡面型泥石流進(jìn)行探討，溝谷型泥石流治理多以重力壩或格柵壩、排導(dǎo)槽等為主，研究區(qū)坡面型泥石流治理多以谷坊群、截水溝等為主。對滑坡進(jìn)行加強(qiáng)監(jiān)測，提早做好預(yù)報(bào)，有條件的地區(qū)可以采取工程措施等。對于崩塌災(zāi)害而言，可以實(shí)施一些護(hù)墻、護(hù)坡等遮擋斜坡上部的崩塌落石的工程措施，對于易發(fā)的崩塌災(zāi)害，通過進(jìn)行削除危險斜坡排除危害，也可通過嵌補(bǔ)、錨固等措施降低災(zāi)情的發(fā)生。

6 結(jié)論

當(dāng)前受全球變暖的影響，地質(zhì)災(zāi)害呈現(xiàn)多發(fā)的趨勢，頻發(fā)的各類地災(zāi)嚴(yán)重影響著我們脫貧攻堅(jiān)的成效、經(jīng)濟(jì)的平穩(wěn)發(fā)展、人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。當(dāng)前需要進(jìn)一步加強(qiáng)的是利用地理信息技術(shù)建立高效科學(xué)的防災(zāi)減災(zāi)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和有效判別地質(zhì)的發(fā)育規(guī)律，利用GIS技術(shù)發(fā)現(xiàn)滑坡、泥石流、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害的隱患點(diǎn)，建立相應(yīng)的監(jiān)測機(jī)制。同時，利用GIS數(shù)據(jù)庫為政府部門制定相關(guān)政策和建立完善的“群測群防“”專群結(jié)合”監(jiān)測預(yù)警體系提供一定的數(shù)據(jù)支撐。