地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價方法研究

摘" 要：黔西縣以中低山地貌為主，獨特的地質(zhì)環(huán)境導(dǎo)致大量的地質(zhì)災(zāi)害，嚴(yán)重威脅縣內(nèi)人民生命財產(chǎn)安全。在全面分析地質(zhì)災(zāi)害孕災(zāi)條件的基礎(chǔ)上，選取坡度、地形起伏度、剖面曲率、平面曲率、地質(zhì)構(gòu)造和斜坡結(jié)構(gòu)6個指標(biāo)，運用信息量模型對黔江縣進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價，結(jié)果表明地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)主要位于中坪鎮(zhèn)、花溪鄉(xiāng)。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)災(zāi)害;信息量法;易發(fā)性;地形坡度;地質(zhì)構(gòu)造

中圖分類號：P694" " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）18-0104-04

Abstract： Qianxi County is mainly characterized by medium to low mountain landforms， and its unique geological environment has nurtured a large number of geological disasters， seriously threatening the safety of people's lives and property in the county. On the basis of comprehensive analysis of geological disaster preparation conditions， six indicators including slope， topographic relief， section curvature， plane curvature， tectonics and slope structure are selected， and the information model is used to evaluate the vulnerability of geological disasters in Qianjiang County. The results show that the areas with high vulnerability to geological disasters are mainly located in Zhongping Town and Huaxi Township.

Keywords： geological disaster; Information quantity method; susceptibility; slope of the terrain; geological structure

我國山區(qū)面積占比較大，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度高，分布范圍廣，防災(zāi)減災(zāi)工作面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。近年來，為解決“地質(zhì)災(zāi)害在哪兒”這個關(guān)鍵科學(xué)問題，基于孕災(zāi)地質(zhì)環(huán)境背景條件的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價成為了廣大科研工作者的研究熱點。地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價主要是通過分析地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育分布規(guī)律現(xiàn)狀，厘清其主控因素，采用數(shù)理統(tǒng)計或機(jī)器學(xué)習(xí)等模型評價區(qū)域上地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的難易程度，為自然資源管理部門對地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險管控提供理論支撐。本文以貴州省黔西縣為研究區(qū)，探討了信息量法在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價中適用性。

1" 研究區(qū)概況

黔西縣位于貴州省中部偏西北，介于東經(jīng)105°47′～106°26′、北緯26°45′～27°21′之間。屬亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，多年年平均降水量為1 050 mm。境內(nèi)海拔位于730～1 890 m之間地勢西北、西南高，東南和東北部較低[1]。縣內(nèi)出露的巖石以碳酸鹽巖為主，灰?guī)r、白云巖等占巖石總出露面積的80%。區(qū)域內(nèi)地質(zhì)作用強(qiáng)烈，發(fā)育一系列背斜、向斜與斷裂，斜坡巖體結(jié)構(gòu)較為破碎。受孕災(zāi)地質(zhì)環(huán)境條件和降雨作用影響，黔西縣地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度較高，具有點多面廣、危害性大的特點，對區(qū)內(nèi)人民生命財產(chǎn)安全有較大威脅。地質(zhì)災(zāi)害分布如圖1所示。

2" 研究方法

信息量模型因其計算簡便，評價結(jié)果精準(zhǔn)，現(xiàn)已廣泛用于地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價中[2-5]，反映地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性的信息量是指特定區(qū)域（單元）內(nèi)每一影響因素對地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性所起作用的大小，用條件概率表示

式中：Nj為地質(zhì)災(zāi)害在Aj狀態(tài)（或區(qū)間）下的單元數(shù);N為地質(zhì)災(zāi)害單元總數(shù);Sj為研究區(qū)內(nèi)j狀態(tài)下的單元數(shù);S為研究區(qū)的總單元數(shù)。Ij為正時表示該指標(biāo)促進(jìn)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育，反之則不利于地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育，為0時表明該因素影響作用較小。

3" 評價指標(biāo)體系

3.1 坡度

地形坡度決定斜坡的臨空條件和卸荷發(fā)育程度，對斜坡穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用[6-8]。基于數(shù)字高程模型（DEM），利用ArcGIS軟件生成黔西縣地形坡度與地質(zhì)災(zāi)害關(guān)系圖，如圖2（a）所示。在地形坡度上，縣域內(nèi)各斜坡坡度主要分布在30°以內(nèi)。其中，0～10°斜坡面積占全縣總面的31.48%，10～20°斜坡面積占全縣總面的38.76%，20～30°斜坡面積占全縣總面的21.52%，30°以上斜坡分布面積占比8.24%。區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)育在50°以內(nèi)的斜坡上，且在坡度20～40°的區(qū)間內(nèi)最為發(fā)育，有滑坡災(zāi)害47處，占比達(dá)92.15%。其中，在20～30°區(qū)間內(nèi)發(fā)育滑坡點點數(shù)最多，有31處，占比60.78%;在30～40°區(qū)間發(fā)育滑坡16處，占比31.37%，該區(qū)間發(fā)育的滑坡點密度最大。崩塌災(zāi)害主要發(fā)育在50°以上的斜坡上，在60～90°區(qū)間內(nèi)發(fā)育崩塌點數(shù)最多為39處，占比83.43%，而結(jié)合30°以上斜坡占比少的特點，縣域內(nèi)崩塌整體呈現(xiàn)隨坡度增加，崩塌災(zāi)害的點密度越大，發(fā)生崩塌概率越高。

3.2 地形起伏度

地形起伏度也稱地勢起伏度、相對地勢或相對高度，是單位面積內(nèi)最大相對高程差，是劃分地貌類型的一個重要指標(biāo)，同時也是反映地形起伏和切割程度的一個指標(biāo)。基于DEM，利用ArcGIS軟件生成黔西縣地形起伏度與地質(zhì)災(zāi)害關(guān)系圖，如圖2（b）所示。地形起伏程度方面，全縣地形整體呈現(xiàn)高山、平原少，丘陵、中低山地多的特點。地形起伏度主要集中在50～200m之間，全縣地質(zhì)災(zāi)害主要分布起伏度為100～500m區(qū)間。

3.3 剖面曲率

剖面曲率能夠反應(yīng)斜坡的凹凸形態(tài)，通過控制降雨的匯流和物質(zhì)運移影響地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育。剖面曲率為負(fù)表示該處為凸地形，反之則為凹地形，為零時地形平直。基于數(shù)字高程模型，利用ArcGIS軟件生成黔西縣剖面曲率與地質(zhì)災(zāi)害關(guān)系圖，如圖2（c）所示。從曲率分布上可以看出，縣域內(nèi)三類剖面坡型占比大致相近，其中凸形坡最為發(fā)育，分布面積占比為44.55%;凹型坡次之，面積占比為30.71%;平直形坡分布相對最少，面積占比24.74%。凸形坡發(fā)育有24處滑坡災(zāi)害和16處崩塌災(zāi)害，占比分別為47.06%和34.04%;凹形坡發(fā)育有15處滑坡災(zāi)害和24處崩塌災(zāi)害，占比分別為29.41%和51.06%;平直形斜坡發(fā)育有12處滑坡災(zāi)害和7處崩塌災(zāi)害，占比為23.53%和14.89%。

3.4" 平面曲率

斜坡平面曲率（垂直于最大坡度方向）能夠客觀反映斜坡平面特征，能夠間接反映斜坡的水文、水文地質(zhì)、演化變形趨勢與方向，這些都與斜坡地質(zhì)災(zāi)害的穩(wěn)定息息相關(guān)。平面曲率為負(fù)表示該處為凹地形，反之則為凸地形，為零時地形平直。利用ArcGIS軟件生成黔西縣平面曲率與地質(zhì)災(zāi)害關(guān)系圖，如圖2（d）所示。從曲率分布上可以看出，縣域內(nèi)三類平面坡型占比大致相近，其中凸型坡最為發(fā)育，分布面積占比為41.56%;凹型坡次之，面積占比為30.98%;平直型坡分布相對最少，面積占比27.46%。凸型坡發(fā)育有12處滑坡災(zāi)害和32處崩塌災(zāi)害，占比分別為23.53%和68.09%;凹形坡發(fā)育有29處滑坡災(zāi)害和10處崩塌災(zāi)害，占比分別為56.86%和21.28%;平直型坡發(fā)育有10處滑坡災(zāi)害和5處崩塌災(zāi)害，占比分別為19.61%和10.64%。可見，滑坡更易在凹型坡，即在有良好的匯水條件的斜坡中孕育和發(fā)生，這與傳統(tǒng)滑坡地貌中的“雙溝同源”“圈椅狀地貌”相吻合，而崩塌則多發(fā)育在凸型坡中。

3.5" 地質(zhì)構(gòu)造

地質(zhì)構(gòu)造對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育有著重要的控制作用。黔西縣內(nèi)構(gòu)造發(fā)育程度高，斜坡巖體結(jié)構(gòu)相對破碎，當(dāng)巖體結(jié)構(gòu)面與坡面形成有利夾角時將促進(jìn)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育。圖2（e）顯示了黔西縣地質(zhì)災(zāi)害與斷層距離的分布關(guān)系，表明縣內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害受構(gòu)造控制作用較強(qiáng)，距離斷層5 km之內(nèi)發(fā)育了大量災(zāi)害，其中滑坡46處，占總滑坡數(shù)量的90.20%，崩塌47處，占總崩塌數(shù)量的100%。

3.6 斜坡結(jié)構(gòu)

斜坡坡向與巖層層面、節(jié)理裂隙等結(jié)構(gòu)面的交切關(guān)系形成了不同的斜坡結(jié)構(gòu)類型、不同類型的斜坡結(jié)構(gòu)控制著地質(zhì)災(zāi)害空間分布和斜坡破壞模式。結(jié)合黔西縣地層巖性與產(chǎn)狀，大致可以將縣域內(nèi)斜坡劃分為以下5類：順向斜坡，逆向斜坡，橫向斜坡，斜向斜坡和塊狀巖體邊坡。在此基礎(chǔ)上，利用ArcGIS軟件分析了距離斷層同距離下的地質(zhì)災(zāi)害分布情況，如圖2（f）所示。在斜坡結(jié)構(gòu)方面，縣域內(nèi)主要以斜向坡和橫向坡2類斜坡結(jié)構(gòu)為主，分布面積分別占全縣面積的33.17%和33.67%，其次為順向坡和逆向坡，分布面積分別占全縣面積的17.36%和15.43%;塊狀結(jié)構(gòu)的斜坡分布面積最少，主要分布在觀音洞鎮(zhèn)東部至新仁鄉(xiāng)西北一帶的火成巖區(qū)，分布面積占比僅0.23%。縣域內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)育在順向坡和橫向坡2類斜坡段，其中在順向坡發(fā)育滑坡11處，占總滑坡數(shù)量的21.57%，崩塌9處，占總崩塌數(shù)量的19.15%;在橫向坡發(fā)育滑坡17處，占總滑坡數(shù)量的33.33%，崩塌17處，占總崩塌數(shù)量的36.17%。

4 評價結(jié)果

在研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價指標(biāo)體系建立的基礎(chǔ)上，結(jié)合研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育分布情況，將評價指標(biāo)進(jìn)行二次分級，運用信息量模型分別計算各指標(biāo)信息量值，計算結(jié)果詳見表1。

將各評價指標(biāo)的信息量值疊加計算，根據(jù)自然斷點法將地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價結(jié)果分為四級：非易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)和高易發(fā)區(qū)，得到區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價圖（圖3）。高易發(fā)區(qū)分區(qū)面積372.54 km2，占縣域總面積14.57%，主要集中在中坪鎮(zhèn)、花溪鄉(xiāng)。中易發(fā)區(qū)分區(qū)面積757.87 km2，占縣域總面積29.65%，低易發(fā)區(qū)面積1072.11 km2，占縣域總面積41.95%，非易發(fā)區(qū)面積353.42 km2，占縣域總面積13.83%。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張景華，張建龍，歐陽淵，等.基于形成機(jī)理的石漠化敏感性評價：以貴州省黔西縣為例[J/OL].沉積與特提斯地質(zhì)：1-11.

[2] 畢結(jié)昂，徐佩華，宋盛淵，等.基于信息量-邏輯回歸耦合模型的瑪納斯河流域地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價[J].工程地質(zhì)學(xué)報，2022，30（5）：1549-1560.

[3] 薛正海，馮文凱，韓靖楠，等.基于信息量及層次分析關(guān)聯(lián)法和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)耦合的滑坡易發(fā)性評價[J/OL].桂林理工大學(xué)學(xué)報：1-13.

[4] 孫翊翔，賈俊，張茂省，等.基于斜坡單元下的AHP-信息量法在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價中的應(yīng)用[J].地質(zhì)與資源，2022，31（6）：811-820.

[5] 周曉亭，黃發(fā)明，吳偉成，等.基于耦合信息量法選擇負(fù)樣本的區(qū)域滑坡易發(fā)性預(yù)測[J].工程科學(xué)與技術(shù)，2022，54（3）：25-35.

[6] 劉文濤，向明智，陳林，等.基于層次分析法的閬中市滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價分析[J].甘肅水利水電技術(shù)，2022，58（9）：27-30.

[7] 王雪冬，張超彪，王翠，等.基于Logistic回歸與隨機(jī)森林的和龍市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價[J].吉林大學(xué)學(xué)報（地球科學(xué)版），2022，52（6）：1957-1970.

[8] 盧志強(qiáng)，冷洋洋，趙罡.滑坡易發(fā)性評價的層次分析法研究——以貴州省普安縣為例[J].貴州地質(zhì)，2022，39（3）：287-293.