基于MapGIS的仙游縣地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃研究

陳麗金

(福建東辰綜合勘察院,福建 福州 350001)

1 引言

福建省仙游縣地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，是地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)之一。每年7—9月汛期季節(jié)，區(qū)內(nèi)滑坡、崩塌和泥石流發(fā)育，分布廣泛且規(guī)模較大，給當(dāng)?shù)厝嗣裆拓?cái)產(chǎn)造成重大損失，嚴(yán)重阻礙了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。因此，仙游縣地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃成為該縣地質(zhì)災(zāi)害防治工作中迫切需要解決的問題。

近十幾年來，國內(nèi)許多學(xué)者對地質(zhì)災(zāi)害開展了相關(guān)的研究和實(shí)踐。他們把混沌(分形)論、耗散結(jié)構(gòu)論、協(xié)同論、突變論等學(xué)科理論引入到地質(zhì)災(zāi)害研究中，在地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)方面取得了一定成果。向喜瓊、黃潤秋提出了基于GIS的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)、管理的總體思路和具體步驟[1]；潘耀忠、史培軍提出了應(yīng)用GIS技術(shù)劃分不同空間尺度下基本單元，解決了區(qū)域自然災(zāi)害研究中以自然單元為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)與以行政單元數(shù)據(jù)相匹配的問題[2]；武強(qiáng)、陳佩佩等將GIS與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，對山西榆次地區(qū)地裂縫災(zāi)害進(jìn)行了研究，并建立了地裂縫危險(xiǎn)性評價(jià)系統(tǒng)[3]。前人研究側(cè)重于單體地質(zhì)災(zāi)害分析，對區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害研究較少。

2 MapGIS軟件

MapGIS是有效表達(dá)、處理以及分析與地理分布有關(guān)的專業(yè)數(shù)據(jù)的軟件,具有強(qiáng)大的圖像、圖形、地質(zhì)、測繪、遙感等數(shù)據(jù)處理功能，它為人們提供了一種快速展示有關(guān)地理信息和分析信息的新手段和平臺(tái)[4]。MapGIS軟件平臺(tái)包含圖形處理、數(shù)據(jù)庫管理、空間分析、圖像分析、投影變換和誤差校正等功能[5]。近年來,MapGIS廣泛應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害中。在各縣、市開展的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作中，利用MapGIS軟件系統(tǒng)建立地質(zhì)災(zāi)害管理信息系統(tǒng)，便于開展地質(zhì)災(zāi)害評價(jià)[6]。

本文以MapGIS為平臺(tái)，通過MapGIS空間分析功能，完成對仙游縣地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)劃，為該縣城市規(guī)劃、重大工程建設(shè)和地質(zhì)災(zāi)害防治提供科學(xué)依據(jù)。

3 研究區(qū)概況

仙游縣地處福建東部沿海，地形起伏，位于戴云山脈東坡，地勢總體自西北向東南傾斜，呈向東南開口的馬蹄形。地貌類型較多，境內(nèi)以丘陵為主，盆地、河谷錯(cuò)雜其間。各地海拔差別很大，是福建省地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)之一。

通過本次詳細(xì)調(diào)查(截至2013年12月)，仙游縣共有地質(zhì)災(zāi)害(隱患)點(diǎn)276處，其中滑坡186處，崩塌51處，泥石流3處，潛在滑坡23處，潛在崩塌13處。

4 實(shí)現(xiàn)過程

在仙游縣地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查成果基礎(chǔ)上，綜合考慮該縣地質(zhì)災(zāi)害的主要控制因素，選取工程活動(dòng)、地災(zāi)發(fā)育度、地形地貌、巖土體類型、大氣降雨和植被覆蓋率6個(gè)影響因素，采用層次分析法確定各因子權(quán)重，并利用MapGIS空間分析功能，繪制出該縣的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)圖。

4.1 權(quán)重的確定

(1)構(gòu)造評判矩陣。根據(jù)層次分析法原理[7]，可以求出研究區(qū)評價(jià)因子重要性數(shù)值[8]，見表1、表2。

表1 滑塌評價(jià)因子重要性數(shù)值表

表2 泥石流評價(jià)因子重要性數(shù)值表

根據(jù)表1,表2，可以構(gòu)造評判矩陣T，滑塌的判斷矩陣為：

泥石流的判斷矩陣為:

(2)根據(jù)上述矩陣，采用方根法計(jì)算權(quán)重：

滑塌評價(jià)因子:

泥石流評價(jià)因子:

滑塌評價(jià)因子向量:

A1=(0.080 0.182 0.061 0.415 0.262)

泥石流評價(jià)因子:

A2=(0.243 0.382 0.244 0.131)

以上即為滑塌和泥石流評價(jià)因子的權(quán)重值。

滑塌評價(jià)因子最大特征值λmax=10.588，一致性指標(biāo)CI=0.0653;

泥石流評價(jià)因子最大特征值λmax=9.675，一致性指標(biāo)CI=0.0813。

(3)一致性檢驗(yàn)。平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI的取值見表3，根據(jù)公式：

表3 隨機(jī)一致性指標(biāo)RI取值

CR= CI/RI

(1)

滑塌一致性比率CR1= CI/RI=0.0653/1.12=0.058<0.10；泥石流CR2=CI/RI=0.0813/0.89=0.09<0.10，均具有滿意的一致性。

因?yàn)椤皺?quán)重”是一個(gè)隨機(jī)模糊數(shù)，它的分配不是唯一的，允許評價(jià)因子權(quán)重在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。

4.2 因子分值的確定

為了反映區(qū)域各因子對地質(zhì)災(zāi)害評價(jià)的影響程度，必須進(jìn)行因子量化分級。根據(jù)仙游縣地質(zhì)災(zāi)害各因子的專題工作成果，參照《巖土工程勘察規(guī)范》[9]、《工程地質(zhì)手冊》[10]等相關(guān)文獻(xiàn)及一些專家意見，給出評分標(biāo)準(zhǔn)，將6個(gè)評價(jià)因子各分為4級，分值由高向低分別為40，30，20，10，見表4。通過對區(qū)域現(xiàn)場調(diào)查和收集的資料分析，可以得到區(qū)域各評價(jià)因子的定性描述，對照表4標(biāo)準(zhǔn)，可得到各評價(jià)因子的分值。

表4 評價(jià)因子量化評分表

4.3 評價(jià)模型

地質(zhì)災(zāi)害評價(jià)模型采用定量法，公式如下：

(2)

式中：E為綜合指標(biāo)；bi、ki分別為第i因子的權(quán)重和分值。

根據(jù)上述因子權(quán)重、分值和公式，可以建立以下評價(jià)模型：

(1)滑塌區(qū)劃模型

ES=0.080×K1(工程活動(dòng)) +0.182×K2(滑塌發(fā)育度) +0.061×K3(地形地貌)+0.415×K4(巖土體結(jié)構(gòu)) +0.262×K5(大氣降雨)

(2)泥石流區(qū)劃模型

Em=0.243×K3(地形地貌)+0.382×K4(巖土體結(jié)構(gòu))+0.244×K5(大氣降雨)+0.131×K6(植被覆蓋率)

(3)地質(zhì)災(zāi)害綜合區(qū)劃模型

仙游縣地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃理論模型運(yùn)用MapGIS空間分析功能的區(qū)與區(qū)的相交分析進(jìn)行多圖層疊加分析，其評價(jià)因子為滑塌和泥石流。為減少滑塌和泥石流兩因子人為量化過程中帶給區(qū)劃的影響，實(shí)際分區(qū)時(shí)，是在滑塌和泥石流分區(qū)基礎(chǔ)上，綜合兩者成果圖，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害綜合區(qū)劃圖。

4.4 地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃評價(jià)

依據(jù)以上建立的災(zāi)害評價(jià)模型，以MapGIS軟件為平臺(tái)，運(yùn)用柵格數(shù)據(jù)處理方法，每個(gè)單元面積為1 km×1 km，全縣共劃分出1 815個(gè)單元格，每個(gè)單元根據(jù)詳查資料賦以評價(jià)因子分值。將區(qū)域內(nèi)滑塌、泥石流進(jìn)行分區(qū)和仙游縣地質(zhì)災(zāi)害綜合分區(qū)，劃分為4個(gè)區(qū)：極高易發(fā)區(qū)(A)：35<綜合指標(biāo)(E)；高易發(fā)區(qū)(B)：20

根據(jù)上述評價(jià)模型，可求得仙游縣境內(nèi)的滑塌、泥石流評價(jià)指標(biāo)值和地質(zhì)災(zāi)害綜合指標(biāo)值，從而完成滑塌、泥石流和仙游縣地質(zhì)災(zāi)害綜合分區(qū)。

4.5 地質(zhì)災(zāi)害綜合評價(jià)

福建省仙游縣地質(zhì)災(zāi)害綜合區(qū)劃圖見圖1，全縣分為極高易發(fā)區(qū)、高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)和低易發(fā)等4個(gè)區(qū)域。

(1)極高易發(fā)區(qū)。綜合指標(biāo)為39，分布在仙游中部及中北部，具體分布在度尾鎮(zhèn)、書峰鄉(xiāng)、菜溪鄉(xiāng)和石蒼鄉(xiāng)四鄉(xiāng)鎮(zhèn)大部分及大濟(jì)鎮(zhèn)北部、社硎鄉(xiāng)南部和西苑鄉(xiāng)南部，面積約363 km2，占全縣總面積20%。區(qū)內(nèi)滑塌極高易發(fā)，泥石流高易發(fā)。

(2)高易發(fā)區(qū)。綜合指標(biāo)為31，分布在仙游東北部，覆蓋整個(gè)游洋鎮(zhèn)，面積約256 km2，約占全縣總面積的15%。區(qū)內(nèi)滑塌較強(qiáng)烈發(fā)育，泥石流中等發(fā)育。

(3)中易發(fā)區(qū)。綜合指標(biāo)為15，分布在仙游西北部和東南部，包括西苑鄉(xiāng)、蓋尾鎮(zhèn)、楓亭鎮(zhèn)和效尾鎮(zhèn)，面積約760 km2，占全縣總面積40%。區(qū)內(nèi)滑塌中易發(fā)，泥石流低易發(fā)。

(4)低易發(fā)區(qū)。綜合指標(biāo)為8，分布在仙游中部和西南大部分地區(qū)，包括城關(guān)、鯉南鎮(zhèn)、賴店鎮(zhèn)、榜頭鎮(zhèn)、鐘山鎮(zhèn)和龍華鎮(zhèn)6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，面積約453 km2，占全縣總面積25%。本區(qū)滑塌低易發(fā)，泥石流低易發(fā)。

5 結(jié)束語

本文以仙游縣地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃為研究對象，選取工程活動(dòng)、地災(zāi)發(fā)育度、地形地貌、巖土體類型、大氣降雨和植被覆蓋率6個(gè)影響因素，采用層次分析法確定各因子權(quán)重，并利用MapGIS空間分析功能，繪制出該縣的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)圖，全縣分為極高易發(fā)區(qū)、高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)和低易發(fā)區(qū)4個(gè)區(qū)域。對地質(zhì)災(zāi)害綜合區(qū)劃進(jìn)行了相應(yīng)的評價(jià)，其最終評價(jià)結(jié)果與實(shí)際調(diào)查基本一致，說明此方法的科學(xué)性和可信性，其結(jié)果能很好地為仙游縣地質(zhì)災(zāi)害防治部門提供依據(jù)，并對其他區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害防治研究具有一定的參考價(jià)值。