基于ArcGIS 的地質災害易發性分區評價
——以永泰縣為例

余浚哲

（福建省煤田地質勘查院 福建福州 350001）

1 緒論

1.1 選題背景及意義

福建省地處我國東南沿海，面朝大海背靠大山，閩西閩中兩列大山貫穿福建南北，境內山地丘陵多，孕災地質條件好，強降雨頻發，且受經濟發展的影響，人類工程活動較多，發生滑坡、崩塌、泥石流等災害的頻率較高。地理環境信息測繪系統（以下簡稱GIS）是在應用計算機信息科學，測繪學等技術基礎上逐步發展壯大起來的一門基于空間數據采集處理分析交叉應用技術。本文主要依據GIS 的空間數據分析處理功能，對永泰縣區域進行多個地質自然災害風險易發區域的區劃，為開展地質自然災害風險防治研究提供重要依據。

1.2 國內外研究現狀

（1）國外研究現狀。國外發達國家將GIS 用于地質災害方面研究起步較早，研究成果顯著。1986 年，美國的Brabb Earl E.利用GIS 軟件進行數據采集分析、編輯氣象繪圖等基本功能實現加利福尼亞San Mateo 地區地質災害。1987 年，美國的Wentorth Carth M.和Ellen Strphen D.等多位學者運用GIS 對汶川區域地質工程中的地質狀況作進一步的調查分析并取得不錯的研究成果。1991 年，美國的campbell russellh 等學者運用GIS 對汶川滑坡地震災害影響空間進行預測。1997 年，C.J.van Westen 等劃分出滑坡災害區劃。2006 年，塞內加爾的M.Fall對達喀爾西南地區海岸山體滑坡災害危險性等級區劃。

（2）國內研究現狀。國內學者于20 世紀80 年代開始進行研究。1994 年，雷明堂等應用綜合地理環境信息分析系統（GIS）技術對塌陷危險地區評價影響危險因素分析，研究地區的整體塌陷，對危險區域的評價。2006 年，張有全等用GIS 區域空間梯度分析地質危險性災害評價模型理論，研究某構建我國地質發生災害區域發育度劃分模型，采用“3S”分析技術對北京市延慶縣區域進行空間分析，得到該區域地區的地質易發性災害區域梯度劃分。2009 年，許沖等通過GIS 技術與層次分析法劃出地區的易發性區。2012 年李艷珠等基于高度層次綜合分析法與深度GIS 綜合分析法等技術，對多個研究區的火山巖溶斷層塌陷情況進行深入研究。同年樊高峰等對浙江省的大型暴雨火山災害事件進行風險評估并對其危險性進行評價，采用GIS 技術分析各個評價因子，最終得出評價結果與實際影響基本一致。2021 年，王景致等運用GIS 分析與層次分析法（AHP）對所選取的評價因子進行了分析，對研究的輸電線路通道地質災害進行了危險性劃分及評價。

1.3 研究內容

本文以福州市永泰縣為研究對象，收集相關資料與野外調查相結合，通過對收集到的資料進行整理轉為數字資料，得到地質災害數據。通過收集分析已公布發生的我國地質自然災害相關信息，對永泰縣事件發生時期地質災害發生地區的經濟發展趨勢、發生災害原因等基本條件進行分析，確定影響評價程度因子。本文采用科學定性與綜合定量相有機結合的評價方法，通過利用綜合定量指數計算法以及利用程度因子加權綜合定量評判，對我國地質自然災害發生易發性的程度因子分區問題進行因子劃分上的討論，最終利用ArcGIS 空間分析技術展示結果。

2 研究區概況

由于在中生代侏羅紀和白堊紀時大量的火山爆發，加上造山運動以來的全新構造運動，導致永泰縣內地形作大幅員向上和間歇向上，逐漸構成了近現代的嵯峨地形，并自西南地區逐漸向東北地區偏斜?？h內以中低山區居多，多數地方的平均海拔常在500 m～1 000 m，平均高度通常在300 m～500 m，個別地方達千米左右，山勢高亢。西北部近千米山巒連綿起伏，山勢高大雄偉，斷面深切谷，一般海拔高程自西東向起伏下降。東北部山勢較緩，平均海拔常在600 m～800 m 左右，點狀散布近千米孤峰。大洋、同安、丹云、霞拔、白云質、東洋、盤谷等地構成階級侵蝕階面上的小丘和山間小盆地，當中又以同安—大洋盆地相對平緩開闊。

地形、地貌條件是崩塌、滑坡、泥石流等山地區域地質災害種類與規模的主控原因［1］。地形直接控制了地質災害的爆發形式，在高大的自然臨空面、比較發育的殘坡積層，以及軟硬巖層體之間的山地和丘陵區，較容易造成崩塌、滑坡［2］。而地形起伏幅度較大、溝谷發育、巖層體碎裂、疏松的丘陵，往往是泥石流的多發地帶［3］。永泰全縣地貌類型多而復雜，且發育大量不利的地形，因此，永泰縣地形地貌有利于崩塌、滑坡等地質災害發生。

3 地質災害易發性分區及評價

3.1 分區分析

地質經濟災害影響分區分為定性區域分析與定量分析。定性地區分析主要是由科學經驗對一個地質經濟災害分區進行分析，定量分析主要是對直接影響發生地質經濟災害的各個因子要素進行非賦值化的分析。定量分析常用方法主要有統計綜合定量指數法和統計綜合分析法等，其中統計綜合定量指數分析法比較的準確表示和指出各個要素因子對影響地質災害可能產生的直接影響。近年來，GIS 分析技術和綜合指數法相結合成為了研究地質災害的一種有效方式。

地質災害的發生由許多不完全確定的地質因素活動造成，目前的定量資料及預估評價分析方法根本無法有效支撐定量分析。本次綜合地質地震災害發生易發性預估評價主要采用地體定性與地質定量有機結合的評價方法，通過運用綜合因子指數分析法則并利用綜合因子加權綜合法對地質地震災害發生易發性的程度進行分區。在對綜合地質地震災害確定類型的基礎上，構建了基于斜坡評價單元的全國區域綜合地質地震災害發生易發性預估評價因子指標體系，由9 項主要因子指標構成：坡度、坡向、高差、坡形、覆蓋層面的厚度、巖性與地質巖土混合結構、斜坡地體結構、與地體構造間隙的距離、切坡高度。

3.2 評價方法

因子圖層獲取：對于坡度、坡向、高差與坡形4 類指標，基于ArcGIS 軟件，對DEM 進行表面分析，得到各斜坡單元內坡度、坡向、高差及曲率評價因子圖層。對于覆蓋層厚度指標，需要基于鉆探所獲基礎數據，選取合理的函數曲線模型來模擬整個研究區覆蓋層厚度的分布情況。與構造距離這樣的線性指標，則需要先做緩沖區，然后再分析斜坡單元與構造之間的距離。斜坡結構、巖性與巖土結構和切坡高度根據野外實地調查數據統計分類。

（1）坡度：利用前期收集到的高精度DEM 數據，基于ArcGIS 對其進行坡度分析，得到區域坡度分布圖、坡度分布圖、表面分析重分類、重分類分區圖。

（2）坡向：利用高精度DEM 數據，基于ArcGIS 軟件對其進行坡向計算，得到區域坡向分布圖。同時進行重分類，自定義分類間隔為1，得到重分類坡向分區圖。為獲取每斜坡單元內的坡向數據，借助ArcGIS 中的分區統計功能，對坡向進行統計分析，可以得到每一斜坡單元所處地理位置坡向最大值、最小值、平均值、范圍、眾數、標準差等數值。對于坡向指標，本次研究取坡向的平均值為斜坡單元坡向值。

（3）高差：利用高精度DEM 數據，基于ArcGIS 軟件對其重分類，自定義分類間隔為1，得到重分類高程分區圖。為獲取每斜坡單元內的高差數據，必須統計斜坡單元內高程的最大最小值，求差得到高程差。借助于ArcGIS 軟件中的高程分區斜坡統計分析功能，對重組并分類后的各個高程斜坡分區統計圖數據進行斜坡統計數據分析，快速得到每一個斜坡統計單元所需要處理的地理坐標位置斜坡高程的最大偏差值、最小偏差值、平均值、范圍、眾數、標準差等相關數值。對于高差指標，直接取上述數據中的＂范圍＂即可得到斜坡單元的高差值。

（4）坡形：利用高精度DEM 數據，基于ArcGIS 軟件對其進行曲率分析，得到曲率分區圖。然后借助ArcGIS 中的分區統計功能，對曲率進行統計分析，可以得到每一斜坡單元所處地理位置曲率最大值、最小值、平均值、范圍、眾數、標準差等數值。對于兩個曲率坡度指標，研究曲率過程中可選取2 個曲率的坡向平均值分別為凸形斜坡曲率單元中的坡向平均值，曲率單元平均值分別為負或正則凸形斜坡為凸型凹形斜斜坡，如2 個曲率平均值分別為正或負則凸型斜坡為凹形斜斜坡，得到曲率分布圖。

（5）覆蓋層厚度：以野外的實地調查數據為基礎，圈定調查區域覆蓋層厚度等值線圖。

（6）巖性與巖土結構：以野外的實地調查數據為基礎對其進行賦值。

（7）斜坡結構：根據野外的實地調查數據，對其進行賦值。

（8）與構造距離：利用收集到的構造斷裂數據，基于ArcGIS 軟件對其進行緩沖分析，得到構造斷裂緩沖區圖。然后我們借助ArcGIS 軟件中的斜坡分區在線統計分析功能，對建筑緩沖區斜坡進行在線統計數據分析，可以直接得到每一建筑斜坡設計單元所當時處于的地理位置之間相對于每一構造物與緩沖區平行距離的總放大值、最小偏差值、平均值、范圍、眾數、標準差等相關數值。對于與構造距離指標，研究過程中取與構造距離的最小值為斜坡單元相對于構造斷裂帶的距離。

（9）切坡高度：根據野外的實地調查數據為基礎對分析工具鄰域分析緩沖區，設定距離50 m、100 m、300 m、500 m 為緩沖區距離，得到構造斷裂緩沖區圖。進行重分類，自定義分類間隔為1，得到重分類坡度分區圖。為獲取每斜坡單元內的坡度數據，借助ArcGIS 中的分區統計功能，對坡度進行統計分析，可以得到每一斜坡單元所處地理位置坡度最大值、最小值、平均值、范圍、眾數、標準差等數值。對于坡度指標，本次研究取坡度的平均值為斜坡單元坡度值。

根據利用ArcGIS 得出的永泰縣地質災害易發性評價圖（見圖1），總結出永泰縣各級行政地質災害嚴重易發區的地理特征分別為：

圖1 永泰縣地質自然災害易發性評價

（1）地質災害高易發區。主要集中在城峰鎮、清涼鎮、樟城鎮、塘前鎮、葛嶺鎮局部，面積約32.6 km2，區域內主要結構分別以紫灰、灰黑色（安山）玄武巖、安山巖、英安巖、（球粒）流紋巖、英安質晶屑熔結凝灰巖、晶屑凝灰熔巖、晶屑凝灰巖等為主，巖性易風化，風化后的產物穩定性較差；斜坡單元坡度主要為25°～35°，斜坡坡向以南、西、東南方向為主，覆蓋層及全風化帶厚度較厚；一些區域切坡建房等其他人類工程活動較頻繁，這些因素為地質災害的發生提供了有利條件。

（2）地質災害中易發區。中易發區總面積為834.5 km2。區域南部地勢相對低，因坡度較平緩，其地質災害易發程度相對不高。

（3）地質災害低易發區。低易發區總面積約1 360.1 km2，主要分布在西南部地勢平坦的山區，集中分布在鄉鎮南部平原區。斜坡坡度較緩、高差較小、覆蓋層厚度較薄，人類工程活動對邊坡的擾動程度較小，使得地質災害易發程度低。

4 結論

本文在對地質災害類型、研究基礎上，構建了基于斜坡單元的區域地質災害易發性評價指標體系，由指標體系9 項因子構成，具體為坡度、坡向、高差、坡形、覆蓋層厚度、巖性與巖土結構、斜坡結構、與構造間距離、切坡高度等9 項因子。

將易發性評價結果劃分為極高、高、中、低4 個等級，面積分別為0 km2、32.6 km2、834.5 km2、1360.1 km2，面積占比分別為0%、1.5%、37.5%、61.1%，災害點均分布在高易發區。高易發區主要分布在區內北側向清涼鎮-城峰鎮-樟城鎮一帶；中易發區均勻分布在各個區域；低易發區主要分布南部和中部的洑口鄉、嵩口鎮和梧桐鎮，其余區域零星分布。