基于GIS空間分析的吉林省輝南縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度評(píng)價(jià)

馬 力，李立軍，趙彥寧，陳初雨，王懷遠(yuǎn)

吉林省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，吉林長春 130021

地質(zhì)災(zāi)害是指由自然或人為作用，多數(shù)情況下是二者協(xié)同引起的，在地球表層比較 強(qiáng)烈地破壞人類生命財(cái)產(chǎn)和生存環(huán)境的巖土體位移事件[1]。崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生受地質(zhì)環(huán)境的控制，這些地質(zhì)環(huán)境因素主要包括地形、地貌、地層巖性、氣象水文、人類活動(dòng)等。地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)就是在考慮各種誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害因素的基礎(chǔ)上，確定地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性及易發(fā)性。

地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)方法很多，主要包括模糊聚類分析法[2]、綜合危險(xiǎn)性指數(shù)法[3]、層次分析法[4]、模糊綜合評(píng)判法[5]等，基于GIS空間分析進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)，是將影響地質(zhì)災(zāi)害的各個(gè)因子用一套專題圖層表示，最后進(jìn)行空間疊加分析得到一張綜合地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度區(qū)劃圖[6]。

本文在對(duì)輝南縣地質(zhì)災(zāi)害實(shí)地調(diào)查基礎(chǔ)上，以Mapgis為工作平臺(tái)，利用空間分析功能對(duì)輝南縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度進(jìn)行區(qū)劃和分析評(píng)價(jià)，為地質(zhì)災(zāi)害防治和預(yù)警奠定基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)概況

輝南縣位于吉林省中南部，龍崗山脈中段，125°58′42″～126°44′58″E，42°16′02″～42°53′30″N，總面積2 277 km2。下轄17個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）和8個(gè)社區(qū)。

區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，加之采礦及其它人類活動(dòng)影響，縣內(nèi)中南部、東部中低山區(qū)是崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)地區(qū)。據(jù)統(tǒng)計(jì)：2005年區(qū)內(nèi)各類地質(zhì)災(zāi)害共造成的直接經(jīng)濟(jì)損失3 268.17萬元。

本次研究區(qū)1∶10萬地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查共發(fā)現(xiàn)崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等四類地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)及隱患點(diǎn)78處，其中崩塌32處，泥石流27處，滑坡7處，地面塌陷12處。

圖1 輝南縣地質(zhì)災(zāi)害分布圖Fig.1 Distributionmap of geological disasters in Huinan County

2 評(píng)價(jià)模型的建立

2.1 柵格化剖分

運(yùn)用柵格法處理對(duì)吉林省安圖縣1∶10萬地理底圖進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)剖分，本次剖分單元格面積采取1 km×1 km網(wǎng)格剖分，周邊不足1 km×1 km的合并到相鄰網(wǎng)格中，共剖分單元網(wǎng)格2 187個(gè)。

2.2 評(píng)價(jià)因子及權(quán)重的選取

影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生和發(fā)展的因素是多方面的，既有地質(zhì)環(huán)境因素，又有人類活動(dòng)因素，還有現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育情況。受地質(zhì)環(huán)境條件、人類活動(dòng)情況及災(zāi)害發(fā)育差異的影響，各單元區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)情況、災(zāi)種發(fā)育情況各不相同。為客觀反映崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)程度，對(duì)崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷選取不同的評(píng)價(jià)因子。

(1)崩塌、滑坡評(píng)價(jià)因子∶現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育因素包括現(xiàn)狀災(zāi)害分布密度因子、現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)規(guī)模因子和現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻率因子；地質(zhì)環(huán)境因素包括地形坡度因子、溝谷切割深度因子、降雨強(qiáng)度因子、地質(zhì)構(gòu)造因子、巖土體類型因子、地表水和地下水因子；人類工程活動(dòng)因子（表1）。

(2)泥石流評(píng)價(jià)因子∶現(xiàn)狀泥石流地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育因素包括現(xiàn)狀災(zāi)害分布密度因子、現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)規(guī)模因子和現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻率因子；地質(zhì)環(huán)境因素包括植被發(fā)育因子、溝岸山坡坡度因子、水土流失因子、溝道密度因子、沖溝切割深度因子、降雨強(qiáng)度因子、不良地質(zhì)現(xiàn)象因子、物源豐富程度因子、巖土體類型因子、地表水和地下水因子；人類工程活動(dòng)因子。地面塌陷評(píng)價(jià)因子（表2）。

(3)地面塌陷評(píng)價(jià)因子∶選取因子包括現(xiàn)狀災(zāi)害分布密度因子、現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)規(guī)模因子、現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻率因子、巖土體類型因子、地質(zhì)構(gòu)造因子、降雨因子、人為地下礦產(chǎn)開采活動(dòng)強(qiáng)度因子（表3）。

表1 崩塌、滑坡評(píng)價(jià)因子分級(jí)及賦值Table 1 Collapse , landslides evaluation factorclassi fi cation and weight

2.3 計(jì)算方法

單災(zāi)種評(píng)判因子加權(quán)指數(shù)模型：

式中：Z災(zāi)種——單災(zāi)種地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度綜合指數(shù)；

Wi——第i個(gè)評(píng)價(jià)因子權(quán)重；

Xi——第i個(gè)評(píng)價(jià)因子分級(jí)所屬值（表1、2、3）。

確定了單項(xiàng)災(zāi)種易發(fā)程度信息之后，采用疊加方法計(jì)算單元格的綜合災(zāi)害易發(fā)程度信息值。單元信息疊加結(jié)果（G）滿足如下公式：

其中：G—單元信息疊加結(jié)果；

Z泥—為泥石流災(zāi)害數(shù)值;

Z崩.滑—為崩塌、滑坡災(zāi)害數(shù)值;

Z塌—為地面塌陷災(zāi)害數(shù)值。

2.4 易發(fā)等級(jí)劃分

各災(zāi)種的柵格數(shù)據(jù)疊加后得到易發(fā)性指數(shù)范圍在0.88～3.2之間，結(jié)合上面所做的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果、現(xiàn)場調(diào)查的地質(zhì)災(zāi)害分布情況和人類活動(dòng)趨勢(shì)將易發(fā)性指數(shù)分為高易發(fā)區(qū)（2.5～3.2）、中易發(fā)區(qū)（1.5～2.5）、低易發(fā)區(qū)（0.88～1.5）。

3 評(píng)價(jià)模型基于GIS技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

評(píng)價(jià)采用的是我國自主研發(fā)的地理信息系統(tǒng)軟件MAPGIS，它是集數(shù)字制圖、數(shù)據(jù)庫管理及空間分析為一體的空間信息系統(tǒng)。本文參照各類災(zāi)種易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用采用點(diǎn)評(píng)分指數(shù)模型法，利用GIS的空間疊加功能生成評(píng)價(jià)單元，并利用GIS的屬性數(shù)據(jù)庫對(duì)吉林省輝南縣的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.1 單指標(biāo)圖——屬性數(shù)據(jù)庫的生成

單指標(biāo)圖——屬性數(shù)據(jù)庫主要是指地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的單因子評(píng)價(jià)圖。在此基礎(chǔ)上，利用GIS的矢量化制圖功能，編制個(gè)單指標(biāo)圖，并設(shè)置相應(yīng)的屬性結(jié)構(gòu)，且各單指標(biāo)圖以區(qū)文件的形式存儲(chǔ)。

3.2 評(píng)價(jià)過程的實(shí)現(xiàn)

表2 泥石流評(píng)價(jià)因子分級(jí)及賦值Table 2 Classi fi cation of evaluation factors and weight ofmudslides

表3 地面塌陷評(píng)價(jià)因子分級(jí)及賦值Table 3 Classi fi cation of evaluation factors and weight of surface collapse

在屬性數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，利用GIS的空間分析功能中區(qū)對(duì)區(qū)的合并分析功能，依次對(duì)各單指標(biāo)圖進(jìn)行區(qū)合并操作，合并后生成的區(qū)文件，通過庫管理模塊中屬性庫管理輸出屬性，按照各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算得出各單元單災(zāi)害地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性指數(shù)值，在應(yīng)用“連接屬性”功能將“地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性指數(shù)”字段連回新區(qū)文件中。最后，按照地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)害易發(fā)性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，在“區(qū)編輯”中應(yīng)用“根據(jù)屬性賦參數(shù)”實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性能分區(qū)。借助于GIS技術(shù)來輸入、存儲(chǔ)、處理和顯示地理參數(shù)，整個(gè)評(píng)價(jià)過程將變得十分簡單。

4 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)評(píng)價(jià)

由吉林省輝南縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度綜合區(qū)劃圖（圖2）可以看出，地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)主要集中在中部和東部中低山區(qū)，西北部的低山、平原區(qū)為地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)。評(píng)價(jià)結(jié)果能夠準(zhǔn)確的反映輝南縣的地質(zhì)災(zāi)害分布情況、發(fā)育現(xiàn)狀及危害程度。

4.1 地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)

地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)按致災(zāi)災(zāi)種又進(jìn)一步劃分為地面塌陷高易發(fā)亞區(qū)和崩塌滑坡泥石流高易發(fā)亞區(qū)。分布面積243.78 km2,占全區(qū)面積的10.69%，共有地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)數(shù)60個(gè)，占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的75.95%。平均地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)密度為24.61個(gè)/100 km2。主要集中在輝南縣東部、中部，區(qū)內(nèi)地貌類型為中低山，坡度較大，人類活動(dòng)強(qiáng)烈，居民區(qū)周邊、公路、鐵路周邊開挖坡腳普遍，形成大量不穩(wěn)定邊坡；另外區(qū)內(nèi)開荒種地現(xiàn)象普遍，植被破壞嚴(yán)重，在強(qiáng)降雨條件下易形成泥石流地質(zhì)災(zāi)害。危害對(duì)象主要為分散的農(nóng)戶，重要的鐵路、公路等公共設(shè)施。

4.2 地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū)

地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū)按致災(zāi)災(zāi)種又進(jìn)一步劃分為地面塌陷中易發(fā)亞區(qū)和崩塌滑坡泥石流中易發(fā)亞區(qū)。分布面積1 138.79 km2,占總面積的50.026%，共有地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)數(shù)18個(gè)，占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的22.78%。平均地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)密度為1.58個(gè)/100 km2。區(qū)內(nèi)地貌單元為低山區(qū)，地形坡度較緩，人為活動(dòng)一般，主要地質(zhì)災(zāi)害為人為作用形成的崩塌、泥石流和地面塌陷。

4.3 地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)

圖2 綜合地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度區(qū)劃圖Fig.2 Comprehensive geological hazards susceptibilitymaping

地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)主要分布在主要分布在北部、中西部及南部地勢(shì)平緩區(qū)，地貌類型多為侵蝕堆積河流階地，面積894.43 km2,占總面積的39.281%。區(qū)內(nèi)人為形成的陡崖及陡坡較少，僅在河流凸岸分布小規(guī)模河流塌岸及洪澇災(zāi)害，部分地段存在水土流失現(xiàn)象；南部地區(qū)地形較平坦，森林覆蓋率較高，人類工程活動(dòng)強(qiáng)度較弱，基本保持著自然生態(tài)環(huán)境，裸露巖體較少，多有植被覆蓋，不易發(fā)生危害性較大的地質(zhì)災(zāi)害。

5 結(jié)論

本文根據(jù)影響吉林省輝南縣地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育現(xiàn)狀、地質(zhì)環(huán)境條件和人類工程活動(dòng)等因素，利用Mapgis空間分析功能對(duì)輝南縣進(jìn)行了地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度綜合區(qū)劃，共將輝南縣劃分為高、中、低三類易發(fā)區(qū)。準(zhǔn)確的反映了區(qū)內(nèi)實(shí)際地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度和危險(xiǎn)情況，通過區(qū)劃可以為政府部門的地質(zhì)災(zāi)害防治特供可靠地預(yù)測(cè)理論依據(jù)，為下一步地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警工作奠定基礎(chǔ)。

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