基于GIS 的金秀瑤族自治縣地質災害易發分區評價研究

韋學松， 江思義， 梁寶疊， 谷士飛

（廣西壯族自治區地質環境監測站，廣西 南寧530029）

0 引言

從地質環境角度對可能發生地質災害的狀況進行易發性預測評價具有重要的實際意義，預測評價結果可為國家和地方政府的地質災害應急管理和防災減災提供可靠的科學依據和資料［1］。

2000 年我國制定了縣（市） 地質災害調查與區劃基本要求，陸續出現了地質災害易發性分區評價的研究成果。 2002 年，葉鳳珍等［2］以廣西田林縣為例，對該區域進行了地質災害易發程度分區與評價；同年，鐘蔭乾［3］總結了地質災害易發性的評價方法和崩塌、滑坡、泥石流、巖溶塌陷的易發程度評價因子，強調必須同時注重災害現狀和形成條件兩類。其后隨著GIS 技術在我國的快速發展，全國各地以縣（市、區）為單位的地質災害易發性評價如雨后春筍一樣不斷冒出。 趙彥寧［4］借助GIS 技術對吉林省敦化市的地質災害易發性區劃方法進行了研究；張英［5］基于ArcGIS 平臺，并利用層次分析法和信息量法對旬陽縣地質災害易發性分區進行了評價研究；宋世鑫［6］基于MapGIS 平臺，利用指數法和信息量法對陜西省定邊縣地質災害易發性進行了評價研究；徐媛［7］基于GIS 對互助縣地質災害易發性進行研究。 相關的研究成果不勝枚舉，區域不同，選取的地質災害易發性分區評價的因子不同，再結合恰當的數學方法或評價模型成為地質災害易發性分區評價研究的關鍵。

1 研究區概況

金秀瑤族自治縣位于桂中東部地區，地理坐標為東經109°48′47″ ～110°27′20″，北緯23°41′20″ ～24°27′58″。 縣境內東西寬65.4 km，南北長86 km，總面積2 518 km2。 東鄰蒙山縣、平南縣，西鄰象州縣，北靠荔浦縣、鹿寨縣，南接桂平市、武宣縣。 金秀瑤族自治縣是一個以低山丘陵為主的山區縣，山地面積占全縣總面積的83%，除北部三江鄉東北屬駕橋嶺余脈外，大部分屬于大瑤山山脈。 縣內人類工程活動頻繁，大多數農村地區農民對地質災害防災意識薄弱，是廣西地質災害多發縣。

通過對搜集的資料進行研究和地質災害詳細調查，金秀縣地質災害及隱患共360 處，其中，崩塌233處，數量最多，占64.72%；滑坡52 處，占14.44%；不穩定斜坡58 處，占16.11%；泥石流15 處，占4.17%；巖溶地面塌陷2 處，占0.56%。 崩塌、滑坡和不穩定斜坡為金秀縣地質災害的主要類型。

2 評價方法與評價因子研究

2.1 評價方法研究

地質災害易發性分區的方法有很多，總體上可分為定性分析和定量評價兩種，定量評價目前成為主導［4］。 本次研究采用在定性分析工作區地質災害發育特點的基礎上，利用GIS 技術定量進行易發區劃分。 具體方法步驟如下：

（1）根據金秀瑤族自治縣地質災害發育特點，確定控制和影響地質災害發生的主要（n個） 因素，建立金秀瑤族自治縣地質災害易發性評價指標體系；以定性評價方法建立各評價因子的影響范圍，并進行單因素評價分區，劃分為最多4 個等級、最少2個等級，賦單因素評價值（Yi）。

（2）采用專家打分法確定各因素權重值（Wi）。

（3） 以GIS 平臺為依托，對各影響因素進行疊加分析，將研究區按各評價因子劃分為地質災害易發性各異的多個分區。

（4）依據各分區評價因子打分值及各因子的權重值，用加權的方法計算各分區地質災害易發性綜合評價值（R），其公式為：

（5）根據各區域綜合評價得分的高低，進行地質災害易發性分區。

2.2 評價因子的選取

地質災害易發區的評價因子可從現狀地質災害發育特征、基礎地質條件和地質災害誘發因素三個大方向作為一級要素進行評價。 本次評價以地質災害易發性作為目標層，選擇了發育因子（地質災害現狀發育特征）、基礎因子（基礎地質條件） 和誘發因子（地質災害誘發因素） 構成準則層即二級評判因子。 金秀縣現狀地質災害規模均較?。ㄐ⌒停捎玫刭|災害分布密度作為地質災害發育特征評價指標，而基礎地質條件可分為地貌類型、地形坡度、工程地質巖組、風化土層厚度、地質構造5 個子要素，地質災害誘發因素主要有多年平均降雨量、人類工程活動與地質災害關系密切的2 個子要素，以上8個子要素構成措施層即三級評判因子。 在綜合分析了金秀瑤族自治縣地質災害的形成條件和影響因素的前提下，初步建立金秀瑤族自治縣地質災害易發性評價指標體系，如圖1。

圖1 金秀瑤族自治縣地質災害易發性評價指標體系

2.2.1 地質災害發育密度

將金秀縣地質災害發育密度單因子評價賦值如下：地質災害發育高密度區得4 分，然后地質災害發育中高密度區、低密度區依次賦3 分、2 分，地質災害發育極低密度區得1 分。 得到現狀地質災害分布密度單因素評價分區圖。

2.2.2 地貌類型

地貌類型是影響地質災害發育與分布的重要因素之一。 區內低山丘陵地貌區地質災害分布總數和密度均最大，溶丘谷地地貌區次之，中山和河流階地地貌區再次，丘陵和中低山地貌區地質災害分布總數和密度最小，各地貌單元地質災害的分布數量與發育密度是不均勻的。 中山、中低山地貌區地質災害分布密度較低山丘陵地貌區低，其原因是中山、中低山地貌區山高坡陡，居民點少，人類工程活動較弱所致；而溶丘谷地地貌區地災密度排在第二的原因為該區是泥灰巖夾泥巖區，覆蓋層與基巖接觸面（隔水層）易形成崩滑面，且人口密度大，人類活動影響較大，導致崩塌、滑坡發生。 若僅從地貌角度考慮，中山、中低山地貌區較丘陵、溶丘谷地和河谷階地地貌區地質災害應更易發生。 金秀縣地貌類型單因子評價賦值為：中山、中低山地貌得4 分，低山丘陵地貌得3 分，丘陵和溶丘谷地地貌得2 分，河谷階地地貌得1 分。 得到研究區地貌類型分區打分圖。

2.2.3 地形坡度

地形坡度主要指自然斜坡坡度。 根據區內調查統計結果，隨著地形坡度的增加，金秀縣地質災害發育數量和危害程度也呈明顯上升趨勢，因此地形坡度對區內地質災害的影響和控制作用明顯。 金秀縣受自然坡度影響且危害程度大的地質災害主要分布于＞35°的斜坡上，25° ～35°的斜坡次之，＜15°的斜坡對地質災害發生的影響較小。 金秀縣地形坡度單因子評價賦值為：坡度＞35°得4 分，坡度25° ～35°得3分，坡度15° ～25°得2 分，坡度＜15°得1 分。 得到研究區地形坡度分區打分圖。

2.2.4 工程地質巖組

研究區工程地質巖組對地質災害的影響和控制作用較明顯，雖然塊體稀裂狀堅硬花崗巖巖組區無村莊分布，但從實際來看，該巖組風化帶厚，風化層透水性更好，若僅考慮自然狀況下不同的巖組易發性，認為在金秀縣中厚層狀堅硬的砂巖夾薄層軟弱的泥巖巖組更易發。 金秀縣工程地質巖組單因子評價賦值為：中厚層狀堅硬的砂巖夾薄層軟弱的泥巖巖組得4 分，塊體稀裂狀堅硬花崗巖巖組得3 分，中厚層弱巖溶化堅硬灰巖、白云巖夾薄層軟弱泥巖巖組得2 分，砂質粉土、砂礫石雙層土體得1 分。 得到研究區工程地質巖組打分圖。

2.2.5 風化土層厚度

根據調查統計結果可知，風化土層厚度越大的區域，地質災害發育密度越大，為成倍增長。 將金秀縣劃分為≤1 m、1～3 m、3～5 m 和＞5 m 等4 個風化土層厚度區，風化土層厚度（按平均厚度計）單因子評價賦值為：風化土層厚度＞5 m 得4 分，風化土層厚度3～5 m 得3 分，風化土層厚度1 ～3 m 得2 分，風化土層厚度≤1 m 得1 分。 得到研究區風化土層厚度打分圖。

2.2.6 地質構造

地質構造對地質災害的發育及分布也具有一定的影響，構造帶上及其兩側影響帶往往巖體破碎，巖石較容易風化形成崩滑所需的松散固體物質，構造節理面形成崩滑面。 故本次評價以區內已查明的構造線為基準，向其兩側按間距設置≤1 km、1 ～3 km、3～5 km、＞5 km 等4 個緩沖區，地質構造單因子評價賦值為：≤1 km 得4 分，1 ～3 km 得3 分，3 ～5 km得2 分， ＞5 km 得1 分。 得到研究區地質構造打分圖。

2.2.7 多年平均降雨量

降雨是崩滑流災害發生的直接誘發因素，特別是暴雨季節，在相同地質環境條件下，地質災害發生的數量與降雨量大小成正比，因此這里選用金秀縣多年平均降雨量作為致災單因子進行評價賦值。 金秀縣多年平均降雨量單因子評價賦值：多年平均降雨量＞2 000 mm 得4 分，1 600 ～2 000 mm 得3 分，1 400～1 600 mm 得2 分，＜1 400 mm 得1 分。 得到研究區多年降雨量打分圖。

2.2.8 人類工程活動

人類工程活動是區內地質災害重要的誘發因子之一。 區內人類工程活動對地質災害影響主要表現為切坡，切坡使一些原本斜坡穩定性較好、地質災害不易發緩坡地段變成易發，使原本斜坡穩定性較差、地質災害易發陡坡地段變成更易發。 本次金秀縣詳查調查的地質災害絕大部分與之有直接關系，因此區內切坡的分布是判斷人類工程活動強度最重要的指標。 這里選用野外地災點調查及易發村屯核查工作中統計的、對致災有影響的高陡切坡及低矮致災切坡分布情況對金秀縣人類工程活動強度進行劃分，將金秀縣共劃分為人類工程活動強、較強、中、弱4 個區，金秀縣人類工程活動強度單因子賦值為：人類工程活動強烈得4 分，人類工程活動較強得3 分，人類工程活動中等得2 分，人類工程活動弱得1 分。得到研究區人類工程活動強度打分圖。

2.3 評價因子權重計算和分級賦值

在選用的地質災害發育密度、地貌類型、地形坡度、工程地質巖組、風化土層厚度、地質構造、人類活動強度、多年平均降雨量8 項評價因素權重打分的基礎上，計算各因素算術平均值作為該因素的權重（表1），權重總和為1。

表1 金秀瑤族自治縣地質災害易發程度評價中各參評因素賦值標準及權重分配表

2.4 ArcGIS 加權疊加及量化分析

利用ArcGIS 系統的空間分析功能將8 個參與易發程度評價的單因素圖作疊加分析（ Analysis Tools－＞Overlay－＞intersect），得出帶有疊加屬性的不同分區。 在以上疊加分區的基礎上，利用ArcGIS 系統的 “字段計算（Data Management Tools－＞Fields－＞Calculate Field）” 功能，計算分區各自的綜合評價值。 為便于易發區劃分，以綜合評價值為準，對各區漸變賦色。

按地質災害易發性綜合評價得分的高低進行地質災害易發分區。 本次采用突變點法進行確定，經過統計分析，從中找出突變點作為易發程度分區界線值，將區域劃分為不易發區、低易發區、中易發區和高易發區4 個不同等級的區域（圖2）。 同一易發等級的區域，將花崗巖分布區與其他巖類分布區區分開來，并對其進行分區編號。

圖2 金秀瑤族自治縣地質災害易發程度分區圖

依據地質災害易發程度區劃結果，地質災害易發程度劃分為高易發區、中易發區、低易發區、不易發區4 個等級，共13 個地質災害易發亞區，各區具體分布位置見圖2。

據統計，金秀縣地質災害高易發區（A）：總面積為1 143.56 km2，占全縣總面積的45.4%，包括A1和A2共2 個地質災害高易發亞區；金秀縣地質災害中易發區（ B）：總面積為598.65 km2，占全縣總面積的23.8%，包括B1、B2和B3共3 個地質災害中易發亞區；金秀縣地質災害低易發區（ C）：總面積為662.42 km2，占全縣總面積的26.3%，包括C1、C2、C3和C4共4 個地質災害低易發亞區；金秀縣地質災害不易發區（D）：總面積為113.37 km2，占全縣總面積的4.5%，現狀未見地質災害發育。 金秀瑤族自治縣各地質災害易發亞區的具體情況及基本特征見表2。

表2 金秀瑤族自治縣地質災害易發程度分區綜合特征表

3 結論

（1）建立了金秀瑤族自治縣地質災害易發性評價指標體系，金秀瑤族自治縣地質災害易發性評價因子包括地質災害發育密度、地貌類型、地形坡度、工程地質巖組、風化土層厚度、地質構造、人類活動強度、多年平均降雨量8 個影響地質災害易發性的地質環境因素。

（2）依據預測分區指標計算，金秀縣地質災害高易發區總面積為1 143.56 km2，占全縣總面積的45.4%；金秀縣地質災害中易發區總面積為598.65 km2，占全縣總面積的23.8%；金秀縣地質災害低易發區總面積為662.42 km2，占全縣總面積的26.3%；金秀縣地質災害不易發區總面積為113.37 km2，占全縣總面積的4.5%，現狀未見地質災害發育。

（3）以金秀瑤族自治縣地質災害詳細調查成果資料作為依據，建立金秀瑤族自治縣地質災害易發分區評價指標體系，利用ArcGIS 的空間分析功能對研究區地質易發性進行評價研究，其結果相對科學、直觀、準確。