基于ＧＩＳ的陜西省安康市地質災害易發性分區

鄭治國　郭俊理　李平錄

摘要：在對陜西省安康市地質災害調查的基礎上，通過選擇年降雨量、坡度、海拔高程、災害點密度、土壤類型、人類工程活動等因素，建立了評價指標體系。采用基于GIS的信息量分析模型對安康市地質災害易發性進行了分區，將研究區劃分為地質災害高易發區、中易發區、低易發區、不易發區。其中，高易發區面積6 135 km2，占全區總面積的26.52%;中易發區面積8 096 km2，占全區總面積的35.01%;低易發區面積6 488 km2，占全區總面積的28.05%;不易發區面積2 411 km2，占全區總面積的10.42%。

關鍵詞：地質災害;易發性;分區;安康市

中圖分類號：P642.2? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2020）03-0053-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.03.011

GIS-based zoning of geological hazards susceptibility in Ankang city of Shaanxi province

ZHEGN Zhi-guo1，GUO Jun-li2，LI Ping-lu3

（1.College of Tourism and Environment Resources，Ankang University，Ankang 725000，Shaanxi，China;2.Shaanxi Key Laboratory of Disasters Monitoring & Mechanism Simulation，Baoji 721007，Shaanxi，China; 3.Ankang of Shaanxi Province Bureau of Ecological Environment，Ankang 725000，Shaanxi，China）

Abstract： Based on the survey of geography disasters in Ankang city of Shaanxi province， an evaluation index system by choosing annual precipitation， slope， elevation， point density of disasters， soil type and human engineering activities was established. Adopting information analyzing model of GIS， the susceptibility zones of geography disasters in Ankang ctiy was made. The results show that Ankang ctiy could be divide into four geological hazard zones， including high-incidence zone， middle-incidence zone， low-incidence zone and nonoccurrence zone. Among the zones， the area of high-incidence zone is? ?6 135 km2， covering 26.52% of the total area; the area of middle-incidence zone is 8 096 km2， covering 35.01% of the total area; the area of low-incidence zone is 6 488 km2， covering 28.05% of the total area; the area of nonoccurrence zone is? ? 2 411 km2， covering 10.42% of the total area.

Key words： geological hazard; susceptibility; zoning; Ankang city

地質災害是指地球巖石圈地殼表層，在大氣圈、水圈和生物圈的相互作用和影響下，由于自然或人為地質作用，給人類生命、物質財富造成損失或使生態環境遭受破壞的災害事件[1]。作為世界上受地質災害危害最嚴重的國家之一，中國地質災害的發生具有類型多、發生頻率高、分布范圍廣等特征。這些地質災害都會直接影響到整個國家經濟的發展和人民生活的各個方面。據統計，中國每年因地震、滑坡、崩塌、泥石流、地面沉降、礦山地質災害和土地荒漠化等災害造成的直接經濟損失高達200億元[2]。但是，如果采取有效的防治措施，災害造成的人員傷亡和經濟損失可以明顯減少。

安康市位于秦巴山區，是全國自然災害最嚴重的地區之一，每年地質災害帶來的經濟損失、人員傷亡及資源環境的破壞相當嚴重，極大地制約了該市社會、經濟、資源環境的可持續發展。

本研究以安康市為對象，在傳統方法的基礎上結合GIS技術，綜合考慮各種因素的影響，以便準確劃分出地質災害高、中、低和不易發區[3]，旨在為安康市區域性的防災減災及災害管理提供科學依據，實現區域的可持續發展;同時，也期望能夠由點及面，為中國的地質災害防治對策制定和災害管理的科學化、規范化、法制化等提供參考。

1? 研究區地質環境概述

安康市位于中國內陸腹地，陜西省東南部，東與湖北省竹山縣、竹溪縣、鄖西縣、鄖縣為鄰;南與重慶市城口縣、巫溪縣，四川省萬源市交界;西與漢中市佛坪縣、洋縣、西鄉縣接壤;北與西安市周至縣、鄠邑區、長安區、商洛市柞水縣、鎮安縣毗鄰。地理坐標為31°42′—33°49′N，108°01′—110°12′E。東西寬約200 km，南北長約240 km。屬秦巴山東段，以漢水—池河—月河—漢水連線為秦嶺和大巴山的分界，其北為秦嶺，其南為大巴山。大巴山面積約占全市總面積的60%，秦嶺約占40%;山地占92.5%（其中，海拔1 800 m以上的亞高山占10%;海拔800～1 800 m的中山占55%;海拔170～800 m的低山占27.5%），丘陵占5.7%，川道平壩占1.8%。全市地面海拔高程以白河縣與湖北省交界的漢水右岸最低，海拔為170 m;秦嶺東梁最高，海拔為2 964.6 m。地屬北亞熱帶大陸性季風氣候區。氣候溫和，雨量充沛，夏無酷暑，冬無嚴寒。年平均氣溫為15 ℃，年平均降雨量為938 mm，降水集中在7月和9月。垂直地域性氣候明顯;無霜期長。但因受蒙古冷高壓和太平洋熱帶高壓以及河西走廊、四川盆地熱低壓控制，多連陰雨和暴雨，有伏旱、大風等災害性氣候。區內大地構造上屬于秦嶺地槽褶皺系南部和揚子準地臺北部漢南古陸的東北緣，分別由秦嶺印支褶皺帶和大巴山加里東褶皺帶組成。褶皺與斷裂發育，巖漿活動頻繁，變質作用廣泛，形成了沉積巖厚度變化巨大、侵入巖廣泛發育、變質巖分布普遍的復雜的構造體系，同時也形成了較為優越的成礦條件，孕育著豐富的礦產資源。

2? 研究區地質災害類型和分布特征

2.1? 地質災害類型

安康市位于秦巴山東段，北依秦嶺，南靠大巴山，漢江自西向東橫貫而過，形成“兩山夾一川”的基本地貌。區地內山高、溝深、坡陡，斷裂構造、易滑地層分布廣泛，地質環境脆弱，加之區域性暴雨頻發，極易引發滑坡、崩塌、泥石流等地質災害，是陜西省地質災害的多發區。據安康市國土資源局地質災害監測站數據，該市地質災害隱患點有1 522處，其中滑坡1 353處、泥石流96處、崩塌71處、地面塌陷 1處、地裂縫1處（表1）。這直接威脅到23 531戶95 393人，房屋數萬間，多處公路、鐵路也受到威脅。其中威脅30人以上的地質災害隱患點523處，占全部地質災害的34.36%。另外，經過近幾年來的強降水作用，又引發了多處新的地質災害隱患。紫陽、嵐皋、鎮坪、旬陽、白河、石泉、寧陜7個縣受到地質災害威脅[4-13]。

2.2? 地質災害分布特征

2.2.1? 地域特征? 該地區地質災害的分布與地形密切相關，主要分布在漢江兩岸及兩側的高中山、中低山地帶、沿河流及較大的溝谷兩側。這些地方地勢相對低緩，堆積層分布廣泛，地質構造發育，巖體破碎，人口相對集中，交通便利，經濟發達，修路、建房等人類工程活動相對頻繁。

2.2.2? 時間特征? 降雨是誘發該地區地質災害的主要原因之一。統計資料表明，安康市在短周期氣象周期內地質災害的發生與區內降雨量呈正相關[14]。該地區長時間降雨及特大暴雨誘發的地質災害也很多，且主要集中在5—9月。

3? 地質災害易發性分區

3.1? 信息量模型的建立

針對地質災害易發性程度的區劃評價涉及諸多因素，不同研究者提出了不同的方法[15-20]。考慮到使用單因素成因分析不能充分代表區域易發程度級別，加之各因素對易發程度劃分的貢獻不同，以其作為劃分易發程度的標志與界限具有一定的模糊性，很難用精確的定量化關系來劃分和表達，因此本研究定量分析決定采用模糊綜合評判法。同時，為了能夠全面反映評判信息，充分考慮各因素對易發程度劃分的貢獻，模糊算子采用加權平均型，最終對安康市地質災害的易發程度進行了綜合評判歸類。

3.1.1? 信息量法原理? 綜合評判是同時考慮各方面因素的影響，對某一對象進行全面的評價[21]。傳統的綜合評價方法具有原理簡單、使用方便等特點，但也存在明顯不足，即評判結果偏于單一，甚至有時還會出現片面和不準確的情況。模糊綜合評判是模糊數學最重要的方法之一，采用模糊綜合評判法對地質災害易發程度進行綜合評價，可以獲得更為客觀的綜合評價效果。

模糊綜合評判實際上是模糊關系中的一種模糊評判矩陣（也稱為模糊變換矩陣）[22]。其數學模型：假設有兩個論域分別為U和V，論域U的每個元素是一個因素，論域V的每個元素均是一個等級。數學表達如下：

因素集U={u1，u2，...，un}，ui為評價因素（評價指標）;

評語集V={v1，v2，...，vn}，vi為評語等級（類別）。

對于因素集中所有因素分別進行單因素評價，可以得到從因素集到評語集的一個模糊關系矩陣[R]，[R]∈F（U×V）。

[R]=r11， r12， …， r1mr21， r22， …， r2m…， …， …， …，rn1， rn2， …， rnm

一般0≤rij≤1。Rij表示某個評價對象按第i個評語等級的隸屬度。若[R]∈F（U×V）一經確定，而且存在一個模糊向量[A]∈F（U），則可惟一確定一個由因素集到評語集的模糊變換[B]：[B]=[A]。其中，[A]=（a1，a2，…，an）為評價因素權重集，ai為第i個評價因素（評價指標）的權重系數，ai=1;[B]= （b1，b2，…，bm）為綜合評判結果集，bj為某個評價對象屬于第j個評價等級的隸屬度。

3.1.2? 信息量法計算過程

1）確定因素集。經調查研究安康市地質災害影響因子主要有人類工程活動、海拔高程、降雨量、地層巖性、地形地貌等。因此在影響因子的選取上，作以下說明：①選取具有代表性的5個縣區。代表性體現在兩個方面， 一方面，災害隱患點個數上具有代表性，所選縣區必須是區內各單元中災害點個數排名靠前的;另一方面，地理位置上要具有代表性，最好漢江兩岸都有分布。②降雨量的選取。降雨是誘發滑坡最重要的外在因素。降雨量的選取是以年降水量作為指標。③地形地貌在具體量化時，以坡度作為量化的參數。④地層巖性上，5個縣區地層巖性基本一致，加上該因子無法具體量化，因此暫不列入考慮因素之列。⑤據安康市國土資源局地質災害監測站統計，安康市滑坡災害與海拔高度的關系十分密切，因此把高程作為影響因子選取。⑥人類工程活動的數據來自現場調查，以百分制來量化。各影響因子具體數據見表2，數據來源于安康市國土資源局地質災害監測站。

利用SPSS對表2數據進行主成分分析，其過程和結果見表3、表4和表5。從表5可以看出，4個影響因子的負荷關系為人類工程活動>年降雨量>坡度>高程。

3.2? 評價指標的建立

鑒于上述結論，確定了本次評價因素集的構成為U={u1，u2，u3，u4，u5}。

式中，u1為人類工程活動強度;u2為年降雨量;u3為災害點發育密度;u4為土體類型（特征包括災體結構類型、孔隙率、滑面的傾向、傾角和埋深）;u5為地形地貌（地形地貌因素在具體量化時，采取地形坡度賦值）。

為了滿足模糊綜合評判法的要求，對上述因素進行量化。具體數值根據陜西省地質一隊對安康市地質環境的分析資料以及大量實例統計數據相結合確定，具體取值見表6。

3.3? 評價指標權重確立

在模糊綜合評判中，考慮到各項指標對總體效果的影響不同，因此不能把它們等效對待和平權處理，改用權重來體現這種重要程度的差異。在模糊綜合評判中，權重的確定非常重要。確定權重的方法很多，如方差分析法、專家打分法和主成分分析法。權重系數是某一因素對地質災害易發性相對影響的量度，系數越大，意味著該因素對地質災害易發程度的影響越大，反之亦然。本研究采用SPSS的回歸加權分析結合專家打分法給出權重系數，見表7。

3.4? 地質災害易發性分區結果

綜合考慮定性分析和模糊綜合評判的結果，結合安康市地質災害的發育特點、成因與規劃分析成果，經過比較分析和驗證，將安康市劃分為地質災害高易發區、中易發區、低易發區和不易發區，分區結果見圖1。

3.4.1? 地質災害高易發區? 主要分布在漢江兩岸的紫陽、漢濱、旬陽、白河等縣區，鐵路沿線，石泉、漢陰、寧陜、平利、鎮坪等縣的人口稠密地區。區內人口密集，人類工程活動頻繁，易滑地層分布廣泛，巖體風化破碎，墾耕程度高，地質災害極為發育。高易發區面積6 135 km2，占全區總面積的26.52%。該區有威脅30人以上的地質災害隱患點322處，其中滑坡290處、崩塌6處、泥石流26處，分別占該區威脅30人以上隱患點數的90.0%、1.9%、8.1%。

3.4.2? 地質災害中易發區? 主要分布于漢江兩岸高中山、中低山地帶和沿河流及較大的溝谷兩側。區內地勢相對低緩，堆積層分布廣泛，地質構造發育，巖體破碎，人口相對集中，修路、建房等人類工程活動相對頻繁，地質災害相對密集。中易發區面積為8 096 km2，占全區總面積的35.01%。該區有威脅30人以上地質災害隱患點173處，其中滑坡161處、崩塌3處、泥石流9處，各占該區威脅30人以上隱患點數量的93.1%、1.7%、5.2%。

3.4.3? 地質災害低易發區? 大面積分布于安康市南部大巴山區，呈條帶狀或片狀分布在寧陜、石泉、漢陰、旬陽、白河等縣。該區屬高中山、中山區，村鎮較少、人口分散、人類工程活動較少，植被覆蓋率較高，巖石堅硬，坡殘積松散層厚度較薄，地質災害多發生在村鎮周圍及公路沿線。低易發區面積為? ? 6 488 km2，占全區總面積的28.05%。目前該區有威脅30人以上的地質災害隱患點23處，其中滑坡22處、崩塌1處，各占該區威脅30人以上災害隱患點的95.7%和4.3%。

3.4.4? 地質災害不易發區? 主要分布在寧陜縣接近秦嶺主脊的高中山區和漢濱區月河盆地。不易發區面積為2 411 km2，占全區總面積的10.42%。目前該區尚未發現威脅30人以上的地質災害點。但要加強林區保護、禁止砍伐，防止人為破壞植被。

4? 結論

1）安康市主要有滑坡、泥石流、崩塌、地面塌陷、地裂縫5種地質災害，其中經過專業隊伍認定的地質災害隱患點有1 522處，其中滑坡1 353處，占88.89%;泥石流96處，占6.31%;崩塌71處，占4.66%;地面塌陷1處、地裂縫1處，各占0.07%?；?、泥石流和崩塌是安康市最嚴重的地質災害。

2）安康市地質災害分布具有明顯的地理時空分布特征。空間特征主要表現在地質災害集中分布在漢江兩岸河谷階地區，該地區具有交通便利、人類活動強烈、人口密度高的特點。時間特征主要表現在地質災害集中于每年的5—10月發生。

3）安康市地質災害受年降雨量、海拔高度和人類工程活動的影響。選取了年降雨量、坡度、高程、災害點密度、土體類型、人類工程活動等作為地質災害易發性分區評價指標是合適的。

4）采用GIS技術將安康市地質災害劃分為高易發區、中易發區、低易發區和不易發區。其中，高易發區面積6 135 km2，占全區總面積的26.52%;中易發區面積8 096 km2，占全區總面積的35.01%;低易發區面積6 488 km2，占全區總面積的28.05%;不易發區面積2 411 km2，占全區總面積的10.42%。

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收稿日期：2019-11-25

基金項目：陜西省教育廳自然科學專項研究計劃項目（15JK1019）;安康學院高層次人才專項研究計劃項目（AYQDZR201215）

作者簡介：鄭治國（1979-），男，陜西乾縣人，講師，碩士，主要從事環境災害及防治研究，（電話）13659156521（電子信箱）14653634@qq.com。