基于Arcgis柵格單元?jiǎng)澐值牡刭|(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)研究

夏為平

（江西省煤田地質(zhì)勘察研究院，江西 南昌 330001）

1 地質(zhì)環(huán)境條件

龍虎山風(fēng)景區(qū)位于江西省鷹潭市， 是道教祖庭，每年接納來(lái)自海內(nèi)外游客數(shù)千萬(wàn)，屬于國(guó)家重點(diǎn)旅游區(qū)， 地理坐標(biāo)東經(jīng)116°52′47″～117°09′01″， 北緯27°57′49″～28°12′06″，總面積261 km2。 地處亞熱帶潤(rùn)濕季風(fēng)氣候， 根據(jù)1953～2017年降雨資料，年平均降雨量1 780 mm，雨季多在3～7月，其余月份雨量較少，見圖1。龍虎山風(fēng)景區(qū)分為3 個(gè)地貌類型，分別為構(gòu)造侵蝕中低山、構(gòu)造剝蝕丘陵和構(gòu)造剝蝕崗丘[1]。景區(qū)主要出露地層為南華系云母片巖和白堊系凝灰?guī)r、白堊系砂礫巖及第四系松散層；地層出露年代較單一，區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造程度一般。

圖1 龍虎山風(fēng)景名勝區(qū)1953～2017年月平均降雨量分布柱狀圖

2 地質(zhì)災(zāi)害特征

據(jù)野外調(diào)查， 區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害類型主要為崩塌、滑坡災(zāi)害，見表1。其中崩塌及崩塌隱患點(diǎn)之和占全區(qū)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的97.68%， 可見崩塌及崩塌隱患地質(zhì)災(zāi)害是龍虎山風(fēng)景區(qū)主要地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)。

表1 龍虎山風(fēng)景名勝區(qū)地質(zhì)災(zāi)害類型及數(shù)量

3 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)

3.1 分區(qū)方法

為了合理分析區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害分布，安排區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害防治措施，需對(duì)全區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度進(jìn)行劃分。 常用的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度劃分方法有襲擾系數(shù)法[2]、信息量法[3]、模糊綜合評(píng)判法，以及綜合易發(fā)性指數(shù)法[4]等。 本文選用綜合易發(fā)性指數(shù)法來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)查區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)程度分區(qū)。

3.2 單元格劃分

評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐忠话悴捎镁W(wǎng)格方法。 網(wǎng)格大小對(duì)區(qū)劃的結(jié)果影響較大，理論上單元格越小，計(jì)算結(jié)果越準(zhǔn)確。 傳統(tǒng)的網(wǎng)格劃分法是人工將項(xiàng)目區(qū)劃分成一定大小的方格， 剖分后再進(jìn)行單元格賦值計(jì)算。 剖分單元格過(guò)大會(huì)導(dǎo)致分區(qū)結(jié)果粗糙不合理，剖分單元格過(guò)小則因單元格數(shù)量過(guò)多賦值計(jì)算耗時(shí)較長(zhǎng)，人力投入成本高。 因此急需一種能精確剖分又能快速運(yùn)算的方法，進(jìn)行單元格劃分和賦值計(jì)算。 Arcgis軟件可以識(shí)別柵格數(shù)據(jù)，并能隨意調(diào)整柵格大小，可以達(dá)到快速剖分網(wǎng)格的目的，同時(shí)柵格數(shù)據(jù)為矩陣形式， 可借助計(jì)算機(jī)快速完成賦值運(yùn)算，因此能夠做到柵格劃分足夠小的同時(shí)進(jìn)行快速運(yùn)算。 綜合考慮調(diào)查區(qū)地質(zhì)條件及軟件運(yùn)算時(shí)間，將每個(gè)網(wǎng)格單元面積取值為100 m×100 m。

3.3 分區(qū)過(guò)程

根據(jù)調(diào)查和分析，地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生和多種因素有關(guān)，其中與地形地貌、坡度、巖土體類型、地質(zhì)構(gòu)造、降雨及人類工程活動(dòng)等因素密切相關(guān)。 另外，分析地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)， 除考慮上述因素外，現(xiàn)狀發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害也是衡量指標(biāo)之一。 根據(jù)專家打分，各因素和地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性相關(guān)性指標(biāo)見表2。

表2 自然與人為影響因素綜合權(quán)重

上述評(píng)價(jià)因素包括定量因素和定性因素。 對(duì)于定量因素，如斜坡的坡度、年平均降雨量和隱患點(diǎn)密度等，取其原始值作柵格劃分，并作二值化處理[5]；對(duì)于定性因素，如工程地質(zhì)巖組、地貌類型、地質(zhì)構(gòu)造等，需要根據(jù)各項(xiàng)因素對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的貢獻(xiàn)來(lái)賦值，并柵格化、二值化，以使各因素能夠通過(guò)柵格疊加的方式達(dá)到屬性疊加，從而達(dá)到分區(qū)的目的。

柵格化圖生成

（1）地貌柵格化圖

龍虎山風(fēng)景區(qū)內(nèi)地貌類型主要以構(gòu)造剝蝕丘陵為主，僅南北兩側(cè)有中低山區(qū)和平原分布。 據(jù)調(diào)查，中低山至丘陵至平原區(qū)，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密度呈遞減狀態(tài)；因此，中低山相對(duì)于丘陵和平原，更容易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。 利用Arcgis生成地貌分區(qū)圖，再根據(jù)各地貌地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度的大小， 分別對(duì)應(yīng)賦值，并進(jìn)行100 m×100 m柵格化和二值化處理， 可得地貌分區(qū)相對(duì)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度的柵格化， 見圖2。

圖2 地貌柵格化

（2）坡度柵格化圖

原始斜坡坡度影響著土壤和巖石內(nèi)部的應(yīng)力分布，也控制著其上植被覆蓋程度、地表徑流及地下水的特征；因此，在一定程度上也控制著坡體的穩(wěn)定性，與地質(zhì)災(zāi)害的形成密切相關(guān)。 一般來(lái)說(shuō)隨著坡度的增大，坡面巖土所受到重力分量的拉扯作用越強(qiáng)， 在工程建設(shè)作用下或受到外界環(huán)境影響時(shí)，發(fā)生滑坡及崩塌等災(zāi)害的概率也相應(yīng)增高。 以龍虎山風(fēng)景區(qū)DEM 數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)， 通過(guò)Arcgis坡度分析，可得龍虎山風(fēng)景區(qū)地表坡度圖。 通過(guò)提取分析功能， 提取地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)的原始坡度分布頻率，見圖3。

圖3 地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)原始坡度分布頻率

在調(diào)查區(qū)內(nèi)，地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)多分布在5.5 和7.5 的坡度區(qū)間內(nèi)，小于和大于這個(gè)值，則有明顯降低趨勢(shì)。 因此可根據(jù)此規(guī)律將坡度圖作二值化處理，越靠近該區(qū)間的坡度，其對(duì)地災(zāi)害的貢獻(xiàn)越趨于1，反之則趨于0。 其余坡度值采用插值法求得，可得坡度相對(duì)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度的柵格化， 見圖4。

圖4 坡度柵格化

（3）降雨?yáng)鸥窕瘓D

根據(jù)野外調(diào)查顯示， 每年3～7月雨季是龍虎山風(fēng)景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的高發(fā)期，因此，降雨是龍虎山風(fēng)景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的重要誘發(fā)因素之一。 根據(jù)龍虎山風(fēng)景區(qū)年平均降雨等值線圖， 利用Arcgis的空間分析，可得到景區(qū)降雨量分布圖，再將其進(jìn)行100 m×100 m柵格化和二值化處理后， 可得降雨相對(duì)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度的柵格化，見圖5。

圖5 降雨?yáng)鸥窕?/p>

按照上述分析方法，利用Arcgis軟件，分別生成巖土體類型、地質(zhì)構(gòu)造、人類工程活動(dòng)相對(duì)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度的柵格化圖。 其中地質(zhì)構(gòu)造作斷層領(lǐng)域分析，并按照距離斷層的遠(yuǎn)近賦值分析，人類工程活動(dòng)根據(jù)道路和居民區(qū)分布，作鄰域分析，并柵格化、二值化，最終得到影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的六個(gè)因素的柵格化圖。

3.4 分區(qū)結(jié)果

將各評(píng)價(jià)因子加權(quán)疊加，得出每一個(gè)評(píng)價(jià)單元內(nèi)所有評(píng)價(jià)因子的加權(quán)和。 經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，通過(guò)自然間斷法找出突變點(diǎn)作為易發(fā)程度分區(qū)界線值。 在定量分級(jí)的基礎(chǔ)上，綜合考慮地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育現(xiàn)狀和行政區(qū)域劃分，將調(diào)查區(qū)劃分為地質(zhì)災(zāi)害高、中、低和不易發(fā)區(qū)4 個(gè)大區(qū)， 共計(jì)9 個(gè)亞區(qū) （見圖6、表3）。

圖6 龍虎山風(fēng)景名勝區(qū)易發(fā)分區(qū)劃分

表3 龍虎山風(fēng)景名勝區(qū)易發(fā)分區(qū)劃分

4 結(jié)語(yǔ)

Arcgis柵格剖分， 實(shí)現(xiàn)了研究區(qū)的快速單元格化，其自然間斷法也能較好地實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害柵格圖區(qū)分，再結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀，從而實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)分區(qū)。 分區(qū)結(jié)果與龍虎山風(fēng)景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害實(shí)際發(fā)生情況吻合度較高，為有效防治風(fēng)景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害提供科學(xué)依據(jù)。