江西贛南寧都縣青塘地區地質災害易發性評價分析

鄧必榮，羅華來，歐陽克貴

(江西省地質調查研究院，江西 南昌 330030)

1 研究區背景

1.1 巖土體劃分特征

1.1.1 巖體劃分特征

依巖體的成巖方式、物質組成等因素[2]，將區內巖體工程地質類型劃分為：紅色碎屑巖建造、層狀碎屑巖建造、碳酸鹽巖建造、變質巖建造、巖漿巖類五個基本類型[3]。又依據巖性組合、結構構造及工程地質特征，進一步將一般碎屑巖劃分為9個工程地質巖組。

1.1.2 土體劃分特征

依據區域土體的顆粒級配、堆積成因、形成時代、工程地質特征等，劃分為多層含礫粉質粘土、多層含礫粘土，粉質粘土、(含碎石、礫)砂質土、(含碎石)礫質土等4個基本類型，以多層含礫粉質粘土。

通過分析，土體(Q)、梓山組煤系地層(C1z)為工作區的易滑巖體，在工作區出露面積分別為98.72 km2、41.81 km2，分別發育災點數49處、19處，面密度和發育強度均為工作區最高，此類巖體結構松散、易飽水，出露位置一般較低，是切坡建房較多地段，也是地質災害高易發區。

1.2 水文地質特征

根據地下水在巖石中賦存特征與水力性質，將工作區地下水劃分為松散巖類孔隙水、紅色碎屑巖類溶隙孔隙水、碳酸鹽巖類巖溶水、基巖裂隙水等四大類型[4]。其中松散巖類孔隙水根據鉆孔涌水量的大小分三個等級(水量中等、水量匱乏、水量極度匱乏)；碳酸鹽巖類裂隙溶洞水根據大泉、暗河流量的大小分為兩個等級(水量中等、水量匱乏)；基巖裂隙水根據巖石成分分為兩個等級(水量中等、水量匱乏)；紅色碎屑巖類溶隙孔隙水劃分為兩個等級。

1.3 地質災害發育現狀

2 研究方法

研究區地質災害易發分區評價采用定性與定量分析相結合的方法，根據《地質災害調查技術要求(2020年3月)》，綜合采用證據權法、地質災害綜合危險性指數法、AHP(層次分析)法，對各調查區地形地理條件、地質環境條件、地質災害發育情況、人類工程活動情況、氣候氣象條件等因素進行單因子柵格重分類處理，在此基礎上，著重考慮地質災害的形成條件，運用證據權法，對影響地質災害的各因子根據相對重要性兩兩比較，再進行矩陣運算、歸一化處理求得各因子的權重，最后運用Arcgis map軟件進行加權總和運算，圈定出地質災害易發程度分區。

2.1 評價因子信息量計算

2.1.1 像元大小設定

對調查區矢量圖層均進行柵格化，所有因子圖層進行柵格處理，考慮到調查區地質災害的規模，為了較準確反映地質災害的實際情況，設定每個像元大小為25 m×25 m。在此基礎上，充分考慮各個因子圖層，對各個因子圖層進行柵格處理，提取各因子變量。

2.1.2 評價因子的確定

根據調查區崩滑流地質災害的影響因素來確定崩滑流的評價因子，但主要評價因子以內在因素為主，主要為地形粗糙度A1 ；地形起伏度A2；地形坡度A3；工程巖組A4；斜坡類型A5；地質構造A6；風化厚度A7；人類活動A8；植被覆蓋A9 ；氣象條件A10。

信息量模型以信息論為理論基礎，利用各評價因子信息量的大小來評價各指標與研究對象的密切程度。地質災害受內因(植被、地形地貌、地層巖性、地質構造、斜坡結構等)、外因(降雨、人工活動等)多種因素影響，各因素對地質災害產生的作用大小各異。

利用Arcgis的功能，根據各評價因子的不同，按不同級別提取各評價因子的信息量。因不同因子的數值不同，為了最后對各因子進行加權總和運算，各因子數據應約束在同一數量級，因此需對各因子進行均一化運算。

2.2 評價因子的信息提取

2.2.1 巖土類型

控制崩塌、滑坡、泥石流形成的巖土條件主要與巖體(層)性質、風化殘積層厚度、巖體層面、節理裂隙發育程度及其產狀等密切相關。一般巖性堅硬、巖體完整性好、風化程度低的巖體或結構密實的土體組成的斜坡、其穩定性好，產生崩塌、滑坡、泥石流災害的可能性小；而巖性軟弱、完整性差、風化強或含有軟弱夾層的巖體與結構松散的土體組成的斜坡，其結構性均較差，產生災害的可能性大。因此邊坡的穩定性很大程度取決于其物質組成的成分與性質。結合研究區地質資料和野外調查情況，將研究區內巖土體按工程地質巖組劃分為：(1)堅硬石英礫巖、砂礫巖、粉砂巖巖組，(2)堅硬的厚層狀礫巖、砂巖巖組，(3)多層含礫粉質粘土，(含碎石)礫、砂質土，(4)較堅硬-堅硬的變質砂巖、粉砂巖、變沉凝灰巖、千枚巖、片巖巖組，(5)堅硬的厚層狀灰巖、白云巖巖組，(6)堅硬花崗巖組，(7)較軟弱-較堅硬砂巖、粉砂巖、頁巖、泥巖、頁巖巖組，(8)軟硬相間的砂巖、粉砂巖夾煤層共8個等級，并進行分級賦值，根據巖土等級對每一個評價像元進行信息提取及指數化，進行均一化處理。

2.2.2 地質構造

地質構造是引發地質災害活動的重要因素之一，構造對地質災害的影響主要是斷裂及其附近一定范圍內的巖體結構遭到破壞，使巖體的完整性和力學性質降低，同時有可能成為地下水通道，破壞斜坡的穩定性。根據野外調查與分析，充分考慮到地質構造的規模及相對距離對地質災害的影響，一般距斷裂越近，造成地質災害的可能性越大，距斷裂越遠，對地質災害影響越小，根據與斷裂的距離，對構造及其附近像元的發育程度賦以不同的分級值，劃分出(1)>500 m；(2)300～500 m；(3)100～300 m；(4)<100 m四個等級，應用Arcgis中的多環緩沖分析，將調查區內像元分為四個等級，對每一個評價像元按照四級標準進行信息提取及指數化。本次評價以每個象元距斷裂距離作為評價。

2.2.3 斜坡類型

斜坡類型的劃分主要是根據地形和巖層產狀的空間關系進行劃分。不同地質環境條件的斜坡，與地質災害有不同的因果關系，如順向坡容易發生地質災害，而逆向坡則最為穩定，不容易發生地質災害，因此斜坡類型是評價易發區非常重要的因子。本次對斜坡類型的劃分，主要是利用DEM影像，與地層產狀進行空間分析，生成伏傾坡、飄傾坡、斜順坡、橫向坡、逆斜坡、逆向坡及塊狀土體，共劃分出四類。對柵格圖像進行重分類，并對每一個像元進行信息提取及指數化。

2.2.4 坡度

坡度是指地面的傾斜度，是最基本的地貌形態指標。也是影響地表徑流、土壤侵蝕和土地利用的主要因素之一。坡度是環境的重要控制因子之一，同時反映外營力下侵蝕的強度。崩滑流等地質災害易形成于丘陵與低中山地區，主要是因為這些地區有較大的斜坡坡度、高度，有利于形成巖土體崩落、滑移的臨空面。一般來說，一個區域內，地面坡度越大，崩滑流發生的規模與頻率越大。通過提取DEM的高程數據，獲取坡度值，以像元大小為單位，對地形地貌主要的表征指標坡度值不同區間，按(1)0°～5°平坡；(2)5°～15°緩坡；(3)15°～25°斜坡；(4)25°～35°陡坡；(5)>35°峭坡，>55垂坡五個等級進行劃分。

化層厚度的影響，作為圈定易分區的一個重要因子。在成圖過程中，首先對每個點的厚度數據進行反距離權重計算，形成柵格圖，對每個像元值進行統計分析，根據像元值并進行分級，并進行均一化。根據厚度劃分為0～2 m、 2～5 m、5～10 m和 >10 m 四級，對每一個像元進行信息提取及指數化。

2.2.5 植被覆蓋指數

植被對于斜坡的穩定性具有一定的影響，主要體現在其根系有固定土壤的作用，可以提高土體的抗剪強度，此外其葉片的蒸騰作用可以降低土壤的濕度，減少大氣降雨對于土體的沖刷和地表徑流，具有固體護坡的作用。在研究區域內利用衛星采集紅外波段并獲取遙感影像圖，再采用ENVI軟件將遙感圖所采集到的可見光紅外波段和近紅外波段進行Basic Tools-Band Math計算，最后輸出為可供ArcGIS軟件打開的NDVI圖。在ArcGIS軟件中將NDVI圖利用自然段點分級法分為高覆蓋率、中等覆蓋率、低覆蓋率和無植被四類。

2.2.6 粗糙度

粗糙度是反映了斜坡的起伏和侵蝕程度的一個指標，表示為地表單元的曲面面積與其水平面上投影面積的比值。結合現有的DEM數據通過ArcGIS軟件將研究區域的粗糙度利用自然段點分級法分為光滑、較光滑、較粗糙和粗糙四類，形成信息化指數。

2.2.7 地形起伏度

地形起伏度作為研究區域內地形特征的一個宏觀指標，是指最高點與最低點海拔之間的差值。結合現有的DEM數據通過ArcGIS軟件將研究區域的地形起伏度利用自然段點分級法分為起伏小、起伏中等、起伏大和起伏極大四類，形成信息化指數。

2.3 綜合性指數計算方法

2.3.1 評價因子的權重確定

地質災害的發生往往是多種因素作用的結果，而每種因素在地質災害中的作用是不同的，有的是主要的，有的是次要的，為了避免主觀對各因子的重要性作出評判，一般會使用一種數學模型，根據各因子之間的相對重要性，確定其在事件發生時的重要性，這樣可以避免人的主觀性，能較為客觀的判斷出各因子在事件發生中的重要性，也即因子的權重。目前地質災害分析中用于地災因子權重的確定通常使用層次分析法。

層次分析法(AnalyticHierarchy Process，AHP)由美國運籌學家、匹茲堡大學教授SattyT.L.于二十世紀70年代提出，是一種將與決策有關的元素分解成目標、準則、方案等層次，在此基礎上進行定性和定量分析的決策方法。常被運用于多目標、多準則、多要素、多層次的非結構化的復雜決策問題[6]，特別是戰略決策問題，可以較好地解決多要素相互關聯、相互制約的復雜系統的評價，具有十分廣泛的實用性，是一種新型簡潔化、實用化的研究方法。在實際工作中，層次分析法經常和德爾菲法、百分權重法結合，用于確定評價指標的權重。

1)構建判斷矩陣A(正交矩陣)，用aij表示第i個因素相對于第j個因素的比較結果。

2)計算權重

將矩陣A的各行向量進行幾何平均(方根法)，然后進行歸一化，得到各評價指標權重和特征向量W。

通過綜合判斷，矩陣模型結構合理，經計算一致性符合要求，通過分析計算，各評價因子的權重值為：地形粗糙度A1：0.0462 ；地形起伏度A2：0.0513；地形坡度A3：0.0900 ；工程巖組A4：0.1499；斜坡類型A5：0.1947 ；地質構造A6：0.0808 ；風化厚度A7：0.0776 ；人工活動A8：0.2190 ；植被覆蓋A9：0.0439 ；氣象條件A10：0.0465 。

2.3.2 地質災害易發性強度指數計算

Z=∑Zq·r1

式中：Z為地質災害易發性強度指數；Zq為評價因子強度指數；r1為評價因子強度權值；

3 評價結果分析

研究區地質災害易以崩滑流為主，從調查情況看，164處地質災害中，滑坡、崩塌占158處，因此崩滑流易發區區劃是青塘地區地質災害調查項目的重點。根據地質條件、地形條件、氣象條件、植被條件及人類活動強度、災點分發育現狀，結合易發區判別的主要特征，將研究區共劃分地質災害易發區20個，其中地質災害極高易發區7個，高易發區6個，中易發區3個，低易發區4個。

4 結語

本次研究運用證據權法、地質災害綜合危險性指數法、AHP(層次分析)法等多種方法，將研究區共劃分地質災害易發區20個，其中地質災害極高易發區7個，高易發區6個，中易發區3個，低易發區4個。研究成果可為地方政府國土空間規劃、重大工程建設提供依據。