丁偉翠,薛星橋,楊強,孫秀娟

(1.中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所,北京100037;2.中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心,河北保定071051)

我國西部黃土地區(qū)地質(zhì)環(huán)境較脆弱,是地質(zhì)災害高發(fā)區(qū)域,區(qū)內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展與地質(zhì)災害的矛盾日益突出[1-2]。在過去幾十年的經(jīng)濟發(fā)展過程中,由于對其區(qū)劃研究不夠全面,使社會和人民生命財產(chǎn)蒙受了巨大的損失,因此,開展以滑坡、崩塌、泥石流、不穩(wěn)定斜坡災害為主體的地質(zhì)災害易發(fā)性區(qū)劃研究,對減少地質(zhì)災害的發(fā)生、優(yōu)化土地使用、進行環(huán)境保護、提高地質(zhì)災害風險預測、評價研究、整體綜合防治具有十分重要的理論和實際意義。GIS技術的飛速發(fā)展為進行地質(zhì)災害易發(fā)性區(qū)劃深入研究提供了一個卓有成效的技術平臺與研究途徑。

選取地處隴東黃土區(qū)的甘肅省靈臺縣作為研究區(qū)域,采用襲擾系數(shù)法和空間信息系統(tǒng)分析法結合信息量法的思路[3-5],對靈臺縣的地質(zhì)災害易發(fā)性區(qū)劃進行研究,生成靈臺縣地質(zhì)災害易發(fā)性區(qū)劃分級圖。靈臺縣地質(zhì)災害易發(fā)性區(qū)劃圖可為政府管理部門進行土地規(guī)劃、減災防災、災害治理和制定相關的法規(guī)條例提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)基本情況

靈臺縣位于隴東黃土高原南緣,總面積2 038 km2,地勢西北高、東南低,海拔890～1 520 m,屬黃土高原溝壑區(qū)。交通以公路為主,經(jīng)濟發(fā)展以農(nóng)林牧業(yè)為主。區(qū)內(nèi)屬暖溫帶半干旱大陸性季風氣候,冬長夏短,氣候干燥,年平均氣溫8.6℃,年平均降水量654.4 mm。該區(qū)出露地層主要為白堊系泥巖、粉細砂巖與棕紅色砂質(zhì)泥巖,新近系棕紅色黏土,第四系午城、離石、馬蘭黃土。地下水根據(jù)賦存特征可分為第四系松散巖類孔隙水與前第四系碎屑巖類裂隙水兩種類型。

通過對靈臺縣野外地質(zhì)災害詳細調(diào)查,查明該地地質(zhì)災害有滑坡286個、崩塌29個、泥石流8個、不穩(wěn)定斜坡73個。威脅居民、公路、水庫等地質(zhì)災害隱患點有109個,其中滑坡12個、崩塌20個、不穩(wěn)定斜坡73個、泥石流8個。災害多發(fā)生在在人居密集和人類工程活動頻繁的川臺區(qū)。

2 基于GIS的地質(zhì)災害易發(fā)性區(qū)劃

首先在MapGIS 6.7平臺上,以靈臺縣地質(zhì)災害分布圖為底圖采用襲擾系數(shù)法生成初步的地質(zhì)災害易發(fā)性區(qū)劃圖,然后把該地區(qū)地質(zhì)災害的主要影響因素地貌類型、地層巖性、降雨量分布、地形坡度及植被分布的各個圖件按照不同的標準進行分級,采用專家打分的方法確定各個影響因素的權重,最后在M apGIS 6.7中將初步地質(zhì)災害易發(fā)性區(qū)劃圖與各個影響因素圖進行疊加生成最終的靈臺縣地質(zhì)災害易發(fā)性區(qū)劃圖。

2.1 生成基于襲擾系數(shù)法的初步地質(zhì)災害易發(fā)性區(qū)劃分級圖

經(jīng)典襲擾系數(shù)法是以反映地質(zhì)災害發(fā)育密度和規(guī)模的襲擾系數(shù)R值為依據(jù),對調(diào)查區(qū)地質(zhì)災害易發(fā)程度進行定量分析與評價的一種方法[6]。R值綜合考慮了單位面積內(nèi)災害點的個數(shù)、面積和體積。

襲擾系數(shù)法對靈臺縣地質(zhì)災害易發(fā)性區(qū)劃的具體方法如下:

①首先在1∶5萬靈臺縣地質(zhì)災害調(diào)繪圖上進行網(wǎng)格剖分,共剖分8 084個網(wǎng)格,每個網(wǎng)格單元代表的實地面積為500 m×500 m,并對跨越河流、溝谷、山脊的網(wǎng)格進行處理,沿地形線進行進一步剖分,使其合理化。

②分別計算每一個網(wǎng)格單元內(nèi)滑坡、崩塌、泥石流和潛在不穩(wěn)定斜坡等地質(zhì)災害的個數(shù)、面密度、體積密度。采用專家評判方法,將高易發(fā)、中易發(fā)、低易發(fā)、不易發(fā)之間的界限值確定出來如表1,表1中每個網(wǎng)格中災害點個數(shù)、體積密度、面積密度按最高一項確定其襲擾系數(shù)值,計算出每個網(wǎng)格的地質(zhì)災害易發(fā)性襲擾系數(shù),將評價區(qū)的易發(fā)性分為4級,即:高易發(fā)、中易發(fā)、低易發(fā)和不易發(fā),其易發(fā)襲擾指數(shù)分別給予4,3,2,1。

③以R值為依據(jù)自動生成初步地質(zhì)災害易發(fā)性等值線圖,然后根據(jù)R值的界限給不同級別賦上不同的顏色從而生成初步的地質(zhì)災害易發(fā)性區(qū)劃分級圖。在表1所示的地質(zhì)災害易發(fā)性襲擾系數(shù)值的取值原則基礎上,生成初步地質(zhì)災害易發(fā)性區(qū)劃分級圖如附圖9所示。

表1 地質(zhì)災害易發(fā)性襲擾系數(shù)值的取值原則

2.2 地質(zhì)災害影響因素的分級標準及權重確定

影響靈臺縣地質(zhì)災害的主要因素有地貌類型、地層巖性、降雨量分布、地形坡度、植被覆蓋度,將這5個影響因素作為地質(zhì)災害評價指標,把各個影響因素的地質(zhì)災害易發(fā)程度分為高、中、低易發(fā)區(qū)和不發(fā)育區(qū)4個等級,其易發(fā)指數(shù)分別給予4,3,2,1。并建立相應評價體系(見表2)。

根據(jù)表2的評價標準,繪制出各個影響因素的地質(zhì)災害影響程度分區(qū)圖,如附圖10-14。

采取專家打分的原則來確定各個影響因素的權重,本次共發(fā)出了80份專家打分表,收回60份,從收回的專家打分表中將各個影響因素的權重進行加權平均得出各個影響因素的最終權重,初步地質(zhì)災害易發(fā)性分區(qū)圖權重為0.4,地貌類型權重為0.153,地層巖性權重0.104,降雨量權重為0.081,地形坡度權重為0.162,植被覆蓋權重為0.1。

表2 地質(zhì)災害影響因素易發(fā)程度分區(qū)評價標準

3 地質(zhì)災害易發(fā)性區(qū)劃分級圖生成

以靈臺縣初步地質(zhì)災害易發(fā)性區(qū)劃圖為基圖,將各個影響因素對地質(zhì)災害影響分區(qū)圖乘以各自的權重并疊加到基圖中,生成靈臺縣地質(zhì)災害易發(fā)性區(qū)劃圖,然后對生成圖件進行最后的修整得出最終的靈臺縣地質(zhì)災害易發(fā)性區(qū)劃圖(如附圖15)。

由統(tǒng)計可以得出四個易發(fā)性分區(qū)的面積,所占面積比例,地質(zhì)災害點數(shù)量、占總數(shù)比例及面密度見表3。

表3 靈臺縣地質(zhì)災害易發(fā)性區(qū)劃圖說明表

4 結論

選用靈臺縣地質(zhì)災害的易發(fā)性區(qū)劃作為研究對象,基于GIS技術采用襲擾系數(shù)法與空間信息系統(tǒng)分析法結合信息量法的思路,在1∶50 000地質(zhì)災害詳細調(diào)查成果基礎上,對研究區(qū)進行網(wǎng)格剖分,并制定判別原則給每個網(wǎng)格賦予地質(zhì)災害易發(fā)性襲擾系數(shù),以此為依據(jù)生成了初步的地質(zhì)災害易發(fā)性區(qū)劃圖;將地貌類型、地層巖性、降雨量分布、地形坡度、植被覆蓋度5個主要影響地質(zhì)災害發(fā)生的影響因素的災害易發(fā)性分區(qū)圖疊加到初步地質(zhì)災害易發(fā)性區(qū)劃圖中,生成了最終的靈臺縣地質(zhì)災害易發(fā)性區(qū)劃圖。該區(qū)劃圖反映了該縣的地質(zhì)災害現(xiàn)狀,從圖中可以很容易找出高易發(fā)、中易發(fā)、低易發(fā)、不易發(fā)各個區(qū)域的準確位置。

(1)高易發(fā)區(qū)主要分布在達溪河和黑河兩岸陡坡及支流的河谷階地中的黃土層高陡斜坡上,以中臺鎮(zhèn)及黑河流域的梁原鄉(xiāng)分布面積較大,其他都是零星分布,面積較小。地質(zhì)災害類型以滑坡、不穩(wěn)定斜坡及崩塌為主。特大型及大型地質(zhì)災害點均在此區(qū)域。區(qū)內(nèi)工程地質(zhì)條件較差,黃土層比較松散,表層風化比較嚴重,節(jié)理、裂隙十分發(fā)育,地形坡度較陡,植被不發(fā)育,人口密集,加之人類工程活動極為強烈,發(fā)生地質(zhì)災害威脅性較大。

(2)中易發(fā)區(qū)主要分布在達溪河和黑河流域及其支流的溝谷中高陡斜坡上,以中臺鎮(zhèn)、什字鎮(zhèn)、梁原鄉(xiāng)、星火鄉(xiāng)、西屯鄉(xiāng)分布較廣。地質(zhì)災害以滑坡和不穩(wěn)定斜坡為主,崩塌、泥石流次之。區(qū)內(nèi)地形坡度較大,巖層工程地質(zhì)條件較差,表層節(jié)理、裂隙十分發(fā)育,植被覆蓋較差,人口密集,加之人類工程活動很強烈,較易發(fā)生地質(zhì)災害。

(3)低易發(fā)區(qū)主要分布在達溪河和黑河流域的溝谷地形坡度較緩地段,廣泛分布于達溪河和黑河流域沿線各個鄉(xiāng)鎮(zhèn),分布面積較大。區(qū)內(nèi)巖層工程地質(zhì)條件相對較好,節(jié)理、裂隙僅局部發(fā)育,地形坡度較緩,植被相對比較發(fā)育,穩(wěn)定性較好,但存在地質(zhì)災害發(fā)生的可能性。

(4)不易發(fā)區(qū)主要分布在什字塬上,新集、百里的林場區(qū)域和西南部的小臺塬以及比較寬闊的河谷中,以朝那鎮(zhèn)、什字鎮(zhèn)、西屯鄉(xiāng)、獨店鄉(xiāng)黃土塬以及百里鄉(xiāng)林場分布為主。區(qū)內(nèi)工程地質(zhì)條件都比較好,或者地形平坦,或者植被較發(fā)育,總體的穩(wěn)定性較好。

本研究為政府部門進行土地規(guī)劃、減少災害、有效地防治地質(zhì)災害提供了有力依據(jù),同時為進一步研究該縣的地質(zhì)災害發(fā)展趨勢,對重點區(qū)域進行預測評價、風險評估及災害研究和進行地質(zhì)災害氣象預警研究打下了堅實的基礎。

[1] 任春林.陜北黃土區(qū)地質(zhì)災害風險評估及綜合防治對策研究[D].西安:長安大學2005.

[2] 高宇.基于GIS的黃土地區(qū)滑坡危險性評價研究[D].西安:長安大學,2005.

[3] 阮沈勇,黃潤秋.基于GIS的信息量法模型在地質(zhì)災害危險性區(qū)劃中的應用[J].成都理工學院學報,2001,28(1):89-92.

[4] 光磊.基于GIS的信息量法在滑坡危險性評價中的應用[J].地質(zhì)與資源,2005,14(3):231-233.

[5] 崔愛平.應用信息系統(tǒng)空間分析和襲擾系數(shù)法對略陽縣地質(zhì)災害易發(fā)區(qū)的劃分[J].災害學,2004,19(2):51-55.

[6] 傅衛(wèi)東.地質(zhì)災害易發(fā)性區(qū)劃研究與防治對策[D].北京:中國地質(zhì)大學,2005.