基于信息量模型的地質災害風險性評價

摘 要：廣東省清遠市禾云鎮屬山地丘陵區，地質環境條件較復雜，屬于地質災害高易發區。為了滿足地質災害監測預警、防災減災和鄉村建設規劃的需求，切實保護人民生命財產安全，迫切需要對禾云鎮開展更加系統翔實、精細化的調查工作。文章以現有地質災害隱患點、歷史災害數據、野外調查數據為評價基礎數據，采用信息量模型法，選擇地形地貌（高程、坡度、坡形、坡向、地形起伏度）、地質背景（巖土體類型、地質構造、土層厚度）和地表覆蓋（植被覆蓋度、土地利用類型）等指標，對禾云鎮進行地質災害風險性評價，將其全域劃分為高、中、低3種地質災害風險區。

關鍵詞：地質災害；孕災地質條件；風險性評價；信息量模型

Risk assessment of geological hazards based on information model： Taking Heyun Town of Qingyuan City as an example

WEI Renxing1， CHEN Shangfeng2， ZHAO Shibo2， YANG Xuelian2， WANG Yue2，

HUANG Weiye2， WU Hua2

（1.Guangdong Geological Engineering Company， Guangzhou 510080， Guangdong， China;

2.Guangdong Geological Disaster Emergency Rescue Technology Center， Guangzhou 510080， Guangdong， China）

Abstract： Heyun Town is a mountainous and hilly area with complicated geological environment conditions and high risks for geological disasters. In order to meet the needs of geological disaster monitoring and early warning， disaster prevention and mitigation and rural construction planning， and effectively protect the safety of people's lives and property， it is urgent to carry out a more systematic， detailed and refined investigation work in Heyun Town. In this paper， the existing hidden danger points of geological disasters， historical disaster data and field investigation data are taken as the basic data for evaluation， and the information model method is adopted， with landform （elevation， slope， slope shape， slope direction， topographic relief）， geological background （rock and soil type， geological structure， soil layer thickness） and surface coverage （vegetation coverage and land use type） as indicators to carry out geological disaster risk evaluation. The whole area of Heyun Town is divided into high， medium and low risk areas of geological disasters.

Keywords： geological disasters; geological conditions of disaster preparation; risk evaluation; information model

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（王萬金等，2023；Sciarra et al.，2017）。廣東省清遠市常見的地質災害為崩塌、滑坡，大多集中發生在龍舟水和臺風期間的強降水季節，此類地質災害具有運動快、歷時短、預防難等特點，嚴重威脅到人民的生命財產安全（雷成銘等，2023；劉春艷，2023）。地質災害易發性是指地質災害發生的難易程度，是地質災害風險評價的基礎，是進行國土空間規劃、地質災害防治及工程建設的重要依據（彭金星等；2023；張群等，2023；葉澤宇等，2023；譚偉等，2022）。本文以禾云鎮為研究對象，采用信息量模型法，以野外調查數據為評價基礎數據，以地形地貌（高程、坡度、坡形、坡向、地形起伏度、地表切割深度）、地質背景（巖土體類型、斜坡結構、地質構造、土層厚度）、地表覆蓋（植被覆蓋度、土地利用類型）為指標，進行地質災害易發性評價，結合危險性評價和易損性評價最終得出風險性評價，并劃分風險防控區。

1 "研究區概況

禾云鎮位于廣東省清遠市清新區東部，東鄰清城區飛來峽鎮、西南接龍頸鎮，北與浸潭鎮、英德市九龍鎮、大洞鎮接壤，行政區域面積431.16 km2。鎮東北—西南長約25 km，西北—東南長約40 km，有許廣高速G0421、國道G107經過，另有省道S383、縣道X409、X372、X371經過。禾云鎮氣候類型表現為夏季濕熱多雨，降水豐沛。據禾云鎮新洲社區氣象觀測站2003—2023年觀測數據，多年平均降雨量為1 610.0 mm，總體年分布較為均衡，但降雨量隨四季分配很不均勻，4—9月為主要的降雨月，也是龍舟水和臺風貫穿的時期，是地質災害的多發和頻發期。

2 "地質災害發育特征及孕災地質條件分析

2.1 "地質災害發育特征

禾云鎮歷史上發生的地質災害類型為崩塌、滑坡兩種，截至2023年5月，在冊地質災害隱患點總數為21 處，其中崩塌7處、滑坡14處。地質災害隱患風險點主要是指危害人民群眾生命財產安全的潛在或已經發生但仍存在再次發生地質災害風險區域和地段。通常納入自然資源主管部門管理的災害點為隱患點，納入其他行業主管部門管理的災害點為風險點。在本次調查中地質災害在冊隱患點、風險點總計557處（滑坡在冊隱患點8處，崩塌在冊隱患點13處、風險點536處），表明禾云鎮地質災害類型以崩塌為主。禾云鎮557處地質災害點中：規模大型48處（1處滑坡，47處崩塌），占災害點總數8.62%；規模中型112處（3處滑坡、109處崩塌），占災害點總數20.11%；小型397處（4處滑坡，397處崩塌），占災害點總數71.27%；其中滑坡以中、小型為主，共7處，占滑坡總數的87.5%；崩塌以小型為主，共397處，占崩塌總數的71.27%（表1）。

2.2 "地質災害孕災地質條件分析

地質災害的形成與其所處的地形地貌、地質構造、地層巖性及巖土體類型、降雨以及人類工程活動等地質環境密切相關（曾凡龍，2019；嚴瑋，2020）。根據本次野外調查，禾云鎮地質災害以崩塌為主，共549處，滑坡分布較少，共8處，本文將以崩塌、滑坡為研究對象，對禾云鎮地質災害的形成條件及影響因素進行研究。

2.2.1 "地形地貌與地質災害

禾云鎮地勢總體中部低四周高，地貌呈多樣性，大部分為中低丘陵地貌，東西兩側為海拔300～500 m的低山地帶，中部局部為平原。本次共核查了557處地質災害在冊隱患點和風險點，禾云鎮地質災害主要分布在海拔50～300 m的丘陵地貌內，其中地質災害風險點有513處，占總數的92.10%。從崩塌、滑坡的調查數據分析結果來看，海拔對崩塌、滑坡的形成有比較強的控制作用。但是，實際上海拔與地質災害的形成并沒有內在的聯系，只不過是斜坡的坡度、人類工程活動、強降水等各種因素在空間上的表現結果，使得地質災害的分布表現出了與海拔的相關性（文海霞，2021；丁琛，2019）。

斜坡坡度與地質災害之間也存在著較大的相關性，坡度不同，不僅會影響斜坡地質體重力穩定性，也影響到斜坡的變形失穩模式（劉瑞強，2019）。禾云鎮滑坡主要分布在≥60°且≤80°范圍斜坡，共計5處，占滑坡災害總數的62.5%；崩塌主要分布在≥50°且≤80°范圍斜坡，共計519處，占崩塌災害總數的94.71%。

斜坡形態在剖面上可分為凸形、凹形、直線形、階梯形和復合形5種類型。禾云鎮滑坡剖面形態為5處凹形和3處凸形；崩塌風險點斜坡剖面形態均呈直線型，且坡面多為裸露狀，無任何防護措施。

坡向是指地形坡面朝向的方位，它會通過改變坡面受日照、降水以及風化作用的方式和強度，從而影響該區域的地質災害發生情況。陽坡接受更多日照輻射，溫度較高，化學風化作用更強，易軟化削弱巖石，降低抗滑能力；迎風坡迎接水分充足的風向，降水較多，而多雨是誘發多種地質災害的重要條件。根據禾云鎮坡形情況將坡向劃分為平地、北、東北、東、東南、南、西南、西、西北9類。

地形起伏度（即高差）對自然環境和坡度有一定的影響，從而會間接影響地質災害的發生，不同地形起伏度形成地質災害的類型也不盡相同。滑坡通常發生在地形起伏度較小的部位，且隨著地形起伏度的增大呈遞減趨勢。崩塌發育部位的地形起伏通常較滑坡大，但到一定程度后亦會隨著地形起伏度的增大而降低，呈倒“V”型規律。統計結果表明：區內滑坡主要分布在地形起伏度較小的10～70 m范圍內，達到7處，占滑坡總數的87.5%，且隨著地形起伏度的增大呈遞減趨勢。崩塌在地形起伏度為0～15 m的范圍內均較發育，其中5～10 m的范圍內最多，達288處，占崩塌總數的52.46%。

禾云鎮地質災害的分布與地形地貌的關系十分密切，是崩塌、滑坡發生的主要內部因素之一，其中切坡高度和坡度影響較大，切坡0～20 m和坡度50～80°是發育地質災害的最優區間。

2.2.2 "地質構造與地質災害

禾云鎮地處華南地臺的內部，主要由古生代寒武紀、泥盆紀地層、侏羅紀地層和花崗巖組成。地質構造條件總體較為簡單，區域上主要受吳川-四會斷裂帶的影響，自古生代以后，即上升為陸，長期遭受剝蝕。主要構造形跡有北北東-南西向石坎斷層（F1）、沙河斷層（F2）、魚壩斷層（F3），北西-南東向濱江斷層（F4），區內未發現第四紀以來斷裂活動的跡象。因此本區應屬相對穩定的地區。

在實際調查和研究中發現，通過ArcGIS軟件緩沖區分析和數據統計功能（羅騎龍，2011），對禾云鎮內崩塌、滑坡與斷裂距離分布關系做了統計分析。首先，對研究區內的斷裂做距離緩沖處理（圖1），然后對每個緩沖區內的地質災害點數量、緩沖區面積進行統計和分析。從圖1中可以看出地質災害點的分布與地質構造的關系不是很顯著，未見明顯的相關性。

2.2.3 "巖土體類型與地質災害

研究區的巖土體類型分為6類：1）以砂類土、砂礫石為主的巖組（Ⅰ）；2）以堅硬—較堅硬碳酸鹽巖、碎屑巖為主的巖組（Ⅱ）；3）層狀較硬變質砂巖為主的巖組（Ⅲ）；4）層狀較堅硬—較軟碎屑巖組（Ⅳ）；5）以堅硬層狀砂巖、砂礫巖為主的粗碎屑巖組（V）；6）以較堅硬—堅硬塊狀花崗巖為主的酸性巖巖組（Ⅵ）。地質災害隱患點/風險點主要分布在層狀較硬變質砂巖為主的巖組（Ⅲ）和以較堅硬—堅硬塊狀花崗巖為主的酸性巖巖組（Ⅵ）。其中：層狀較硬變質砂巖為主的巖組（Ⅲ）地質災害點的點數為189處，占比達33.93%；以較堅硬—堅硬塊狀花崗巖為主的酸性巖巖組（Ⅵ）地質災害點的點數為294處，占比達52.78%。由于巖石在表生作用下極易發生風化，此外斜坡普遍發育有3～10 m厚的風化土層（坡積土和殘積土），特別是在以較堅硬—堅硬塊狀花崗巖為主的酸性巖巖組（Ⅵ）中，巖石風化程度較強，顆粒粗大且較為松散，在強降雨的作用下，極易被雨水沖刷而崩解。

2.2.4 "地表覆蓋與地質災害

土層厚度是影響土質崩塌滑坡形成的主要因素，土層厚度越大，土層體積越大，導致下滑力越大，當降雨或人類工程活動導致抗滑力下降時，上覆土體在重力作用下會沿著巖土接觸面發生滑移，引發崩塌滑坡。但當土層厚度大于一定值后，其范圍一般出現在平地，此時反而由于地勢平坦，不易于出現崩塌、滑坡類地質災害。因此，土層厚度是區域淺層堆積層崩塌滑坡易發性評價不可或缺的基礎數據。首先基于已有勘查點土層厚度，再根據水文分析提取禾云鎮溝谷點位置，并結合已有土層數據進行修正，最后依據克里金方法進行插值，提取得到禾云鎮土層厚度，可分為lt;4 m、≥4 m且lt;8 m、≥8 m且lt;12 m和gt;12 m共4個類別。

植被起到護坡和防止水土流失的作用，并且植被根系具有加固土體、提高土體抗剪強度的能力，嵌入基巖或下部黏土的根系還可以起到錨筋作用，所以植被的覆蓋一定程度上可以減輕地質災害發生的風險。采取歸一化植被指數（NDVI）來表示植被覆蓋率，可以通過ArcGIS中的柵格計算器在研究區的遙感影像中獲得。禾云鎮植被覆蓋度分為lt;0、≥0且lt;0.2、≥0.2且lt;0.4和≥0.4共4個類別，其中lt;0表示有巖石、水體或裸土等，正值表示有植被覆蓋，且隨覆蓋度增大而增大。

土地利用是指人類根據地表土地的自然特征，按照一定的目的性，采取一系列技術手段，對土地進行開挖、施肥等一系列具有反復性的改造活動，以滿足人類的生產生活需要。隨著人類需求的增加，人類對土地的利用強度越來越大。禾云鎮土地利用類型被劃分為城鎮建設用地和工礦建設用地及村莊（農村）建房用地、水利水電-油氣管道-交通用地、農業用地（耕地，水田，旱地，果園，經濟作物用地）、林業用地（各種林地）與未利用（裸地等）4類。

2.2.5 "水文地質條件與地質災害

降雨是誘發地質災害的主要因素之一（祝小輝，2021），根據禾云鎮氣象站降雨量的監測資料，降水量隨四季分配很不均勻，而崩塌、滑坡等地質災害時間分布一般在多雨月的中后期，多由持續強降雨而誘發。降雨后地表水的沖蝕、下滲能潤滑巖層接觸面，減少磨擦和黏聚力，從而促使崩塌、滑坡的運動（王磊，2012）。區內崩塌、滑坡均為土質邊坡，坡殘積松散土層比較利于地下水富集，其排泄條件較好，使土中細粒物質易被侵蝕，進而形成大量細微孔洞，特別是坡積土，松散土體之間本身就有空洞，在侵蝕作用下進一步降低了松散土體的整體穩定性，從而導致本區眾多的坡積土體崩塌、滑坡（范大波，2011）。此外，斜坡坡殘積層在雨季容易形成含水層，下伏基巖則是其良好的“隔水層”，坡殘積層在水的濕潤軟化和浮托力的相互作用下，比較松散的土體極易沿基巖面形成崩滑。

2.2.6 "人類工程活動與地質災害

禾云鎮與地質災害關系密切的人類工程活動主要有人工削坡建房、交通建設、水資源開發、森林砍伐、興建水利水電工程等（李煜楠等，2023）。禾云鎮557處地質災害中：削坡建房及市政設施風險點有521處，占比達93.53%；公路等交通設施風險點有26處，占比為4.68%。由此可說明禾云鎮地質災害主要為人為因素引發，少量為自然因素及綜合因素引發。

綜上，地形地貌、地質構造、工程地質巖組、斜坡結構和水文地質條件是形成禾云鎮地質災害的主要地質環境條件，是不可避免的內在因素，而降雨和人類工程活動是形成禾云鎮地質災害的外在誘發因素。在地質災害諸多形成條件中，地質環境條件變化緩慢，降雨和人類工程活動則是最活躍的因素，二者的雙重作用是引發地質災害最重要、最關鍵的因素（劉小二等，2017；楊紅強，2013）。

3 "地質災害風險性評價

3.1 "易發性評價

本次地質災害風險評價的精度為1∶10 000，精度要求高，除調查地質災害以外，更加注重地質災害孕災地質條件的調查，調查了大量的未來有變形趨勢的斜坡，在禾云鎮全鎮范圍內獲得了大量的統計樣本，結合本次野外調查的成果資料，地質災害易發性評價主要采用數學模型法中的信息量模型方法進行評價。首先選取信息量模型作為本次評價的方法，采用2 m × 2 m的規則格網為作為初始評價單元，然后選取評價指標，確定評價因子，對評價因子進行相關性分析，利用空間統計工具將斜坡單元范圍內的評價結果統計到斜坡單元屬性表中進行表達，可綜合體現各類因素，使評價結果更加貼近實際地質災害區域。采用水文分析的方法，利用溝谷線和山脊線把土地劃分成水文區域，進一步劃分成地形單元。

本文中地質災害易發性主要考慮滑坡和崩塌兩類斜坡地質災害，在分析各類影響因子與地質災害點在禾云鎮分布空間位置關系的基礎上，立足于斜坡類地質災害易發性評價，從地形地貌、地質背景和地表覆蓋3個方面，選取高程、坡度、坡形、坡向、地形起伏度、巖土體類型、地質構造、土層厚度、植被覆蓋度以及土地利用類型共計10個影響因子（圖2）作為評價指標。應用ArcGIS軟件多元分析工具中波段集統計工具，對禾云鎮地質災害易發性評價因子進行相關性分析，獲取易發性評價因子間的皮爾遜相關系數矩陣（表2）。

通過信息量模型方法，利用ArcGIS平臺，計算出各因子的信息量，各個因子的信息量乘以權重再進行疊加，得到禾云鎮地質災害易發性結果（柵格單元）。在此基礎上，統計斜坡單元內地質災害易發性的平均值作為斜坡單元的易發性值，并依據野外已調查斜坡地質災害易發性程度進行劃分，使其盡可能滿足野外調查結果。據此，將禾云鎮斜坡單元平均易發性劃分為4類，最終得到禾云鎮地質災害易發性分區（斜坡單元）圖（圖3）。其中：高易發區面積13.59 km2，占比3.15%；中易發區面積180.54 km2，占比41.87%；低易發區面積201.34 km2，占比46.69%；非易發區面積35.77 km2，占比8.30%。

3.2 "危險性評價

地質災害危險性是在某種誘發因素的影響作用下，某一區域在特定時間段發生相應規模和類型地質災害的概率。根據廣東省鄉鎮（街道）地質災害風險調查評價技術要求（1∶10 000）（廣東省自然資源廳，2023）將禾云鎮劃分出極高危險區、高危險區、中危險區和低危險區4個等級。在禾云鎮范圍內，發生的地質災害主要以斜坡類地質災害為主，結合現場調查和專家經驗，禾云鎮地質災害危險性評價選取降雨作為誘發因素，分析24小時累計雨量100 mm、250 mm以及72小時有效雨量240 mm的降雨工況，分別進行地質災害危險性評價。

研究區危險性評價以易發性表征禾云鎮地質災害的空間概率，以降雨極值概率表征時間概率，危險性按公式（1）進行計算：

H=（I-I_min）/（I_max-I_min ）×L_p/L_（max/day） （1）

式中：H為每個單元的危險性指數；I為按照易發性評價結果分類下的信息量平均值，Imin、Imax分別對應信息量的最小值與最大值；LP為對應24小時累計雨量100 mm、250 mm以及72小時有效雨量240 mm的三種工況；Lmax/day為計算值，24小時降雨量取值為256.9 mm，72小時降雨量取值為306.2 mm。

本文收集整理了2003—2023年禾云鎮新洲社區氣象觀測站降雨量數據，依據表3，對三種工況下地質災害危險性程度進行劃分（圖4—圖6）。

根據三種工況對比結果（表4）可知，當日降雨量逐漸增大時，低、中危險區面積總體上逐漸減小，極高、高危險區面積增加。當日降雨量為250 mm時，與日降雨量100 mm相比：低、中危險區面積減小了194.14 km2，減小了45.02%；高危險區面積分別增加了180.54 km2，增加了41.87%；極高危險區面積分別增加了13.59 km2，分別增加了3.15%。當72小時有效降雨量240 mm時，無極高危險區；高危險區面積194.13 km2，占比45.02 %，地質災害536處；中危險區面積201.34 km2，占比46.69 %，地質災害19處；低危險區面積35.77 km2，占比8.30 %，地質災害2處。

因此，三種不同降雨工況計算結果表明，隨著降雨量增加幅度的擴大，極高危險區和高危險區面積增速明顯擴大，災害點發育數量逐步增加。

3.3 "易損性評價

將區內不同類型承災體易損性進行疊加計算，獲得綜合易損性值，結合禾云鎮實際情況，劃分為極高、高、中、低4個等級，從而得出禾云鎮地質災害易損性分區圖（圖7）。從圖7可知：禾云鎮無極高易損區；高易損區面積25.84 km2，占比5.99%，主要集中于禾云鎮鎮區；中易損區面積62.77 km2，占比14.56%；低易損區分布廣泛，面積342.64 km2，占比79.45%。

3.4 "風險性評價

結合禾云鎮發展規劃，在地質災害危險性和易損性評價結果的基礎上，采用矩陣分析方法疊加運算，從而劃分出地質災害風險等級。禾云鎮地質災害風險性評價工作，首先經計算評價得到風險性等級劃分結果，其次依據地質災害風險等級劃分建議表（表5），根據本次調查實際情況進行人工復核調整，最后得到禾云鎮地質災害風險性分級圖，分為極高風險區、高風險區、中風險區、低風險區4個級別。

從計算結果可知：24小時累計雨量100 mm時禾云鎮無極高風險區；高風險區面積0.23 km2，占比0.05%，地質災害21處；中風險區面積14.78 km2，占比3.43%，地質災害156處；低風險區面積416.23 km2，占比96.52%，地質災害380處（圖6）。通過上述地質災害風險區劃方法，將禾云鎮分為高、中、低3個等級，最終形成禾云鎮地質災害風險區劃成果（表6）。

當24小時累計雨量為250 mm時：禾云鎮極高風險區面積0.23 km2，占比0.05%，地質災害21處；高風險區面積22.59 km2，占比5.24%，地質災害336處；中風險區面積212.12 km2，占比49.19%，地質災害184處；低風險區面積196.30 km2，占比45.52%，地質災害16處（圖7）。通過上述地質災害風險區劃方法，將禾云鎮分為極高、高、中、低4個等級，最終形成禾云鎮地質災害風險區劃成果。對照24小時100 mm降雨工況發現，高風險區面積增加，中、低風險區面積減小，而且高風險區災害數量顯著增加。

當72小時累計雨量為240 mm時禾云鎮無極高風險區：高風險區面積12.02 km2，占比2.79%，地質災害177處；中風險區面積245.32 km2，占比56.89%，地質災害364處；低風險區面積173.91 km2，占比40.33%，地質災害16處（圖8）。通過上述地質災害風險區劃方法，將禾云鎮分為高、中、低3個等級，最終形成禾云鎮地質災害風險區劃成果。對照24小時100 mm降雨工況發現，高風險區面積增加，中、低風險區面積減小，而且高風險區災害數量顯著增加。

4 "結論

1）禾云鎮地質災害主要發生在強降水期間，主要分布在鎮內中低丘陵以及低山地區的殘丘坡腳，與降雨、地形地貌、巖土體類型及人類工程活動有較強的相關性。人類工程活動和強降水是禾云鎮地質災害發生的重要控制因素。

2）采用信息量模型法對禾云鎮斜坡類地質災害進行易發性評價，通過ArcGIS的空間分析功能，對評價影響因子進行空間疊加計算，將禾云鎮地質災害劃分為高易發區、中易發區、低易發區和非易發區，結合危險性、易損性進行綜合評價，從而得出禾云鎮三種降雨工況下的風險性評價結果，為后續的防治區劃奠定了堅實的基礎。

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收稿日期：2024-05-21；修回日期：2024-07-08

基金項目：廣東省重點鄉鎮 1：10 000 地質災害風險調查評價（清遠市清新區禾云鎮）項目（H202302004）資助

第一作者簡介：魏任行（1994- ），男，碩士，主要從事地質災害調查、防治等水工環地質工作。E-mail：761540878@qq.com

引用格式：魏任行，陳尚豐，趙世波，楊雪連，王玥，黃偉業，吳華，2024.基于信息量模型的地質災害風險性評價：以清遠市禾云鎮為例［J］.城市地質，19（4）：454-465