許憶

（浙江華東建設(shè)工程有限公司，浙江杭州 310014）

基于GIS的地質(zhì)災(zāi)害危險性區(qū)劃研究

許憶

（浙江華東建設(shè)工程有限公司，浙江杭州 310014）

GIS具有強(qiáng)大的空間分析能力和數(shù)據(jù)處理能力，可用于對各種地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生概率和可能的致災(zāi)后果進(jìn)行評估，通過開展對多種不同信息的綜合分析，分析空間對象之間的相互關(guān)系，從而揭示地質(zhì)災(zāi)害的演化規(guī)律，為防災(zāi)減災(zāi)工作提供理論依據(jù)。以GIS在地質(zhì)災(zāi)害中的運用現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，提出一種基于GIS的地質(zhì)災(zāi)害危險性區(qū)劃方法，并將該方法用于Vulcano火山島的實例研究中，取得了較好的效果。

地質(zhì)災(zāi)害；地理信息系統(tǒng)；危險性區(qū)劃；預(yù)警技術(shù)；空間分析

地質(zhì)災(zāi)害是指在地質(zhì)營力或人類活動的作用下形成的，對人類社會經(jīng)濟(jì)造成破壞損失的一種災(zāi)害形式，主要包括滑坡、崩塌、泥石流、地裂縫、地震、火山和地?zé)岬染唧w災(zāi)害類型［1］。地質(zhì)災(zāi)害的危險性區(qū)劃，是一種地質(zhì)災(zāi)害空間預(yù)測的工作手段，首先以現(xiàn)有地質(zhì)災(zāi)害的分布特征和演化機(jī)制研究為基礎(chǔ)，篩選出各類地質(zhì)災(zāi)害的主要影響因素，即地質(zhì)災(zāi)害危險性區(qū)劃的參評指標(biāo)；其次通過一定的數(shù)學(xué)模型對潛在的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性進(jìn)行數(shù)學(xué)計算；最后以計算結(jié)果為依據(jù)，對研究區(qū)該類地質(zhì)災(zāi)害的危險性進(jìn)行空間劃分［2］。傳統(tǒng)的地質(zhì)災(zāi)害危險性區(qū)劃方法，存在著較多的缺點和弊端。

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS），是在計算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)支持下，對整個或部分地球表層空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)涉及到計算機(jī)學(xué)、測繪遙感學(xué)、空間科學(xué)、地理學(xué)、信息科學(xué)和管理科學(xué)等諸多學(xué)科。將GIS技術(shù)引進(jìn)到地質(zhì)災(zāi)害危險性區(qū)劃中，可有效解決上述缺點和弊端。

1 GIS在地質(zhì)災(zāi)害研究中的應(yīng)用

1.1 地質(zhì)災(zāi)害評價和管理

地理信息系統(tǒng)具有多種存儲管理和分析計算功能，通過建立地質(zhì)災(zāi)害的空間信息管理數(shù)據(jù)庫，對地質(zhì)災(zāi)害的分析資料進(jìn)行分類管理，用于可視化查詢地質(zhì)災(zāi)害的空間分布特征，從而對地質(zhì)災(zāi)害的危險程度進(jìn)行合理的評價。在此基礎(chǔ)上，可對地質(zhì)災(zāi)害的各類影響因素間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行定量化計算，以計算結(jié)果為基礎(chǔ)，開展地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率和致災(zāi)范圍的預(yù)測研究。

1.2 地質(zhì)災(zāi)害的危險性區(qū)劃評價

地質(zhì)條件具有明顯的不確定性，不同地質(zhì)條件之間也具有復(fù)雜的相互關(guān)系。因此，地質(zhì)災(zāi)害的危險性區(qū)劃應(yīng)以大量基礎(chǔ)地質(zhì)條件調(diào)查為基礎(chǔ)。采用GIS開展地質(zhì)災(zāi)害危險性區(qū)劃，應(yīng)通過上述基礎(chǔ)資料的計算分析，獲得具有可靠性和確定性的計算結(jié)果。具體實施步驟如下：①通過地質(zhì)災(zāi)害的內(nèi)外因影響因素分析，篩選出合適的評價指標(biāo)；②選取合理的數(shù)學(xué)評價模型，結(jié)合實際地質(zhì)條件，開展地質(zhì)災(zāi)害危險性等級區(qū)劃；③根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害危險性等級區(qū)劃結(jié)果，為地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險預(yù)測和防災(zāi)減災(zāi)工作提供理論和技術(shù)支撐。

1.3 地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警技術(shù)

地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)主要包括幾個單元：地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情模擬單元、空間數(shù)據(jù)庫存儲單元、地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情預(yù)測分析單元。地理信息系統(tǒng)能夠存儲、處理、分析、計算和成圖，地理信息系統(tǒng)在進(jìn)行多因素定量模擬分析，以及對各因素之間相互關(guān)系的定量計算方面，具有得天獨厚的優(yōu)勢。

2 基于GIS的地質(zhì)災(zāi)害危險性區(qū)劃

2.1 目的和作用

地質(zhì)災(zāi)害危險性區(qū)劃的基本內(nèi)容是：以研究區(qū)該種地質(zhì)災(zāi)害類型在地質(zhì)歷史中的活動程度，以及該種地質(zhì)災(zāi)害類型的形成條件為基礎(chǔ)，結(jié)合研究區(qū)的實際自然條件和當(dāng)?shù)氐纳鐣?jīng)濟(jì)特點，對該種地質(zhì)災(zāi)害可能的危險程度和預(yù)計的空間分布規(guī)律開展預(yù)測研究，以此為基礎(chǔ)劃分該種地質(zhì)災(zāi)害類型的危險等級?；贕IS的地質(zhì)災(zāi)害危險性區(qū)劃結(jié)果，可以為地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險評估和防治規(guī)劃提供重要的理論依據(jù)和技術(shù)支撐，對地質(zhì)災(zāi)害的防災(zāi)減災(zāi)具有重大意義，直接關(guān)系到經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會穩(wěn)定。

2.2 基本步驟

2.2.1 研究區(qū)網(wǎng)格單元剖分。地質(zhì)災(zāi)害所涉及的工作區(qū)域需要進(jìn)行網(wǎng)格剖分，一般網(wǎng)格剖分可采用柵格數(shù)據(jù)處理方法，根據(jù)不同情況確定每個單元的面積。對于地質(zhì)條件較為單一的地區(qū)，網(wǎng)格剖分可稍大稀疏一些；對地質(zhì)條件較為復(fù)雜的地區(qū)，網(wǎng)格剖分可稍微緊密一些。依據(jù)上述基本原則，將地質(zhì)災(zāi)害所涉及的研究區(qū)劃分為若干個網(wǎng)格。

2.2.2 評價因素的選取與數(shù)字化。選取評價因素的基本原則是，從地質(zhì)災(zāi)害的本質(zhì)特征出發(fā)，通過分析地質(zhì)災(zāi)害的具體表現(xiàn)形式及其對人類社會經(jīng)濟(jì)的損害程度，篩選出地質(zhì)災(zāi)害的不同影響因素。一般地質(zhì)災(zāi)害的各種影響因素主要可分為兩類：基本因素和影響因素?；疽蛩厥侵傅刭|(zhì)災(zāi)害最為本質(zhì)的內(nèi)在特征；影響因素是指影響和誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的外在因素。在評價因素選取過程中，需要對各類評價因素進(jìn)行系統(tǒng)分析，進(jìn)而對不同影響因素的不同狀態(tài)進(jìn)行定性劃分。最后，在上述分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)各評價因素的不同狀態(tài)，計算出該類地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生的影響程度，從而獲得其信息量值。

2.2.3 地質(zhì)災(zāi)害危險性區(qū)劃。采用GIS疊加各網(wǎng)格中不同評價因素的信息量值，從而得到各網(wǎng)格信息量的綜合評價值。其具有突出的客觀性，該方法可在常規(guī)分析方法中無法使用的類別數(shù)據(jù)中較好地運用，具有操作便利的優(yōu)點。地質(zhì)災(zāi)害危險性區(qū)劃結(jié)果具有較好的可靠性，且操作過程簡便，可在地質(zhì)災(zāi)害的危險性、易損性、風(fēng)險性評價中較好地運用。

3 實例研究

3.1 基本概況

Vulcano火山島位于意大利南部西西里以外的地中海中，是世界著名的旅游地。火山島南北長約7.0km，東西寬約4.5km，面積約為20km2，夏季高峰季節(jié)日游客達(dá)5萬人，冬季旅游淡季日游客為1 000人左右，島上固定居民為280人，有通訊中心、能源供應(yīng)中心、淡水供應(yīng)中心、碼頭、直升飛機(jī)場、小學(xué)、警察和醫(yī)療點等必要的生活設(shè)施。

Vulcano火山島上埃特納火山處在幾組斷裂的交匯部位，一直活動頻繁，是有史記載以來噴發(fā)歷史最為悠久的火山，近年來埃特納火山一直處于活動狀態(tài)。為保證當(dāng)?shù)鼐用窦坝慰偷纳拓敭a(chǎn)安全，減少損失，對Vulca?no活火山進(jìn)行災(zāi)害危險性評估具有重要意義。本文利用MAPGIS，考慮熔巖流、火山彈、火山灰、有害氣體和次生災(zāi)害5種災(zāi)害類型對Vulcano火山進(jìn)行危險性分析。

3.2 火山地質(zhì)災(zāi)害危險性區(qū)劃

本文將火山地質(zhì)災(zāi)害分成5種具體災(zāi)害后，按照各種災(zāi)害的影響因素，利用MapGIS軟件作出各種災(zāi)害的危險性區(qū)劃圖，最后按照各種災(zāi)害的權(quán)重，在MapGIS軟件上進(jìn)行加權(quán)疊加后得到研究區(qū)域的火山災(zāi)害總體危險性區(qū)劃圖。

3.2.1 區(qū)域內(nèi)單元網(wǎng)格剖分。利用MapGIS軟件對Vulcano火山島進(jìn)行網(wǎng)格單元剖分。共劃分單元525個，如圖1所示。

圖1 Vulcano火山島網(wǎng)格單元劃分圖

3.2.2 具體災(zāi)害危險性區(qū)劃。將每一種火山災(zāi)害的不同影響因素進(jìn)行權(quán)衡計算，進(jìn)行危險性分區(qū)。按照5個等級：極高危險、高危險、中危險、低危險與極低危險區(qū)域來區(qū)劃。限于篇幅，本文只對熔巖流災(zāi)害作出具體分析，山彈、火山灰、有害氣體和次生災(zāi)害的區(qū)劃過程與熔巖流的基本一致。

熔巖流是指從火山口噴溢流出的熔巖，其溫度常在900～1 200℃，其形成于非爆炸式噴發(fā)或者爆炸式噴發(fā)熔巖噴泉。熔巖流所到之處，全部毀滅。因此，巖漿流具有毀滅性的破壞力。其劃分標(biāo)準(zhǔn)為歷次噴發(fā)熔巖流的范圍和強(qiáng)度，距火山口距離的遠(yuǎn)近，地形坡度陡緩。

綜合分析發(fā)現(xiàn)，該島有2個火山，主火山南側(cè)海拔約為350m，北側(cè)海拔約為250m，北側(cè)居民聚集區(qū)海拔約為20m，相對高差較大。因此，發(fā)現(xiàn)火山一旦噴發(fā)，出現(xiàn)熔巖流將會對北側(cè)居民區(qū)重大影響?；鹕綎|南側(cè)為一沖溝，發(fā)生熔巖流災(zāi)害時，熔巖流極易沿沖溝活動。北部小火山海拔約為85m，高差約為60m，噴發(fā)次數(shù)較少。因此，在小火山周圍定為高危險區(qū)。綜合考慮得出巖溶流危險性MapGIS區(qū)劃圖如圖2所示。

圖2 熔巖流危險性區(qū)劃圖

3.2.3 各災(zāi)害權(quán)重計算。綜合考慮每種災(zāi)害的頻率權(quán)重和強(qiáng)度權(quán)重2種因素。頻率權(quán)重是根據(jù)火山在每一次噴發(fā)時某一種具體災(zāi)害的發(fā)生概率的比值求得，強(qiáng)度權(quán)重是根據(jù)每種具體災(zāi)害發(fā)生時的強(qiáng)度對比求得。綜合考慮2種因素后求得一個計算平均權(quán)重，如表1所示。

表1 各災(zāi)害權(quán)重分配表

3.2.4 各災(zāi)害加權(quán)疊加。首先對各種災(zāi)害危險性區(qū)劃圖中的等級進(jìn)行賦屬性值，將極高危險單元賦屬性值5，高危險賦屬性值4，中危險賦屬性值3，低危險賦屬性值2，極低危險賦屬性值1。每一個單元格的總體危險性根據(jù)5種災(zāi)害進(jìn)行加權(quán)疊加后確定，計算公式如下：

式（1）中，H為總的危險性屬性值；αm為第m種災(zāi)害的權(quán)重；為第i個單元第m種災(zāi)害的危險性，分為5個等級（屬性賦值1～5）。

對各種災(zāi)害類型進(jìn)行加權(quán)疊加，疊加后的單元格等級屬性數(shù)值范圍在1～5，按照等級高低劃分總體危險性，標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 屬性值區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)表

3.2.5 總體危險性區(qū)劃圖。將熔巖流、火山彈、火山灰、有害氣體和次生災(zāi)害5種災(zāi)害類型，分別按照5個等級：極高危險、高危險、中危險、低危險與極低危險區(qū)域進(jìn)行區(qū)劃，并對每一個單元格進(jìn)行賦值。最終采用式（1）進(jìn)行加權(quán)疊加，并采用表2所示的區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)，利用MapGIS生成最終危險性區(qū)劃圖，如圖3所示。

圖3 火山災(zāi)害總危險性區(qū)劃圖

4 結(jié)論

地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃涉及的信息具有多樣性和空間性，是一項極其復(fù)雜的系統(tǒng)工程，傳統(tǒng)的地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃方法，存在著較多的缺點和弊端。將GIS技術(shù)引進(jìn)到地質(zhì)災(zāi)害危險性區(qū)劃中，可有效解決上述缺點和弊端。在不同空間和時間尺度上，采用GIS技術(shù)研究地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的地質(zhì)環(huán)境，管理各項地質(zhì)災(zāi)害的相關(guān)信息，計算各項地質(zhì)災(zāi)害之間的復(fù)雜數(shù)據(jù)，最終評價各種災(zāi)害的發(fā)生概率及致災(zāi)后果。基于GIS的地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃可對多種不同信息進(jìn)行綜合分析，探索空間對象之間的相互關(guān)系，分析潛在災(zāi)害和災(zāi)害對一定區(qū)域內(nèi)的影響。采用GIS對災(zāi)害數(shù)據(jù)的計算和輸出功能，基于綜合屬性分析方法對地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行區(qū)劃，使地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃進(jìn)入了信息化、定量化、自動化的新階段，為我國地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險評估提供了技術(shù)支撐?；贕IS技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃結(jié)果具有較好的可靠性和可操作性，值得進(jìn)一步推廣運用。

［1］羅元華，張梁，張業(yè)成.地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估方法［M］.北京：地質(zhì)出版社，1998.

［2］張梁，張建軍.地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃理論與方法［J］.地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2002（4）：323-326.

Research on Geological Hazards Risk Zonation Based on GIS

Xu Yi
（Zhejiang Huadong Constructions Engineering Co.Ltd.，Hangzhou Zhejiang 310014）

GIS has powerful spatial analysis and data processing capacities,and it can be applied to evaluate the probability and possible consequences of geological disasters.And through the comprehensive analysis of various in?formation,the GIS can find out the relationship between different space objects,so as to illustrate the evolvement rule of geological disasters,which will provide a scientific basis for decision-making of disaster prevention and mitiga?tion.A geological disaster risk zonation method was proposed,which was based on GIS and it’s actuality of applica?tion in geological disasters.The proposed method was applied in the study of volcanic island Vulcano instance,and good results have been achieved.

geological hazards；GIS；hazard zonation；early warning technology；spatial analysis

P694；P208

：A

：1003-5168（2017）01-0027-03

2016-12-03

許憶（1962-），男，大專，高級工程師，研究方向：水利水電工程勘察及地質(zhì)災(zāi)害防治。