基于GIS的川西區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)收集與分析①

李朝陽(yáng), 向 波, 蔣瑜陽(yáng), 錢(qián) 舵, 路言杰

(1.四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,四川 成都 610041;2.西南交通大學(xué)土木工工程學(xué)院,四川 成都 610031;3.中國(guó)鐵路上海鐵路局集團(tuán)有限公司,上海 200071)

0 引 言

近年來(lái),由于全球氣候升溫,使得川西區(qū)域年均氣溫增加,年均降雨量增多,自然營(yíng)力活躍度逐年增強(qiáng)。同時(shí),由于頻繁的人類(lèi)工程活動(dòng)對(duì)川西區(qū)域造成強(qiáng)烈影響,以崩塌、滑坡、泥石流為主的不同程度的地質(zhì)災(zāi)害廣泛發(fā)育[1-2]。地質(zhì)災(zāi)害給自然生態(tài)和工程建設(shè)帶來(lái)的危害不可估量,使得川西區(qū)域的生態(tài)環(huán)境越發(fā)脆弱[3]。地質(zhì)災(zāi)害給該區(qū)域帶來(lái)的自然生態(tài)破壞和人類(lèi)社會(huì)秩序混亂的威脅已不容忽視,加強(qiáng)對(duì)川西區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的形成原因、形成條件及分布規(guī)律等的分析和研究能夠讓我們?cè)趹?yīng)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害時(shí)化被動(dòng)為主動(dòng),達(dá)到有效預(yù)防和治理,保障川西區(qū)域的工程建設(shè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展[4-5]。根據(jù)過(guò)往不同程度地質(zhì)災(zāi)害對(duì)四川省川西區(qū)域的建設(shè)和發(fā)展帶來(lái)的嚴(yán)重的負(fù)面影響,通過(guò)大量的川西區(qū)域資料和數(shù)據(jù)搜集,以川西區(qū)域自然地質(zhì)條件為基礎(chǔ),利用GIS平臺(tái)[6-7]對(duì)川西區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)化處理,對(duì)川西區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育特征和影響因素進(jìn)行了詳細(xì)的分析和討論。

1 基于GIS的川西區(qū)域自然地質(zhì)條件與地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)收集與處理

通過(guò)國(guó)內(nèi)權(quán)威數(shù)據(jù)平臺(tái),包括全國(guó)地理信息資源目錄服務(wù)系統(tǒng)、國(guó)家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心資源環(huán)境數(shù)據(jù)云平臺(tái)、土地調(diào)查成果共享應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)、中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心等,收集并整理了四川省川西區(qū)域自然地質(zhì)條件地質(zhì)災(zāi)害等數(shù)據(jù)。

川西區(qū)域主要地質(zhì)災(zāi)害為崩塌、滑坡、泥石流三類(lèi)。利用GIS 平臺(tái),將零散的、無(wú)規(guī)則的、雜亂的川西區(qū)域自然地質(zhì)條件數(shù)據(jù),整理成為規(guī)則有序且可重復(fù)利用的數(shù)據(jù)。根據(jù)川西區(qū)域數(shù)據(jù)搜集結(jié)果,將各類(lèi)數(shù)據(jù)統(tǒng)一定義地理投影坐標(biāo)系——WGS 1984(World Geodetic System),建立川西區(qū)域的平面化圖形數(shù)據(jù)分析模型及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。對(duì)川西區(qū)域地理位置、地形地貌、工程地質(zhì)、植被類(lèi)型、氣溫降雨、水文條件數(shù)據(jù)進(jìn)行色彩渲染、裁剪等處理,最終輸出成圖1。

圖1 川西區(qū)域各自然地質(zhì)條件數(shù)據(jù)GIS可視化:a)地理位置;b)地形地貌;c)工程土質(zhì);d)植被類(lèi)型數(shù)據(jù);e)年均降雨量(2015年);f)水文條件

2 基于GIS的川西區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)分析

2.1 川西區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征分析

經(jīng)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),川西區(qū)域過(guò)往地質(zhì)災(zāi)害累計(jì)發(fā)生12056次,其中發(fā)生了崩塌2223次,占總數(shù)的18.4%;滑坡6724次,占總數(shù)的55.8%;泥石流3109次,占總數(shù)的25.8%。

2.1.1 崩 塌

通過(guò)GIS的數(shù)據(jù)分類(lèi)提取功能,僅按照地質(zhì)災(zāi)害等級(jí)標(biāo)準(zhǔn),分類(lèi)顯示崩塌的發(fā)育及發(fā)生情況,并將提取結(jié)果輸出成圖,結(jié)果見(jiàn)圖2。該區(qū)域崩塌發(fā)育及發(fā)生的特征如下:(1)災(zāi)害規(guī)模以中、小型為主,累計(jì)共發(fā)生1824次,占總數(shù)的82.1%;(2)分布相對(duì)集中,多發(fā)育于川西區(qū)域東北側(cè)海拔較低的山地盆地過(guò)渡地區(qū)(3500m 以下)以及坡度較大的陡峭山谷中;(3)受道路施工的影響,大量危巖體成為崩塌發(fā)育的有利基礎(chǔ)。由此可見(jiàn),復(fù)雜地形、較大的山體坡度和道路施工成為崩塌形成的主要原因。

圖2 川西區(qū)域崩塌分布情況

2.1.2 滑 坡

按照地質(zhì)災(zāi)害等級(jí)分類(lèi)顯示滑坡的發(fā)育及發(fā)生情況,并將提取結(jié)果輸出成圖,輸出結(jié)果見(jiàn)下圖3。該區(qū)域滑坡發(fā)育及發(fā)生的特征如下:(1)發(fā)育頻繁、集中性強(qiáng),容易帶動(dòng)周?chē)h(huán)境,引發(fā)群發(fā)性滑坡;(2)大型滑坡較少,特大型滑坡罕見(jiàn),單次災(zāi)害造成的影響及損失相對(duì)較少;(3)該區(qū)域滑坡較多發(fā)生于山體坡度較小的中低山地區(qū),受地形地貌影響,區(qū)內(nèi)滑坡滑動(dòng)方向多與斜坡的坡向相同;(4)該區(qū)域因集中降雨導(dǎo)致的坡腳侵蝕破壞成為該地區(qū)引發(fā)滑坡的誘因之一。

圖3 川西區(qū)域滑坡分布情況

2.1.3 泥石流

按照地質(zhì)災(zāi)害等級(jí)分類(lèi)顯示泥石流的發(fā)育及發(fā)生情況,并將提取結(jié)果輸出成圖,輸出結(jié)果見(jiàn)下圖4。該區(qū)域泥石流發(fā)育及發(fā)生的特征如下:(1)該區(qū)域泥石流多發(fā)育于道路沿線(xiàn)兩側(cè),因道路施工產(chǎn)生的就近堆積的廢石殘?jiān)蔀槟嗍髦饕奈镔|(zhì)來(lái)源之一;(2)該區(qū)域泥石流形成區(qū)及流通區(qū)流域面積相對(duì)較小,基本位于溝谷地帶,坡度大,溝谷兩側(cè)山坡陡峭且狹長(zhǎng);(3)泥石流受降雨影響明顯,一般形成于集中降雨期或降雨量較大的地區(qū)。

圖4 川西區(qū)域泥石流分布情況

2.2 川西區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害影響因素分析

川西區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育及發(fā)生離不開(kāi)各種因素的綜合作用。就目前數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)情況,對(duì)川西區(qū)域影響因素,包括地形地貌(DEM)、工程土質(zhì)、植被類(lèi)型、年均降雨量、道路交通,進(jìn)行了影響因分析。

2.2.1 地形地貌條件

地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育類(lèi)型和頻率極大程度地受到地形地貌的影響,統(tǒng)計(jì)川西區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害分布隨高程變化趨勢(shì),如圖5所示。

圖5 川西區(qū)域崩塌、滑坡、泥石流分布隨高程變化趨

通過(guò)GIS的DEM 高程圖形數(shù)據(jù)和崩塌數(shù)據(jù)的疊加分析,海拔的變化對(duì)崩塌的發(fā)育及發(fā)生影響明顯,川西區(qū)域崩塌的發(fā)育及發(fā)生皆隨著海拔的攀升而逐漸下降。高程對(duì)滑坡的發(fā)育及發(fā)生影響顯著,隨著海拔的上升,發(fā)育次數(shù)呈線(xiàn)性下降趨勢(shì)。川西區(qū)域泥石流的發(fā)育及發(fā)生隨著海拔的攀升呈現(xiàn)出先增加后減少趨勢(shì),中、高海拔地區(qū)(2500m-3500m)成為泥石流發(fā)育及發(fā)生的主要地區(qū)。川西區(qū)域高程在1500m-3500m 之間存在大量線(xiàn)路工程,由于該地區(qū)地形狹窄,道路基本沿高山峽谷方向修建,因此,大量的因施工產(chǎn)生的廢石殘?jiān)徒逊?最終由降雨激發(fā),發(fā)育大量泥石流。

2.2.2 工程土質(zhì)條件

川西區(qū)域滑坡的發(fā)育及發(fā)生隨工程土質(zhì)變化趨勢(shì)如圖6所示。川西區(qū)域不同工程土質(zhì)對(duì)崩塌的發(fā)育及發(fā)生影響程度不同。川西區(qū)域東側(cè)年均降雨量大,該地區(qū)的粉粘土與粉土的飽和度較大,受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響容易液化,成為容易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的不良地基;其次,砂壤土由于土壤質(zhì)地較輕,分布廣泛,地下水位適宜,也成為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)土質(zhì)。川西區(qū)域滑坡的發(fā)育及發(fā)生大致隨著以下土質(zhì)的變化呈減少趨勢(shì)。川西區(qū)域砂壤土廣泛分布在中西側(cè)區(qū)域,該地區(qū)年均降雨量基本處于600mm 以上,受降雨的激發(fā),發(fā)育了大量滑坡。

圖6 川西區(qū)域崩塌、滑坡、泥石流分布隨工程土質(zhì)變化趨勢(shì)

2.2.3 植被類(lèi)型條件

通過(guò)GIS的植被類(lèi)型圖形數(shù)據(jù)和崩塌數(shù)據(jù)的疊加分析,川西區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害分布隨植被類(lèi)型變化趨勢(shì)如圖7所示。

圖7 川西區(qū)域崩塌、滑坡、泥石流分布隨植被類(lèi)型變化趨勢(shì)

川西區(qū)域植被密度相對(duì)較低,因此,容易成為地質(zhì)災(zāi)害的多發(fā)地帶。其次,根據(jù)DEM 數(shù)據(jù)分析結(jié)果,川西區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)生于中低海拔地區(qū),該類(lèi)地區(qū)是針葉林、闊葉林發(fā)育帶,地下水位適宜,土質(zhì)以砂壤土為主。因此,在受到外部因素激發(fā)時(shí),容易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。川西區(qū)域灌叢帶、栽培植物帶、針葉林帶、闊葉林帶成為滑坡的多發(fā)地帶,泥石流主要集中于灌叢帶、針葉林帶、闊葉林帶。

2.2.4 年均降雨量

川西區(qū)域崩塌、滑坡、泥石流分布隨年均降雨量變化趨勢(shì)線(xiàn)見(jiàn)圖8。川西區(qū)域年均降雨量處于600mm-900mm 的地區(qū)占絕大部分,崩塌因此較多分布于該類(lèi)地區(qū)。川西區(qū)域滑坡的發(fā)育及發(fā)生極大地受到降雨量的影響,且隨著年均降雨量的增加而增加。泥石流主要分布于川西區(qū)域的中海拔地區(qū),該地區(qū)年均降雨量基本處于600mm-900mm 之間。

圖8 川西區(qū)域崩塌、滑坡、泥石流分布隨年均降雨量變化趨勢(shì)

2.2.5 道路交通條件

川西區(qū)域道路交通網(wǎng)絡(luò)的建立改變了原有的自然地質(zhì)條件,破壞了山體邊坡的穩(wěn)定性。道路沿線(xiàn)因削坡施工導(dǎo)致巖土體破碎不堪,危巖體集中出現(xiàn),多處處于穩(wěn)定性臨界狀態(tài)。又因施工產(chǎn)生的大量工程垃圾就近堆放,形成危險(xiǎn)堆積體。種種不利因素的疊加,以及降雨、地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)、人為因素等的觸發(fā),川西區(qū)域大量地質(zhì)災(zāi)害沿道路交通密集發(fā)育。

3 結(jié) 語(yǔ)

應(yīng)用地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)理論,通過(guò)數(shù)據(jù)收集及模型分析,掌握了四川省川西區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的實(shí)際情況。通過(guò)GIS平臺(tái),將川西區(qū)域自然地質(zhì)條件與地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)分布情況相結(jié)合,對(duì)該區(qū)域崩塌、滑坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育特征和影響因素進(jìn)行了分析和討論。研究成果為川西區(qū)域的工程建設(shè)和項(xiàng)目開(kāi)發(fā)提供了數(shù)據(jù)依據(jù)和理論支持,對(duì)保障國(guó)家建設(shè)和社會(huì)發(fā)展起到了積極促進(jìn)作用。