基于GIS與信息量模型法的山東省蒙陰縣地質災害易發性評價

康鵬宇　孫士偉　林清祿　周媛　李月寶　肖丙建　焦永鑫　孫超　劉成帥

摘要：蒙陰縣位于山東省東南部，岱崮地貌分布范圍較廣。近年來，隨著人類工程活動的增強，崩塌滑坡泥石流災害進一步加劇。本文在山東省蒙陰縣1∶5萬地質災害風險普查的基礎上，結合最新的遙感信息，選取坡度、起伏度、工程地質巖組、地質構造、地貌類型5個影響因子作為研究區地質災害易發性的評價指標，采用信息量模型法對各評價因子進行信息量計算，通過GIS空間分析平臺，建立了蒙陰縣地質災害易發性評價體系，為蒙陰縣有效開展防災減災救災工作，切實保障經濟社會可持續發展提供有效的科學決策依據。研究區劃分為地質災害高易發區、中易發區、低易發區、非易發區４個等級，特征曲線（ROC）的線下面積（AUC）精度檢驗值為0.833，表明評價精度較高。

關鍵詞：GIS;信息量模型法；地質災害；易發性；蒙陰縣；山東省

中圖分類號：P694文獻標識碼：Adoi：10.12128/j.issn.16726979.2023.06.006

引文格式：康鵬宇，孫士偉，林清祿，等.基于GIS與信息量模型法的山東省蒙陰縣地質災害易發性評價［J］.山東國土資源，2023，39（6）：3743.KANG Pengyu， SUN Shiwei， LIN Qinglu， et al. Susceptibility Assessment of Geological Disasters in Mengyin County in Shandong Province Based on GIS and Information Model［J］.Shandong Land and Resources，2023，39（6）：3743.

0引言

地質災害包括自然因素或者人為活動引發的危害人民生命和財產安全的山體崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫、地面沉降等與地質作用有關的災害。地質災害易發性指一定區域內由孕災地質條件控制的地質災害發生的可能性。地質災害威脅人類安全，造成大量經濟損失，給國家和人民帶來巨大危害。為此，各省、市、縣相繼開展了地質災害易發性評價及研究工作［19］。

目前，GIS已經成功應用在政府管理、資源保護、環境保護、城市規劃建設等很多領域。隨著我國經濟的發展，GIS在地質災害防治、測繪、交通運輸等領域發揮著舉足輕重的作用，GIS的應用主要包括綜合分析評價與模擬預測。GIS信息量法是用地質災害發生時嫡值的多少來反映地質災害的易發性。基于GIS平臺，建立評價模型，確定地質災害與致災因子之間的相關性，計算誘導因子對地質災害所提供的信息量值。

基于山東省蒙陰縣1∶5萬地質災害風險普查成果，根據地質災害的發育分布規律及地質環境條件，選取影響地質災害現狀和地質災害發生、發展的坡度、起伏度、工程地質巖組、地質構造、地貌類型5個因素作為影響因子，基于GIS和加權信息量模型進行蒙陰縣崩塌、滑坡、泥石流地質災害易發性評價，采用ROC曲線進行精度驗證，為蒙陰縣地質災害防治及地質災害預警提供依據。

1研究區概況

研究區位于山東省中南部、沂蒙山區的腹地，面積約1605.0km²。研究區地處暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候區，南部水汽輸送條件較好，降水量明顯大于北部。研究區屬淮河流域沂沭河水系，水系發育，支流眾多，主要河流有東汶河、梓河、蒙河等。研究區總體地勢南北高，中間低，由西向東逐漸傾斜。南部山區海拔一般400～1 000 m，北部、中南部低山丘陵區海拔一般200～500 m，中部山間平原區海拔一般低于200 m。研究區地層自太古代、古生代、中生代和新生代均有出露，呈NW—SE向展布，第四紀地層多分布于山間溝谷地帶；主要斷裂為泰安大斷裂、新泰蒙陰斷裂、金星頭斷裂和夏蔚斷裂；巖漿活動較強烈，主要活動時期為太古代、元古代及中生代。

從空間上看，研究區地質災害點主要發生在東北部、西南部低山丘陵區。截至2020年12月，研究區共發育崩塌、滑坡、泥石流地質災害點90處，其中，滑坡15處，崩塌68處，泥石流7處（表1，圖1）［1011］。

2GIS分析和信息量法模型

2.1數據來源

高空間分辨率遙感正射影像由國家高分辨率對地觀測系統山東臨沂數據與應用中心提供。影像時效性不超過2年，在地質災害隱患分布區域無云覆蓋，整體云雪覆蓋率不大于5%，數據配準精度滿足1∶1萬遙感影像圖制圖要求，影像無重影、模糊現象，各種地物邊緣清晰明確，線狀和面狀地物完整。

2.2GIS分析

基于GIS空間分析的因子信息采集方法，用1∶1萬地形圖提取基礎地理信息;用遙感影像提取坡度、起伏度信息;構造及工程地質巖組主要從1∶5萬地質圖上提取。

2.3信息量模型

地質災害的形成受多種因素影響，信息量模型反映了一定地質環境下最易致災因素及其細分區間的組合；具體是通過特定評價單元內某種因素作用下地質災害發生頻率與區域地質災害發生頻率相比較。地質災害發生的總信息量：

3評價因子

通過分析研究區地質災害的發育分布規律及地質環境條件，將地質災害現狀和影響地質災害發生、發展的因素作為影響因子，選擇坡度、起伏度、工程地質巖組、地質構造、地貌類型5個影響因子作為地質災害易發性的評價指標。離散型因子為工程地質巖組和地貌類型，連續型因子有坡度、起伏度和距斷層距離［1216］。各評價因子分級見圖2。

3.1坡度

由研究區數字高程圖形（DEM）得到蒙陰縣山區的地形坡度數據，地形坡度范圍0°～65°。選取10 m×10 m的網格，面積為0.000 1 km²的分析窗口來計算評價網格內的平均坡度。根據地形坡度分為<10°、10°～20°、20°～30°、30°～45°、45°～60°、和>60°等6類。地質災害點一般分布在地形坡度大于20°的地區。隨著地形坡度的增加，災害點數量增加的趨勢明顯。當地形坡度小于20°時，地質災害點極少。

3.2起伏度

地形起伏度是指在限定面積范圍內的地表上高程差的最大值，它是坡度的一種延伸觀念，地形起伏度可以直觀的反映地形起伏特征。在DEM數據基礎上利用ArcGIS的空間分析工具鄰域統計計算出限定尺度范圍內的最大高程值與最小高程值，將2個數的差值確定為起伏度。選取10 m×10 m的網格，面積為0.000 1 km²的分析窗口來計算評價網格內的起伏度。地形起伏度分成平坦（<10 m）、微起伏（10～20 m）、小起伏（20～30 m）、中起伏（30～45 m）及大起伏（>45 m）5類。隨著地形起伏高度的增加，崩塌、滑坡、泥石流等地質災害隱患的數量逐漸增多，當起伏高度達20～30 m時隱患數量達到最大，之后隨著起伏高度的增加逐漸減少。

3.3工程地質巖組

不同巖性的物理力學性質不同，導致地質災害在不同巖層中的發育程度不同。根據地層出露情況及工程地質特征，將研究區巖土體分為堅硬塊狀侵入巖巖組、堅硬的塊狀變質巖巖組、堅硬、較堅硬的中厚—厚層狀灰巖巖組、較堅硬的中厚—厚層狀碎屑巖巖組、較堅硬的薄層狀頁巖夾灰巖巖、堅硬較堅硬的薄層狀頁巖砂巖夾灰巖巖組、以黏性土、砂礫石為主的雙層結構土、以黏性土為主的單層結構土8類。研究區堅硬的塊狀變質巖巖組、較堅硬的薄層狀頁巖夾灰巖巖組中地質災害點分布較多，這與其巖土體結構本身為易于風化的巖漿巖或相對較軟的頁巖上覆相對較硬的灰巖，在構造作用、沉積作用、風化剝蝕作用等各種內外應力作用下形成的崮形地貌有直接關系。

3.4距斷層距離

根據斷裂發育分布的實際情況，將研究區地質災害距斷層距離情況分為＜0.5 km、0.5～1 km、1～1.5 km、1.5～3 km、＞3 km共5類。斷層附近巖土體往往比較破碎，破碎的巖土體極易發生地質災害。往往距斷層越遠發生地質災害的可能性越小，而研究區泥石流分布區主要分布在斷層距較大的區域。

3.5地貌類型

根據研究區1∶5萬地貌圖，地貌類型分為山區和平原，其中山區又劃分為中山、低山、丘陵。研究區低山地貌的地質災害隱患點數量最多，共75處，占地質災害隱患點總數的83.33%；其次為丘陵地貌，地質災害隱患點10處，占地質災害隱患點總數的11.11%；中山地貌地質災害隱患點5處，占地質災害隱患點總數的5.55%。

4地質災害易發性評價

4.1評價過程

利用ArcGIS軟件提取得到各因子圖層，進行重分類，將災點圖層和其他因子圖層進行疊加統計，計算各個影響因子圖層的信息量值（表2），將各個因子各分類信息量值賦值到對應的柵格圖層中，運用柵格加權總和計算研究區地質災害易發性的總信息量值，該柵格總信息量即為地質災害易發性信息量。地質災害分區界限值，運用ArcGIS疊加分析模塊，運用重分類工具自然間斷法將研究區信息量值劃分為４個區間，分別為地質災害非易發區、低易發區、中易發區、高易發區。

4.2評價結果

研究區高、中易發區主要分布在東北部和西南部低山區（圖3）。地質災害非、低、中、高易發性面積分別為312.36 km²、579.32 km²、410.34 km²、302.99 km²，占比分別為19.46%、36.09％、25.57％、18.88％。地質災害分布數量（占比）分別為0個（0％）、0個（0％）、23個（25.56％）、67個（74.44％）。

4.3評價精度

ROC曲線可簡單直觀、準確地反映分析方法特異性和敏感度的關系，廣泛應用于地質災害易發性評價中。ＲOC曲線線下面積AUC值可檢測地質災害易發性評價的精度，AUC值越接近1，模型預測精度越高［1718］。

將易發性面積累計百分比作為橫軸，地質災害點數量百分比作為縱軸，得出研究區地質災害易發性評價結果的AUC值為0.833，高、中易發區地質災害數量（占比）分別為：67個（74.44％）、23個（25.56％），評價精度較好（圖4）。

相比其他常規評價方法，評價結果與實際調查情況基本吻合，評價數據計算、分類均通過GIS完成且地質災害易發性評價結果AUC值為0.833，均顯示評價計算精度較好高。

5結論

（1）基于信息量模型，選取5個主要的影響因子，借助GIS技術對蒙陰縣地質災害的易發性進行評價。通過計算不同因子對地質災害的信息量，疊加評價地質災害易發性，將易發性分為地質災害高易發區、中易發區、低易發區、非易發區４個等級，分別占研究區面積的18.88％、25.57％、36.09％、19.46％。

（2）地質災害最為發育的區域坡度在20°～45°，起伏度在10～45m，工程地質巖組為較堅硬的薄層狀頁巖夾灰巖巖組、堅硬、較堅硬的中厚—厚層狀灰巖巖組，距斷層距離＜0.5 km或＞3 km，地貌類型為低山。

（3）通過ROC檢驗AUC＝0.833，高、中易發區地質災害數量（占比）分別為：67個（74.44％）、23個（25.56％），評價效果較好，與研究區實際情況比較一致，為蒙陰縣的防災減災提供一定的科學依據。

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Susceptibility Assessment of Geological Disasters in Mengyin County

in Shandong Province Based on GIS and Information Model

KANG PengyuSUN Shiwei LIN QingluZHOU Yuan LI Yuebao XIAO Bingjian JIAO Yongxin SUN Chao LIU Chengshuai

（1.No.7 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources， Shandong Linyi 276006， China; 2.Pingyi Bureau of Natural Resources and Planning， Shandong Linyi 273300， China; 3.Mengyin Bureau of Natural Resources and Planning， Shandong Linyi 276200， China）

Abstract：Mengyin county is located in the southeast of Shandong province with a wide distribution of Daigu landform and abundant rainfall. In recent years， accompanying with the enhancement of human engineering activities， collapse， landslide， and debris flow disasters have further intensified. Based on geological disaster risk survey with the scale of 1∶50000 in Mengyin county. Combining with the latest remote sensing information， five Impact factors have been selected as the evaluation indicators for geological disaster vulnerability in the study area， they are slope， relief， engineering geological rock formation， geological structure， and geomorphic type. The information content model method is used to calculate the information content of each evaluation factor. Through GIS spatial analysis platform， geological disaster vulnerability assessment system in Mengyin county has been established. It will provide effective scientific decision-making basis for carrying out disaster prevention， mitigation and relief work in Mengyin county and ensuring sustainable economic and social development effectively. The study area is divided into geological hazard prone areas， medium prone areas， low prone areas， and non prone areas. The accuracy test value of the offline area （AUC） of the characteristic curve （ROC） is 0.833. It is indicated that the evaluation accuracy is high.

Key words：GIS; Information model method; geological hazards; susceptibility；Mengyin county; Shandong province