基于GIS的石柱鎮地質災害易發性分區

彭 慧, 韓德村, 于 瑤, 龍 婧

((湖北省地質環境總站,湖北 武漢 430034)

基于GIS的石柱鎮地質災害易發性分區

彭 慧, 韓德村, 于 瑤, 龍 婧

((湖北省地質環境總站,湖北 武漢 430034)

在地質災害調查基礎上,分析研究石柱鎮地質災害發育特征及其影響因素,利用R2V、ArcMAP和MapGIS軟件,對成災單因子圖進行疊加運算,劃定地質災害易發性分區,并提出相應的防治建議。為建立地質災害群測群防網絡,編制永康市地質災害防治規劃,提供決策參考。

GIS;易發性分區;易發程度指數;權重;石柱鎮

自改革開放以來,永康市的經濟飛速發展,特別是加工業十分發達,是全國聞名的“科技五金城”。經濟發展的同時,各種工程建設活動日益增多,地質環境的破壞也日趨嚴重,永康市石柱鎮是該市經濟建設重鎮,屬低山—丘陵地貌,隨著人類對地質環境的破壞日益加劇,不可避免地引發了滑坡、崩塌災害,迫切需要查清該鎮地質災害發育類型和特征,分析其影響因素,劃定地質災害易發區,為防災減災工作和經濟建設服務。

1 災害發育特征及影響因素分析

1.1 地質災害發育類型及基本特征

石柱鎮中部地勢較為平坦,屬低山丘陵區,地質構造相對簡單,季節性降雨較為明顯,人類工程活動強烈,地質災害發育的數量較少。具體情況見表1。

表1 石柱鎮地質災害一覽表

滑坡是調查區的主要地質災害類型,該地區有一個中型滑坡、四個小型滑坡。滑坡分布區主要的巖性是凝灰巖類和紅色碎屑砂巖類。

堅硬及半堅硬巖石從陡坡突然墜落,以崩塌為主,這主要見于修建公路山體坡腳開挖地段。

已有的地質災害主要受地質條件及地形條件的影響和控制。在巖土體特別破碎、軟弱結構面發育、斷裂構造發育的條件下，更易發生地質災害。

1.2 地質災害影響因素分析

各種地質災害是在一定的條件下發生的,其影響因素分為兩類:①自然因素,包括地質的、氣候的；②人為因素,包括建房、修路等人類工程活動。

(1) 地質條件。石柱鎮構造類型有構造盆地、褶皺和斷裂,以構造盆地為主。出露地層以流紋巖、含礫晶玻屑凝灰巖為主。白堊系主要是火山—火山沉積巖,如巖屑礫石、砂巖、粉砂巖、泥巖,永康盆地中部主要發育白堊系地層。第四系僅分布于江、溪兩岸低平地區。

(2) 地形地貌條件。永康市石柱鎮位于浙江省的中部,金華市之東南,與縉云縣相鄰。境內地貌按形態可分為低山、丘陵、平原三種類型(見圖1)。

圖1 石柱鎮地形地貌三維視圖概貌Fig.1 Overview of three dimensions view of terrain landform in Shizhu town

區內東、南、西部多為中低山區,地勢較高,有的山坡坡度超過30°。北部和中部地勢平坦,地質災害發育極少。該市南部、東部地形地貌特征,如地形高差大、陡坡、V型溪流溝谷及植被狀況,有利于山坡物質向山下轉移,屬于地質災害易發區的地形地貌。

(3) 氣候、降水條件。石柱鎮屬亞熱帶濕潤季風性氣候,雨量充沛,年平均降雨1 483 mm,每年4—6月降水較集中。

(4) 植被及人類活動。隨著科學技術的進步,人類對地球的改造活動的規模和強度日益增大。石柱鎮原生植被為亞熱帶常綠闊葉林,由于人類活動頻繁,天然植被殘存甚少,大多為次生林和人工林。植被對于水文效應和土體性質具有改良作用,對阻止各類地質災害的發生有許多積極作用。大量開挖的人工邊坡則對自然斜坡穩定性造成巨大影響。因此,植被覆蓋較少以及人類工程活動的加劇是誘發災害的重要因素。

2 地質災害易發性分區

地質災害易發性分區是根據地質災害形成發育的背景,如地質條件、自然地理條件和人類工程活動等因素,并參考地質災害發育現狀,以定性、定量評價相結合進行易發分區。

地質災害的易發性分區遵循以下原則:①選擇的災害種類和區劃指標能反映調查區地質災害的基本特征和主要災害特點;②劃分的級次數量和不同級次的差幅適當,能恰如其分地反映調查區地質災害情況;③等級指標明確,劃分方法簡明,便于操作使用。

2.1 指數分析法介紹

易發程度指數法[1]就是在分析地質災害的成因基礎上,確定影響災害發育的各種主要因素[2](如影響滑坡穩定性的主要因素包括地形地貌、巖土體特征和人類活動強烈程度等),將每個影響因素賦予一定的權重,同時按各個因素不同狀態分成不同級別,賦予不同的分級值,求出所有影響因素的加權和,即得到某個評價單元的易發程度指數[3]。易發程度指數越大,表示該單元地質災害易發程度越高,根據每個單元的易發程度指數,依據分區的標準進行地質災害易發程度分區。易發程度表達式為:

式中:Zq為地質災害易發程度指數;Ai為評價因子權重;qi為評價因子的分級值。

2.2 地質災害易發性分區

采用綜合危險性指數法進行定量分析,運用GIS軟件對研究區進行空間分析及網格剖分,每個評價單元面積為200 m×200 m。選取各評價因子進行計算,依據地質災害綜合危險性指數,合并相同評價單元格,劃定相應不同級別的地質災害易發區。

(1) 斷裂構造:單位網格中斷層線密度(km/km)以表征構造發育強度。斷層線密度<0.1,賦值為1;斷層線密度在0.1～0.3之間,賦值為3;斷層線密度在0.3～0.5賦值為5;斷層線密度在0.5～0.7值,賦值為7;斷層線密度>0.7,賦值為10(見圖2)。

圖2 構造線密度因子權重分析圖Fig.2 Weights analysis of density factor of tectonic line

(2) 巖土類型與巖土體結構:巖石堅硬、結構完整的賦值為1;巖石較堅硬、結構較完整的賦值為3;巖體較破碎、鑲嵌結構的賦值為5;巖石破碎有軟弱結構面的賦值為7;巖土體特別破碎、軟弱結構面發育的賦值為10(見圖3)。

圖3 基巖因子權重分析圖Fig.3 Weights analysis of bedrock factor

(3) 地貌類型:高程值<200 m的為平原谷地,賦值為1;高程值在200～500 m之間的低丘、崗地賦值為3;高程值>500 m的切割中等的低山丘陵,賦值為5(見圖4)。

圖4 高程因子權重分析圖Fig.4 Weights analysis of elevation factor

(4) 地形坡度:地形坡度在35°以內。一共分為3級:坡度<6°賦值1;坡度在6°～15°賦值3;坡度在15°～35°賦值5(見圖5)。

圖5 地形坡度因子權重分析圖Fig.5 Weights analysis of terrain slope factor

(5) 全年降水量:降水量<1 200 mm的賦值為1;降水量1 200～1 400 mm的賦值為3;降水量1 400～1 700 mm的賦值為5;降水量1 700～1 900 mm的賦值為7;降水量>1 900 mm的賦值為10(見圖6)。

(6) 植被覆蓋率:植被覆蓋率>80%的賦值為1;植被覆蓋率80%～60%的賦值為3;植被覆蓋率60%～40%的賦值為5;植被覆蓋率40%～20%的賦值為7;植被覆蓋率<20%的賦值為10[4](見圖7)。

(7) 人類活動：人類活動因子主要體現在人口居民區密度，居民區密度等于居民區數量/網格數量。當居民區密度<0.1時,賦值為1；當居民區密度為0.1～0.3時,賦值為1；當居民區密度為0.3～0.5時,賦值為5；當居民區密度為0.5～0.7時,賦值為7；當居民區密度>0.7時,賦值為10(見圖8)。

圖6 降水量因子權重分析圖Fig.6 Weights analysis of rainfall factor

圖7 植被覆蓋率因子權重分析圖Fig.7 Weights analysis of vegetation coverage factor

圖8 居民區密度因子權重分析圖Fig.8 Weights analysis of residential density factor

(8) 交通線密度(km/ km):權重為0.10。交通線密度=道路長(km)/網格長(km),網格長采用網格線長度表示。道路長/網格長交通線密度<0.1的賦值為1;交通線密度0.1～0.3的賦值為3;交通線密度0.3～0.5的賦值為5;交通線密度0.5～0.7的賦值為5;交通線密度>0.7的賦值為10(見圖9)。

圖9 交通線密度因子權重分析圖Fig.9 Weights analysis of density factor of traffic line

根據因素的分級,對各因素賦予不同的權重:坡度為0.20,人類工程活動為0.1,地貌為0.15;降水量為0.07,地層巖性為0.1,植被為0.07,構造線密度為0.15。

2.3 易發性分區

根據上一節中分析的各個因子的權重賦值[5],得到各個因子的刪格分析圖。通過ArcMAP對各個因子的分析圖進行空間分析,把易發指數值<2的定為不易發區;易發指數值2～4的定為低易發區;易發指數4～6的定為中易發區。由于所有因子計算的結果最高為4.9,永康市石柱鎮地質災害易發分區可以分為：中易發區、低易發區和不易發區(見圖10、圖11)。

圖10 地質災害易發分區柵格圖Fig.10 Raster map of geological disaster-prone area

從圖10可以看出,永康市石柱鎮地質災害易發程度比較高,中易發區幾乎占了一半面積。從圖11中也可以看出,已發生的8個地質災害點中,3個小型崩塌、2個中型滑坡、2個小型滑坡基本分布在中易發區；其次是低易發區,最少的是不易發區。不同的分區具有不同的地質環境背景和誘發因素,因此各自的災害類型、已造成的經濟損失和威脅的人口財產數額不同,防治的方法與措施也有區別。

表2 影響要素分級與賦權重一覽表

3 防治與建議

災害防治突出以人為本,與經濟發展規劃相結合的原則,根據以上地質災害防治分區劃分結果,提出如下防治建議。

3.1 重點防治區

具有不良的地質環境背景且多為人類活動強烈的地區[6]。一般表現在地質災害現狀發育(數量和規模)嚴重,災害個體的穩定性差或較差。該區域內地質災害一旦發生,將對生命、財產房屋等造成重大損失。重點防治區對應于石柱人口密集的中易發區,應該是近中期防治的重點。

圖11 地質災害易發分區圖Fig.11 Zoning map of geological disaster-prone area

3.2 次重點防治區

具有不良地質環境背景但是人類活動程度比較低,或人類活動頻繁并具有明顯地質災害發生的隱患地區。主要對應于石柱鎮的人類活動極少的中易發區或者災害比較頻繁但災害損失較小的區域。

3.3 一般防治區

重點防治區和次重點防治區之外的廣大區域,對應于石柱鎮地質災害不易發區和部分低易發區。該區域內沒有規模性的地質災害。即使有個別的災害體,危害性也不大。

[1] 浙江省地礦勘察院,中國地質大學(武漢)工程學院.浙江省永康市地質災害調查與區劃報告[R].武漢:中國地質大學(武漢),2004.

[2] 張駿,杜東菊,蘇生瑞,等.區域地質災害環境系統綜合評價的基本思想與模型[J].中國地質災害與防治學報,1994,5(5):26-32.

[3] 張桂榮,殷坤龍,劉傳正,等.基于GIS的陜西省旬陽地區滑坡災害危險性區劃[J].中國地質災害與防治學報,2003,14(4):39-43.

[4] 永康市土地管理局.永康市土地資源[R].武漢:中國地質大學(武漢),1993.

[5] 李公巖,周紹智,萬繼濤,等.山東省棗莊盆地巖溶塌陷形成條件及易發區劃分方法探討[J].中國地質災害與防治學報 ,2003,14(4):49-53.

[6] 張梁,張業成,羅元華.地質災害災情評估理論與實踐[M].北京:地質出版社,1998.

(責任編輯：陳姣霞)

Prone Partition of Geological Disasters in Shizhu Town Based on GIS

PENG Hui, HAN Decun, YU Yao, LONG Jing

(HubeiGeologicalEnvironmentalStation,Wuhan,Hubei430034)

In the investigation of geological hazards based on the analysis of the development characteristics and influencing factors of geological disasters in Shizhu town,using R2V,ArcMAP and MapGIS software,single factor map of disaster is overlapped and calculated,susceptibility zoning of geological hazards is delineated,corresponding prevention recommendations are put forward.It provides decision references for establishment of mass observation and mass preparedness of geological disasters and compiling the plan of geological disasters prevention and control.

GIS; prone partition; susceptible index; weight; Shizhu town

2016-08-29;改回日期:2016-10-21

彭慧(1970-),女,工程師,巖土工程技術專業,從事巖土工程技術管理工作。E-mail:957095665@qq.com

P694

A

1671-1211(2016)06-0950-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.06.028

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160911.1112.026.html 數字出版日期:2016-11-09 11:12