基于GIS的汶川滑坡地質(zhì)災(zāi)害危險性研究

摘 要：汶川地震特大災(zāi)害，使得山體松動，地質(zhì)條件惡化，極易導(dǎo)致滑坡泥石流等自然災(zāi)害。運用GIS建立影響因子數(shù)據(jù)庫，分析坡度、坡向、地質(zhì)構(gòu)造、降雨量、河網(wǎng)切割密度、土地利用、人類工程活動對滑坡災(zāi)害產(chǎn)生的影響。采用權(quán)重分析法，對各因子進行分級，運用GIS中的空間分析技術(shù)，得到滑坡危險性分析結(jié)果。將研究區(qū)分為極輕度危險區(qū)，低度危險區(qū)，中度危險區(qū)，高危險區(qū)，極高危險區(qū)五類。通過對滑坡災(zāi)害的評價分析，有助于預(yù)防災(zāi)害，使災(zāi)害損失降低到最低程度。

關(guān)鍵詞：危險性評價；滑坡災(zāi)害；GIS；空間分析

引言

GIS技術(shù)在滑坡地質(zhì)災(zāi)害領(lǐng)域已得到廣泛的應(yīng)用，國內(nèi)外的研究者對此進行了大量的研究。國外主要是運用GIS方法對不同專題圖層進行滑坡區(qū)劃的潛力分析；國內(nèi)滑坡災(zāi)害分析方法可歸結(jié)為定性和定量方法兩類。定性方法主要是對地形變形失穩(wěn)進行定性描述；定量方法主要是對斜坡發(fā)生滑坡的可能性進行數(shù)值算法上的評估。而文章就是運用后一種方法對汶川不同專題圖層進行定量分析，運用權(quán)重分析方法，得出可能滑坡危險性區(qū)劃，再對其進行定性的描述。

2008年汶川發(fā)生特大地震，導(dǎo)致汶川部分地區(qū)山體滑動，地表破裂，地形地貌發(fā)生變化，使滑坡發(fā)生的可能性極劇增加。汶川特殊的地質(zhì)環(huán)境和巖石組成以及降雨量大、人類活動頻繁等多種原因造成滑坡地質(zhì)災(zāi)害時常發(fā)生。因此對汶川進行滑坡危險性研究具有十分重要的現(xiàn)實意義和經(jīng)濟社會效益。

1 研究區(qū)概況

汶川縣位于四川省阿壩藏族羌族自治州，周圍有眾多山脈圍繞，屬山間峽谷地貌。地勢西北高，東南低，相對海拔差異較大，山地海拔通常在700到1500m之間，地勢傾斜，山脈走向與地質(zhì)構(gòu)造相一致。由于山體前部地形相對平緩，居民多居住于此，行政區(qū)劃如圖1。

2 研究方法

滑坡災(zāi)害是自然環(huán)境的一部分，僅次于地震災(zāi)害和洪水災(zāi)害的一種嚴重自然災(zāi)害[1]。文章以汶川為研究對象，在arcgis10.0的軟件支持下，建立滑坡災(zāi)害影響因子數(shù)據(jù)庫，對不同影響因子建立不同圖層，再對各圖層進行分級打分。運用疊加分析方法，疊加各個滑坡災(zāi)害因子，得到研究區(qū)滑坡災(zāi)害危險性分布。

2.1 滑坡影響因子數(shù)據(jù)庫的建立

在本研究中，運用GIS作為軟件基礎(chǔ)，對各種專題圖像進行矢量化和屬性的輸入，建立包括地形、水系、斷層、降雨、道路等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。

2.2 滑坡影響因子的提取

2.2.1 坡度。坡度是運用Arcgis軟件，對DEM數(shù)據(jù)進行空間分析，提取坡度數(shù)據(jù)。郭果[2]等研究表明，坡度在25°～45°范圍，滑坡發(fā)育概率最高，為60.47%。坡度為18°～25°和45°～51°，概率中等，為25.46%；坡度大于51°和小于18°的坡體，滑坡發(fā)育概率最低，為14.07%。根據(jù)該研究，文章將坡度分為三個等級，不同等級對滑坡形成的影響是不同的，分別賦予不同的權(quán)重值。

2.2.2 坡向。不同的坡向會影響日照、氣候以及巖性狀況，是滑坡災(zāi)害中重要的影響因子。本研究將邊坡分為北向（N），北東向（NE），東向（E），東南向（ES），南向（S），西南向（SW），西向（W），西北向（WN），八個方位來研究。吳彩燕[3]等研究表明，坡向為朝南（S）和 朝東南（SE）方向的滑坡貢獻率最大；坡向朝西南（SW）和西北（NW）貢獻率中等；坡向為北（N）和東北（NE）、東（E）以及西（W）的貢獻率最低。通過對DEM進行表面分析，得到該研究區(qū)的破向，再對該坡向按照以上標準進行重分類。

2.2.3 地質(zhì)構(gòu)造。地質(zhì)構(gòu)造因子主要用于描述研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造的分布情況，標志出大斷裂活動帶。滑坡是由一個或多個構(gòu)造帶控制，在斷裂帶附近，裂縫發(fā)育，巖石破碎和地下水活動頻繁，汶川特殊的地質(zhì)構(gòu)造為滑坡提供了良好的地質(zhì)條件。

汶川位于龍門山斷裂帶，對其三條主斷裂帶分別進行距離為1km，1～2km，2～3km的緩沖區(qū)分析，對多個斷裂影響區(qū)進行分級，以便于將斷裂帶對坡體影響的重要程度進行分類。

2.2.4 降雨量。在影響滑坡地質(zhì)災(zāi)害的因素中，降雨量是最重要的誘發(fā)因素，通常該因素引起的滑坡規(guī)模巨大，損傷嚴重，因此降雨量的大小是影響滑坡因子中必不可少的一個。而其中由一次長時間的中暴雨導(dǎo)致的滑坡占滑坡災(zāi)害的比重最大，因此研究降雨量對滑坡地質(zhì)災(zāi)害的影響尤為重要。

該數(shù)據(jù)是通過對全國降雨量的數(shù)據(jù)與汶川行政邊界進行切割得來，對降雨量數(shù)據(jù)進行運算，降雨量將作為研究區(qū)危險性評價的一個重要因子。

2.2.5 河網(wǎng)切割密度。滑坡的發(fā)育與河流地質(zhì)作用有著密切關(guān)系，河流的下切或侵蝕作用容易引起河岸邊坡不穩(wěn)定，最終導(dǎo)致河坡失衡發(fā)生滑坡災(zāi)害。河流季節(jié)性的波動引起河流靜態(tài)壓力的變化，河岸風化強烈，巖石破碎嚴重。倘若下起暴雨，產(chǎn)生大量降水，邊坡極易失衡導(dǎo)致滑坡。

以河流中心為基準，沿河岸兩邊做緩沖區(qū)，形成河網(wǎng)切割密度緩沖區(qū)。該緩沖區(qū)根據(jù)河流影響力將河流分為三個等級，將干流或更大的河流劃分為一級，大河支流劃分為二級，溝谷區(qū)劃分為三級，分別做500m、300m、100m緩沖區(qū)。

2.2.6 土地利用。土地利用對滑坡的影響主要是通過影響水土流失、降水滲透、地表結(jié)構(gòu)來形成影響，如林草地具有保持水土，調(diào)節(jié)地方氣候的作用；城市建設(shè)用地建設(shè)過程中開挖堆填，如若處理不當極易成為導(dǎo)致滑坡的主要原因等。

因此文章主要通過遙感影像，運用ENVI5.0對遙感影像進行預(yù)處理，主要包括波段組合優(yōu)選、圖像校正、鑲嵌、圖像增強、圖像裁剪操作等。再利用GIS軟件平臺對遙感影像進行信息提取，解譯該研究區(qū)的土地利用，主要包括：林地、草地、耕地、水田、城市建設(shè)用地及其他用地。根據(jù)土地利用分類結(jié)果，可計算出地物面積，得出破碎帶主要分布區(qū)域。

2.2.7 人類工程活動。人類工程活動主要以道路來衡量人類活動，通過對汶川交通圖的矢量化，得到國道、省道、縣道、鄉(xiāng)道及小路不同圖層。根據(jù)不同道路的對滑坡災(zāi)害的影響力大小，分別對其進行不同寬度的緩沖區(qū)分析。據(jù)研究表明，大型公路對地質(zhì)災(zāi)害的影響在3000m范圍內(nèi)影響較大，尤其在2000m內(nèi)影響更大。因此在根據(jù)的道路不同級別，對國道、省道、縣道、鄉(xiāng)道、小路分別做3000m、1500m、600m、300m、30m的緩沖區(qū)，對同緩沖區(qū)進行影響滑坡災(zāi)害權(quán)總值的確定。

3 結(jié)果與分析

由于各因子內(nèi)屬性不同，對滑坡災(zāi)害的影響程度不同，對各個影響因子內(nèi)進行分級賦值，按照重要程度分別賦予0到9的權(quán)重值。將各因子均轉(zhuǎn)換為柵格格式，以便于進行柵格計算，其像元大小為30m×30m。

將研究區(qū)進行總體的權(quán)重打分。不同影響因子對滑坡災(zāi)害的影響是不同的，根據(jù)其各自的重要程度，對各因子間賦予權(quán)重值。

對影響滑坡災(zāi)害因子發(fā)生的重要性分別賦予層間0～1的權(quán)重值，將計算權(quán)重值關(guān)聯(lián)至對應(yīng)的各影響因子的不同等級，對各影響因子生成的結(jié)果進行疊加分析，柵格計算公式可以表示為：

LHI=∑wi×tj （1）

wi表示因子內(nèi)權(quán)重值，tj表示因子間的權(quán)重值。

對獲得滑坡危險分布數(shù)據(jù)進行分級，可得到危險性區(qū)劃圖，如圖2。

4 結(jié)束語

文章是在基于GIS技術(shù)下，對汶川進行滑坡災(zāi)害危險性評價，得出以下結(jié)論：

（1）結(jié)合地形地貌、河流、降雨、人類活動等滑坡影響因子，運用GIS空間分析技術(shù)，進行了滑坡災(zāi)害危險性評價，并將研究區(qū)滑坡災(zāi)害劃分為極高、高、中、輕、極輕度危險區(qū)。

（2）通過滑坡危險性區(qū)劃圖可以看出，在研究區(qū)西南部，滑坡危險性較高，而在東北部，危險性相對較低；山谷地區(qū)危險性相對較大，主要是因為這部分區(qū)域河流分布較廣，人類活動較多，導(dǎo)致危險性指數(shù)較大。

（3）研究的主要成果是滑坡危險性分布狀況的顯示。通過GIS，對研究區(qū)的坡度、坡向、斷裂帶、降雨、河流分級、土地利用等分析，得到的滑坡災(zāi)害危險性區(qū)劃，可為規(guī)劃和建設(shè)人員提供決策依據(jù)。

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