張丹丹，常鳴，馬國超，賈濤，周志遠(yuǎn)

（成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610059）

1 前言

“5.12”汶川地震以后，龍門山斷裂帶周圍觸發(fā)了大量的崩塌滑坡地質(zhì)災(zāi)害體［1］，其產(chǎn)生的崩塌滑坡增加了大量的松散物源，并可能在暴雨條件下導(dǎo)致泥石流的產(chǎn)生，因此地震活動(dòng)不僅能誘發(fā)大量崩塌滑坡還能夠?qū)е抡鸷蠼涤戤a(chǎn)生泥石流［2］。5年后，四川省雅安市蘆山縣于2013年4月20日8時(shí)2分再度發(fā)生7.0級(jí)地震，震中位于北緯30.3°，東經(jīng)103.0°，震源深度達(dá)13km。截至25日12時(shí)，四川雅安蘆山“4.20”7.0級(jí)強(qiáng)烈地震已造成196人遇難、21人失蹤、11 470人受傷，其中重傷995人，全省大約200余萬人受到此次地震影響。地震再次觸發(fā)了大量崩塌滑坡的產(chǎn)生，余震以及即將到來的雨季仍可能觸發(fā)更多地質(zhì)災(zāi)害，隨時(shí)威脅著災(zāi)區(qū)人民的人身和財(cái)產(chǎn)安全。評(píng)價(jià)地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性對于震后防災(zāi)減災(zāi)具有很重要的意義。

崩塌滑坡的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)是災(zāi)情評(píng)估的重要內(nèi)容之一，對于單一崩塌滑坡地質(zhì)災(zāi)害體的評(píng)價(jià)理論及實(shí)踐已經(jīng)相當(dāng)成熟，但對于區(qū)域性發(fā)育的崩塌滑坡的評(píng)價(jià)，鑒于其復(fù)雜性和多變性，目前還處于探索階段，尤其是對地震引起的崩塌滑坡的評(píng)價(jià)還沒有成熟的方法［3－5］。而對于崩塌滑坡危險(xiǎn)性的研究主要分定性分析和定量分析兩個(gè)方向，定性分析主要依靠專家經(jīng)驗(yàn)通過描述崩塌滑坡的變形失穩(wěn)等危險(xiǎn)特征來分析研究，定量分析則主要是通過各種模型對崩塌滑坡的危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)估，目前被應(yīng)用的模型有隨機(jī)模型、確定性模型、數(shù)理統(tǒng)計(jì)模型、信息模型等［6］。最常用的是數(shù)理統(tǒng)計(jì)模型，其特點(diǎn)是利用現(xiàn)在發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害的特征來推測未來可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害。信息量法實(shí)際上也是一種統(tǒng)計(jì)分析方法，其優(yōu)點(diǎn)是可以根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害的自身特點(diǎn)并依據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)選取其影響因素，即在分析中加入專家知識(shí)，同時(shí)能結(jié)合GIS技術(shù)，快捷迅速的對地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)估［7－8］。

為了盡快查明龍門鄉(xiāng)地質(zhì)災(zāi)害體的分布特征及其危險(xiǎn)性，幫助抗震救災(zāi)工作有序的開展，本文利用ArcGIS平臺(tái)，對災(zāi)區(qū)遙感航片進(jìn)行解譯并分別針對坡度、高程、地層巖性、發(fā)震斷層、水系和PGA 6個(gè)因子進(jìn)行分布特征分析，再利用信息量法研究地震引起的地質(zhì)災(zāi)害體對每個(gè)影響因子的敏感性，進(jìn)而對龍門鄉(xiāng)的崩塌滑坡進(jìn)行危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，根據(jù)信息量值重分類劃分出危險(xiǎn)區(qū)，為災(zāi)區(qū)居民生活的臨時(shí)安置以及災(zāi)區(qū)重建提供依據(jù)，為災(zāi)區(qū)人民的生命及財(cái)產(chǎn)安全提供保障。

2 研究區(qū)概況

圖1 龍門鄉(xiāng)地質(zhì)構(gòu)造圖Fig.1 Tectonic map of Longmen Township

龍門鄉(xiāng)地處四川省雅安市蘆山縣東北部青龍場，距縣城約17km，地理位置102°58′46″～103°3′38″E，30°13′31″～30°18′36″N，見圖1。研究區(qū)屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，四季分明，雨量充沛，降雨相對集中。前期觀察發(fā)現(xiàn)降雨對地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生和復(fù)活有著很直接的影響，特別是滑坡、泥石流的發(fā)生與暴雨強(qiáng)度有密切聯(lián)系［9］。龍門鄉(xiāng)地處四川盆地西緣與青藏高原的交接地帶，隸屬于山地地貌區(qū)，總體上北面地勢高于南面，由西北向東南傾斜的山地組成，河谷深切，地形起伏大。研究區(qū)巖性主要以泥巖、砂巖、礫巖為主，灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r等均有分布。研究區(qū)位于龍門山推覆構(gòu)造帶及四川盆地相結(jié)合部位的北東側(cè)，地跨龍門山推覆構(gòu)造帶南端和四川盆地兩個(gè)構(gòu)造單元。區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造的主體為褶皺構(gòu)造，斷裂構(gòu)造發(fā)育也較為明顯。由于龍門山北東向構(gòu)造帶作用強(qiáng)烈，致使區(qū)內(nèi)構(gòu)造表現(xiàn)為北東向構(gòu)造，復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造導(dǎo)致巖體破碎，為泥石流崩塌滑坡的形成提供了非常有利的條件。

3 震后崩塌滑坡發(fā)育特征分析

3.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

本文遙感影像數(shù)據(jù)來源于四川省地質(zhì)調(diào)查院和四川省測繪地理信息局提供的航空相片，該航片是地震發(fā)生后由上述兩單位第一時(shí)間利用無人機(jī)航拍獲取的，屬于天然色航空相片，分辨率為0.5m，清晰的呈現(xiàn)了震后災(zāi)區(qū)的真實(shí)面貌。震后的崩塌滑坡一般在靠近道路的邊坡和山坡上，在航片上表現(xiàn)為坡上覆蓋的綠色植被已被破壞，體現(xiàn)出泥土和砂石的特征，且基本呈現(xiàn)出白色、亮白色或灰白色，很容易與周圍綠色植被區(qū)分開。居民房屋在航片上基本呈暗灰色、黑色的長方形或正方形，完全坍塌的房屋呈現(xiàn)出灰白色和暗灰色相互夾雜的不規(guī)則廢墟狀，而部分受損的房屋呈現(xiàn)出房屋形狀發(fā)生扭曲或屋頂形狀完好但顏色不均一，結(jié)合野外調(diào)查即為房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)受損的情況所表現(xiàn)出來的影像特征。

圖2 蘆山縣龍門鄉(xiāng)地質(zhì)災(zāi)害解譯圖Fig.2 Geo－h(huán)azard interpretation in Longmen，Lushan

利用ArcGIS對航空相片進(jìn)行矢量化處理，將航片范圍內(nèi)的崩塌滑坡和房屋全部識(shí)別解譯，共解譯出崩塌滑坡災(zāi)害179處，災(zāi)害總面積約0.317 km2，見圖2。受損房屋面積為361 900m2，占總房屋的91%，其中80 525m2為完全倒塌。在ArcGIS中利用研究區(qū)等高線生成DEM，做出高程分級(jí)圖，同時(shí)做出坡度圖，再將巖性圖、距斷層距離圖、距水系圖以及矢量化后的各個(gè)圖層轉(zhuǎn)化成柵格圖并做重分類處理，利用GIS空間統(tǒng)計(jì)工具對各個(gè)影響因素進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)。

3.2 高程效應(yīng)分析

研究區(qū)產(chǎn)生的地質(zhì)災(zāi)害體主要分布在海拔500～2 000m的范圍內(nèi)，且集中在1 000～1 500m，詳見表1，此結(jié)果驗(yàn)證了地震重災(zāi)區(qū)崩塌滑坡分布的規(guī)律［10－11］。在海拔較高的區(qū)域，地質(zhì)災(zāi)害體分布比較明顯，原因是龍門鄉(xiāng)處于震中，受地震自然條件影響，巖體自身應(yīng)力集中釋放，高海拔的崩塌滑坡能夠?qū)⒐逃械闹亓菽苻D(zhuǎn)化為動(dòng)能，直接促使崩滑體的產(chǎn)生。但是如果高程一直增加，崩塌滑坡的相對數(shù)量將會(huì)減少。

表1 研究區(qū)崩滑體在高程因子上的特征Table 1 Elevation features of the collapses and landslides

3.3 坡度效應(yīng)分析

通常，隨著崩滑體依附的山體坡度越來越大，崩塌滑坡不穩(wěn)定程度會(huì)不斷增加，這樣既能夠使得崩塌滑坡自身重力分量增大，也會(huì)使摩擦阻力減小，導(dǎo)致崩塌滑坡失穩(wěn)的可能性增大。崩滑體的坡度一般指的是崩塌滑坡與水平地線的夾角，它反映的是地表面位于該地點(diǎn)的傾斜程度的大小，我們統(tǒng)計(jì)了崩滑體在不同坡度上的分級(jí)情況，見表2。發(fā)現(xiàn)研究區(qū)崩滑體主要分布在20°～40°，0°～10°處崩滑體初步分析為坡腳堆積物。

3.4 斷層效應(yīng)分析

龍門鄉(xiāng)研究區(qū)位于康滇南北構(gòu)造帶、龍門山推覆構(gòu)造帶及四川盆地相結(jié)合部位北東側(cè)。區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造的主體為褶皺構(gòu)造，斷裂構(gòu)造發(fā)育也較為明顯，斷裂比較復(fù)雜，對發(fā)震斷層進(jìn)行緩沖區(qū)分析后得到研究區(qū)崩滑體統(tǒng)計(jì)見表3。崩塌滑坡主要位于距離發(fā)震斷層0～6 000m的范圍內(nèi)，并且越靠近發(fā)震斷層其數(shù)量越多，這與汶川地震后李為樂統(tǒng)計(jì)綿遠(yuǎn)河流域崩塌滑坡特征是吻合的［12］，此外，基本符合唐春安利用數(shù)值方法得到崩塌滑坡更加容易發(fā)生在背向震源情況［13］。由于沒有發(fā)震斷層周圍所有的航片，還有部分崩滑體沒有解譯，暫時(shí)無法得出上盤與下盤誰更易產(chǎn)生滑坡的結(jié)論。

3.5 地層巖性效應(yīng)分析

通過對龍門鄉(xiāng)地層巖性的分析，發(fā)現(xiàn)有4個(gè)地質(zhì)年代的地層在研究區(qū)出露，見表4，其中導(dǎo)致崩塌滑坡分布廣泛的地層是白堊紀(jì)，占崩滑體總面積的82.33%，一般在河谷及溝道地帶是由第四紀(jì)粘土和卵石組成，本文主要崩塌滑坡的特征，在這個(gè)地層上沒有分布，這與唐川通過對綿遠(yuǎn)河流域研究得到第四系主要分布河流階地和堆積扇的結(jié)論相一致［14］。

白堊紀(jì)巖性主要為泥巖、砂巖，崩滑體面積約占總面積的82.33%。侏羅紀(jì)巖性主要為砂巖、泥巖，崩滑體面積約為0.016km2，約占總面積的5.05%。古近紀(jì)巖性主要為泥巖，崩滑體面積約占總面積的12.62%。泥巖是研究區(qū)主要分布的巖性，它是由泥土礦物組成的巖石，其組成結(jié)構(gòu)非常有利于小型滑坡的產(chǎn)生，所以更應(yīng)該防范震后救災(zāi)過程中崩滑體的產(chǎn)生對救災(zāi)人員的危害。

表2 研究區(qū)崩滑體在坡度因子上的特征Table 2 Slope gradient features of the collapses and landslides

表3 研究區(qū)崩滑體在距發(fā)震斷層距離因子上的特征Table 3 Features of distance to the seismogenic fault for the collapses and landslides

表4 研究區(qū)崩滑體在地層巖性因子上的特征Table 4 Lithological features of the collapses and landslides

3.6 水系效應(yīng)分析

通常說來，水系的河谷地帶比較寬廣，一般都有大量民房和工廠存在，分析崩滑體距離水系的距離可以為震后居民的安置提供合理的建議，也為將來災(zāi)后重建提供合適的地方。利用ArcGIS對研究區(qū)的崩滑體進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見表5。

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)崩滑體大量集中分布在距離水系400m以內(nèi)的地方，這些范圍內(nèi)崩滑體占總面積的59.31%，而且在0～800m范圍內(nèi)呈現(xiàn)逐步減小的趨勢，這說明靠近水系的地方崩滑體也大量存在，災(zāi)后重建的過程中必須考慮設(shè)置適當(dāng)?shù)陌踩嚯x，如果要建立安置居民房必須加強(qiáng)對該區(qū)域的監(jiān)測預(yù)警。

表5 研究區(qū)崩滑體在距水系距離因子上的特征Table 5 Features of the collapses and landslides in terms of distance to the water system

4 研究區(qū)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

4.1 評(píng)價(jià)方法介紹

（1）信息量法實(shí)際上是通過已破壞的地質(zhì)體的現(xiàn)實(shí)情況和提供的現(xiàn)實(shí)信息，把反映評(píng)價(jià)地質(zhì)體穩(wěn)定性各種因素的實(shí)測值轉(zhuǎn)化為反映地質(zhì)體穩(wěn)定性的信息量值，即用評(píng)價(jià)地質(zhì)體穩(wěn)定性的各因素的信息量來表征其對地質(zhì)體變形破壞的“貢獻(xiàn)”大小，進(jìn)而評(píng)價(jià)地質(zhì)體穩(wěn)定性程度［15］。即可以用信息量來對地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行評(píng)價(jià)和預(yù)測，信息量的計(jì)算公式是：

式中，I（Y，x1，x2，…，xn）為因素組合x1，x2，…，xn對滑坡崩塌等地質(zhì)災(zāi)害所提供的信息量；P（Y，x1，x2，…，xn）為因素x1，x2，…，xn組合條件下滑坡崩塌等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的概率；P（Y）為滑坡崩塌等地質(zhì)災(zāi)害在整個(gè)研究區(qū)發(fā)生的概率。本次危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)中，選取高程（x1）、坡度（x2）、距水系距離（x3）、距斷裂帶距離（x4）、巖性（x5）五個(gè)因子，則I（Y，x3）為高程因子對滑坡崩塌等地質(zhì)災(zāi)害提供的信息量，即為

（2）單個(gè)評(píng)價(jià)因子內(nèi)總的信息量的計(jì)算可以簡化［6］表示為下式：

式中，Ii為單個(gè)評(píng)價(jià)因子的總信息量值；Ni為分級(jí)區(qū)域內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害體的面積；N為分級(jí)區(qū)域的面積；Si為研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害體的總面積；S為研究區(qū)總面積。以高程因子為例，則n＝3，高程在500～1 000m（即i＝1）時(shí)；N1為此分級(jí)上崩塌滑坡的面積；N為崩塌滑坡的總面積；S1為此分級(jí)上占地面積；S為研究區(qū)總面積。將表6中各數(shù)據(jù)代入即可得高程因子各分級(jí)下的信息量值。同理，坡度等其他4個(gè)因子的信息量值也可得。

表6 不同評(píng)價(jià)因子的信息量值Table 6 Information values of different evaluation factors

（3）利用ArcGIS的的重分類功能，將選定的5個(gè)影響因子分別進(jìn)行分級(jí)，利用標(biāo)識(shí)統(tǒng)計(jì)功能計(jì)算出崩塌滑坡在每個(gè)因子不同分級(jí)下的面積，再利用公式（2）計(jì)算出每個(gè)因子所貢獻(xiàn)的信息量值，如表6所示。

4.2 評(píng)價(jià)模型建立

在ArcGIS軟件平臺(tái)下，首先將崩塌滑坡5個(gè)分級(jí)后的影響因子按照信息量值屬性進(jìn)行柵格成圖，再利用柵格計(jì)算器功能對5個(gè)柵格圖層進(jìn)行疊加，完成地質(zhì)災(zāi)害體在不同因子信息量的加權(quán)計(jì)算，得到崩塌滑坡危險(xiǎn)性的綜合信息量柵格圖。圖中信息量值的范圍在－5.105 52到3.541 18之間，數(shù)值越大表示危險(xiǎn)性越高。利用統(tǒng)計(jì)學(xué)中常用的自然間斷點(diǎn)分級(jí)法將疊加后的柵格圖根據(jù)信息量值進(jìn)行重分類，將研究區(qū)危險(xiǎn)性劃分為四級(jí)：基本無危險(xiǎn)區(qū)、輕度危險(xiǎn)區(qū)、中度危險(xiǎn)區(qū)和高度危險(xiǎn)區(qū)，劃分區(qū)間分別為：－5.105 52～－1.998 112，－1.998 112～－0.680 842，－0.680 842～0.703 982，0.703 982～3.54 118，如圖3所示。

圖3 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)圖Fig.3 Hazard assessment map

4.3 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

（1）在ArcGIS軟件中，將地質(zhì)災(zāi)害體圖層、安置房圖層以及房屋受損情況的圖層疊加到危險(xiǎn)性分級(jí)圖中，如圖3，對危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)圖統(tǒng)計(jì)分析，得到研究區(qū)處于中度危險(xiǎn)區(qū)和高度危險(xiǎn)區(qū)的區(qū)域占研究區(qū)的45.27%，同時(shí)，91%的房屋處于基本無危險(xiǎn)區(qū)和輕度危險(xiǎn)區(qū)，即地勢較平緩的地區(qū)，而靠近或處于山體上的房屋大都處于中度危險(xiǎn)區(qū)，所以在震后救災(zāi)過程中仍然要提高警惕防范災(zāi)害的發(fā)生。此外，從圖中可以看出幾處安置房處于中度或高度危險(xiǎn)區(qū)中，應(yīng)當(dāng)即時(shí)撤離，搬遷到輕度或基本無危險(xiǎn)區(qū)，保證災(zāi)民及救災(zāi)人員的安全。

（2）在ArcGIS軟件中，將地質(zhì)災(zāi)害體圖層和危險(xiǎn)性等級(jí)圖層利用空間分析統(tǒng)計(jì)工具中的zonal statistics功能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，得到崩塌滑坡在各個(gè)危險(xiǎn)等級(jí)上的分布（表7）。

表7 研究區(qū)崩滑體在危險(xiǎn)分區(qū)的分布特征Table 7 Collapse and landslide distribution in different risk sub－zones

5 結(jié)論

根據(jù)四川省測繪地理信息局和四川省地質(zhì)調(diào)查院提供龍門鄉(xiāng)震后高精度航空影像，利用ArcGIS的數(shù)字化和空間分析功能，結(jié)合信息量法，對蘆山縣龍門鄉(xiāng)震后崩塌滑坡進(jìn)行評(píng)價(jià)，并將評(píng)價(jià)結(jié)果成圖顯示，為震后龍門鄉(xiāng)居民臨時(shí)安置及災(zāi)區(qū)重建提供科學(xué)指導(dǎo)。通過對數(shù)據(jù)的整理分析得出以下結(jié)論：

（1）龍門鄉(xiāng)震后崩塌滑坡分布特征：①斷層效應(yīng)：斷層主要位于距離發(fā)震斷層0～6 000m的范圍內(nèi)，并且越靠近發(fā)震斷層其數(shù)量越多；②水系效應(yīng)：崩滑體大量集中分布在距離水系400m以內(nèi)的地方，這些范圍內(nèi)崩滑體占總面積的59.31%；③高程效應(yīng)：龍門鄉(xiāng)崩塌滑坡主要集中在1 000～1 500m的范圍內(nèi)，且以小型淺層崩塌滑坡為主；④坡度效應(yīng)：研究區(qū)崩滑體主要分布在20°～40°，0°～10°處主要是坡腳堆積物。在坡度陡峭的地方勢能比較大，容易造成崩滑體的滑動(dòng)；⑤巖性因子：研究區(qū)內(nèi)有4個(gè)地質(zhì)年代的地層出露，其中導(dǎo)致崩塌滑坡分布廣泛的地層是白堊紀(jì)，占崩滑體總面積的82.33%。

（2）根據(jù)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)分級(jí)圖，研究區(qū)處于中度危險(xiǎn)區(qū)和高度危險(xiǎn)區(qū)的區(qū)域占研究區(qū)的45.27%，其中高度危險(xiǎn)區(qū)占20.48%，說明研究區(qū)存在較高的危險(xiǎn)性，且85%以上的崩滑體處于此兩個(gè)危險(xiǎn)區(qū)中，證實(shí)了評(píng)價(jià)的可靠性。91%的房屋處于基本無危險(xiǎn)區(qū)和輕度危險(xiǎn)區(qū)，但仍有部分房屋處于中高度危險(xiǎn)區(qū)，特別是有小部分安置房也在中高度危險(xiǎn)區(qū)中，應(yīng)當(dāng)及時(shí)撤離。

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