地質災害易發性評價中的指標量化方法研究★

李家明 盧 江 王 哲 董宏戈

(1.四川正基巖土工程有限公司，四川 綿陽 621000； 2.四川省地質礦產勘查開發局108地質隊，四川 崇州 611230;3.西南科技大學，四川 綿陽 621000； 4.四川省地質礦產勘查開發局909地質隊，四川 綿陽 621000)

·巖土工程·地基基礎·

地質災害易發性評價中的指標量化方法研究★

李家明1盧 江2王 哲3*董宏戈4

(1.四川正基巖土工程有限公司，四川 綿陽 621000； 2.四川省地質礦產勘查開發局108地質隊，四川 崇州 611230;3.西南科技大學，四川 綿陽 621000； 4.四川省地質礦產勘查開發局909地質隊，四川 綿陽 621000)

在建立評價指標體系的基礎上，劃分了綿陽市地質易發性評價指標等級基準值，并采用4 km×4 km網格來劃分評價單元，使評價指標量化問題簡單化，從而用簡單易懂、便于實際操作的方法分別確定了基礎指標層中的各評價指標的量化方法，為地質災害易發性評價模型的建立奠定了基礎。

地質災害，易發性評價，指標，量化

地質災害易發性評價是指基于對地質災害發生的控制條件和誘發條件的綜合分析,評價地質災害發生的可能性,并進行地質災害易發性分區。它是地質災害調查評價工作的一項重要工作內容，制定一個地區的地質災害防治規劃需要對其作出地質災害易發性評價[1]。

而地質災害易發性評價模型是建立在一定的評價指標體系上，其作用包括：一是指導地質技術人員在野外進行地質災害調查時，有目的地進行評價因素的調查。二是指導工程技術人員進行室內建立評價模型時選取評價因素。為了對某一區域內的地質災害易發程度作出定量評價，一方面需要建立評價指標體系，另外一方面是將評價指標進行科學合理的量化處理，這樣才能達到定量評價的目的。但就目前而言，評價指標的量化方法沒有一個較為成熟的理論方法，因而在進行地質災害易發性評價時，往往依靠領域專家經驗、根據評價實際情況對評價指標進行賦值，帶有很大的主觀性。因此，為確保地質災害易發性綜合評價結果的客觀性及評價結果的可靠性和準確性，有必要建立一套相對合理和規范的、簡明而全面的評價指標體系，并根據研究區地質災害特點和區域地質災害易發性評價的需要，在構建指標體系的基礎之上提出科學的量化方法及標準，這對于建立評價模型都是十分必要的。本文將結合綿陽市地質災害調查與區劃項目，在建立的評價指標體系基礎上來探討評價指標的量化方法。

1 評價指標體系建立

評價指標體系的建立要從地質分析的角度出發，考慮到控制和影響各種地質災害發生的因素，盡量使各個因素之間相互獨立，并分清主要因素和誘發因素。因此，通過對綿陽市地質災害發育現狀及其地質災害分布與區域地質環境條件之間關系的綜合分析，并咨詢對該研究區較熟悉的專家，來選定研究區內影響滑坡、崩塌和泥石流三種地質災害發生的主要因素：地層巖性、地形地貌、斷裂構造密度、河流切割密度為孕災因素；多年平均降雨量、地震烈度、人類工程活動為致災因素；地質災害分布密度為災害歷史狀況。

實際上，評價指標的選擇是一個系統分解、逐層控制的過程，因而形成一個多層次的遞階結構[2，3]。因此，基于這個觀點，并根據問題和要達到的目標，將問題分解為不同的組成因素，然后按照因素間的相互關聯以及隸屬關系將因素按不同層次聚集組合，形成一個多層次的分析結構模型。這個模型是以地質災害易發性評價為目標層，以孕災因素、致災因素、災害歷史狀況為類指標層，以各影響因素為基礎指標層，建立了如圖1所示的綿陽市地質災害易發性評價的層次結構模型。

2 評價指標的量化

2.1 評價指標的初步量化及其分級

在建立了評價指標體系的基礎上，根據評價目標和地質環境特點，確定各指標的分級標準，為地質災害易發性綜合評價提供依據。

因此，綜合考慮國土資源部頒布的《縣(市)地質災害調查與區劃基本要求實施細則》中的相關規定，將地質災害易發性劃分為地質災害高易發性、地質災害中易發性、地質災害低易發性和地質災害不易發四個等級。根據這四個等級的劃分，評價指標的界限按其質量狀況也分為四個等級。參評指標對四個易發性等級評價標準的基準值是根據有關規范、標準[4]，其量化標準如表1所示。

表1 綿陽市地質易發性評價指標等級基準值劃分表[5]

2.2 評價指標的量化處理

在評價指標的量化處理之前，需要將研究區各因素圖層進行數字化處理，然后以研究區地質圖、地形地貌圖以及地質災害分布圖為底圖，建立地層巖性、地形地貌、斷裂構造密度、河流切割密度、多年平均降雨量、地震烈度、人類工程活動以及地質災害分布的8個評價指標的數字化圖層為底圖，進行4 km×4 km網格劃分出1 286個評價單元，從而確定了評價單元，這樣將由評價指標的量化變為對各評價單元的數據進行量化處理，使復雜問題簡單化了。下面分別探討評價指標體系中的基礎指標層的各指標量化方法。

1)地層巖性的量化。研究區內的地層巖性分為巖漿巖類與松散巖類、碳酸鹽巖類、變質巖類、碎屑巖類四大分區，每個巖性分區作為一個易發性等級。若評價單元內只包含某一個巖性分區，則對應的該巖性分區的量化值就為1，其余巖性分區就為0。但是，由于研究區內有的采樣單元介于兩個或兩個以上不同巖性分區，因此采用包含在評價單元內各巖性分區所占評價單元的百分比來對其進行初步量化，并進行歸一化處理，以確定各巖性指標在綜合評價中的單因素模糊關系矩陣。例如，某評價單元內只包含變質巖類分區，則巖性指標的單因素模糊關系矩陣就為(0,0,0,1)；又如，某評價單元內包含碳酸鹽巖類和變質巖類兩個巖性分區，那么按照下面的公式進行計算，并根據各巖性分區所占的比例來量化，其余巖性分區量化值就為0，最后綜合確定巖性指標的單因素模糊關系矩陣。假設碳酸鹽巖類占30%，變質巖類占70%，則該評價單元的巖性指標的單因素模糊關系矩陣為(0,0,0.3,0.7)。 其巖性的量化采用公式：

(1)

其中，A為采樣單元的面積；Aj為某一巖性分區在單元內的面積；Xi為某一巖性分區在采樣單元內面積所占的百分比。

2)地形地貌的量化。研究區內的地形地貌劃分為龍門山山地和四川盆地兩大類型，根據地貌形態和成因又劃分為六個二級地貌單元，綜合分析后劃分為四個地貌分區，分別為構造剝蝕丘陵和侵蝕堆積河谷平壩區、構造剝蝕低山、前龍門山侵蝕溶蝕構造中山區、后龍門山侵蝕構造中山和岷山構造侵蝕高山區，每個分區作為一個易發性等級。若評價單元內只包含某一個地貌分區，則對應的該地貌分區的量化值就為1，其余地貌分區就為0。但是，由于研究區內有的采樣單元介于兩個或兩個以上不同地貌分區，因此采用包含在評價單元內各地貌分區所占評價單元的百分比來對其進行初步量化，并進行歸一化處理，以確定地形地貌指標在綜合評價中的單因素模糊關系矩陣。例如，某評價單元內只包含構造剝蝕丘陵和侵蝕堆積河谷平壩區，則地形地貌指標的單因素模糊關系矩陣就為(1,0,0,0)；又如，某評價單元內包含構造剝蝕低山、前龍門山侵蝕溶蝕構造中山區兩個地貌分區，那么按照式(2)進行計算，并根據各地貌分區所占的比例來量化，其余地貌分區量化值就為0，最后綜合確定地形地貌指標的單因素模糊關系矩陣。假設構造剝蝕低山占25%，前龍門山侵蝕溶蝕構造中山區占75%，則該評價單元的地貌指標的單因素模糊關系矩陣為(0,0.25,0.75,0)。其地貌的量化采用公式：

(2)

其中，A為采樣單元的面積；Mj為某一地貌分區在單元內的面積；Xi為某一地貌分區在采樣單元內面積所占的百分比。

3)斷裂構造密度的量化。以單位面積的采樣單元內斷裂構造的長度(km/km2)來進行初步量化。其量化公式為：

Q=L/S

(3)

其中，Q為斷裂構造密度指標；L為單元網格內斷裂、構造長度，km；S為采樣網格單元面積，km2。

4)河流的切割密度的量化。以河流在采樣單元內的長度(km)來量化切割密度，其量化公式為：

J=L/S

(4)

其中，J為河流切割密度指標；L為單元網格內河流長度，km；S為采樣網格單元面積，km2。

5)多年平均降雨量的量化。以采樣單元降雨量等值線作為該指標的量化值。

6)地震烈度的量化。研究區內的基本地震烈度分為6，7，8和9四個烈度，每個烈度分區作為一個易發性等級。若評價單元內只包含某一個烈度分區，則對應的該烈度的量化值就為1，其余烈度分區就為0。但是，由于研究區內有的采樣單元介于兩個或兩個以上不同烈度分區，因此采用包含在評價單元內各烈度分區所占評價單元的百分比來對其進行初步量化，并進行歸一化處理，以確定各地震烈度分區指標在綜合評價中的單因素模糊關系矩陣。例如，某評價單元內只包含烈度為7級的一個分區，則地震烈度指標的單因素模糊關系矩陣就為(0,1,0,0)；又如，某評價單元內包含7和8兩個烈度分區，那么按照式(5)進行計算，根據各烈度分區所占的比例來量化，其余烈度分區量化值就為0，最后綜合確定地震烈度指標的單因素模糊關系矩陣。假設烈度7面積占15%，烈度8面積占85%，則該評價單元的地震烈度指標的單因素模糊關系矩陣為(0,0.15,0.85,0)。其地震烈度量化公式為：

(5)

其中，B為采樣單元的面積;Bj為采樣單元內某級烈度所占的面積;Xi為采樣單元的地震烈度初步量化值。

7)人類工程活動的量化。研究區內的主要人類工程活動對地質災害易發性影響較大主要為交通工程建設、礦業活動。從地域上看，受影響較大的地區主要集中在安縣、江油、北川、平武等山區縣(市)。因此，交通工程密度，以評價單元內每平方千米范圍內公路長度值(km/km2)來量化，其中公路長度以二級公路為標準，一級公路按加倍計算，高速公路和鐵路按3倍計算。

研究區內的采礦工程基本上是小型規模的開采，故礦業活動以評價單元內每平方千米范圍內礦山個數(個/km2)來進行量化。

8)地質災害分布密度的量化。采樣單元單位面積內崩、滑、流等災害的數量(個/km2)，即點密度來進行量化處理。

3 結語

1)通過對綿陽市地質災害發育現狀及其地質災害分布與區域地質環境條件之間關系的綜合分析，并結合專家意見，選定了研究區內影響滑坡、崩塌和泥石流三種地質災害發生的主要因素：以地層巖性、地形地貌、斷裂構造密度、河流切割密度為孕災因素；以多年平均降雨量、地震烈度、人類工程活動為致災因素；以地質災害分布密度為災害歷史狀況，運用目標分析法建立了三層遞階結構的評價指標體系，確定了綿陽市地質易發性評價指標等級基準值。

2)為了使評價指標量化問題簡單化，將研究區域按照4 km×4 km劃分評價單元，這樣就為評價指標量化提供了前提條件。

3)根據綿陽市地質易發性評價指標等級基準值表，通過對地質災害分布與區域地質環境條件之間關系的綜合分析，用一種簡單易懂、便于實際操作的方法分別確定了基礎指標層中的各評價指標的量化方法，為地質災害易發性評價模型的建立奠定了基礎。

[1] 鐘蔭乾.地質災害易發性評價[J].湖北地礦,2002,16(4):81-86.

[2] 李國和,王思敬.金沙江水電開發區域工程地質環境綜合評價[J].地球科學——中國地質大學學報,2001,26(3):309-313.

[3] 趙煥臣,許樹柏,和金生.層次分析法[M].北京:科學出版社,1986.

[4] DD2004-02,區域環境地質調查總則(試行)[S].

[5] 王 哲,易發成,陳廷方.基于模糊綜合評判的綿陽市地質災害易發性評價[J].科技導報,2012,30(31):53-60.

The research of the method of index quantification about evaluation of geological hazard probability of occurrence★

LI Jia-ming1LU Jiang2WANG Zhe3*DONG Hong-ge4

(1.SichuanZhengjiGeotechnicalEngineeringCo.,Ltd,Mianyang621000,China;2.SichuanBureauofGeologyandMineralResourcesof108GeologicalBrigade,Chongzhou611230,China;3.SouthwestUniversityofScienceandTechnology,Mianyang621000,China;4.SichuanBureauofGeologyandMineralResourcesof909GeologicalBrigade,Mianyang621000,China)

Based on establishing system of evaluation index, the text marks off hierarchic standard value of index system of evaluation of geological hazard probability of occurrence and evaluation unitin of 4 km×4 km about Mianyang City. In this way, the problem of method of index quantification go into simpleness. In order to establishing model of valuation of geological hazard probability of occurrence, the text finally uses pellucid and wieldy methods to quantize evaluation indexes.

geological hazards, evaluation about probability of occurrence, index, quantification

1009-6825(2014)30-0061-03

2014-08-11 ★：科技部支撐計劃項目“龍門山地震帶小流域滑坡泥石流災害監測預警技術研究與示范”(項目編號：2011BAK12B02)；國家自然科學基金項目(項目編號：41402248)；四川省教育廳科技創新團隊項目(項目編號：12zd1106)；四川省非金屬復合與功能材料重點實驗室開放基金(項目編號：11zxfk06)

李家明(1981- )，男，工程師； 盧 江(1971- )，男，工程師； 董宏戈(1981- )，男，工程師

王 哲(1979- )，男，博士，講師

P694

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