基于GIS的地質災害危險性區劃研究

許憶

（浙江華東建設工程有限公司，浙江杭州 310014）

基于GIS的地質災害危險性區劃研究

許憶

（浙江華東建設工程有限公司，浙江杭州 310014）

GIS具有強大的空間分析能力和數據處理能力，可用于對各種地質災害的發生概率和可能的致災后果進行評估，通過開展對多種不同信息的綜合分析，分析空間對象之間的相互關系，從而揭示地質災害的演化規律，為防災減災工作提供理論依據。以GIS在地質災害中的運用現狀為基礎，提出一種基于GIS的地質災害危險性區劃方法，并將該方法用于Vulcano火山島的實例研究中，取得了較好的效果。

地質災害；地理信息系統；危險性區劃；預警技術；空間分析

地質災害是指在地質營力或人類活動的作用下形成的，對人類社會經濟造成破壞損失的一種災害形式，主要包括滑坡、崩塌、泥石流、地裂縫、地震、火山和地熱等具體災害類型［1］。地質災害的危險性區劃，是一種地質災害空間預測的工作手段，首先以現有地質災害的分布特征和演化機制研究為基礎，篩選出各類地質災害的主要影響因素，即地質災害危險性區劃的參評指標；其次通過一定的數學模型對潛在的地質災害發生的可能性進行數學計算；最后以計算結果為依據，對研究區該類地質災害的危險性進行空間劃分［2］。傳統的地質災害危險性區劃方法，存在著較多的缺點和弊端。

地理信息系統（Geographic Information System，GIS），是在計算機硬、軟件系統支持下，對整個或部分地球表層空間中的有關地理分布數據進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統。地理信息系統涉及到計算機學、測繪遙感學、空間科學、地理學、信息科學和管理科學等諸多學科。將GIS技術引進到地質災害危險性區劃中，可有效解決上述缺點和弊端。

1 GIS在地質災害研究中的應用

1.1 地質災害評價和管理

地理信息系統具有多種存儲管理和分析計算功能，通過建立地質災害的空間信息管理數據庫，對地質災害的分析資料進行分類管理，用于可視化查詢地質災害的空間分布特征，從而對地質災害的危險程度進行合理的評價。在此基礎上，可對地質災害的各類影響因素間的相關關系進行定量化計算，以計算結果為基礎，開展地質災害發生概率和致災范圍的預測研究。

1.2 地質災害的危險性區劃評價

地質條件具有明顯的不確定性，不同地質條件之間也具有復雜的相互關系。因此，地質災害的危險性區劃應以大量基礎地質條件調查為基礎。采用GIS開展地質災害危險性區劃，應通過上述基礎資料的計算分析，獲得具有可靠性和確定性的計算結果。具體實施步驟如下：①通過地質災害的內外因影響因素分析，篩選出合適的評價指標；②選取合理的數學評價模型，結合實際地質條件，開展地質災害危險性等級區劃；③根據地質災害危險性等級區劃結果，為地質災害的風險預測和防災減災工作提供理論和技術支撐。

1.3 地質災害預警技術

地質災害預警系統主要包括幾個單元：地質災害災情模擬單元、空間數據庫存儲單元、地質災害災情預測分析單元。地理信息系統能夠存儲、處理、分析、計算和成圖，地理信息系統在進行多因素定量模擬分析，以及對各因素之間相互關系的定量計算方面，具有得天獨厚的優勢。

2 基于GIS的地質災害危險性區劃

2.1 目的和作用

地質災害危險性區劃的基本內容是：以研究區該種地質災害類型在地質歷史中的活動程度，以及該種地質災害類型的形成條件為基礎，結合研究區的實際自然條件和當地的社會經濟特點，對該種地質災害可能的危險程度和預計的空間分布規律開展預測研究，以此為基礎劃分該種地質災害類型的危險等級。基于GIS的地質災害危險性區劃結果，可以為地質災害的風險評估和防治規劃提供重要的理論依據和技術支撐，對地質災害的防災減災具有重大意義，直接關系到經濟發展和社會穩定。

2.2 基本步驟

2.2.1 研究區網格單元剖分。地質災害所涉及的工作區域需要進行網格剖分，一般網格剖分可采用柵格數據處理方法，根據不同情況確定每個單元的面積。對于地質條件較為單一的地區，網格剖分可稍大稀疏一些；對地質條件較為復雜的地區，網格剖分可稍微緊密一些。依據上述基本原則，將地質災害所涉及的研究區劃分為若干個網格。

2.2.2 評價因素的選取與數字化。選取評價因素的基本原則是，從地質災害的本質特征出發，通過分析地質災害的具體表現形式及其對人類社會經濟的損害程度，篩選出地質災害的不同影響因素。一般地質災害的各種影響因素主要可分為兩類：基本因素和影響因素。基本因素是指地質災害最為本質的內在特征；影響因素是指影響和誘發地質災害的外在因素。在評價因素選取過程中，需要對各類評價因素進行系統分析，進而對不同影響因素的不同狀態進行定性劃分。最后，在上述分析的基礎上，根據各評價因素的不同狀態，計算出該類地質災害產生的影響程度，從而獲得其信息量值。

2.2.3 地質災害危險性區劃。采用GIS疊加各網格中不同評價因素的信息量值，從而得到各網格信息量的綜合評價值。其具有突出的客觀性，該方法可在常規分析方法中無法使用的類別數據中較好地運用，具有操作便利的優點。地質災害危險性區劃結果具有較好的可靠性，且操作過程簡便，可在地質災害的危險性、易損性、風險性評價中較好地運用。

3 實例研究

3.1 基本概況

Vulcano火山島位于意大利南部西西里以外的地中海中，是世界著名的旅游地。火山島南北長約7.0km，東西寬約4.5km，面積約為20km2，夏季高峰季節日游客達5萬人，冬季旅游淡季日游客為1 000人左右，島上固定居民為280人，有通訊中心、能源供應中心、淡水供應中心、碼頭、直升飛機場、小學、警察和醫療點等必要的生活設施。

Vulcano火山島上埃特納火山處在幾組斷裂的交匯部位，一直活動頻繁，是有史記載以來噴發歷史最為悠久的火山，近年來埃特納火山一直處于活動狀態。為保證當地居民及游客的生命和財產安全，減少損失，對Vulca?no活火山進行災害危險性評估具有重要意義。本文利用MAPGIS，考慮熔巖流、火山彈、火山灰、有害氣體和次生災害5種災害類型對Vulcano火山進行危險性分析。

3.2 火山地質災害危險性區劃

本文將火山地質災害分成5種具體災害后，按照各種災害的影響因素，利用MapGIS軟件作出各種災害的危險性區劃圖，最后按照各種災害的權重，在MapGIS軟件上進行加權疊加后得到研究區域的火山災害總體危險性區劃圖。

3.2.1 區域內單元網格剖分。利用MapGIS軟件對Vulcano火山島進行網格單元剖分。共劃分單元525個，如圖1所示。

圖1 Vulcano火山島網格單元劃分圖

3.2.2 具體災害危險性區劃。將每一種火山災害的不同影響因素進行權衡計算，進行危險性分區。按照5個等級：極高危險、高危險、中危險、低危險與極低危險區域來區劃。限于篇幅，本文只對熔巖流災害作出具體分析，山彈、火山灰、有害氣體和次生災害的區劃過程與熔巖流的基本一致。

熔巖流是指從火山口噴溢流出的熔巖，其溫度常在900～1 200℃，其形成于非爆炸式噴發或者爆炸式噴發熔巖噴泉。熔巖流所到之處，全部毀滅。因此，巖漿流具有毀滅性的破壞力。其劃分標準為歷次噴發熔巖流的范圍和強度，距火山口距離的遠近，地形坡度陡緩。

綜合分析發現，該島有2個火山，主火山南側海拔約為350m，北側海拔約為250m，北側居民聚集區海拔約為20m，相對高差較大。因此，發現火山一旦噴發，出現熔巖流將會對北側居民區重大影響。火山東南側為一沖溝，發生熔巖流災害時，熔巖流極易沿沖溝活動。北部小火山海拔約為85m，高差約為60m，噴發次數較少。因此，在小火山周圍定為高危險區。綜合考慮得出巖溶流危險性MapGIS區劃圖如圖2所示。

圖2 熔巖流危險性區劃圖

3.2.3 各災害權重計算。綜合考慮每種災害的頻率權重和強度權重2種因素。頻率權重是根據火山在每一次噴發時某一種具體災害的發生概率的比值求得，強度權重是根據每種具體災害發生時的強度對比求得。綜合考慮2種因素后求得一個計算平均權重，如表1所示。

表1 各災害權重分配表

3.2.4 各災害加權疊加。首先對各種災害危險性區劃圖中的等級進行賦屬性值，將極高危險單元賦屬性值5，高危險賦屬性值4，中危險賦屬性值3，低危險賦屬性值2，極低危險賦屬性值1。每一個單元格的總體危險性根據5種災害進行加權疊加后確定，計算公式如下：

式（1）中，H為總的危險性屬性值；αm為第m種災害的權重；為第i個單元第m種災害的危險性，分為5個等級（屬性賦值1～5）。

對各種災害類型進行加權疊加，疊加后的單元格等級屬性數值范圍在1～5，按照等級高低劃分總體危險性，標準如表2所示。

表2 屬性值區劃標準表

3.2.5 總體危險性區劃圖。將熔巖流、火山彈、火山灰、有害氣體和次生災害5種災害類型，分別按照5個等級：極高危險、高危險、中危險、低危險與極低危險區域進行區劃，并對每一個單元格進行賦值。最終采用式（1）進行加權疊加，并采用表2所示的區劃標準，利用MapGIS生成最終危險性區劃圖，如圖3所示。

圖3 火山災害總危險性區劃圖

4 結論

地質災害區劃涉及的信息具有多樣性和空間性，是一項極其復雜的系統工程，傳統的地質災害區劃方法，存在著較多的缺點和弊端。將GIS技術引進到地質災害危險性區劃中，可有效解決上述缺點和弊端。在不同空間和時間尺度上，采用GIS技術研究地質災害發生的地質環境，管理各項地質災害的相關信息，計算各項地質災害之間的復雜數據，最終評價各種災害的發生概率及致災后果。基于GIS的地質災害區劃可對多種不同信息進行綜合分析，探索空間對象之間的相互關系，分析潛在災害和災害對一定區域內的影響。采用GIS對災害數據的計算和輸出功能，基于綜合屬性分析方法對地質災害進行區劃，使地質災害區劃進入了信息化、定量化、自動化的新階段，為我國地質災害的風險評估提供了技術支撐。基于GIS技術的地質災害區劃結果具有較好的可靠性和可操作性，值得進一步推廣運用。

［1］羅元華，張梁，張業成.地質災害風險評估方法［M］.北京：地質出版社，1998.

［2］張梁，張建軍.地質災害風險區劃理論與方法［J］.地質災害與環境保護，2002（4）：323-326.

Research on Geological Hazards Risk Zonation Based on GIS

Xu Yi
（Zhejiang Huadong Constructions Engineering Co.Ltd.，Hangzhou Zhejiang 310014）

GIS has powerful spatial analysis and data processing capacities,and it can be applied to evaluate the probability and possible consequences of geological disasters.And through the comprehensive analysis of various in?formation,the GIS can find out the relationship between different space objects,so as to illustrate the evolvement rule of geological disasters,which will provide a scientific basis for decision-making of disaster prevention and mitiga?tion.A geological disaster risk zonation method was proposed,which was based on GIS and it’s actuality of applica?tion in geological disasters.The proposed method was applied in the study of volcanic island Vulcano instance,and good results have been achieved.

geological hazards；GIS；hazard zonation；early warning technology；spatial analysis

P694；P208

：A

：1003-5168（2017）01-0027-03

2016-12-03

許憶（1962-），男，大專，高級工程師，研究方向：水利水電工程勘察及地質災害防治。