基于GIS的凱里市魚洞河流域地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)

楊政杰 YANG Zheng-jie

（黔東南州地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)服務(wù)中心，凱里556000）

0 引言

當(dāng)前，地質(zhì)災(zāi)害防治工作思路已由從前的減少災(zāi)害損失向減輕災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)變，這對(duì)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查評(píng)價(jià)和統(tǒng)籌規(guī)劃能力有了更高的要求，而合理科學(xué)的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃起到了重要的基礎(chǔ)作用。因此，本文基于魚洞河流域主要地質(zhì)災(zāi)害致災(zāi)因子，運(yùn)用GIS強(qiáng)大的空間分析能力，建立各致災(zāi)因子易發(fā)性空間數(shù)據(jù)，通過加權(quán)疊加分析，對(duì)魚洞河流域地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性進(jìn)行分區(qū)，為魚洞河流域開發(fā)建設(shè)、防災(zāi)減災(zāi)和環(huán)境治理決策提供一定技術(shù)參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)屬楊子地層區(qū)，巖性主要為淺海相碳酸鹽巖及碎屑巖。出露地層有下古生界的寒武系、奧陶系及志留系，下古生界的泥盆系、二迭系，新生界的第四系。巖石地層組由新至老有：第四系（Q）；二疊系上統(tǒng)吳家坪組（P3w）、中統(tǒng)茅口組（P2m），棲霞組（P2q）、梁山組（P2l）；泥盆系上統(tǒng)堯梭組（D3y）、望城坡組（D3w），中統(tǒng)獨(dú)山組（D2d），中下統(tǒng)蟒山組(D1-2m)；志留系中統(tǒng)的翁項(xiàng)組（S2w）；奧陶系下統(tǒng)大灣組（O1d）、紅花園組（O1h）、桐梓組（O1t）；寒武系上統(tǒng)婁山關(guān)組（Э3l）。

地勢(shì)南西高北東低，山高谷深，切割強(qiáng)烈，溝谷地貌發(fā)育，巖“上硬下軟”的軟基座型陡斜坡發(fā)育，溶發(fā)育較為強(qiáng)烈。加之人類采礦活動(dòng)歷史長(zhǎng)，區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的可能性、危險(xiǎn)性較高。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)調(diào)查，區(qū)內(nèi)目前發(fā)生（發(fā)現(xiàn)）地質(zhì)災(zāi)害33處，滑坡10處，崩塌15處，地面塌陷8處，5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有涉及，其中龍場(chǎng)鎮(zhèn)19處、爐山鎮(zhèn)9處、萬(wàn)潮鎮(zhèn)2處，大風(fēng)洞鄉(xiāng)2處、灣水鎮(zhèn)1處，主要分布于區(qū)內(nèi)北東部和中部地區(qū)，其余地區(qū)分布較少。

2 評(píng)價(jià)方法及致災(zāi)因子選取

2.1 評(píng)價(jià)方法

地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)的方法有很多，總體上可分為定性分析和定量評(píng)價(jià)兩種，本次研究采用在定性分析研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，利用GIS技術(shù)定量進(jìn)行易發(fā)區(qū)劃分。具體方法步驟如下：

①根據(jù)魚洞河流域地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特點(diǎn)，選定致災(zāi)因子，并利用GIS對(duì)單致災(zāi)因子進(jìn)行評(píng)價(jià)分區(qū)，劃分為4個(gè)等級(jí)，指定各致災(zāi)因子等級(jí)應(yīng)的強(qiáng)度指數(shù)（Xi）。

②采用專家打分法確定各致災(zāi)因子之間重要程度，再利用層次分析法（AHP）確定各致災(zāi)因子權(quán)重值（Wi）。

③依據(jù)各分區(qū)致災(zāi)因子打分值及各因子的權(quán)重值，利用GIS加權(quán)疊加分析方法計(jì)算各分區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合評(píng)價(jià)值（F）。

④利用GIS空間分析功能，將疊加后得到的易發(fā)性綜合評(píng)價(jià)值（F）合理分為3段，利用屬性賦參數(shù)，將3段值分別賦予不同顏色，實(shí)現(xiàn)可視化，得到易發(fā)分區(qū)圖。

2.2 致災(zāi)因子選取

2.2.1 坡度

根據(jù)研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育與坡度的調(diào)查分析，將坡度大于45°的區(qū)域賦予危險(xiǎn)等級(jí)為4，極高危險(xiǎn)區(qū)；25°-45°之間的區(qū)域賦予危險(xiǎn)等級(jí)為3，高危險(xiǎn)區(qū)；10°-25°之間的區(qū)域賦予危險(xiǎn)等級(jí)為2，中危險(xiǎn)區(qū)；小于10°的區(qū)域賦予危險(xiǎn)等級(jí)為1，低危險(xiǎn)區(qū)。

2.2.2 河谷水文

根據(jù)對(duì)研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育與河谷位置關(guān)系的調(diào)查分析，將研究區(qū)河谷兩側(cè)距河谷小于200m的區(qū)域賦予危險(xiǎn)等級(jí)為4，極高危險(xiǎn)區(qū)；河谷兩側(cè)距河谷200-500m的區(qū)域賦予危險(xiǎn)等級(jí)為3，高危險(xiǎn)區(qū)；河谷兩側(cè)距河谷500-1000m的區(qū)域賦予危險(xiǎn)等級(jí)為2，中危險(xiǎn)區(qū)；河谷兩側(cè)距河谷大于1000m的區(qū)域賦予危險(xiǎn)等級(jí)為1，低危險(xiǎn)區(qū)。

2.2.3 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造較為發(fā)育，根據(jù)對(duì)研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育與地質(zhì)構(gòu)造關(guān)系的統(tǒng)計(jì)分析，將研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造兩側(cè)距構(gòu)造小于200m的區(qū)域賦予危險(xiǎn)等級(jí)為4，極高危險(xiǎn)區(qū)；構(gòu)造兩側(cè)距構(gòu)造200-500m的區(qū)域賦予危險(xiǎn)等級(jí)為3，高危險(xiǎn)區(qū)；構(gòu)造兩側(cè)距構(gòu)造500-1000m的區(qū)域賦予危險(xiǎn)等級(jí)為2，中危險(xiǎn)區(qū)；構(gòu)造兩側(cè)距構(gòu)造大于1000m的區(qū)域賦予危險(xiǎn)等級(jí)為1，低危險(xiǎn)區(qū)。

2.2.4 坡向

坡向的差異會(huì)引起坡體接受光熱、降雨等的不同，從而造成風(fēng)化程度的不同，并進(jìn)一步影響地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育程度。此外，研究區(qū)受構(gòu)造應(yīng)力的影響，區(qū)內(nèi)北西向節(jié)理裂隙較為發(fā)育，平行于該節(jié)理裂隙走向或者與該優(yōu)勢(shì)走向小角度相交的斜坡地帶地質(zhì)災(zāi)害較為發(fā)育。因此，將研究區(qū)坡向?yàn)?40°-270°與60°-90°的區(qū)域賦予危險(xiǎn)等級(jí)為4，極高危險(xiǎn)區(qū)；190°-240°與10°-60°之間的區(qū)域賦予危險(xiǎn)等級(jí)為3，高危險(xiǎn)區(qū)；地形坡向在330°-10°與150°-190°之間的區(qū)域賦予危險(xiǎn)等級(jí)為2，中危險(xiǎn)區(qū)；地形坡向?yàn)?0°-150°與270°-330°之間的區(qū)域賦予危險(xiǎn)等級(jí)為1，低危險(xiǎn)區(qū)。

2.2.5 地質(zhì)巖組

地層巖性及其組合也是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的一個(gè)項(xiàng)重要因素，不同的巖性決定著地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的種類，不同的巖性組合也控制著地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育程度。根據(jù)對(duì)研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與地層巖組的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，研究區(qū)內(nèi)二疊系中統(tǒng)棲霞茅口組灰?guī)r易形成高陡斜坡，因此是崩塌、地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)巖組；二疊系中統(tǒng)梁山組地層，該巖組以泥巖、砂巖為主，地形地貌相對(duì)平緩，但由于泥巖強(qiáng)度較弱，且為煤礦開采堆渣、堆煤的場(chǎng)所，易于發(fā)生滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害；再次為泥盆系上統(tǒng)堯梭組地層，該層為煤層的底板，受采礦的擾動(dòng)影響，巖體力學(xué)強(qiáng)度減弱，且出露的區(qū)域多形成采石場(chǎng)，具有誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的可能。區(qū)內(nèi)其他地層受擾動(dòng)、破壞的較小，發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害的可能性較小。根據(jù)以上分析，將研究區(qū)二疊系中統(tǒng)棲霞茅口組灰?guī)r的區(qū)域賦予危險(xiǎn)等級(jí)為4，極高危險(xiǎn)區(qū)；二疊系中統(tǒng)梁山組泥巖、砂巖的區(qū)域賦予危險(xiǎn)等級(jí)為3，高危險(xiǎn)區(qū)；泥盆系上統(tǒng)堯梭組白云巖的區(qū)域賦予危險(xiǎn)等級(jí)為2，中危險(xiǎn)區(qū)；其他巖組的區(qū)域賦予危險(xiǎn)等級(jí)為1，低危險(xiǎn)區(qū)。

2.2.6 高程

研究區(qū)總體為低中山、低山地貌，屬中等切割區(qū)，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育與高程有一定關(guān)系。根據(jù)對(duì)研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育與高程的調(diào)查分析，將高程為800-1000m的區(qū)域賦予危險(xiǎn)等級(jí)為4，極高危險(xiǎn)區(qū)；高程為600-800m的區(qū)域賦予危險(xiǎn)等級(jí)為3，高危險(xiǎn)區(qū)；高程大于1000m的區(qū)域賦予危險(xiǎn)等級(jí)為2，中危險(xiǎn)區(qū)；高程小于600m的區(qū)域賦予危險(xiǎn)等級(jí)為1，低危險(xiǎn)區(qū)。

2.2.7 降雨

降雨是誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的因素之一，研究區(qū)巖體內(nèi)溶蝕裂隙發(fā)育，雨水易通過風(fēng)化裂隙滲入地下，使下伏軟弱層抗剪強(qiáng)度降低，從而促使?jié)撛诮Y(jié)構(gòu)面貫通，誘發(fā)滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害。根據(jù)研究區(qū)降雨的分布特點(diǎn)，將年平均降雨量超過1100mm的區(qū)域賦予危險(xiǎn)等級(jí)為4，極高危險(xiǎn)區(qū)900-1100mm的區(qū)域賦予危險(xiǎn)等級(jí)為3，高危險(xiǎn)區(qū)；700-900mm的區(qū)域賦予危險(xiǎn)等級(jí)為2，中危險(xiǎn)區(qū)；小于700mm的區(qū)域賦予危險(xiǎn)等級(jí)為1，低危險(xiǎn)區(qū)。根據(jù)收集的氣象資料，研究區(qū)年平均降雨量均超過了1100mm，所以均劃分為降雨影響極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

2.2.8 礦山采空區(qū)

采空區(qū)造成上部巖體失去支撐，應(yīng)力不斷調(diào)整并逐漸變形破壞，最終引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，是該區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的一個(gè)極為重要的因素。根據(jù)對(duì)研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育與采空區(qū)關(guān)系的統(tǒng)計(jì)分析，將研究區(qū)采空區(qū)及外擴(kuò)小于200m的區(qū)域賦予危險(xiǎn)等級(jí)為4，極高危險(xiǎn)區(qū)；采空區(qū)外擴(kuò)200m-500m的區(qū)域賦予危險(xiǎn)等級(jí)為3，高危險(xiǎn)區(qū)；采空區(qū)外擴(kuò)500m-1000m的區(qū)域賦予危險(xiǎn)等級(jí)為2，中危險(xiǎn)區(qū)；采空區(qū)外擴(kuò)大于1000m的區(qū)域賦予危險(xiǎn)等級(jí)為1，低危險(xiǎn)區(qū)。

2.3 評(píng)價(jià)因子權(quán)重計(jì)算和分級(jí)賦值

按照高程、降雨、地質(zhì)巖組、坡向、地質(zhì)構(gòu)造、礦山采空區(qū)、河谷水文、坡度的順序，依據(jù)1-9標(biāo)度方法（表1）經(jīng)專家確定各致災(zāi)因子之間重要程度，構(gòu)建研究區(qū)判別矩陣進(jìn)行計(jì)算（表2），利用層次分析法（AHP）確定各個(gè)致災(zāi)因子占權(quán)重賦值（表3）。

表1 判斷矩陣標(biāo)度

表2 致災(zāi)因子判斷矩陣

表3 地質(zhì)災(zāi)害各致災(zāi)因子權(quán)重劃分

3 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)劃結(jié)果分析

利用GIS系統(tǒng)的空間分析功能對(duì)上述8個(gè)致災(zāi)因子的進(jìn)行疊加分析，按地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合評(píng)價(jià)值高低，劃分為高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)3個(gè)不同等級(jí)的區(qū)域，具體分區(qū)見圖1。

圖1 魚洞河流域地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)

3.1 地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)

主要位于研究區(qū)東北部小江口、魚洞水泥廠、魚洞煤礦一帶，地處魚洞河、平路河地區(qū)，面積38.67km2，占工作區(qū)總面積的16.12%，區(qū)內(nèi)發(fā)生（發(fā)現(xiàn)）地質(zhì)災(zāi)害17處，占總數(shù)51.5%。

本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造屬魚洞向斜南東翼，巖層總體呈單斜構(gòu)造，蝕地貌為主，海拔高程700-1000m，相對(duì)高差100-300m，地形切割深度大，地層巖性以二疊系中統(tǒng)茅口組、棲霞組（P2q+m）厚層至塊狀石灰?guī)r為主，巖溶特別發(fā)育，且區(qū)內(nèi)礦山密集，開采歷史悠久，開采強(qiáng)度大。

3.2 地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū)

主要位于研究區(qū)南部消水洞至月亮坡至萬(wàn)潮一帶，面積124.77km2，占工作區(qū)總面積的52.01%，區(qū)內(nèi)發(fā)生（發(fā)現(xiàn)）地質(zhì)災(zāi)害13處，占總數(shù)39.4%。

本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造屬魚洞向斜南西翹起端，巖層總體也呈單斜構(gòu)造。二疊系、泥盆系上統(tǒng)碳酸鹽巖分布區(qū)為溶蝕侵蝕峰叢溝谷地貌，泥盆系中下統(tǒng)碎屑巖分布區(qū)則為侵蝕構(gòu)造中山地貌，海拔高程在800m以上，分布有老鴰山斷層、大壩斷層等地質(zhì)構(gòu)造。區(qū)內(nèi)礦山也十分密集，開采歷史也比較悠久，開采強(qiáng)度較大。

3.3 地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)

主要位于研究區(qū)北西部與西部黃貓寨、青杠林、爐山鎮(zhèn)、叫場(chǎng)壩等地區(qū)，面積76.46km2，占工作區(qū)總面積的31.87%，區(qū)內(nèi)發(fā)生（發(fā)現(xiàn)）地質(zhì)災(zāi)害3處，占總數(shù)9.1%。

分區(qū)地質(zhì)構(gòu)造屬大風(fēng)洞向斜北西翼傾向南東，碳酸鹽類巖石廣布，故地貌類型為溶蝕峰林洼地、峰叢洼地、峰叢谷地，地勢(shì)相對(duì)平緩，海拔高程800-1200m，主要有響水?dāng)鄬拥取?/p>

4 結(jié)論

①通過野外調(diào)查研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件，選定了高程、降雨、地質(zhì)巖組、坡向、地質(zhì)構(gòu)造、礦山采空區(qū)、河谷水文、坡度8個(gè)致災(zāi)因子為評(píng)價(jià)指標(biāo)，以地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性為評(píng)價(jià)目標(biāo)，建立了魚洞河流域地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分析評(píng)價(jià)模型。

②通過專家打分法確定各致災(zāi)因子之間重要程度，并利用1-9標(biāo)度方法和層次分析法（AHP）計(jì)算得到各因子的權(quán)重，最后采用GIS的空間分析功能進(jìn)行疊加分析，得到地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)結(jié)果，高易發(fā)區(qū)面積38.67km2，占研究區(qū)總面積的16.12%；中易發(fā)區(qū)面積124.77km2，占研究區(qū)總面積的52.01%；低易發(fā)區(qū)面積76.46km2，占研究區(qū)總面積的31.87%。

③研究區(qū)目前發(fā)生（發(fā)現(xiàn)）地質(zhì)災(zāi)害絕大多數(shù)位于高、中易發(fā)區(qū)內(nèi)，分區(qū)結(jié)果符合實(shí)際，相對(duì)科學(xué)、準(zhǔn)確，能夠?yàn)轸~洞河流域開發(fā)建設(shè)、防災(zāi)減災(zāi)和環(huán)境治理決策提供科學(xué)依據(jù)。