江西贛南寧都縣青塘地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)分析

鄧必榮，羅華來(lái)，歐陽(yáng)克貴

(江西省地質(zhì)調(diào)查研究院，江西 南昌 330030)

1 研究區(qū)背景

1.1 巖土體劃分特征

1.1.1 巖體劃分特征

依巖體的成巖方式、物質(zhì)組成等因素[2]，將區(qū)內(nèi)巖體工程地質(zhì)類(lèi)型劃分為：紅色碎屑巖建造、層狀碎屑巖建造、碳酸鹽巖建造、變質(zhì)巖建造、巖漿巖類(lèi)五個(gè)基本類(lèi)型[3]。又依據(jù)巖性組合、結(jié)構(gòu)構(gòu)造及工程地質(zhì)特征，進(jìn)一步將一般碎屑巖劃分為9個(gè)工程地質(zhì)巖組。

1.1.2 土體劃分特征

依據(jù)區(qū)域土體的顆粒級(jí)配、堆積成因、形成時(shí)代、工程地質(zhì)特征等，劃分為多層含礫粉質(zhì)粘土、多層含礫粘土，粉質(zhì)粘土、(含碎石、礫)砂質(zhì)土、(含碎石)礫質(zhì)土等4個(gè)基本類(lèi)型，以多層含礫粉質(zhì)粘土。

通過(guò)分析，土體(Q)、梓山組煤系地層(C1z)為工作區(qū)的易滑巖體，在工作區(qū)出露面積分別為98.72 km2、41.81 km2，分別發(fā)育災(zāi)點(diǎn)數(shù)49處、19處，面密度和發(fā)育強(qiáng)度均為工作區(qū)最高，此類(lèi)巖體結(jié)構(gòu)松散、易飽水，出露位置一般較低，是切坡建房較多地段，也是地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)。

1.2 水文地質(zhì)特征

根據(jù)地下水在巖石中賦存特征與水力性質(zhì)，將工作區(qū)地下水劃分為松散巖類(lèi)孔隙水、紅色碎屑巖類(lèi)溶隙孔隙水、碳酸鹽巖類(lèi)巖溶水、基巖裂隙水等四大類(lèi)型[4]。其中松散巖類(lèi)孔隙水根據(jù)鉆孔涌水量的大小分三個(gè)等級(jí)(水量中等、水量匱乏、水量極度匱乏)；碳酸鹽巖類(lèi)裂隙溶洞水根據(jù)大泉、暗河流量的大小分為兩個(gè)等級(jí)(水量中等、水量匱乏)；基巖裂隙水根據(jù)巖石成分分為兩個(gè)等級(jí)(水量中等、水量匱乏)；紅色碎屑巖類(lèi)溶隙孔隙水劃分為兩個(gè)等級(jí)。

1.3 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育現(xiàn)狀

2 研究方法

研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)分區(qū)評(píng)價(jià)采用定性與定量分析相結(jié)合的方法，根據(jù)《地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查技術(shù)要求(2020年3月)》，綜合采用證據(jù)權(quán)法、地質(zhì)災(zāi)害綜合危險(xiǎn)性指數(shù)法、AHP(層次分析)法，對(duì)各調(diào)查區(qū)地形地理?xiàng)l件、地質(zhì)環(huán)境條件、地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育情況、人類(lèi)工程活動(dòng)情況、氣候氣象條件等因素進(jìn)行單因子?xùn)鸥裰胤诸?lèi)處理，在此基礎(chǔ)上，著重考慮地質(zhì)災(zāi)害的形成條件，運(yùn)用證據(jù)權(quán)法，對(duì)影響地質(zhì)災(zāi)害的各因子根據(jù)相對(duì)重要性兩兩比較，再進(jìn)行矩陣運(yùn)算、歸一化處理求得各因子的權(quán)重，最后運(yùn)用Arcgis map軟件進(jìn)行加權(quán)總和運(yùn)算，圈定出地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)。

2.1 評(píng)價(jià)因子信息量計(jì)算

2.1.1 像元大小設(shè)定

對(duì)調(diào)查區(qū)矢量圖層均進(jìn)行柵格化，所有因子圖層進(jìn)行柵格處理，考慮到調(diào)查區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的規(guī)模，為了較準(zhǔn)確反映地質(zhì)災(zāi)害的實(shí)際情況，設(shè)定每個(gè)像元大小為25 m×25 m。在此基礎(chǔ)上，充分考慮各個(gè)因子圖層，對(duì)各個(gè)因子圖層進(jìn)行柵格處理，提取各因子變量。

2.1.2 評(píng)價(jià)因子的確定

根據(jù)調(diào)查區(qū)崩滑流地質(zhì)災(zāi)害的影響因素來(lái)確定崩滑流的評(píng)價(jià)因子，但主要評(píng)價(jià)因子以內(nèi)在因素為主，主要為地形粗糙度A1 ；地形起伏度A2；地形坡度A3；工程巖組A4；斜坡類(lèi)型A5；地質(zhì)構(gòu)造A6；風(fēng)化厚度A7；人類(lèi)活動(dòng)A8；植被覆蓋A9 ；氣象條件A10。

信息量模型以信息論為理論基礎(chǔ)，利用各評(píng)價(jià)因子信息量的大小來(lái)評(píng)價(jià)各指標(biāo)與研究對(duì)象的密切程度。地質(zhì)災(zāi)害受內(nèi)因(植被、地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、斜坡結(jié)構(gòu)等)、外因(降雨、人工活動(dòng)等)多種因素影響，各因素對(duì)地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生的作用大小各異。

利用Arcgis的功能，根據(jù)各評(píng)價(jià)因子的不同，按不同級(jí)別提取各評(píng)價(jià)因子的信息量。因不同因子的數(shù)值不同，為了最后對(duì)各因子進(jìn)行加權(quán)總和運(yùn)算，各因子數(shù)據(jù)應(yīng)約束在同一數(shù)量級(jí)，因此需對(duì)各因子進(jìn)行均一化運(yùn)算。

2.2 評(píng)價(jià)因子的信息提取

2.2.1 巖土類(lèi)型

控制崩塌、滑坡、泥石流形成的巖土條件主要與巖體(層)性質(zhì)、風(fēng)化殘積層厚度、巖體層面、節(jié)理裂隙發(fā)育程度及其產(chǎn)狀等密切相關(guān)。一般巖性堅(jiān)硬、巖體完整性好、風(fēng)化程度低的巖體或結(jié)構(gòu)密實(shí)的土體組成的斜坡、其穩(wěn)定性好，產(chǎn)生崩塌、滑坡、泥石流災(zāi)害的可能性小；而巖性軟弱、完整性差、風(fēng)化強(qiáng)或含有軟弱夾層的巖體與結(jié)構(gòu)松散的土體組成的斜坡，其結(jié)構(gòu)性均較差，產(chǎn)生災(zāi)害的可能性大。因此邊坡的穩(wěn)定性很大程度取決于其物質(zhì)組成的成分與性質(zhì)。結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)資料和野外調(diào)查情況，將研究區(qū)內(nèi)巖土體按工程地質(zhì)巖組劃分為：(1)堅(jiān)硬石英礫巖、砂礫巖、粉砂巖巖組，(2)堅(jiān)硬的厚層狀礫巖、砂巖巖組，(3)多層含礫粉質(zhì)粘土，(含碎石)礫、砂質(zhì)土，(4)較堅(jiān)硬-堅(jiān)硬的變質(zhì)砂巖、粉砂巖、變沉凝灰?guī)r、千枚巖、片巖巖組，(5)堅(jiān)硬的厚層狀灰?guī)r、白云巖巖組，(6)堅(jiān)硬花崗巖組，(7)較軟弱-較堅(jiān)硬砂巖、粉砂巖、頁(yè)巖、泥巖、頁(yè)巖巖組，(8)軟硬相間的砂巖、粉砂巖夾煤層共8個(gè)等級(jí)，并進(jìn)行分級(jí)賦值，根據(jù)巖土等級(jí)對(duì)每一個(gè)評(píng)價(jià)像元進(jìn)行信息提取及指數(shù)化，進(jìn)行均一化處理。

2.2.2 地質(zhì)構(gòu)造

地質(zhì)構(gòu)造是引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害活動(dòng)的重要因素之一，構(gòu)造對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的影響主要是斷裂及其附近一定范圍內(nèi)的巖體結(jié)構(gòu)遭到破壞，使巖體的完整性和力學(xué)性質(zhì)降低，同時(shí)有可能成為地下水通道，破壞斜坡的穩(wěn)定性。根據(jù)野外調(diào)查與分析，充分考慮到地質(zhì)構(gòu)造的規(guī)模及相對(duì)距離對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的影響，一般距斷裂越近，造成地質(zhì)災(zāi)害的可能性越大，距斷裂越遠(yuǎn)，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害影響越小，根據(jù)與斷裂的距離，對(duì)構(gòu)造及其附近像元的發(fā)育程度賦以不同的分級(jí)值，劃分出(1)>500 m；(2)300～500 m；(3)100～300 m；(4)<100 m四個(gè)等級(jí)，應(yīng)用Arcgis中的多環(huán)緩沖分析，將調(diào)查區(qū)內(nèi)像元分為四個(gè)等級(jí)，對(duì)每一個(gè)評(píng)價(jià)像元按照四級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行信息提取及指數(shù)化。本次評(píng)價(jià)以每個(gè)象元距斷裂距離作為評(píng)價(jià)。

2.2.3 斜坡類(lèi)型

斜坡類(lèi)型的劃分主要是根據(jù)地形和巖層產(chǎn)狀的空間關(guān)系進(jìn)行劃分。不同地質(zhì)環(huán)境條件的斜坡，與地質(zhì)災(zāi)害有不同的因果關(guān)系，如順向坡容易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，而逆向坡則最為穩(wěn)定，不容易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，因此斜坡類(lèi)型是評(píng)價(jià)易發(fā)區(qū)非常重要的因子。本次對(duì)斜坡類(lèi)型的劃分，主要是利用DEM影像，與地層產(chǎn)狀進(jìn)行空間分析，生成伏傾坡、飄傾坡、斜順坡、橫向坡、逆斜坡、逆向坡及塊狀土體，共劃分出四類(lèi)。對(duì)柵格圖像進(jìn)行重分類(lèi)，并對(duì)每一個(gè)像元進(jìn)行信息提取及指數(shù)化。

2.2.4 坡度

坡度是指地面的傾斜度，是最基本的地貌形態(tài)指標(biāo)。也是影響地表徑流、土壤侵蝕和土地利用的主要因素之一。坡度是環(huán)境的重要控制因子之一，同時(shí)反映外營(yíng)力下侵蝕的強(qiáng)度。崩滑流等地質(zhì)災(zāi)害易形成于丘陵與低中山地區(qū)，主要是因?yàn)檫@些地區(qū)有較大的斜坡坡度、高度，有利于形成巖土體崩落、滑移的臨空面。一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)區(qū)域內(nèi)，地面坡度越大，崩滑流發(fā)生的規(guī)模與頻率越大。通過(guò)提取DEM的高程數(shù)據(jù)，獲取坡度值，以像元大小為單位，對(duì)地形地貌主要的表征指標(biāo)坡度值不同區(qū)間，按(1)0°～5°平坡；(2)5°～15°緩坡；(3)15°～25°斜坡；(4)25°～35°陡坡；(5)>35°峭坡，>55垂坡五個(gè)等級(jí)進(jìn)行劃分。

化層厚度的影響，作為圈定易分區(qū)的一個(gè)重要因子。在成圖過(guò)程中，首先對(duì)每個(gè)點(diǎn)的厚度數(shù)據(jù)進(jìn)行反距離權(quán)重計(jì)算，形成柵格圖，對(duì)每個(gè)像元值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，根據(jù)像元值并進(jìn)行分級(jí)，并進(jìn)行均一化。根據(jù)厚度劃分為0～2 m、 2～5 m、5～10 m和 >10 m 四級(jí)，對(duì)每一個(gè)像元進(jìn)行信息提取及指數(shù)化。

2.2.5 植被覆蓋指數(shù)

植被對(duì)于斜坡的穩(wěn)定性具有一定的影響，主要體現(xiàn)在其根系有固定土壤的作用，可以提高土體的抗剪強(qiáng)度，此外其葉片的蒸騰作用可以降低土壤的濕度，減少大氣降雨對(duì)于土體的沖刷和地表徑流，具有固體護(hù)坡的作用。在研究區(qū)域內(nèi)利用衛(wèi)星采集紅外波段并獲取遙感影像圖，再采用ENVI軟件將遙感圖所采集到的可見(jiàn)光紅外波段和近紅外波段進(jìn)行Basic Tools-Band Math計(jì)算，最后輸出為可供ArcGIS軟件打開(kāi)的NDVI圖。在ArcGIS軟件中將NDVI圖利用自然段點(diǎn)分級(jí)法分為高覆蓋率、中等覆蓋率、低覆蓋率和無(wú)植被四類(lèi)。

2.2.6 粗糙度

粗糙度是反映了斜坡的起伏和侵蝕程度的一個(gè)指標(biāo)，表示為地表單元的曲面面積與其水平面上投影面積的比值。結(jié)合現(xiàn)有的DEM數(shù)據(jù)通過(guò)ArcGIS軟件將研究區(qū)域的粗糙度利用自然段點(diǎn)分級(jí)法分為光滑、較光滑、較粗糙和粗糙四類(lèi)，形成信息化指數(shù)。

2.2.7 地形起伏度

地形起伏度作為研究區(qū)域內(nèi)地形特征的一個(gè)宏觀指標(biāo)，是指最高點(diǎn)與最低點(diǎn)海拔之間的差值。結(jié)合現(xiàn)有的DEM數(shù)據(jù)通過(guò)ArcGIS軟件將研究區(qū)域的地形起伏度利用自然段點(diǎn)分級(jí)法分為起伏小、起伏中等、起伏大和起伏極大四類(lèi)，形成信息化指數(shù)。

2.3 綜合性指數(shù)計(jì)算方法

2.3.1 評(píng)價(jià)因子的權(quán)重確定

地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生往往是多種因素作用的結(jié)果，而每種因素在地質(zhì)災(zāi)害中的作用是不同的，有的是主要的，有的是次要的，為了避免主觀對(duì)各因子的重要性作出評(píng)判，一般會(huì)使用一種數(shù)學(xué)模型，根據(jù)各因子之間的相對(duì)重要性，確定其在事件發(fā)生時(shí)的重要性，這樣可以避免人的主觀性，能較為客觀的判斷出各因子在事件發(fā)生中的重要性，也即因子的權(quán)重。目前地質(zhì)災(zāi)害分析中用于地災(zāi)因子權(quán)重的確定通常使用層次分析法。

層次分析法(AnalyticHierarchy Process，AHP)由美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家、匹茲堡大學(xué)教授SattyT.L.于二十世紀(jì)70年代提出，是一種將與決策有關(guān)的元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行定性和定量分析的決策方法。常被運(yùn)用于多目標(biāo)、多準(zhǔn)則、多要素、多層次的非結(jié)構(gòu)化的復(fù)雜決策問(wèn)題[6]，特別是戰(zhàn)略決策問(wèn)題，可以較好地解決多要素相互關(guān)聯(lián)、相互制約的復(fù)雜系統(tǒng)的評(píng)價(jià)，具有十分廣泛的實(shí)用性，是一種新型簡(jiǎn)潔化、實(shí)用化的研究方法。在實(shí)際工作中，層次分析法經(jīng)常和德?tīng)柗品?、百分?quán)重法結(jié)合，用于確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

1)構(gòu)建判斷矩陣A(正交矩陣)，用aij表示第i個(gè)因素相對(duì)于第j個(gè)因素的比較結(jié)果。

2)計(jì)算權(quán)重

將矩陣A的各行向量進(jìn)行幾何平均(方根法)，然后進(jìn)行歸一化，得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重和特征向量W。

通過(guò)綜合判斷，矩陣模型結(jié)構(gòu)合理，經(jīng)計(jì)算一致性符合要求，通過(guò)分析計(jì)算，各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重值為：地形粗糙度A1：0.0462 ；地形起伏度A2：0.0513；地形坡度A3：0.0900 ；工程巖組A4：0.1499；斜坡類(lèi)型A5：0.1947 ；地質(zhì)構(gòu)造A6：0.0808 ；風(fēng)化厚度A7：0.0776 ；人工活動(dòng)A8：0.2190 ；植被覆蓋A9：0.0439 ；氣象條件A10：0.0465 。

2.3.2 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性強(qiáng)度指數(shù)計(jì)算

Z=∑Zq·r1

式中：Z為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性強(qiáng)度指數(shù)；Zq為評(píng)價(jià)因子強(qiáng)度指數(shù)；r1為評(píng)價(jià)因子強(qiáng)度權(quán)值；

3 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易以崩滑流為主，從調(diào)查情況看，164處地質(zhì)災(zāi)害中，滑坡、崩塌占158處，因此崩滑流易發(fā)區(qū)區(qū)劃是青塘地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查項(xiàng)目的重點(diǎn)。根據(jù)地質(zhì)條件、地形條件、氣象條件、植被條件及人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度、災(zāi)點(diǎn)分發(fā)育現(xiàn)狀，結(jié)合易發(fā)區(qū)判別的主要特征，將研究區(qū)共劃分地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)20個(gè)，其中地質(zhì)災(zāi)害極高易發(fā)區(qū)7個(gè)，高易發(fā)區(qū)6個(gè)，中易發(fā)區(qū)3個(gè)，低易發(fā)區(qū)4個(gè)。

4 結(jié)語(yǔ)

本次研究運(yùn)用證據(jù)權(quán)法、地質(zhì)災(zāi)害綜合危險(xiǎn)性指數(shù)法、AHP(層次分析)法等多種方法，將研究區(qū)共劃分地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)20個(gè)，其中地質(zhì)災(zāi)害極高易發(fā)區(qū)7個(gè)，高易發(fā)區(qū)6個(gè)，中易發(fā)區(qū)3個(gè)，低易發(fā)區(qū)4個(gè)。研究成果可為地方政府國(guó)土空間規(guī)劃、重大工程建設(shè)提供依據(jù)。