綜合危險性指數(shù)法在江西信州區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)劃分中的應(yīng)用

石常亮

(江西省核工業(yè)地質(zhì)局二六五大隊，江西 鷹潭 335001)

1 引言

信州區(qū)位于江西省東北部，信江上游，其北部與玉山縣接壤，東部毗鄰廣豐縣，南部及西部與上饒縣相鄰，行政區(qū)劃隸屬上饒市管轄。區(qū)域形態(tài)總體呈南北向長條狀，東西向?qū)挾容^窄，信州區(qū)轄區(qū)面積約339 km2。隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增長以及人類工程經(jīng)濟(jì)活動的加強(qiáng)，信州區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的數(shù)量、規(guī)模、強(qiáng)度、危害程度等呈現(xiàn)日益擴(kuò)展態(tài)勢[1]。

2 地質(zhì)災(zāi)害綜合危險性指數(shù)評價方法

地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)是指容易產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域，反映地質(zhì)災(zāi)害未來發(fā)生的可能性[2]。地質(zhì)災(zāi)害綜合危險性指數(shù)評價方法是一種綜合了野外調(diào)查情況、現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度和潛在地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度的定量評價地質(zhì)災(zāi)害的方法[3-6]。

3 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)方法與評價

3.1 評價單元的劃分

根據(jù)信州區(qū)的地質(zhì)環(huán)境條件及地質(zhì)災(zāi)害特點(diǎn)，采用規(guī)則單元劃分方法進(jìn)行崩滑流地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)分區(qū)研究，采用1 cm×1 cm(實(shí)際網(wǎng)格大小0.5 km×0.5 km)方格進(jìn)行網(wǎng)格化，經(jīng)統(tǒng)計，全區(qū)共劃分出1 544個計算單元格，其中0.5 km×0.5 km單元網(wǎng)格有831個，位于區(qū)界周邊的非整數(shù)網(wǎng)格有713個。

3.2 計算方法

地質(zhì)災(zāi)害綜合危險性指數(shù)的計算方法：

Z=Zq·r1+Zx·r2

(1)

式中：Z為地質(zhì)災(zāi)害綜合危險性指數(shù)；Zq為潛在地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)；r1為潛在地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度權(quán)值，一般經(jīng)驗取值0.6；Zx為現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)；r2為現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度權(quán)值，一般經(jīng)驗取值0.4。

3.3 潛在地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)計算

潛在地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)(Zq)按以下公式計算：

Zq=∑Ti·Ai

=TD·AD+TX·AX+TR·AR+TQ·AQ

(2)

式中：Ti分別為控制評價單元地質(zhì)災(zāi)害形成的地質(zhì)條件D、地形地貌條件X、人為條件R充分程度的表度分值，Ai分別為各形成條件的權(quán)重值。

(1)影響因素的確定。依據(jù)信州區(qū)的崩滑流地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育規(guī)律，確定其基本因素有地形地貌(坡度、地形地貌)、工程地質(zhì)巖類、地質(zhì)構(gòu)造等；影響因素有降雨、地震、破壞地質(zhì)環(huán)境的人類工程活動等。因信州區(qū)全區(qū)地震裂度均為小于Ⅵ度區(qū)，對各區(qū)段基本上有著共同的作用；降雨是隨機(jī)的、動態(tài)的、不確定因素，因此本次評價剔除了降雨和地震兩項因素。

(2)評價因子權(quán)重的確定。Ai分別為各形成條件的權(quán)重值，評價因子為地質(zhì)條件D、地形地貌X，和人為條件R，確定各個評價因子的權(quán)重采用層次分析法。

首先建立準(zhǔn)則層各要素，即地質(zhì)條件、地形地貌、人為因素對目標(biāo)層的判斷矩陣A。

計算矩陣中各要素的特征向量并進(jìn)行歸一化后得到各要素對潛在地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)的權(quán)重向量，通過計算得到權(quán)重向量Ab=(0.1638，0.5390，0.2972)，其對應(yīng)的CI=0.0046，CR=0.0088，通過一致性檢驗，建立的判斷矩陣A有效。

在構(gòu)建矩陣A后，再分別構(gòu)建地層要素(地質(zhì)構(gòu)造、巖土類型等)對應(yīng)的上一層要素(地質(zhì)條件、地形地貌、人為因素)矩陣B，歸一化后分別得到權(quán)重向量BD、BX、BR，其計算過程同上，計算結(jié)果為BD=(0.6667，0.3333)；BX=(0.6667，0.3333)；人類工程活動對應(yīng)只有1個因素，無需構(gòu)建判斷矩陣。

得到權(quán)重A和B后，自上而下將單準(zhǔn)則下的權(quán)重進(jìn)行合成，得到最下層巖土類型、地質(zhì)構(gòu)造等因子對潛在地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)的因子權(quán)重Ai，結(jié)果如下：Ai=(0.1085，0.0893，0.0998，0.2119，0.4905)。

(3)致災(zāi)因素的指數(shù)化。對每一個評價單元格內(nèi)各類地質(zhì)環(huán)境條件等致災(zāi)因素按照影響程度賦以不同的權(quán)重，并根據(jù)每類因素的分級賦以不同的分級值，將每類影響因素的權(quán)重值與分級值相乘，得出各影響因素的指數(shù)值，然后疊加各影響因素的指數(shù)值計算出潛在地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)，據(jù)此判斷出某一個評價單元或者某一區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性。滑坡、崩塌、泥石流地質(zhì)災(zāi)害各影響因素權(quán)重及分級評分值見表1。

表1 滑坡、崩塌、泥石流地質(zhì)災(zāi)害各評價因子權(quán)重及分級評分表

3.4 現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)計算

現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)Zx可以用災(zāi)害點(diǎn)密度、災(zāi)害面積密度以及災(zāi)害體積密度來求得。(1)崩塌、滑坡、泥石流強(qiáng)度指數(shù)Zx:R=a+b+c；(2)地面塌陷和地裂縫強(qiáng)度指數(shù)Zx:R=a+b，其中：a為歸一化處理后的災(zāi)害個數(shù)密度系數(shù)；b為歸一化處理后的災(zāi)害面積密度系數(shù)；c為歸一化處理后的災(zāi)害體積密度系數(shù)。

首先進(jìn)行歸一化處理得出災(zāi)害個數(shù)密度系數(shù)，即單元網(wǎng)格面積內(nèi)的災(zāi)害個數(shù)與整個區(qū)劃面積內(nèi)的災(zāi)害個數(shù)之比，同理可以得出面積密度系數(shù)和體積密度系數(shù)。經(jīng)統(tǒng)計分析，網(wǎng)格區(qū)內(nèi)有值網(wǎng)格有75格，其中a值在1.0～3.0之間；b值在0.3634～832.88之間；c值在0.2163～4 164.41之間，則R=a+b+c=1.0～4 998.29。網(wǎng)格內(nèi)值的分布區(qū)間見圖1。從圖中可以看出，R值主要分布在0～455之間，共71格，占有值網(wǎng)格的96%。

圖1 R值分布區(qū)間折線圖

3.5 地質(zhì)災(zāi)害綜合危險性指數(shù)

根據(jù)各單元的地質(zhì)條件、地形地貌以及人類工程活動等條件，再利用MAPGIS空間分析功能，求取評價單元的潛在地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)與現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)，根據(jù)公式Z=Zq·0.6+Zx·0.4，將各地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)進(jìn)行換算疊加，獲得評價單元的地質(zhì)災(zāi)害綜合危險性指數(shù)Z值，Z值在0.6011～2 000.34之間，其值分布區(qū)間見圖2。從圖中可以看出，Z值集中分布于0.6～2.0之間，共1 441個單元網(wǎng)格，占整個網(wǎng)格數(shù)的93.32%。

圖2 Z值分布區(qū)間折線圖

依據(jù)地質(zhì)災(zāi)害綜合危險性指數(shù)Z值區(qū)間分布圖，按其主要拐點(diǎn)進(jìn)行取值，根據(jù)其取值范圍進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)劃分。從上圖2中可以看出，其主要拐點(diǎn)分別為：<0.7，0.7～0.8，0.8～1.0，>1.0四個區(qū)間，將Z值劃分為Ⅳ級，Z值>1.0為地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)，有276個單元網(wǎng)格，占整個單元網(wǎng)格數(shù)的17.74%；Z值在0.8

4 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)綜合分區(qū)評價

依據(jù)上述計算結(jié)果，將信州區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)共分為四級，即地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)1個，地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū)1個、地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)3個、地質(zhì)災(zāi)害不易發(fā)區(qū)2個(見圖3)。

圖3 信州區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)分區(qū)圖

(1)地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)(A)：分布于水南街道—朝陽鎮(zhèn)—靈溪鎮(zhèn)—秦峰鎮(zhèn)西南部，該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造條件復(fù)雜，巖土類型以巖漿巖為主，區(qū)內(nèi)植被較發(fā)育，人口密度較大，人類工程活動主要表現(xiàn)為切坡建房、修建公路、礦山開采以及水利水電。由于該區(qū)地形起伏較大，主要公路大多數(shù)地段都進(jìn)行了削坡，農(nóng)村房屋建造時大部分也進(jìn)行了削坡開挖，大多數(shù)未進(jìn)行護(hù)坡。區(qū)內(nèi)共調(diào)查到地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)363處，災(zāi)害點(diǎn)密度3.05處/km2。其中滑坡73處，崩塌14處，泥石流3處，地面采空塌陷1處，滑坡隱患215處，崩塌隱患57處。地質(zhì)災(zāi)害共造成3人死亡，損壞房間52間，損毀道路483 m，堵塞溝渠298 m，直接經(jīng)濟(jì)損失808.74萬元，災(zāi)情等級均為小型。目前區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)330處，威脅房屋366間，威脅人口2 545人，威脅公路1 960.5 m，威脅水渠43 m，潛在經(jīng)濟(jì)損失21 161.13萬元。其中險情中型4處，小型326處。

(2)地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū)(B)：分布于靈溪鎮(zhèn)北部，楊家山—牛頭山一帶，該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造弱發(fā)育，巖土類型以巖漿巖為主，切坡建房等人類工程活動較強(qiáng)烈。區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)共10處，其中滑坡4處，崩塌1處，滑坡隱患3處，崩塌隱患2處，直接經(jīng)濟(jì)損失0.2萬元，災(zāi)情等級均為小型；目前區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)共6處，威脅房屋2間，威脅人口13人，潛在經(jīng)濟(jì)損失122.3萬元，險情等級均為小型。

(3)地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)(C1)：分布于茅家?guī)X街道南部，周田村—塔水村一帶，巖土類型主要為紅色碎屑巖，人類工程活動一般。區(qū)內(nèi)災(zāi)害點(diǎn)11處，其中滑坡隱患7處，崩塌隱患4處，規(guī)模等級均為小型。目前區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)9處，威脅房屋8間，威脅人口31人，威脅公路118 m，潛在經(jīng)濟(jì)損失399萬元，險情等級均為小型。

(4)地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)(C2)：分布于秦峰鎮(zhèn)以北，東塘村—老塢村一帶，巖土類型主要為紅色碎屑巖，人類工程活動一般。區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)7處，其中滑坡隱患6處，崩塌隱患1處，規(guī)模等級均為小型。目前該分區(qū)內(nèi)7處災(zāi)害點(diǎn)均為地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)，共威脅房屋8間，威脅人口39人，威脅公路12 m，潛在經(jīng)濟(jì)損失259.5萬元，險情等級均為小型。

(5)地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)(C3)：分布于沙溪鎮(zhèn)北東部，向陽村—何家村—油圩村—龍頭村—鉛嶺村一帶。巖土類型主要為紅色碎屑巖、一般碎屑巖，人類工程活動一般。區(qū)內(nèi)災(zāi)害點(diǎn)10處，其中滑坡1處，崩塌1處，滑坡隱患6處，崩塌隱患2處，規(guī)模等級均為小型，損毀道路15 m，堵塞溝渠10 m，直接經(jīng)濟(jì)損失0.38萬。目前區(qū)內(nèi)災(zāi)害隱患點(diǎn)有9處，威脅房屋9間，威脅人口56人，威脅公路55 m，潛在經(jīng)濟(jì)損失398.6萬元。

(6)地質(zhì)災(zāi)害不易發(fā)區(qū)(D)：主要分布在信江河流域兩岸、信州城區(qū)以及沙溪鎮(zhèn)北部溝谷平原地帶，信江以北地段的城區(qū)原屬于剝蝕堆積崗地地貌，由于人類工程活動，經(jīng)過人為搬山填湖，大部分已經(jīng)整平。但本次地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查仍有8個地災(zāi)點(diǎn)，其中滑坡隱患點(diǎn)5個崩塌隱患點(diǎn)3個。目前地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)有3個，威脅房屋2間，威脅人口8人，威脅公路40 m，潛在經(jīng)濟(jì)損失225萬。總之，該區(qū)屬于建成區(qū)，地質(zhì)災(zāi)害基本不發(fā)育。區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害不易發(fā)區(qū)共劃分2個亞區(qū)，即信江河流域兩岸—信州區(qū)城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害不易發(fā)區(qū)(D1)，沙溪鎮(zhèn)北部溝谷平原地質(zhì)災(zāi)害不易發(fā)區(qū)(D2)。

5 結(jié)論

本文在綜合考慮影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的各種因素(地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、坡度、工程地質(zhì)巖類、降雨、人類工程活動等)和目前地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征及潛在發(fā)育特征的基礎(chǔ)上，應(yīng)用綜合危險性指數(shù)法對信州區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性進(jìn)行了定量評價，將信州區(qū)劃分為地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)1個，中易發(fā)區(qū)1個，低易發(fā)區(qū)3個和不易發(fā)區(qū)2個，為信州區(qū)今后開展地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報和防治工作提供了依據(jù)，為地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險調(diào)查與區(qū)劃提供了參考。