甘肅隴南石雞壩鄉幅地質災害危險性評價

張 超，田運濤，張宇飛

(1. 中國地質調查局 水文地質環境地質調查中心，河北 保定 071051； 2. 山東省魯南地質工程勘察院，山東 濟寧 272100)

0 引 言

地質災害易發性是指某一地區過去和未來易于發生滑坡的傾向性或敏感性，即對某一地區現存或潛在滑坡的類型、體積(或面積)和空間分布的定量或定性評價，也指某一地區已有滑坡復活或潛在滑坡發生的潛勢或可能性[1]。危險性指可能導致潛在不良后果的狀況，主要指地質災害發生的時間概率、破壞力(強度)、速度、位移及其擴展影響范圍。其中地質災害易發性評價涉及的影響因素，是決定本體穩定程度強弱的內在因素，包括地形地貌、地質構造、工程地質特征、斜坡結構類型、河流侵蝕及植被覆蓋條件等；而危險性評價側重外在誘發因素，包括降雨、地震及人類工程活動等。

地質災害易發性、危險性評價方法較多，歸納起來主要包括統計分析法[2]、層次分析法[3-4]、邏輯回歸法[5-6]、權重指標法[7-9]、遞進分析法[10]、信息量法[11]和其他方法[12-15]。每種方法都具備各自的特點及適用性，但也存在不足之處。信息量法，相對來說比較客觀，但是所采用的災害數據多是變形破壞后趨穩的，會產生一定的誤差；權重指標法在確定權重時，存在主觀判斷，不同專家針對同一地區進行評判，結果往往差別較大；采用確定性模型的評價方法需要計算不同類型邊坡的穩定性，再進行推導，實施難度較大。但無論何種方法，評價結果的準確性都取決于詳實的災害編錄數據、災害地質環境背景數據以及對兩者內在關聯性的精確分析。

由于崩塌滑坡和泥石流的成因機理不同，故分別展開危險性評價。采用信息量法對石雞壩鄉幅崩滑進行危險新評價，原因如下：① ArcGIS平臺在空間模型計算和圖形表達等方面具備明顯優勢，在區域地質災害危險性評價和預測方面應用較為廣泛；② 信息量法采用源于信息科學的計算公式，計算原理與公式推導簡易，便于操作，評價因子數量沒有限制，各個因子權重由公式直接計算，計算過程方便快捷，避免了人為主觀判斷，評價結果較為客觀，經過多年發展，該種方法在地質災害空間預測方面已趨于成熟并得到廣泛認同。

泥石流危險性評價選用信息量法和定性評價方法結合的方式進行，采用單溝尺度的因素評分法和信息量法確定的泥石流流域范圍內潛在物源區來綜合評判泥石流的易發性，然后通過誘發因素的強弱來進行單溝尺度的危險性評價。

1 地質環境背景與災害發育特征

石雞壩鄉幅位于位于甘肅文縣與四川九寨溝縣的交界部位，總面積431.5 km2。地勢上總體西北高，東南低，高差2 500 m，可劃分為侵蝕構造高山區、侵蝕構造中低山區及侵蝕堆積河谷地貌(圖1)。高山區位于圖1中西南部四川勿角自然保護區一帶，侵蝕堆積河谷地貌沿河分布，中低山區分布于圖1中其他地區。該地氣候屬北亞熱帶向北溫帶過渡區，具有垂直氣候帶明顯和干濕季分明兩大特點。雨量分布不均，多年平均降水量為425～625 mm，降水總趨勢自東南向西北減少，從淺山河谷向高山增加。

圖1 石雞壩鄉幅地質災害工程地質條件Fig. 1 Engineering geologic conditions of geo-hazard in Shijiba town

受到秦巴山地和青藏高原隆起的雙重影響，地質構造復雜，斷層較發育，且褶皺多以復式背斜、復式向斜形式出現，研究區處于文縣山字型西翼，由二疊紀、三疊紀構成的復式褶皺及其南側的壓扭性斷裂組成，總體走向NW50°，集中發育于圖幅南部地區，其中東南部發育兩條活動性斷裂，延伸長度在6 km左右。研究區出露地層巖性主要為第四系黃土類土、碎石土、三疊系砂巖、板巖、二疊系板巖、灰巖、石炭系灰巖、泥盆系砂礫巖、板巖。受強烈構造運動影響，巖層傾角普遍偏大，多數在60°以上。根據其工程地質特性，將其劃分為5類工程地質巖組：Ⅰ.碎石土、卵礫石、風積土，主要分布于白水江及其支流河谷和沿岸斜坡；Ⅱ.薄-中層軟硬相間的板巖、砂巖巖組，分布于東北部地區；Ⅲ.薄-中層堅硬、半堅硬灰巖、板巖巖組，分布在白水江沿岸；Ⅳ.中-厚層堅硬灰巖、白云巖巖組，分布于西南部、中北部、東北部地區；Ⅴ.薄-中層堅硬石英砂巖、礫巖巖組，分布于東南部地區。

該區位于地震多發地區，地殼運動呈現出不勻性和間歇性上升的特點，并伴隨著中強地震的發生。據史料記載，自公元278年至今研究區附近發生地震21次，其中大于5級的地震有11次，以1879年武都地震和2008年汶川地震震級最大，引發了大量規模大、危害性高的次生崩滑流地質災害。

據中國地質調查局項目“隴南白水江流域地質災害調查”編錄數據，該圖幅內發育滑坡及隱患61處，以中大型基覆滑坡為主；崩塌及隱患30處，以中大型巖質崩塌為主；泥石流及隱患77處，以中小型稀性泥石流為主。崩滑地質災害崩滑范圍和潛在威脅范圍總面積15.73 km2，泥石流流域范圍和沖洪積扇總面積133.88 km2，分別占圖幅面積3.65%、31.03%。對地質災害編錄數據進行參評因素的逐項分析。其中崩滑與坡度關系，滑坡主要集中在15°～40°區間，崩塌主要集中在40°～54°區間；崩滑與坡高關系，滑坡主要集中在20～50 m區間，崩塌主要集中在25～80 m區間；崩滑與坡向關系，主要集中在北東、南、南西方向，以南西向最多；崩滑與工程地質巖組關系，主要集中于第四系殘坡積碎石土和二疊系強風化板巖、灰巖巖體中；崩滑與斜坡結構關系，飄傾坡、基巖覆蓋層集中發育，尤以基巖覆蓋層滑坡分布廣泛；崩滑與斷裂關系，活動斷裂影響帶崩滑分布較密集，其余斷裂與崩滑發育相關性不高；與植被覆蓋率關系，植被覆蓋率與崩滑發育程度呈現出較好的負相關關系；河流與道路切割坡腳處，崩滑發育比較密集；與年均降雨量關系，年均降雨量大的區域主要分布在圖幅東北和西南部，沿白水江一帶較小，與崩滑發育程度未呈現出明顯的相關性；與地震峰值加速度關系，地震峰值加速度0.3g區災害發育較密集，其余地區地震加速度均為0.2g，未見明顯相關關系，見圖2。

圖2 致災因子與地質災害分布關系Fig. 2 Relationship between disaster-causing factors and geo-hazard distribution

2 地質災害易發性評價

2.1 信息量模型

信息量模型(式1)屬于貝葉斯概率模型(或者雙變量分析)的一種，評價過程中可較好的反映成災因素與地質災害的關聯性；通過定量評價能夠反映出各成災因素的相對敏感程度和各成災因素中不同要素區間的貢獻率大小。

(1)

式中：IAj→B為成災因素A中第j區間地質災害發生的信息量值；Nj為成災因素A中第j區間的地質災害面積值或災點數；Sj為災要素A中第j區間的分布面積；S為區域總面積；N為區域內崩滑地質災害總面積。

需要注意的是，信息量模型中IAj→B值可以有正負之分，“正值”表明該要素區間對地質災害形成的貢獻率大于區域平均值，有利于地質災害發生；“負值”表明該要素區間對地質災害形成的貢獻率小于區域平均值，不利于地質災害發生；“0值”表明該要素區間對地質災害形成的貢獻率處于平均水平。

信息量模型能夠給出各影響要素排序，在易發性評價和危險性評價中對各要素區間進行信息量重新賦值并進行疊加運算，通過對易發性、危險性數值分布特征的統計分析并結合研究區地質災害發育規律進行4個級別(高、中、低、極低)的劃分。

The influence on the Q factor from scattering is mainly due to the surface roughness. It can be expressed as:

2.2 評價過程

本次評價使用2015年2月SPOT6遙感數據，分辨率1.5 m，對全區進行了黃土類土、碎石土和植被覆蓋率解譯；區域地質圖比例尺為1∶200 000，調查過程中進行了工程地質圖的修編；地形地貌數據來源于中科院數據云ASTER GDEM 30 m分辨率數字高程數據。崩滑地質災害易發程度的計算依據影響因素統計分析結果，泥石流采用15因素評分法進行單溝尺度評價。

在分析各影響因素對研究區地質災害發育特征的基礎上，考慮其自身屬性，將地形地貌、地質構造、工程地質特征、斜坡結構、河流侵蝕及植被覆蓋率等6類影響因素劃分為9種具體要素、43個要素區間進行了信息量值計算，并按照計算結果由大到小進行排序，以揭示不同要素區間對地質災害影響的強弱程度，見表1。

表1 地質災害易發程度影響因素信息量計算結果Table 1 Calculation results of information quantity of influencing factors of geo-hazard susceptibility

地質災害發生主要的影響要素區間分別為：活動斷裂影響帶(0～1 500 m)、坡向南西向、工程地質巖組中殘坡積碎石土、斜坡結構中覆蓋層和飄傾坡、河流影響帶(干流0～800 m、一級支流0～500 m)、TM植被指數(0～0.27)；次要影響要素區間分別為：地形坡度(13.5°～27.0°)、坡高(0～50 m)、坡向南向、工程地質巖組中薄─中層堅硬、半堅硬灰巖、板巖巖組、TM植被指數(0.27～0.40)。

對各要素區間進行信息量重新賦值并進行疊加運算，通過對易發性數值分布特征的統計分析并結合研究區地質災害發育規律，劃為為易發性高、中、低、極低四級區域，即得到易發性評價結果，見圖3。

圖3 石雞壩鄉幅地質災害易發性評價區劃Fig. 3 Geo-hazard susceptibility assessment division in Shijiba town

3 地質災害危險性評價

對人類工程活動、區域降雨和地震3類誘發因素進行信息量計算，根據要素自身屬性和空間分布特征，劃分為7個要素區間，并進行排序，以揭示不同誘發要素區間對地質災害的致災效應的強弱程度(表2)。

表2 地質災害危險程度誘發因素信息量計算結果Table 2 Calculation results of information quantity of risk inducing factors of geo-hazard

該地區屬于典型的高山峽谷區，雨云受到高山的阻擋會產生較大的降雨，造成了高海拔地區年均降雨量較大，沿江溝谷處年均降雨量小的現象。該地區地質災害主要發育于白水江沿岸，使得年均降雨量與地質災害發育的相關性較差，需要對其信息量值進行人為干預。信息量法計算各要素I值最大值在0.8左右，年均降雨量差值200 mm/a不會造成太大差別，故綜合考慮，將區域降雨中4個要素區間分別取值為0.5、0.6、0.7、0.8。則地質災害發生主要誘發要素區間分別為：道路影響帶(國道、省道0～300 m、縣鄉道路0～200 m)、地震峰值加速度0.3 g、年平均降雨量>475 mm區域，與定性分析結果一致。

在易發性評價基礎上進行疊加并進行危險性區劃，得到危險性評價結果見圖4。其中泥石流物源區位于降雨量大或地震加速度高值區，植被覆蓋率低且與崩滑危險性相吻合，其危險性較易發性增大一個級別。

圖4 石雞壩鄉幅地質災害危險性評價區劃Fig. 4 Geo-hazard risk assessment division in Shijiba town

4 結 論

2)運用Arcgis軟件的統計功能模塊對各級易發區、危險區進行分析統計，結果如下：石雞壩鄉幅崩滑地質災害易發性高區域面積29.52 km2，分布于白水江沿岸及部分支流沿岸，占圖幅面積6.84%；易發性中等區域面積92.27 km2，分布于白水江、中路河沿岸坡體及圖幅東南部山區，占圖幅面積21.38%；易發性低區域面積244.24 km2，占圖幅面積56.60%；易發性極低區域面積70.46 km2，占圖幅面積16.33%。

崩滑地質災害危險性高區域面積14.22 km2，分布于白水江中下段、中路河沿岸及圖幅東南部山體斜坡，占圖幅面積3.30%；危險性中等區域面積51.05 km2，分布于白水江、中路河等支流沿岸，占圖幅面積11.83%；危險性低區域面積95.32 km2，分布于白水江及其支流沿岸山體斜坡，占圖幅面積22.09%；危險性極低區域面積270.93 km2，分布于其他地區，占圖幅面積62.79%。

泥石流地質災害6條易發性高， 71條易發性中等， 1條易發性低； 17條危險性高， 59條危險性中等， 1條危險性低，易發性高、危險性高泥石流主要分布于圖幅東南部白水江沿岸。

3)根據石雞壩鄉幅地質災害發育分布規律和地質災害危險性評價結果，使得地質災害防治工作更加聚焦：區內地質災害高危險性區域主要分布于白水江及其部分支流沿岸，在石雞壩鄉下游地區呈現集中分布的特點，這些地區是地質災害防治的重點，建議對該區域內威脅重大的災害點進行工程治理，并輔之專業監測，同時加強人類工程活動的管控，不允許削坡建廠，規范礦業活動行為等；地質災害中等危險性區域主要分布于河流、道路影響帶和局部斜坡，威脅主要交通干線，建議對目前處于欠穩定狀態的崩滑災害體進行治理，崩塌威脅路段可修建平硐或掛網，滑坡威脅路段可通過修建抗滑樁或擋墻來加固，對處于基本穩定或潛在的災害體建議加強巡視和群專監測進行防治；物源區處于高位且人跡罕至的泥石流，是常規手段調查的空白區，建議運用InSAR手段對該區域進行長期觀測，以達到有備無患的目的，危險性高的泥石流，建議修建多級擋墻，輔之以專業監測手段來進行防治，危險性中等的泥石流，建議修建1～2級擋墻并輔之以簡易監測設備進行監測，區內多條坡面泥石流是雨季造成交通癱瘓的最大隱患，建議進行斜坡復綠或在斜坡溝槽的基礎上修建快速導水通道，防治水土快速流失。加強科普宣傳的力度，尤其是處于地質災害中高危險性區域內的居民，使其在突發災害面前能夠科學自救。