谷城縣滑坡災害易發性評價與易滑地層識別*

李 林，晏鄂川，張 懿

中國地質大學（武漢）工程學院，湖北 武漢 430070

滑坡災害在谷城縣分布廣泛、發生頻繁，對當地社會經濟發展及人身財產安全造成了不利影響。滑坡災害易發性評價是滑坡災害風險評價中最基礎的工作，評價結果能為滑坡災害預測和防治提供重要的依據。在滑坡災害易發性評價研究中普遍運用的方法有層次分析法、信息量法、模糊評價法、廣義加法模型、邏輯回歸模型、分類與回歸樹等[1]。郎文霞[2]、張英[3]、牛樹軒[4]、賈貴義等[5]分別采用層次分析法、信息量法、加權信息量法和組合賦權法等，開展了滑坡災害易發性或者危險性分區評價。Lee 和Min[6]采用邏輯回歸模型評價了韓國Yongin地區滑坡災害易發性；Yesilnacar 和Topal[7]評價了土耳其Hendek 地區的滑坡災害易發性，并對比了神經網絡模型和邏輯回歸模型的評價結果。在很多相關研究中，對高程、水系、斷層緩沖等區內連續變化因子分級的依據不足，未反映滑坡發育情況在不同單因子分段中的規律，最終區域分析結果的準確性會受到一定的影響。而且谷城縣滑坡分布發育的區域性規律研究工作成果較少，利用易發性評價結果進行易滑地層的研究也鮮有涉及，大多數研究局限于單體滑坡穩定性分析和防治研究。基于此，根據現有資料，文章以谷城縣全境為研究范圍，統計研究區內滑坡分布及發育的各項要素。通過對滑坡各影響因子的深入分析，完成滑坡災害易發性評價，為谷城縣滑坡災害的預測奠定基礎，并為滑坡災害防治工作提供地質依據。

1 研究區概況

谷城縣位于湖北省西北部，地處秦嶺、大巴山東延余脈與鄂北崗地接壤地帶，降雨充沛，是一個以低山丘陵為主體、中低山與崗地為輔的多地貌單元區，地勢自南西向北東降低，呈現南西、中部、北東三級階梯狀的特征。研究區位于揚子準地臺一級構造區北緣，地處秦嶺褶皺系大地構造區，斷裂及褶皺發育。出露地層較全，廣泛分布的變質巖和碎屑巖主要為武當群片巖和志留系碎屑巖，巖性軟弱，巖體結構較為破碎，風化強烈。按照成因及巖性，考慮其結構、物理力學性質及工程地質特性，把區內巖土體劃分為8 個工程地質巖組，見表1。

調查顯示，截至2015 年底，谷城縣共發育滑坡226 處，點密度8.83 處/100km2，滑坡總體積2427.26×104m3，西南部分布最多，中部和南部次之，東北部分布最少。滑坡災害共造成2 人死亡，經濟損失達3267.21 萬元。

表1 谷城縣工程地質巖組劃分

2 滑坡易發性評價方法

對滑坡地質災害進行易發性評價的關鍵在于三點：評價因子分級、評價模型因子分級賦值以及確定評價因子的權重。

2.1 評價因子分級

評價因子主要分為連續因子和離散因子，離散因子自身即可保證各分級之間的差異性，而連續因子并沒有明顯分界線，因此為保證連續變量單因子分段的合理性，需對連續變量因子進行敏感性分析。敏感性分析采用下式：

根據各個單因子不同等級的敏感性系數差異性，對敏感性系數相近等級進行歸并，從而得到相對可靠的單因子分區圖。

2.2 評價模型因子分級賦值

在以往的研究中，評價因子賦值常采用人工賦值，這種方法較為主觀，受研究者影響較大。為減少人為因素的影響，研究采用滑坡發育度作為評價因子賦值。滑坡發育度是以各個等級滑坡發育數量來衡量的，其公式如下：

式中：im為單因子權重值。

2.3 確定評價因子的權重

文章運用組合賦權法確立因子間的權重關系，其優點是既利用客觀賦權法考慮了滑坡發生的客觀現狀，又采用主觀賦權法預測了未來滑坡的區域易發情況。

式中：n={1,2,…,a}；m={1,2,…,b}；b 為選擇的評價因子個數；a 為因子m 內總共劃分的等級數。

（2）主觀賦權法選擇層次分析法。根據表1，結合專家打分評估所選評價因子的重要性來構造判斷矩陣，判斷矩陣必須通過一致性檢驗，見式（7）、（8）。若CR ＜0.1，則判斷矩陣具備一致性，否則調整矩陣各項，直至滿足CR ≤0.1 的條件。最終計算具有良好一致性的判斷矩陣最大特征值對應的特征向量，將其歸一化后得到各因子的主觀權重值。

式中：CI 為一致性指標；CR 為一致性比例；RI 為平均一致性指標；λmax為判斷矩陣的最大特征值；n 為判斷矩陣的階數。判別矩陣中各因子的標度含義見表2，各因子標度的平均一致性指數RI 值的取值范圍見表3。

表2 判斷矩陣中各因子標度含義

表3 平均一致性指數RI 的取值

（3）組合權重計算。首先，通過歐式距離函數合理組合客觀權重ωk和主觀權重ωz，見式（9）；其次，客觀權重的分配系數α 和主觀權重的分配系數β 需滿足式（10）和式（11）；最后，當分配系數確定后，可通過式（12）計算各因子的組合權重值。

3 滑坡易發性評價過程與結果

3.1 因子選取及敏感性分析

基于現有資料，遵循所選因子應具備評價過程中可操作性和獨立性的原則，根據巖土體類型的選取分析地層巖性的影響，根據高程分布的選擇分析地形地貌的影響，根據斷層分布的緩沖分析地質構造的影響，根據水系分布的緩沖分析水系的影響，根據谷城縣多年降水等值線圖分析降水的影響，根據路網分布的緩沖分析人類活動的影響。將所選評價因子分為連續因子和離散因子兩類，對所選的連續因子（高程分布、水系緩沖、斷層緩沖、路網緩沖）進行敏感性分析。

已有研究表明[8-9]，高程、水系距離等連續因子對災害發生的影響隨其值的變化呈現出較明顯的相關性，同時在評價時通常需要確定連續因子的分段區間值，但以往研究者多采用均等區間劃分高程等連續因子，較少對區間值進行討論。基于此，文章結合研究區的具體情況，為使連續因子的區間值劃分更為準確合理，采用敏感性分析的方法探討連續因子相對準確合理的區間值。根據區內連續因子的分布，將研究區分為20 個每段78m 高差的高程段（最大高程為1560m）；根據與水系的距離（100m,200m,…,1500m）將高程劃分為16個分段；根據與斷層的距離（100m,200m,…, 3000m）將高程劃分為31 個分段；根據與路網的距離（100m,200m,…,2500m）將高程劃分為26 個分段。各連續因子分段及滑坡分布見圖1。運用式（1）對連續因子進行敏感性分析，計算各因子每段的敏感系數，各因子的敏感性分布見圖2。

把敏感性系數相近的分段合并：對于高程，將1 ～3段、4 ～6 段、7 ～9 段、10 ～20 段合并，最終劃分為4段。對于水系緩沖，將1 ～2 段、3 ～7 段、8 ～10 段、11 ～14 段、15 ～16 段分別合并，最終劃分為5 段。對于斷層緩沖，將2 ～8 段、9 ～17 段、18 ～22 段、23 ～29段、30 ～31 段分別合并，最終劃分為5 段。對于路網緩沖，將1 ～2 段、3 ～5 段、6 ～7 段、8 ～15 段、16 ～26 段分別合并，最終劃分為5 段。對連續因子進行重新分段后，得到分區結果（見圖3）。對于離散因子（巖土體類型和降水），根據現有資料，可得出不同巖土體類型、不同降水量區域的滑坡分布情況（見圖4）。

3.2 因子權重計算結果

用2.3 節中的計算方法對選取的6 個因子的權重進行計算，計算結果見表4。

3.3 易發性評價結果

圖1 連續因子分段及滑坡分布

對谷城縣滑坡災害進行易發性評價，評價結果見圖5。圖中5 個等級為易發性等級，等級越高，說明綜合條件下其內部具有更高的滑坡發生可能性。絕大部分的滑坡災害點分布于易發性高等級4 和5 的區域。谷城縣滑坡災害易發性各個等級區域所占全縣面積及其比重見圖6。1 ～5 等級分別占縣域面積的8.7%、23.3%、24.4%、24.3%、19.3%。

將圖5 與圖3、圖4 對照可看出，易發性高等級區域與變質巖類、碎屑巖類分布區域和高降水量分布區域較吻合，其分布范圍大體一致，且滑坡災害多發生在高程低于700m、距斷層較近、距路網較近、河流切割明顯的蜿蜒帶狀區域。

3.4 易滑地層的確定

利用滑坡災害易發性區劃結果，繪制各巖組區域易發性等級面積占比圖（見圖7），由該圖可知變質巖類和碎屑巖類區域高易發等級（4、5 等級）面積占比顯然高于其他區域。對照各巖組覆蓋區域滑坡災害密度表（見表5）亦可看出，變質巖類和碎屑巖類區域滑坡災害密度明顯高于其他區域，故變質巖類和碎屑巖類地層為谷城縣易滑地層。

易滑地層單獨在谷城縣區內的分布見圖8。4、5 等級的易發性高等級區域大范圍被變質巖類覆蓋，還有較大范圍被碎屑巖類覆蓋。根據表1 與谷城縣地層分布情況，基于區域滑坡分布規律，該區域滑坡易滑地層以志留系碎屑巖層位和武當群片巖層位為主。

4 結論

（1）選取研究區滑坡易發性區劃影響因子，采用單因子敏感性系數，單獨分析連續因子對區內滑坡發育的敏感性，合理化連續單因子分區。

圖2 連續因子分段敏感性系數分布圖

圖3 連續因子分區結果

圖4 谷城縣巖土體類型與降水圖

表4 谷城縣各因子權重值計算

（2）運用組合賦權法計算因子貢獻權重，采用滑坡發育度和易發性綜合指標評價了谷城縣滑坡易發性，將縣域劃分為5 個滑坡易發性等級。1 ～5 等級分別占縣域面積的8.7%、23.3%、24.4%、24.3%、19.3%。易發性高等級（4、5 等級）區域主要為沿路網和河流切割明顯的呈蜿蜒帶狀分布的變質巖和碎屑巖片區。

圖5 谷城縣滑坡地質災害易發性區劃圖

圖6 易發性各等級面積及比重分布

圖7 各巖組易發性等級面積占比圖

（3）利用滑坡災害易發性區劃結果，繪制各巖組區域易發性等級面積占比圖，可知變質巖類和碎屑巖類覆蓋區域易發性高等級（4、5 等級）面積占比明顯高于其他區域，且該區域滑坡災害密度明顯高于其他區域，故得出武當群片巖和志留系碎屑巖為谷城縣易滑地層的結論。

表5 各巖組覆蓋區域滑坡災害密度

圖8 谷城縣滑坡易發性高等級（4、5 等級）區域與易滑地層分布關系圖