貴州山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)源識(shí)別方法
——以盤州市盤關(guān)鎮(zhèn)重點(diǎn)區(qū)為例

冷洋洋，魏倫武，賴琪毅

(1.貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，貴州 貴陽(yáng) 550081；2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成都地調(diào)中心，四川 成都 610081；3.成都理工大學(xué)，四川 成都 610059)

1 引言

2019年，貴州省開展了20處重點(diǎn)區(qū)域1∶1萬(wàn)地質(zhì)災(zāi)害詳查及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)項(xiàng)目，如此大比例尺的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)項(xiàng)目規(guī)模性開展，特別是探索性地將風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)運(yùn)用于生產(chǎn)，為地方政府提供風(fēng)險(xiǎn)管控決策做出了有力的技術(shù)保障，在全國(guó)尚屬首次。目前，在地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作中，國(guó)內(nèi)外學(xué)者多采用基于GIS劃分斜坡單元開展地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)，半定量化的確定地質(zhì)災(zāi)害敏感性指標(biāo)，對(duì)各敏感性指標(biāo)進(jìn)行疊加處理，并進(jìn)行粗略的易發(fā)性、危險(xiǎn)性分區(qū)，并缺少有效的驗(yàn)證。其斜坡單元的劃分方法因僅考慮地形地貌控制因素，未結(jié)合斜坡結(jié)構(gòu)、地層巖性及巖土體組合特征，要與貴州山區(qū)典型災(zāi)害的孕災(zāi)條件相互協(xié)調(diào)，具有一定的局限性?；诖耍疚囊孕逼聠卧獮檠芯繉?duì)象，通過(guò)多因素進(jìn)行劃分，針對(duì)斜坡進(jìn)行逐坡的評(píng)價(jià)調(diào)查，開展易發(fā)性定量計(jì)算，利用閾值的確定進(jìn)行危險(xiǎn)源識(shí)別，從而完成貴州山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別。

2 研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境特征

2.1 地形地貌

圖1 研究區(qū)地形地貌圖Fig.1 Topographic map of the study area

2.2 地層巖性

研究區(qū)內(nèi)二疊系、三疊系與第四系的地層均有出露。其中以二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M(P3l)、三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組(T1f)及永寧鎮(zhèn)組(T1y)發(fā)育最全，出露面積最廣，局部河流階地和斜坡、洼地有第四系沖積、殘坡積、崩積等松散堆積物分布。其中，龍譚組泥巖及飛仙關(guān)組二段泥巖多發(fā)生滑坡，三疊系中下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組灰?guī)r地層和三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組砂泥巖地層較孕育崩塌地質(zhì)災(zāi)害。

2.3 斜坡結(jié)構(gòu)及類型特征

研究區(qū)內(nèi)的斜坡結(jié)構(gòu)類型按物質(zhì)組成劃分兩大類型：松散土質(zhì)斜坡和巖質(zhì)斜坡；其中巖質(zhì)斜坡按巖體結(jié)構(gòu)劃分為層狀巖體斜坡、塊狀巖體斜坡。坡體結(jié)構(gòu)組合對(duì)坡體的穩(wěn)定性影響明顯，斜坡結(jié)構(gòu)類型與災(zāi)害點(diǎn)關(guān)系密切，研究表明，區(qū)內(nèi)順向斜坡穩(wěn)定性最差，橫向斜坡次之，逆向斜坡穩(wěn)定性相對(duì)較好。對(duì)于不同災(zāi)種來(lái)看，滑坡在順向斜坡中發(fā)育密度最高，而崩塌主要發(fā)育于逆向坡中，主要類型見(jiàn)圖2。

圖2 研究區(qū)內(nèi)主要斜坡類型

2.4 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)黔北臺(tái)隆六盤水?dāng)嘞萜瞻残?gòu)造變形區(qū)，其中普安山字型構(gòu)造奠定了測(cè)區(qū)構(gòu)造的基本輪廓。普安山字型構(gòu)造出露于研究區(qū)北東部。該山字型構(gòu)造主要由普安縣罐子窯-馬鞍山-張家屯-雞場(chǎng)坪一線的弧形緊密褶皺構(gòu)造帶組成。山脈走向與構(gòu)造線一致，屬于前弧及西翼反射弧的主要褶皺有：罐子窯-張家屯倒轉(zhuǎn)向斜、李家寨-核桃寨倒轉(zhuǎn)背斜、魚塘-舊營(yíng)倒轉(zhuǎn)向斜。主要斷裂有：李家寨-馬鞍山壓性斷裂、白塊-核桃寨壓性斷裂、雞場(chǎng)坪斷裂等。褶皺軸向及斷裂走向在舊營(yíng)-核桃寨一線為NW-SE向，舊營(yíng)以東轉(zhuǎn)為東西向，并向南凸出呈弧形。正對(duì)著前弧內(nèi)側(cè)的一系列南北走向的褶皺及壓性斷裂為山字型脊柱，主要有猴子地向斜、格所背斜等。

圖3 研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖

3 研究方法

3.1 技術(shù)路線

在野外工作過(guò)程中，經(jīng)過(guò)分析區(qū)內(nèi)典型地質(zhì)災(zāi)害的特征及發(fā)育規(guī)律，劃定斜坡單元。確立地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)因子，運(yùn)用層次分析法、信息疊加法等手段，計(jì)算出區(qū)內(nèi)各斜坡單元內(nèi)的易發(fā)值判定易發(fā)程度，實(shí)現(xiàn)區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)，通過(guò)對(duì)斜坡單元易發(fā)性分析和評(píng)價(jià)找出其潛在地質(zhì)災(zāi)害，即“危險(xiǎn)源”。通過(guò)GIS進(jìn)行解譯及賦值計(jì)算，進(jìn)一步確定各單元內(nèi)人口密度值和財(cái)產(chǎn)密度值。地質(zhì)災(zāi)害隱患及斜坡危險(xiǎn)源在一定概率下失穩(wěn)可能形成的危險(xiǎn)區(qū)范圍為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)單元，對(duì)研究區(qū)所有單元開展危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，即完成危險(xiǎn)源風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，其技術(shù)路線見(jiàn)圖4。

圖4 地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別技術(shù)路線

3.2 斜坡單元?jiǎng)澐?/h3>

(1)定義

斜坡單元是對(duì)具有威脅對(duì)象的斜坡地質(zhì)體單元進(jìn)行圈定(易進(jìn)松，2018)，傳統(tǒng)上劃分斜坡單元是以地形地貌法為主，且通過(guò)區(qū)域DEM的自動(dòng)提取方法使用較多，用山谷線(山脊線)去劃分集水域，將溝谷兩邊劃分成斜坡，提取山谷線和山脊線作為斜坡單元邊界(黃啟樂(lè)，2017)，這種方法適用于山區(qū)泥石流或地質(zhì)結(jié)構(gòu)單一地區(qū)。對(duì)于有著復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)背景，礦產(chǎn)資源發(fā)達(dá)的貴州山區(qū)來(lái)說(shuō)，僅通過(guò)地形地貌確定斜坡單元是不精確的。必須考慮小單元的劃分。

(2)斜坡單元精準(zhǔn)劃分

斜坡單元?jiǎng)澐猪氉裱吧降巾敚碌侥_”的完整斜坡圈定，兩側(cè)邊界以臨空面切斷為界。根據(jù)坡體地質(zhì)結(jié)構(gòu)巖性組合、結(jié)構(gòu)面、結(jié)構(gòu)面與臨空面的組合關(guān)系的差異性，按“區(qū)內(nèi)相似，區(qū)際相異”的原則進(jìn)行斜坡單元?jiǎng)澐?。按物質(zhì)組成可劃分為基巖斜坡與土質(zhì)斜坡，其中基巖斜坡可劃分為層狀結(jié)構(gòu)斜坡與完整巖體斜坡(如侵入巖)。層狀結(jié)構(gòu)斜坡根據(jù)斜坡坡向與巖層傾向的關(guān)系由可劃分為順向坡、逆向坡、斜向坡、橫向坡和水平斜坡5類，同1個(gè)斜坡結(jié)構(gòu)類型中，可根據(jù)其巖性(巖體)組合特征的差異性，進(jìn)一步精確細(xì)分斜坡單元。

3.3 危險(xiǎn)源判別

危險(xiǎn)源在應(yīng)急管理行業(yè)提法較多，根據(jù)ISO45001中危險(xiǎn)源的定義，危險(xiǎn)源是可能引起傷害和疾病的來(lái)源因素。安全風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控包括識(shí)別危險(xiǎn)源、評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、控制風(fēng)險(xiǎn)，隱患排查包括識(shí)別隱患、處理隱患(李婳，2019)。關(guān)于危險(xiǎn)源含義的研究，(田水承，2006)認(rèn)為，危險(xiǎn)源是危險(xiǎn)的物質(zhì)、能量及災(zāi)變信息的爆發(fā)點(diǎn)，是產(chǎn)生與強(qiáng)化負(fù)效應(yīng)的核心，并提出3類危險(xiǎn)源的理論。結(jié)合上述含義，筆者認(rèn)為地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)源是在一定時(shí)期內(nèi)可能發(fā)生滑坡、崩塌、泥石流、地裂縫、地面沉降等災(zāi)害的地質(zhì)體。

圖5 斜坡單元類型劃分Fig.5 The partition for types of slope units

危險(xiǎn)源的辨識(shí)指識(shí)別危險(xiǎn)源的存在并確定其特性的過(guò)程。危險(xiǎn)源辨識(shí)的方法很多，各種方法從切入點(diǎn)和分析過(guò)程上，都有其各自的適用范圍或局限性(李紅旭，2011)。對(duì)于貴州山區(qū)城鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)源，由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，致災(zāi)因素繁多，致災(zāi)機(jī)理復(fù)雜，是多種因素耦合的結(jié)果。因此，不能簡(jiǎn)單運(yùn)用現(xiàn)有的危險(xiǎn)源評(píng)價(jià)方法，必須通過(guò)對(duì)斜坡單元易發(fā)性分析和評(píng)價(jià)找出各評(píng)價(jià)單元內(nèi)的潛在地質(zhì)災(zāi)害。

3.4 易發(fā)指數(shù)計(jì)算

地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性屬自然屬性，與威脅對(duì)象、災(zāi)情和險(xiǎn)情等無(wú)關(guān)，用地質(zhì)結(jié)構(gòu)體可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的程度來(lái)度量，反映不同災(zāi)種的易發(fā)程度，可能發(fā)生的概率越高，則易發(fā)性越大。根據(jù)崩塌、滑坡(不穩(wěn)定斜坡)等災(zāi)種的內(nèi)因和外因，建立地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度的指標(biāo)量化判別模式。運(yùn)用層次分析法、信息疊加法等手段并借助GIS平臺(tái)生成各因子相應(yīng)的等級(jí)劃分圖進(jìn)行評(píng)估單元取值，采用下列公式(丁俊，2006)計(jì)算單元的滑坡和崩塌易發(fā)性指數(shù)。

(公式1)

式中：Ef BH—滑坡和崩塌易發(fā)性評(píng)估指數(shù)；

ai—環(huán)境變量權(quán)重；

Aj—環(huán)境變量得分。

3.5 閾值及危險(xiǎn)源區(qū)劃分

選取研究區(qū)滑坡、崩塌典型斜坡單元，進(jìn)行單元滑坡易發(fā)性指數(shù)計(jì)算，根據(jù)全區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查所取得的認(rèn)知，在典型地質(zhì)災(zāi)害單體易發(fā)性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合分析，確定易發(fā)指數(shù)閾值。若斜坡單元滑坡易發(fā)指數(shù)≥，即為滑坡危險(xiǎn)源，斜坡單元崩塌易發(fā)指數(shù)，則為崩塌危險(xiǎn)源?；诘刭|(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果及閾值，結(jié)合研究區(qū)內(nèi)已有地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)所處的地質(zhì)環(huán)境條件，將地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)源共劃分為滑坡危險(xiǎn)源、崩塌危險(xiǎn)源和地面塌陷危險(xiǎn)源。

4 數(shù)據(jù)采集與分析

4.1 斜坡單元數(shù)據(jù)采集

按照上述方法，將研究區(qū)共劃分為80個(gè)斜坡評(píng)價(jià)單元，如圖 6，每個(gè)單元大小見(jiàn)表1。

表1 研究區(qū)斜坡單元?jiǎng)澐置娣e統(tǒng)計(jì)

4.2 易發(fā)性計(jì)算與分析

在地質(zhì)災(zāi)害形成的因素中選取地勢(shì)地貌、巖體性質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造、降水作用、人為工程活動(dòng)等作為環(huán)境地質(zhì)變量，對(duì)各因素的影響大小賦予不同的權(quán)重和分值。并按照影響因子的普遍認(rèn)識(shí)，將評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)量化如表2。

表2 崩塌易發(fā)性量化評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

按公式1，將上述因子進(jìn)行計(jì)算，并經(jīng)過(guò)自然斷點(diǎn)法得出下述分段結(jié)果(表3)。

圖6 斜坡單元?jiǎng)澐謭D

表3 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性程度劃分標(biāo)準(zhǔn)

4.3 閾值的確定

研究區(qū)滑坡和崩塌災(zāi)害所在斜坡單元易發(fā)指數(shù)均大于0.25，根據(jù)易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查所取得的認(rèn)知，在典型地質(zhì)災(zāi)害單體易發(fā)性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合分析，本次風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作易發(fā)指數(shù)閾值Efbh(閥)=0.34。

斜坡單元滑坡易發(fā)指數(shù)Efbh(滑)=0.34≥0.34，視為滑坡危險(xiǎn)源，斜坡單元崩塌易發(fā)指數(shù)Efbh(崩)=0.34，視為崩塌危險(xiǎn)源。

5 結(jié)果與討論

根據(jù)上述評(píng)價(jià)方法，對(duì)研究區(qū)內(nèi)的80個(gè)斜坡單元的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。其主要斜坡單元評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表4。在評(píng)價(jià)時(shí)，結(jié)合區(qū)域?qū)ｍ?xiàng)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查所取得的資料，對(duì)各斜坡單元分類使用滑坡與崩塌易發(fā)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，將評(píng)價(jià)結(jié)果疊加后，得到地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)分區(qū)評(píng)價(jià)圖7。

表4 研究區(qū)主要斜坡單元地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果匯總

圖7 盤關(guān)鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)圖

按照閾值計(jì)算結(jié)果，研究區(qū)共有地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)源31處(圖8)，主要集中分布于拖長(zhǎng)江沿岸，其分布具有分散性和集中性，其中滑坡危險(xiǎn)源共16處，占全區(qū)地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的52%，主要集中分布在盤關(guān)鎮(zhèn)中部、沿河流和構(gòu)造分布較為明顯；地面塌陷危險(xiǎn)源共12處，占全區(qū)地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的38.7%，主要分布受人類工程活動(dòng)影響較大的地區(qū)；崩塌危險(xiǎn)源共3處，占全區(qū)地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的9.7%，分布在主要分布于二、三疊系地層中，受地層巖性影響較為明顯。

圖8 盤關(guān)鎮(zhèn)危險(xiǎn)源分布及威脅范圍

經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，通過(guò)上述方法判定的危險(xiǎn)源結(jié)果與實(shí)際情況較為吻合。在研究過(guò)程中，將地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)單元和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)單元作為地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)的基本單元，建立了一套適合貴州山區(qū)城鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)源尋找與判定的方法體系，其成果意義如下：

(1)利用危險(xiǎn)源判別方法，預(yù)測(cè)計(jì)算不同暴雨頻率地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)源的危險(xiǎn)區(qū)范圍，并得出危險(xiǎn)源分布圖，結(jié)合降雨強(qiáng)度與暴雨頻率的關(guān)系，可為下一步貴州省縣級(jí)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)氣象預(yù)警預(yù)報(bào)工作及地質(zhì)環(huán)境承載力協(xié)調(diào)系統(tǒng)提供技術(shù)支撐。

(2)通過(guò)該方法得出的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)源位置、大小、威脅范圍、威肋人數(shù)與威脅財(cái)產(chǎn)、地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生不同險(xiǎn)情的概率等成果資料，可為地方人民政府進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)決策與風(fēng)險(xiǎn)管控提供科學(xué)依據(jù)。

下一步，將繼續(xù)完善地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別體系研究工作，進(jìn)一步開展斜坡單元智能化劃分，加強(qiáng)地貌單元識(shí)別工具的二次開發(fā)，以減少在實(shí)際工作中人工辨識(shí)所產(chǎn)生的復(fù)雜工作量，實(shí)現(xiàn)山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)快速識(shí)別。