忠武管道滑坡地質災害危險性評價與區劃研究

趙學金　唐正浩

(中國地質大學(武漢)，湖北 武漢　430074)

1　概述

滑坡地質災害的危險性主要是指滑坡在特定條件下發生破壞的概率大小，通常用災害發生的頻率、破壞程度來表征。地質災害的危險性評價就是結合災害的致災孕災因素，分析災害發生的可能性以及破壞后果。

忠武管道穿越崇山峻嶺，地質災害大量發育，由山區地質災害引起的管道失效將造成嚴重的后果，而地質災害廣泛分布于管道沿線，需要采取一定的方法對災害危險性進行區劃，進而采取針對性的措施，對處于危險區的管道進行保護。同時，管道的修建改變了沿線的地質環境，可能誘發地質災害，所以對管道地質災害進行危險性區劃是必要的[1]。

2　管道地質災害危險性區劃的原則和步驟

管道地質災害危險性區劃原則主要有針對性原則、根據實情原則、綜合分析與主導因素相結合的原則、區內相似、區際不同原則及動態原則[2]。

管道地質災害危險性區劃步驟：

1)收集研究區基礎資料。

2)管道沿線地質災害調查。對前一步的分析進行驗證，并對已有災害和災種進行詳細調查記錄。

3)地質災害危險性評估。在考慮地質環境、誘發因素、災害現狀的基礎上對管道沿線的地質災害分災種進行危險性評估，而后綜合各災種的危險性評估制作管道地質災害危險性綜合分區圖。可采用基于GIS的多因子加權疊加運算制作地質災害危險性區劃圖。

3　管道滑坡地質災害危險性區劃評價指標建立

滑坡災害的發生受多種因素的制約，通過對忠武管道沿線滑坡災害的調查和分析，確定從以下三方面對滑坡危險性進行評價：1)地質環境條件。2)誘發因素。3)災害發育現狀。包括災害分布密度、規模[3]。

3.1　滑坡與地形坡度的關系

由于存在坡度，坡體才存在臨空面，松散物質勢能才能轉化為動能。通過對忠武管道沿線滑坡的調查，發現滑坡主要發生在坡度為20°～45°的山坡上，坡度太小的山坡，松散物質勢能太小，不易發生滑坡。

坡度太大的山坡往往發生崩塌。對研究區山體坡度的分級按小于20°，20°～45°，大于45°劃分為三個級別。

3.2　滑坡與地層巖性的關系

管道沿線斜坡的地層巖性及其結構是引發滑坡的重要因素，也是形成滑坡的物質基礎。通過對沿線滑坡的調查，發現滑坡大多發生在含碎屑巖、泥質巖的地層。因此，對研究區地層巖性的分級按巖石堅硬(結構完整)，巖石較軟(結構不完整)，巖石軟弱(有軟弱結構面)劃分為三個級別。

3.3　滑坡與斷裂構造密度的關系

單位面積所包含的斷裂帶的總長度叫做構造斷裂密度，它反映了區域地質構造的活躍程度。對研究區斷裂構造密度的分級按小于0.05 km/km2，0.05 km/km2～0.2 km/km2，大于0.2 km/km2劃分為三個級別。

3.4　滑坡與地震烈度的關系

地震是滑坡災害主要的觸發因素之一。地震烈度越大的地區發生滑坡等自然災害的概率也越高。

3.5　滑坡與多年平均降雨量的關系

降雨是滑坡災害主要的觸發因素之一。降雨可以通過多種途徑觸發滑坡，雨水滲入土體，增加坡重，軟化地層，增加水壓力，促進巖土體風化等。多年平均降雨量越大，對滑坡的產生就越有利。由于研究區所處的幾個縣市多年平均降雨量都在1 100～1 500之間，都處于多年平均降雨偏大地區。雨水對各區域影響基本一致，所以該因素不參與危險性區劃。

3.6　滑坡與河流溝谷發育程度的關系

河流溝谷發育程度對滑坡災害發育的影響顯著。河流溝谷越發育，表明地面越破碎，土壤侵蝕越強烈，地表碎屑物質越多、穩定性越差。河流沖刷坡腳、沖溝侵蝕山體，易產生不穩定斜坡，誘發滑坡。對研究區河流溝谷發育程度的分級按不發育，較發育、發育劃分為三個級別。

3.7　滑坡與人類工程活動的關系

管道沿線經過多個城鎮，城鎮的建設工程活動影響著地質環境，改變了自然環境原有的平衡系統。修建鐵路、公路往往會開挖邊坡或者加載于斜坡上，從而破壞邊坡原有的平衡，造成滑坡。本文的研究中，主要考慮了公路對滑坡災害的誘發，按公路距離小于1 km，1 km～2 km，大于2 km分三級進行緩沖區分析，柵格化，參與后期的因子疊加分析。

4　管道沿線地質災害危險性區劃

引發地質災害的因素有很多，每個因素對災害的貢獻大小不同，因此要對不同因素賦予不同的權重，權重反映了不同因素相對重要性程度。本文采用較為成熟的層次分析法來判斷不同影響因子的權重。管道沿線的滑坡災害通過實地調查結合GIS平臺，運用多因子加權疊加運算制作地質災害危險性區劃圖[4，5]。

由于研究區各城鎮地震烈度、多年平均降雨量基本一致，對危險性區劃結果影響較小，所以在本次評價中暫不考慮這些因素。忠武管道滑坡災害的危險性區劃主要考慮以下幾個因子：地形坡度、地層巖性、斷裂構造密度、河流溝谷發育程度、道路工程、災害分布密度。

進行滑坡危險性區劃，首先需要對單個影響因子進行級別劃分，歸一化處理。本文以地形坡度因子的分級歸一化為例，來說明這一過程。將前面提取的坡度柵格數據按坡度小于20°，20°～45°、大于45°劃分為三個級別。而后運用ArcGIS重分類功能把坡度分級圖的三個級別分別賦予不同的數值，進行歸一化處理，有利于災害發生的類別被賦予較高的值，如坡度中20°～45°這個類別被賦予較高數值。進行歸一化處理是讓不同影響因子進行疊加計算的前提。

同地形坡度的級別劃分，歸一化處理的過程一樣，可進行其他幾個因子的級別劃分歸一化處理。級別劃分方案和歸一化處理數值見表1。從而可以得到歸一化處理后的地形坡度圖、地層巖性圖、斷裂構造密度圖、河流溝谷發育程度圖、道路工程圖、災害分布密度圖。需要注意的是這些圖都是柵格數據。

表1　滑坡災害危險性評價指標體系及量化表

然后，利用ArcGIS中的柵格計算器對影響滑坡災害發生的六個因子歸一化柵格圖進行加權疊加計算，得到綜合考慮環境條件、誘發因素、災害發育現狀等評價因子的滑坡災害危險性分布圖。柵格計算公式如下：

滑坡災害危險性分布圖=地形坡度圖×0.25+地層巖性圖×0.125+斷裂構造密度圖×0.125+河流溝谷發育程度圖×0.2+道路工程圖×0.05+災害分布密度圖×0.25。

最后得到的滑坡災害危險性分布圖的數值在0.3～1之間，值越大表明滑坡災害的危險性越高。根據得分，并結合管道沿線地形地貌單元特征對滑坡災害進行危險性區劃。滑坡災害危險性區劃流程圖見圖1，管道沿線滑坡災害危險性分區情況如表2所示。

表2　滑坡災害危險性分區表

管道里程地理位置危險性等級K000～K019+604忠縣—趕家橋低山丘陵區高K019+604～K046+165趕家橋—黃水中山區低K046+165～K053+788黃水—雙河中山區高K053+788～K073雙河—后壩中山區中K073～K105后壩—祝家灣低山丘陵區低K105～K115+815祝家灣—土橋低山丘陵區中K115+815～K136+856土橋—長慶低山丘陵區低K136+856～K185+498長慶—熊家巖中低山區高K185+498～K269熊家巖—野三關中低山區中K269～K327野三關—賀家坪中低山區高K327～K337+374賀家坪—螞蝗溪中低山區低K337+374～K353+273螞蝗溪—高家堰低山區高K353+273～K370+100高家堰—劉家坳低山區中K370+100～K393+342劉家坳—大溪溝低山丘陵區高K393+342～K400+373大溪溝—善溪窯丘陵區低

5　結語

采用ArcGIS平臺對管道地質災害危險性進行評價與區劃研究的方法日趨成熟，該方法在管道地質災害的運用中極大地提高了管道地質災害風險管控的效率，保障了管道的安全。本文在考慮忠武管道沿線地形坡度、地層巖性、斷裂構造密度、河流溝谷發育程度、道路工程、災害分布密度等重要影響因素的基礎上，采用多因子加權疊加的方法對管道全線滑坡地質災害的危險等級進行劃分，利用ArcGIS中的柵格計算器對影響忠武滑坡災害發生的六個因子歸一化柵格圖進行加權疊加計算，得到滑坡災害危險性分布圖，為管道滑坡地質災害的預警預報提供了依據。

參考文獻：

[1]中國石油管道公司.油氣管道地質災害風險管理技術[M].北京:石油工業出版社,2010.

[2]鄧清祿.忠武輸氣管道榔坪河谷水毀段永久治理工程勘察報告[R].2010.

[3]陳麗霞,殷沖龍,張桂榮.浙江省磐安縣滑坡災害空間預測[J].地球與環境,2005,33(sup):359-363.

[4]郭春迎.蘭鄭長輸油管道信陽—長沙段地質災害空間信息管理[D].武漢：中國地質大學(武漢),2011.

[5]操麗,鄧清祿.基于ArcGIS的川氣東送管道地質災害空間信息管理與風險評價系統設計與實現[J].安全與環境工程,2013,20(2):108-112.