貴州省凱里市地質(zhì)災(zāi)害基于GIS的危險性區(qū)劃評價

宋 榮 君

(貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局一0一地質(zhì)大隊，貴州 凱里 556000)

1 概述

凱里市位于貴州省中東部，其地理坐標東經(jīng)：107°41′～107°12′，北緯26°00′～26°49′，國土面積1 572.95 km2。屬地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)地區(qū)，隨著日益強烈的人類工程活動，對自然環(huán)境造成了強烈的破壞，也對生命及財產(chǎn)安全帶來嚴重的威脅。因此，本文通過對凱里市地理情況、區(qū)域地質(zhì)及人類工程活動等背景條件進行分析，結(jié)合該區(qū)以往地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)研成果，經(jīng)合理選取評價因子，建立研究體系，以此為基礎(chǔ)對研究區(qū)進行危險性區(qū)劃評價[1]。

2 地質(zhì)災(zāi)害類型

2018年，通過開展貴州省凱里市高位隱蔽性地質(zhì)災(zāi)害隱患專業(yè)排查工作，詳細調(diào)查了區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害類型特征，地質(zhì)災(zāi)害類型包括：滑坡、崩塌、不穩(wěn)定斜坡、泥石流、地面塌陷等，各種地質(zhì)災(zāi)害點共164處(《貴州省凱里市高位隱蔽性地質(zhì)災(zāi)害隱患專業(yè)排查成果報告》)。據(jù)統(tǒng)計，滑坡117處，占總數(shù)的71.34%，崩塌23處，占總數(shù)的14.02%，地面塌陷7處，占總數(shù)的4.27%，不穩(wěn)定斜坡11處，占總數(shù)的6.71%，泥石流6處，占總數(shù)的3.66%。由表1可知，滑坡是研究區(qū)發(fā)育最多的地質(zhì)災(zāi)害，而泥石流是研究區(qū)發(fā)育最少的地質(zhì)災(zāi)害。

凱里市地質(zhì)災(zāi)害類型統(tǒng)計見表1。

表1 凱里市地質(zhì)災(zāi)害類型統(tǒng)計表

凱里市地面塌陷、泥石流地質(zhì)災(zāi)害點數(shù)量較少，難以對其共性進行深入研究。因此本文選取滑坡、崩塌、不穩(wěn)定斜坡三類進行評價。

3 地質(zhì)災(zāi)害危險性評價指標

3.1 高程

研究區(qū)高程為501.3 m～1 355.2 m，根據(jù)凱里市地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查結(jié)果，斜坡地質(zhì)災(zāi)害點主要分布于800 m～1 000 m的高程范圍內(nèi)。地質(zhì)災(zāi)害與高程的關(guān)系為：高程越高，地質(zhì)災(zāi)害點的分布就越密集。根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，分布在800 m以下的地質(zhì)災(zāi)害點為3.72%，分布在800 m～900 m范圍內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害點為31.35%，分布在900 m～1 000 m的地質(zhì)災(zāi)害點為59.56%，分布在1 000 m以上的地質(zhì)災(zāi)害點為5.82%。運用自然斷點法對高程進行重分類，臨界值分別為800,900與1 000，見圖1。

因此，本文對高程的分級為：高程小于800 m的為1級；高程800 m～900 m為2級；高程900 m～1 000 m為3級；大于1 000 m為4級。

3.2 坡度

根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查統(tǒng)計，研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害與坡度的關(guān)系為：坡度越大，地質(zhì)災(zāi)害點的分布就越密集。斜坡類地質(zhì)災(zāi)害(滑坡、崩塌、不穩(wěn)定斜坡)主要發(fā)育于18°～25°斜坡上，占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的53.29%；發(fā)育于0°～10°的斜坡占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)10.36%，發(fā)育于10°～18°的斜坡上的占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的18.38%；大于25°的占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的17.97%，見圖2。

因此，本文對坡度的分級為：臨界值分別為10,18與25。其中，坡度小于10°的為1級；坡度10°～18°為2級；坡度18°～25°為3級；坡度大于25°為4級。

3.3 坡向

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，對坡度進行分類，臨界值分別為90°,180°與270°。其中，坡向大于270°為1級，坡向180°～270°為2級，坡向90°～180°為3級，坡向小于90°的為4級，見圖3。

3.4 巖性

巖性是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)，通過前文分析，對巖性的劃分為：硬質(zhì)巖類為1級，軟硬相間巖類為2級，軟質(zhì)巖類為3級，松散巖類為4級，見圖4。

3.5 構(gòu)造

據(jù)統(tǒng)計，凱里市地質(zhì)災(zāi)害點在地質(zhì)構(gòu)造帶上的分布占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的71.32%，且具有沿構(gòu)造線帶狀分布特征。即：距離斷裂越近，地質(zhì)災(zāi)害點的分布就越密集。采用GIS對研究區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造進行緩沖區(qū)分析，按照構(gòu)造影響距離將研究區(qū)劃分為四個等級，見圖5。

具體劃分標準為：與斷裂距離為1 000 m以上為1級，與斷層距離為600 m～1 000 m為2級，與斷層距離為200 m～600 m為3級，與斷層距離為200 m以內(nèi)為4級。

3.6 水文

凱里市高位地質(zhì)災(zāi)害分布主要沿漁洞河和重安江及支流兩岸分布，受河流切割影響，巖體發(fā)育一條與河流平行的陡傾卸荷裂隙，且該裂縫貫通性及延伸性均好，受裂隙及巖層面切割，巖體易形成孤立塊體，從而形成危巖。

研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害與水文的關(guān)系為：距離河流越近，地質(zhì)災(zāi)害點的分布就越密集。用GIS對河網(wǎng)進行緩存區(qū)分析。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，具體劃分標準為：與河流距離為600 m以上為1級，與河流距離為400 m～600 m為2級，與河流距離為200 m～400 m為3級，與河流距離在200 m以內(nèi)為4級，見圖6。

3.7 降雨

降雨量分級主要是指對研究區(qū)域年均降雨量統(tǒng)計數(shù)據(jù)的分級。本文采用GIS將插值后的降雨量數(shù)據(jù)根據(jù)自然斷點法進行重分類，具體劃分標準為：年平均降雨量小于1 000 mm為1級，年平均降雨量在1 000 mm～1 200 mm內(nèi)為2級，年平均降雨量在1 200 mm～1 400 mm內(nèi)為3級，年平均降雨量大于1 400 mm為4級，見圖7。

選取因子應(yīng)根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)和資料進行。因此，搜集了凱里市1∶20萬地質(zhì)圖、凱里市地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃報告、凱里市30 m分辨率DEM數(shù)據(jù)、凱里市2018年遙感數(shù)據(jù)，凱里市30年氣象數(shù)據(jù)。并根據(jù)這些資料選取了評價因子。本文將凱里市地質(zhì)災(zāi)害危險性評價因子分成4個等級。各評價因子等級劃分見表2。

表2 地質(zhì)災(zāi)害危險性評價因子劃分表

4 地質(zhì)災(zāi)害危險程度評價標準

本文選取的評價等級集合為U={u1,u2,u3}，即將研究區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害危險性分為u1,u2和u3三個等級。其中，u1代表地質(zhì)災(zāi)害危險性低等，u2代表地質(zhì)災(zāi)害危險性中等，u3代表地質(zhì)災(zāi)害危險性高等。通過定性和定量手段分別得到8個因子的隸屬度后，可建立隸屬度矩陣進行計算[2]。相關(guān)參數(shù)見表3。

表3 評價因子參數(shù)

1)建立評價因子集合V={v1,v2,…,vm}，本文評價因子集V={v1,v2,…,v8}，其中，v1為高程；v2為坡度；v3為坡向；v4為巖組；v5為構(gòu)造；v6為水文；v7為降雨；v8為人類活動。2)建立評價等級集合U={u1,u2,…,un}，本文評價等級集合U={u1,u2,u3}，其中，u1，u2，u3分別代表地質(zhì)災(zāi)害危險性低、危險性中等、危險性高。3)確定指標權(quán)重向量A，權(quán)重值本文用AHP層次分析法已求得。4)確定評價因子隸屬度，通過判斷評價因子，得到評價因子的隸屬度向量Ri=(ri1,ri2,…,rin)，建立模糊矩陣R。5)計算綜合評判向量：依據(jù)模糊運算B=A·R，依據(jù)隸屬度最大原則作出評價。

5 危險性區(qū)劃結(jié)果分析

結(jié)合AHP層次法及模糊綜合評價法，凱里市地質(zhì)災(zāi)害的危險性區(qū)域劃分為高危險性區(qū)、中危險性區(qū)和低危險性區(qū)三種級別，高危險性區(qū)分布在境內(nèi)的東北部、中北部和南部，區(qū)域面積為421.23 km2，占全區(qū)總面積的26.78%；中危險性區(qū)分布在境內(nèi)的北部及南部，區(qū)域面積為391.98 km2，占全區(qū)總面積的24.92%；低危險性區(qū)為凱里市境內(nèi)除高、中危險區(qū)以外的區(qū)域，區(qū)域面積為759.73 km2，占全區(qū)總面積的48.30%，見圖8。

5.1 高危險性區(qū)

該區(qū)分布在境內(nèi)的東北部、中北部和南部，區(qū)域面積為421.23 km2，占全區(qū)總面積的26.78%。災(zāi)點密度0.247個/km2，威脅居民點1 736戶7 720人，潛在經(jīng)濟損失19 430萬元。高危險，危害性大。

本區(qū)人類工程活動強烈，地表水系發(fā)育，呈枝狀分布。主要出露二疊系、泥盆系、志留系、奧陶系及寒武系地層，巖性有白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r、泥巖、頁巖、砂巖等，局部分布有煤層，按工程地質(zhì)巖組劃分主要為硬質(zhì)巖類，其次為軟質(zhì)巖類。該區(qū)第四系殘坡積層較薄，以溶蝕～侵蝕中低山地貌為主，地形切割深度較大。巖體表層風化較嚴重，結(jié)構(gòu)破碎，該區(qū)新增多處滑坡、崩塌、不穩(wěn)定斜坡地質(zhì)災(zāi)害隱患點。

5.2 中危險性區(qū)

該區(qū)分布在境內(nèi)的北部及南部，區(qū)域面積為391.98 km2，占全區(qū)總面積的24.92%。災(zāi)點密度0.077個/km2，威脅居民點244戶1 009人，潛在經(jīng)濟損失2 450.00萬元。危險性中等，危害性中等。

本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較發(fā)育，主要發(fā)育有爐山斷層、郭家坪斷層、凱里斷層、大塘斷層、魚洞向斜及旁海背斜等，主要出露白堊系、二疊系、泥盆系、志留系、奧陶系及寒武系地層，其巖性有白云巖、灰?guī)r、泥巖、頁巖及砂巖等，煤炭資源豐富，按工程地質(zhì)巖組劃分主要為硬質(zhì)巖類。該區(qū)第四系殘坡積層較厚，以溶蝕～侵蝕中低山地貌為主。地形切割深度大，多見陡崖。地表水系較發(fā)育，侵蝕較為強烈。人類工程活動較強烈。

5.3 低危險性區(qū)

該區(qū)為凱里市境內(nèi)除高、中危險區(qū)以外的區(qū)域，區(qū)域面積為759.73 km2，占全區(qū)總面積的48.30%。災(zāi)點密度0.018個/km2，威脅居民點124戶826人，潛在經(jīng)濟損失1 830.00萬元。危險性小，危害性小。

本區(qū)構(gòu)造較簡單，以局部小斷層為主。出露地層有寒武系婁山關(guān)群、奧陶系桐梓組、紅花園組、泥盆系望城坡組等。出露巖性以碳酸鹽巖為主，按工程地質(zhì)巖組劃分主要為硬質(zhì)巖類工程地質(zhì)巖組。該區(qū)覆蓋第四系殘積層較薄，以碳酸鹽巖溶蝕緩丘地貌為主，地形相對平緩。地表水系發(fā)育，呈枝狀分布，河流侵蝕較強烈。人類工程活動一般，主要為農(nóng)耕。

6 結(jié)語

1)通過野外調(diào)查，總結(jié)出研究區(qū)發(fā)育的地質(zhì)災(zāi)害主要有5種，包括滑坡、崩塌、不穩(wěn)定斜坡、泥石流、地面塌陷。地質(zhì)災(zāi)害點共164處，包括滑坡117處，占總數(shù)的71.34%，崩塌23處，占總數(shù)的14.02%，地面塌陷7處，占總數(shù)的4.27%，不穩(wěn)定斜坡11處，占總數(shù)的6.71%，泥石流6處，占總數(shù)的3.66%。2)本文選取了坡度、坡向、高程、構(gòu)造、巖性、水文等6個基礎(chǔ)因子，降雨和人類活動2個誘發(fā)因子作為評價因子。其中，構(gòu)造因子采用距斷層距離來表達，水文情況采用距河網(wǎng)距離表達，人類活動采用人口密度來表達。通過量化各個評價因子，本文將各評價因子分為四個等級，并確定分級標準。3)結(jié)合AHP層次法及模糊綜合評價法得到凱里市區(qū)域的危險性分區(qū)結(jié)果。首先用AHP層次法計算得到各評價因子的權(quán)重。再通過模糊綜合評價法得到綜合評判結(jié)果。通過該結(jié)果作出研究區(qū)危險性區(qū)劃圖。統(tǒng)計分析可知，高危險性區(qū)域主要分布在境內(nèi)的東北部、中北部和南部，中危險性區(qū)域分布在境內(nèi)的北部及西南部，其余區(qū)域為低危險性區(qū)域。從結(jié)果上看，凱里地區(qū)災(zāi)害點大多集中于高危險區(qū)域。