基于Arc GIS的地質(zhì)災害巡查單元劃分
——以珠海市為例

賴 波，劉 佳，吳舒天

（1.廣東省珠海工程勘察院，廣東 珠海519000；2.廣東省地質(zhì)局第一地質(zhì)大隊，廣東 珠海519000）

近些年，強降雨或持續(xù)性降雨引發(fā)的地質(zhì)災害越來越頻繁，而大多數(shù)地質(zhì)災害發(fā)生之前具有明顯的征兆，因此，在地質(zhì)災害發(fā)生之前開展地質(zhì)災害巡查工作顯得十分必要。珠海市由強降雨引發(fā)的地質(zhì)災害相對嚴重。目前，珠海市地質(zhì)災害巡查主要分為專業(yè)地質(zhì)災害巡查及巡查員定期巡查兩種形式，其中專業(yè)地質(zhì)災害巡查以專業(yè)的地質(zhì)工作技術(shù)隊伍為主體，開展汛前排查、汛中巡查和汛后復查工作；巡查員定期巡查則是按照當?shù)卣?guī)定的地質(zhì)災害巡查制度，在特定的時期，按照規(guī)定的巡查路線開展的巡查。以上兩種地質(zhì)災害巡查形式各有優(yōu)點，但缺點是專業(yè)地災巡查成本較高、頻率較低，而巡查員定期巡查頻率高、但專業(yè)性較差。為解決地質(zhì)災害巡查工作難題，提高工作質(zhì)量，魯學軍等[1]、吳晨曦[2]設計和開發(fā)了地質(zhì)災害巡查系統(tǒng)軟件；李祥[3]、劉浩等[4]、王騰[5]、羅晴明等[6]對地質(zhì)災害動態(tài)監(jiān)測預警系統(tǒng)建設及其應用進行了深入的研究。雖然以上地質(zhì)災害巡查軟件的設計開發(fā)和監(jiān)測預警系統(tǒng)的建設給地質(zhì)災害巡查員帶來了便利，但是軟件設計開發(fā)還處于初級階段，實用性較為局限，對地質(zhì)災害巡查員的管理及野外實地巡查條件、路線、范圍、頻率、要求等尚缺乏軟件支持。本文利用ArcGIS軟件在珠海市地質(zhì)災害危險性劃分的基礎上，綜合村界、年度巡查面積范圍、巡查路線進行地質(zhì)災害巡查單元劃分，進一步完善了珠海市地質(zhì)災害巡查管理；同時為地質(zhì)災害巡查員及時、高效、精確的巡查地質(zhì)災害提供了便利。

1 地質(zhì)災害發(fā)育特征

根據(jù)劉佳等[7]、賴波[8]成果：截止2019年4月2日，珠海市共發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災害隱患點310處，其中崩塌點109處、滑坡點26處、不穩(wěn)定斜坡點175處，共威脅人口1694人，潛在經(jīng)濟損失14955萬元。地質(zhì)災害點及不穩(wěn)定斜坡點分布情況見圖1。

1.1 崩塌

截止2019年4月2日，珠海市共發(fā)現(xiàn)崩塌地質(zhì)災害點109處。按規(guī)模劃分：均為微型地質(zhì)災害點；按成因類型劃分：土質(zhì)崩塌29處、巖質(zhì)崩塌61處、土巖復合崩塌19處。

1.1.1 土質(zhì)崩塌

土質(zhì)崩塌在空間上多發(fā)生于風化殼較厚且坡度大于50°的早期村民削坡建房及公路削坡沿線地區(qū)；時間上通常發(fā)生于持續(xù)性降雨之后。此類崩塌特點主要由降雨自然因素誘發(fā)，破壞模式一般為滑移式，具有發(fā)育緩慢、突發(fā)性強、勢能大、危害性大、影響面廣的特點。

1.1.2 巖質(zhì)崩塌

巖質(zhì)崩塌在空間上多發(fā)生于坡度大于70°的公路削坡沿線和廢棄采石坑地區(qū)；時間上通常發(fā)生于強降雨過程中或之后。此類崩塌特點主要由降雨自然因素和人為因素共同誘發(fā)，具有發(fā)育快、突發(fā)性強、難預防、危害性大、影響范圍難預測的特點。該類崩塌破壞模式一般為傾倒式或拉裂式。

1.1.3 土巖復合崩塌

圖1 珠海市地質(zhì)災害隱患點分布圖Fig.1 Distribution map of geological hazards potential points in Zhuhai City

此類崩塌綜合了土質(zhì)崩塌和巖質(zhì)崩塌的特點，主要由降雨等自然因素誘發(fā)，坡面巖體風化程度強烈，巖石呈碎塊狀或散體狀，土體透水性較好，飽水后強度迅速降低，破壞模式通常為拉裂式崩塌。此類崩塌具有突發(fā)性強、破壞性大、影響范圍廣的特點。

1.2 滑坡

截止2019年4月2日，珠海市共發(fā)現(xiàn)滑坡地質(zhì)災害點26處。按規(guī)模劃分：均為小型滑坡；按成因巖土類型劃分：土質(zhì)滑坡17處、巖質(zhì)滑坡2處、土巖復合滑坡7處。

其中，Eff是運營效率；size為企業(yè)規(guī)模，用總資產(chǎn)對數(shù)衡量；ms為市場份額，由公司銷售額占該行業(yè)企業(yè)總收入的比例表示；cfi表示自由現(xiàn)金流，用企業(yè)自由現(xiàn)金流與總資產(chǎn)的比值衡量；div為經(jīng)營多樣化，用營業(yè)收入來源中不同行業(yè)數(shù)量來表示；age表示上市年限；e為殘差，即為所求的管理者能力變量。

珠海市滑坡多發(fā)生于風化殼較厚的人工邊坡地區(qū)，主要由降雨自然因素誘發(fā)，少數(shù)由人為因素誘發(fā)。滑坡體外形多為直線型，后緣拉裂縫一般不發(fā)育，基本上均已發(fā)生下錯或滑塌，大部分滑體已滑落至坡腳，后緣滑坡壁明顯，滑床形態(tài)為直線型和圓弧型。滑坡的成災規(guī)模較小，危害性較大，物質(zhì)成分以土質(zhì)為主。

1.3 不穩(wěn)定斜坡

截止2019年4月2日，珠海市共發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定斜坡175處，按成因巖土類型劃分：土質(zhì)不穩(wěn)定斜坡61處、巖質(zhì)不穩(wěn)定斜坡64處、土巖復合不穩(wěn)定斜坡50處。

1.3.1 土質(zhì)不穩(wěn)定斜坡

此類斜坡主要分布于風化殼較厚的剝蝕殘丘和臺地地區(qū)，主要由人為削坡形成。坡體主要由殘坡積土、全風化巖及強風化巖組成。邊坡坡頂及上部為殘坡積層，厚度在1～5 m之間，以下為巖體全風化后的粘性土以及呈半巖半土狀的強風化巖。殘坡積層干燥狀態(tài)下孔隙率大，結(jié)構(gòu)松散，透水性好；全風化和強風化巖裂隙較發(fā)育，透水性較好。當斜坡坡度＞60°時，易發(fā)生錯斷式崩塌，發(fā)生部位一般在坡面的中上部或坡頂處，崩塌體主要是殘坡積土和全風化巖；當坡度＜60°時，易發(fā)生滑移-拉裂式滑坡，滑坡體主要是殘坡積層和全風化及強風化巖。

1.3.2 巖質(zhì)不穩(wěn)定斜坡

此類斜坡主要分布于基巖出露明顯的公路沿線地區(qū)，坡體頂部土層厚度較薄，坡面以中風化巖為主，巖體完整性較差，裂隙較發(fā)育，形成較多不利結(jié)構(gòu)面。此類斜坡坡度一般較陡，易發(fā)生崩塌地質(zhì)災害，破壞模式一般為傾倒式和拉裂式，且以掉塊墜落的方式為主。

1.3.3 土巖復合不穩(wěn)定斜坡

此類斜坡按物質(zhì)成分可分為兩種：一種是上部為土體，下部為巖體的斜坡；另一種呈半巖半土狀，以強風化巖為主的斜坡。上土下巖斜坡主要是上部土體易發(fā)生變形破壞，且主要沿土巖接觸面發(fā)生滑坡或崩塌；半巖半土斜坡通常存在軟弱結(jié)構(gòu)面，破壞模式一般沿軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生滑坡或崩塌[9-12]。

2 地質(zhì)災害危險性劃分

地質(zhì)災害危險性劃分是地質(zhì)災害巡查單元劃分的基礎，是綜合地質(zhì)災害發(fā)育特征及各種地質(zhì)災害影響因素的結(jié)果。地質(zhì)災害的危險性高低是確定地質(zhì)災害巡查員進行野外地質(zhì)災害危險區(qū)域巡查范圍、巡查頻率、巡查詳細程度等的重要依據(jù)。

2.1 劃分方法

運用ArcGIS的空間分析工具對珠海市進行網(wǎng)格單元劃分，綜合各數(shù)據(jù)源，對不同的數(shù)據(jù)源采用單元格為200 m×200 m進行分析，共劃分出680個計算單元。

2.2 致災因子確定及權(quán)重分配

綜合珠海市地形地質(zhì)環(huán)境條件、地質(zhì)災害發(fā)育特征及地質(zhì)災害影響因素，其中基礎因子（地質(zhì)環(huán)境背景）選取地形坡度、地貌類型、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性；引發(fā)因子（外界因素）選取降雨量和人類工程活動這6項指標作為地質(zhì)災害危險性劃分的評價指標。根據(jù)劉佳等[7]、吳舒天等[14]以及近些年珠海市地質(zhì)災害應急調(diào)查報告（表），采用定量、半定量的方法，研究各致災因子與地質(zhì)災害空間分布的對應關(guān)系和內(nèi)在聯(lián)系，確定各致災因子的權(quán)重值分配（表1）。

2.3 致災因子分級量化及歸一化

致災因子按照不同級別的相對貢獻來取值，將其量化及歸一化[15-18]（表2），各致災因子分級量化及歸一化后，再進行200 m×200 m柵格化處理，可得到各致災因子的分級歸一化分布圖（圖2-圖7）。

2.4 致災因子疊加成圖

采用ArcGIS的柵格計算工具，按以下公式將6個致災因子的分級歸一化圖同權(quán)重疊加計算，形成珠海市地質(zhì)災害危險性指數(shù)柵格圖，再利用ArcGIS提供的自然間斷法，制作形成地質(zhì)災害危險性等級單元格圖[19－23]（圖8）。

表1 致災因子權(quán)重值分配表Table 1 Weight value distribution of disaster factor

表2 致災因子量化及歸一化Table 2 Quantification and normalization of disaster－causing factors

圖2 地形坡度分級歸一化圖Fig.2 Grading normalization map of Terrain Slope

圖3 地貌類型分級歸一化圖Fig.3 Hierarchical normalization map of geomorphological types

圖4 地質(zhì)構(gòu)造分級歸一化圖Fig.4 Hierarchical normalization map of geological structures

圖5 地層巖性分級歸一化圖Fig.5 Classification normalization map of rocks

圖6 降雨量分級歸一化圖Fig.6 Grading Normalization map of rainfall

圖7 人類工程活動分級歸一化圖Fig.7 Scaled normalization map of human engineering activity

式中：SI－地質(zhì)災害危險性綜合指數(shù)；Wi－各致災因子權(quán)重；IFi－各致災因子歸一化值。

3 地質(zhì)災害巡查單元劃分

地質(zhì)災害巡查單元劃分是在地質(zhì)災害危險性等級劃分的基礎上，疊加村界、地質(zhì)災害年度巡查路線和面積，然后形成不同等級的地質(zhì)災害巡查單元。

3.1 巡查單元劃分因素分析

由于地質(zhì)災害巡查員在巡查過程中采用方形巡查單元格劃分是不可操作的，應考慮地質(zhì)災害巡查員在巡查過程中是以所在村行政邊界范圍的事實，綜合地質(zhì)災害點分布位置、地質(zhì)災害危險性分區(qū)、地質(zhì)災害預警等級等因素，采取相應的地質(zhì)災害巡查制度。因此，地質(zhì)災害巡查單元劃分需疊加多方面因素后進行綜合劃分，成果才能真正為地質(zhì)災害巡查管理提供便利，提高地質(zhì)災害巡查工作效率。為此，本文根據(jù)珠海市地質(zhì)災害危險性分區(qū)和珠海市地形地理特征，為地質(zhì)災害巡查員設計了地質(zhì)災害巡查路線。地質(zhì)災害巡查路線是巡查員根據(jù)現(xiàn)有地質(zhì)災害巡查制度，基于地質(zhì)災害預警等級，對地質(zhì)災害危險性相同等級范圍內(nèi)各地質(zhì)災害點串聯(lián)起來可通行的路線。巡查路線長度是不同地質(zhì)災害危險性等級范圍內(nèi)地質(zhì)災害巡查路線的總和。

圖8 珠海市地質(zhì)災害危險性等級單元格圖Fig.8 Risk level unit map of the geological hazard in Zhuhai

在地質(zhì)災害巡查單元劃分之前，首先對各村不同地質(zhì)災害危險性等級面積和巡查路線長度進行統(tǒng)計。因此，采用村界切割地質(zhì)災害危險性等級單元網(wǎng)格數(shù)據(jù)，令危險性等級單元格和村界相交，通過ArcGIS軟件中的相交分割功能，按村統(tǒng)計不同地質(zhì)災害危險性等級面積及巡查路線長度。以2018年為例，珠海市共155個村存在地質(zhì)災害安全隱患，則按上述方法分別計算出珠海市各村不同地質(zhì)災害危險性區(qū)面積（表3）。

作為地質(zhì)災害巡查員，在地質(zhì)災害預警信息發(fā)布后，不是對所有的地質(zhì)災害危險區(qū)域做巡查，而是基于不同預警級別和不同地質(zhì)災害危險性分區(qū)，采取不同的地質(zhì)災害巡查制度。按照珠海市地質(zhì)災害巡查工作標準：當?shù)刭|(zhì)災害預警信息達到三級（黃色）以上，則需進行地質(zhì)災害巡查工作。其中地質(zhì)災害預警信息為三級（黃色）時，需要對危險性高的區(qū)域做巡查；當?shù)刭|(zhì)災害預警信息為二級（橙色）時，需要對危險性高和中的區(qū)域做巡查；當?shù)刭|(zhì)災害預警信息為一級（紅色）時，需要對危險性高、中、低的區(qū)域均做巡查。因此，可以按照以下公式來計算各村在每年發(fā)布地質(zhì)災害三級及以上預警信息后需要巡查的總面積。

式中：S－年巡查總面積；A－高危險區(qū)面積；B－中危險區(qū)面積；C－低危險區(qū)面積；X－每年三級預警次數(shù)；Y－每年二級預警次數(shù)；Z－每年一級預警次數(shù)。

以2018年為例，珠海市共發(fā)布地質(zhì)災害預警信息一級1次、二級2次、三級5次。按上示公式計算珠海市存在地質(zhì)災害安全隱患的155個村年度巡查面積（表4）。

表3 2018年珠海市各村地質(zhì)災害不同危險性區(qū)域面積統(tǒng)計表Table 3 Risk unit area of geological hazards in each village of Zhuhai City in 2018

表4 2018年度珠海市各村地質(zhì)災害巡查總面積統(tǒng)計表Table 4 Total area of geological hazard inspection in each village of Zhuhai City in 2018

3.2 巡查單元劃分結(jié)果

將珠海市存在地質(zhì)災害安全隱患的各村年度巡查面積范圍、巡查路線映射到地質(zhì)災害危險性等級單元格圖中，最后形成珠海市地質(zhì)災害巡查單元劃分圖（圖9）。從圖中可以看出：珠海市地質(zhì)災害重點巡查區(qū)（巡查頻率高）、且面積大的區(qū)域主要有4個，分別是香洲區(qū)情侶南路-情侶中路公路沿線削坡區(qū)、高欄港經(jīng)濟區(qū)南水鎮(zhèn)周邊村民建房削坡區(qū)及高欄島南部公路沿線削坡區(qū)、斗門區(qū)平沙鎮(zhèn)連灣村村民建房削坡區(qū)；地質(zhì)災害次重點巡查區(qū)（巡查頻率較高）、且面積較大的區(qū)域主要有7個，分別是高新區(qū)淇澳島公路沿線削坡區(qū)、情侶北路以西村民建房削坡區(qū)、橫琴新區(qū)村民建房削坡區(qū)、金灣區(qū)三灶鎮(zhèn)村民建房削坡區(qū)、高欄港經(jīng)濟區(qū)高欄島西部公路沿線削坡區(qū)、斗門區(qū)井岸鎮(zhèn)-斗門鎮(zhèn)南部村民建房削坡區(qū)以及斗門鎮(zhèn)北部大赤坎村村民建房削坡區(qū)。以上劃分出的地質(zhì)災害重點巡查區(qū)和次重點巡查區(qū)可以有效指導地質(zhì)災害管理部門按輕重緩急預防和監(jiān)測地質(zhì)災害發(fā)育情況，特別在汛期（4～10月），著重安排專業(yè)地災巡查隊伍和各村地災巡查員重點排查、巡查和監(jiān)測的區(qū)域。該結(jié)果也可為珠海市地質(zhì)災害預警中心發(fā)布地質(zhì)災害預警信息時提供借鑒、為地質(zhì)災害防治部門和應急搶險技術(shù)中心防災減災工作提供地學依據(jù)。

4 結(jié)論

（1）統(tǒng)計了珠海市地質(zhì)災害類型與數(shù)量，采用單元格為200 m×200 m對全市存在地質(zhì)災害風險的155個村進行了地質(zhì)災害危險性單元劃分，共劃分出680個計算單元。

（2）在地質(zhì)災害危險性等級劃分的基礎上，疊加村界、地質(zhì)災害年度巡查路線和面積，劃分出高危險區(qū)75.66 km2、中危險區(qū)191.56 km2、低危險區(qū)275.37 km2；進而確定了地質(zhì)災害重點巡查區(qū)4個、次重點巡查區(qū)7個。

（3）珠海市地質(zhì)災害地質(zhì)災害巡查單元劃分進一步完善了珠海市地質(zhì)災害巡查管理工作，同時為巡查員及時、高效、精確巡查地質(zhì)災害提供了便利。

圖9 珠海市地質(zhì)災害巡查單元劃分圖Fig.9 A map of the geological disaster inspection unit in Zhuhai