GIS 技術在地質災害危險性預測評價中的應用

楊笑男 葉競雄 周長瑞 趙晨凱

(天津市勘察院，天津 300191)

0 引言

基于GIS的地質災害危險性評估具有宏觀性強、時效性強、信息量覆蓋面廣的特點，本文依托GIS技術進行地質災害危險性的評價與預測，以青藏鐵路拉日段為例進行研究，重點介紹了層次分析法的一般原理和建模步驟，以及利用Arcgis軟件強大的空間數據分析與處理功能，對各個評價因子進行數字化柵格計算方法，建立研究區地質災害危險性評價體系，詳細闡述了利用GIS技術進行地質災害危險性評價的過程，為該地區地質災害防治工作提供參考依據。

1 研究區基本情況

拉薩至日喀則段鐵路全長約253 km，為青藏鐵路的首條延伸鐵路線。線路總體呈東西走向，主要通過拉薩河、年楚河、雅魯藏布江寬谷區、雅魯藏布江峽谷區及吉瓊低高山越嶺區等地貌單元，地勢起伏較大、地質條件復雜，崩塌、滑坡、泥石流等地質災害發育程度相應較高。對拉薩至日喀則鐵路線進行地形剖面切割，最高海拔高度5 101 m，最低海拔高度3 639 m，平均海拔高度4 115 m。

2 評價因子的確定與量化

2.1 評價體系的構建

區域地質災害的形成條件包括地質背景條件、誘發條件、歷史條件三類，根據現場實際調查情況，綜合考慮滑坡、崩塌、泥石流等地質災害的形成條件和影響因素，確定的評價指標有:工程巖組類型、地質災害分布、坡度、起伏度、活動斷裂、人類工程活動、溝谷河流分布、降雨量。構建的評價指標體系為:一級因子為三個方面，二級因子將一級因子細化為八個目標因子(具體見圖1)。

圖1 研究區地質災害危險性評價體系

2.2 評價因子的信息化

在上述八種致災因子確定之后，將所獲得的信息數據導入GIS中進行處理分析，分別生成災害因子疊加分析圖，包括:研究區崩塌密度圖、滑坡密度圖、研究區泥石流密度圖、研究區地形起伏度分布圖、研究區人類活動及水系分布圖、研究區DEM數字高程圖、研究區地形坡度分布圖、研究區工程巖組分布圖、研究區活動斷裂分布圖以及研究區降水分布圖等。

基于上述專題圖層，可以分兩類方法進行賦值:首先，對于可以直接量化的評價因子指標，可以在矢量化的和柵格化的專題圖層上提取相應的可用數據信息，根據實際情況，對各個指標分級賦值;其次，對于不能直接賦值的指標，采用專家評分方法，劃分等級，通過層次分析法推出權重值，進而賦值分析。

此外，ArcGIS10的空間分析模塊主要是基于柵格數據模型的，根據拉薩至日喀則段鐵路規劃區范圍和工程地質條件，將柵格大小定為30 m×30 m，將面積2 637 km2的規劃區劃分為2 930 000個柵格單元，將上述單因素等級量化結果離散成柵格數據，即可得到用于疊加分析因子。

3 地質災害危險性評價過程

3.1 基于GIS的層次分析法

按照上文所述方法，并充分考慮研究區所特有的地質類型特征，采用分層遞階方法建立層次評價模型，可將青藏鐵路拉薩至日喀則段地質災害危險性評價模型分為四個層次，分為總體目標層、約束層(第一級指標層)、評價指標層(第二級指標層)和對象層(第四指標層)四個層次，從而建立一套完整系統的模型評價體系(見圖2)。

3.2 權重值的計算

表1 青藏鐵路拉薩至日喀則段地質災害危險性影響因素比較矩陣

影響因素和評價指標的權重，采用在專家打分法的基礎上，構造比較矩陣，由上述層次分析法(AHP)理論方法計算各指標的具體權重值。首先，要充分調查統計研究區的具體情況等，初步確定評價因子的備選類別，然后，再通過咨詢專家意見，給出確切的評價因子指標并進行均化處理，構造明確的相關判斷矩陣，進 行求解，從而得出指標的權重。

圖2 青藏鐵路拉日線地質災害危險性層次評價模型

最后，要根據表1所示比較矩陣，進行一致性判斷。

由于n=8，RI可取值1.41，經過計算，λmax=8.524 3，CR= 0.053 1＜0.1，符合一致性判斷，各影響因素權重分配表見表2。

表2 青藏鐵路拉薩至日喀則段地質災害危險性影響因素權重分配表

4 評價成果圖分析

1)利用ArcGIS10軟件強大的空間分析能力，先進行空間信息的重分類(Reclassify)，重分類即基于原有數值，對原有數值重新進行分類整理從而得到一組新值并輸出。本文即是將所得權重值賦值到各個評價因子在GIS中所形成的圖層中。

2)在ArcGIS軟件中進行柵格疊加計算(Raster Calculator)，對重分類(Reclassify)處理后的柵格文件運算，獲得每個柵格獨立的地質災害危險性指數值。

3)上一步的疊加計算結果顯示，區內所有柵格的危險性指數值大致分布在1.29～4.49之間(見圖3)，最大值為4.49，指數值集中分布在2.04～2.83之間，平均值為2.49，標準差為0.49，變異系數為0.197，與同類工程比較，變異系數較小，說明工程地質條件指數值分布的平穩性較好，表明在實際中，研究區的地質災害危險性在區域上的變化具有一定的遞變性。

圖3 評價區危險性柵格計算值分布圖

在ArcGIS中進行柵格賦值計算后，生成的圖像如圖4所示。高危險性區域主要集中在拉薩至日喀則段的左岸，且從圖4中可以看出其在區域上的變化具有一定的遞變性，這與我們在實際的調查中所獲得的信息基本符合。經過進一步區劃處理，將拉薩至日喀則段鐵路劃分為11個子區段，其中A1，A2，A3為低危險區;B1，B2，B3為中危險區;C1，C2，C3為較高危險區;D1，D2為高危險區。

5 結語

1)從權重分配表中可以看出，活動斷裂的權重最高，其次是地質災害發育特征和工程地質巖組，這三個因素是影響鐵路工程選址所要首先考慮的，同時也是地質災害危險性評價的基礎部分，地形坡度的權重值也相對較高，微地貌類型(地表起幅度)、人類工程活動和降水量的權值則相對較小。

圖4 地質災害危險性分區

2)以GIS技術為依托，對研究區地質災害的危險性進行評價，將拉薩至日喀則段鐵路沿線研究區分為低危險區域、中危險區域、較高危險區域和高危險區域，并作出判斷評價。此外，數據統計結果顯示，與同類工程比較，工程地質條件指數值分布的平穩性較好，計算變異系數較小，表明地質災害危險性在區域上的變化具有一定的遞變性。

3)GIS技術的使用主要是其最基本的一些技術管理功能和空間分析功能，在層次分析法的使用上有不精確之處，危險性分析難免有些粗略之處。可以更多地對GIS進行二次開發，模擬建立區域性地質災害危險性預警系統，為區域性地質災害的空間預測、預報與防治等提供更多的幫助，從而更有利于各項工作的開展。

4)通過本文課件，利用GIS所做的宏觀面上的工作，對鐵路的選線規劃、后期的鐵路工程維護與保養(對潛在災害點防治)都有尤為重要的作用，該方法具有很好的移植性，可供類似項目研究參考。

［1］ 李遠華，姜琦剛.基于遙感調查與GIS分析的林芝地區地質災害評價［J］.國土資源遙感，2006(2):57-60.

［2］ 阮沈勇，黃潤秋.基于GIS的信息量法模型在地質災害危險性區劃中的應用［J］.成都理工學院學報，2001，28(1):89-92.

［3］ 石菊松，張永雙，董 誠，等.基于GIS技術的巴東新城區滑坡災害危險性區劃［J］.地球學報，2005，26(3):275-282.

［4］ 溫守欽，李仁鋒，任群智，等.GIS技術在地質災害區劃中的應用［J］.中國地質，2006，8(3):512-517.