基于GIS的甘肅省靈臺縣地質災害易發性區劃研究*

丁偉翠,薛星橋,楊強,孫秀娟

(1.中國地質科學院地質研究所,北京100037;2.中國地質調查局水文地質環境地質調查中心,河北保定071051)

我國西部黃土地區地質環境較脆弱,是地質災害高發區域,區內經濟發展與地質災害的矛盾日益突出[1-2]。在過去幾十年的經濟發展過程中,由于對其區劃研究不夠全面,使社會和人民生命財產蒙受了巨大的損失,因此,開展以滑坡、崩塌、泥石流、不穩定斜坡災害為主體的地質災害易發性區劃研究,對減少地質災害的發生、優化土地使用、進行環境保護、提高地質災害風險預測、評價研究、整體綜合防治具有十分重要的理論和實際意義。GIS技術的飛速發展為進行地質災害易發性區劃深入研究提供了一個卓有成效的技術平臺與研究途徑。

選取地處隴東黃土區的甘肅省靈臺縣作為研究區域,采用襲擾系數法和空間信息系統分析法結合信息量法的思路[3-5],對靈臺縣的地質災害易發性區劃進行研究,生成靈臺縣地質災害易發性區劃分級圖。靈臺縣地質災害易發性區劃圖可為政府管理部門進行土地規劃、減災防災、災害治理和制定相關的法規條例提供科學依據。

1 研究區基本情況

靈臺縣位于隴東黃土高原南緣,總面積2 038 km2,地勢西北高、東南低,海拔890～1 520 m,屬黃土高原溝壑區。交通以公路為主,經濟發展以農林牧業為主。區內屬暖溫帶半干旱大陸性季風氣候,冬長夏短,氣候干燥,年平均氣溫8.6℃,年平均降水量654.4 mm。該區出露地層主要為白堊系泥巖、粉細砂巖與棕紅色砂質泥巖,新近系棕紅色黏土,第四系午城、離石、馬蘭黃土。地下水根據賦存特征可分為第四系松散巖類孔隙水與前第四系碎屑巖類裂隙水兩種類型。

通過對靈臺縣野外地質災害詳細調查,查明該地地質災害有滑坡286個、崩塌29個、泥石流8個、不穩定斜坡73個。威脅居民、公路、水庫等地質災害隱患點有109個,其中滑坡12個、崩塌20個、不穩定斜坡73個、泥石流8個。災害多發生在在人居密集和人類工程活動頻繁的川臺區。

2 基于GIS的地質災害易發性區劃

首先在MapGIS 6.7平臺上,以靈臺縣地質災害分布圖為底圖采用襲擾系數法生成初步的地質災害易發性區劃圖,然后把該地區地質災害的主要影響因素地貌類型、地層巖性、降雨量分布、地形坡度及植被分布的各個圖件按照不同的標準進行分級,采用專家打分的方法確定各個影響因素的權重,最后在M apGIS 6.7中將初步地質災害易發性區劃圖與各個影響因素圖進行疊加生成最終的靈臺縣地質災害易發性區劃圖。

2.1 生成基于襲擾系數法的初步地質災害易發性區劃分級圖

經典襲擾系數法是以反映地質災害發育密度和規模的襲擾系數R值為依據,對調查區地質災害易發程度進行定量分析與評價的一種方法[6]。R值綜合考慮了單位面積內災害點的個數、面積和體積。

襲擾系數法對靈臺縣地質災害易發性區劃的具體方法如下:

①首先在1∶5萬靈臺縣地質災害調繪圖上進行網格剖分,共剖分8 084個網格,每個網格單元代表的實地面積為500 m×500 m,并對跨越河流、溝谷、山脊的網格進行處理,沿地形線進行進一步剖分,使其合理化。

②分別計算每一個網格單元內滑坡、崩塌、泥石流和潛在不穩定斜坡等地質災害的個數、面密度、體積密度。采用專家評判方法,將高易發、中易發、低易發、不易發之間的界限值確定出來如表1,表1中每個網格中災害點個數、體積密度、面積密度按最高一項確定其襲擾系數值,計算出每個網格的地質災害易發性襲擾系數,將評價區的易發性分為4級,即:高易發、中易發、低易發和不易發,其易發襲擾指數分別給予4,3,2,1。

③以R值為依據自動生成初步地質災害易發性等值線圖,然后根據R值的界限給不同級別賦上不同的顏色從而生成初步的地質災害易發性區劃分級圖。在表1所示的地質災害易發性襲擾系數值的取值原則基礎上,生成初步地質災害易發性區劃分級圖如附圖9所示。

表1 地質災害易發性襲擾系數值的取值原則

2.2 地質災害影響因素的分級標準及權重確定

影響靈臺縣地質災害的主要因素有地貌類型、地層巖性、降雨量分布、地形坡度、植被覆蓋度,將這5個影響因素作為地質災害評價指標,把各個影響因素的地質災害易發程度分為高、中、低易發區和不發育區4個等級,其易發指數分別給予4,3,2,1。并建立相應評價體系(見表2)。

根據表2的評價標準,繪制出各個影響因素的地質災害影響程度分區圖,如附圖10-14。

采取專家打分的原則來確定各個影響因素的權重,本次共發出了80份專家打分表,收回60份,從收回的專家打分表中將各個影響因素的權重進行加權平均得出各個影響因素的最終權重,初步地質災害易發性分區圖權重為0.4,地貌類型權重為0.153,地層巖性權重0.104,降雨量權重為0.081,地形坡度權重為0.162,植被覆蓋權重為0.1。

表2 地質災害影響因素易發程度分區評價標準

3 地質災害易發性區劃分級圖生成

以靈臺縣初步地質災害易發性區劃圖為基圖,將各個影響因素對地質災害影響分區圖乘以各自的權重并疊加到基圖中,生成靈臺縣地質災害易發性區劃圖,然后對生成圖件進行最后的修整得出最終的靈臺縣地質災害易發性區劃圖(如附圖15)。

由統計可以得出四個易發性分區的面積,所占面積比例,地質災害點數量、占總數比例及面密度見表3。

表3 靈臺縣地質災害易發性區劃圖說明表

4 結論

選用靈臺縣地質災害的易發性區劃作為研究對象,基于GIS技術采用襲擾系數法與空間信息系統分析法結合信息量法的思路,在1∶50 000地質災害詳細調查成果基礎上,對研究區進行網格剖分,并制定判別原則給每個網格賦予地質災害易發性襲擾系數,以此為依據生成了初步的地質災害易發性區劃圖;將地貌類型、地層巖性、降雨量分布、地形坡度、植被覆蓋度5個主要影響地質災害發生的影響因素的災害易發性分區圖疊加到初步地質災害易發性區劃圖中,生成了最終的靈臺縣地質災害易發性區劃圖。該區劃圖反映了該縣的地質災害現狀,從圖中可以很容易找出高易發、中易發、低易發、不易發各個區域的準確位置。

(1)高易發區主要分布在達溪河和黑河兩岸陡坡及支流的河谷階地中的黃土層高陡斜坡上,以中臺鎮及黑河流域的梁原鄉分布面積較大,其他都是零星分布,面積較小。地質災害類型以滑坡、不穩定斜坡及崩塌為主。特大型及大型地質災害點均在此區域。區內工程地質條件較差,黃土層比較松散,表層風化比較嚴重,節理、裂隙十分發育,地形坡度較陡,植被不發育,人口密集,加之人類工程活動極為強烈,發生地質災害威脅性較大。

(2)中易發區主要分布在達溪河和黑河流域及其支流的溝谷中高陡斜坡上,以中臺鎮、什字鎮、梁原鄉、星火鄉、西屯鄉分布較廣。地質災害以滑坡和不穩定斜坡為主,崩塌、泥石流次之。區內地形坡度較大,巖層工程地質條件較差,表層節理、裂隙十分發育,植被覆蓋較差,人口密集,加之人類工程活動很強烈,較易發生地質災害。

(3)低易發區主要分布在達溪河和黑河流域的溝谷地形坡度較緩地段,廣泛分布于達溪河和黑河流域沿線各個鄉鎮,分布面積較大。區內巖層工程地質條件相對較好,節理、裂隙僅局部發育,地形坡度較緩,植被相對比較發育,穩定性較好,但存在地質災害發生的可能性。

(4)不易發區主要分布在什字塬上,新集、百里的林場區域和西南部的小臺塬以及比較寬闊的河谷中,以朝那鎮、什字鎮、西屯鄉、獨店鄉黃土塬以及百里鄉林場分布為主。區內工程地質條件都比較好,或者地形平坦,或者植被較發育,總體的穩定性較好。

本研究為政府部門進行土地規劃、減少災害、有效地防治地質災害提供了有力依據,同時為進一步研究該縣的地質災害發展趨勢,對重點區域進行預測評價、風險評估及災害研究和進行地質災害氣象預警研究打下了堅實的基礎。

[1] 任春林.陜北黃土區地質災害風險評估及綜合防治對策研究[D].西安:長安大學2005.

[2] 高宇.基于GIS的黃土地區滑坡危險性評價研究[D].西安:長安大學,2005.

[3] 阮沈勇,黃潤秋.基于GIS的信息量法模型在地質災害危險性區劃中的應用[J].成都理工學院學報,2001,28(1):89-92.

[4] 光磊.基于GIS的信息量法在滑坡危險性評價中的應用[J].地質與資源,2005,14(3):231-233.

[5] 崔愛平.應用信息系統空間分析和襲擾系數法對略陽縣地質災害易發區的劃分[J].災害學,2004,19(2):51-55.

[6] 傅衛東.地質災害易發性區劃研究與防治對策[D].北京:中國地質大學,2005.