趙學(xué)金　唐正浩

(中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)，湖北 武漢　430074)

1　概述

滑坡地質(zhì)災(zāi)害的危險性主要是指滑坡在特定條件下發(fā)生破壞的概率大小，通常用災(zāi)害發(fā)生的頻率、破壞程度來表征。地質(zhì)災(zāi)害的危險性評價就是結(jié)合災(zāi)害的致災(zāi)孕災(zāi)因素，分析災(zāi)害發(fā)生的可能性以及破壞后果。

忠武管道穿越崇山峻嶺，地質(zhì)災(zāi)害大量發(fā)育，由山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害引起的管道失效將造成嚴(yán)重的后果，而地質(zhì)災(zāi)害廣泛分布于管道沿線，需要采取一定的方法對災(zāi)害危險性進行區(qū)劃，進而采取針對性的措施，對處于危險區(qū)的管道進行保護。同時，管道的修建改變了沿線的地質(zhì)環(huán)境，可能誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，所以對管道地質(zhì)災(zāi)害進行危險性區(qū)劃是必要的[1]。

2　管道地質(zhì)災(zāi)害危險性區(qū)劃的原則和步驟

管道地質(zhì)災(zāi)害危險性區(qū)劃原則主要有針對性原則、根據(jù)實情原則、綜合分析與主導(dǎo)因素相結(jié)合的原則、區(qū)內(nèi)相似、區(qū)際不同原則及動態(tài)原則[2]。

管道地質(zhì)災(zāi)害危險性區(qū)劃步驟：

1)收集研究區(qū)基礎(chǔ)資料。

2)管道沿線地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查。對前一步的分析進行驗證，并對已有災(zāi)害和災(zāi)種進行詳細調(diào)查記錄。

3)地質(zhì)災(zāi)害危險性評估。在考慮地質(zhì)環(huán)境、誘發(fā)因素、災(zāi)害現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上對管道沿線的地質(zhì)災(zāi)害分災(zāi)種進行危險性評估，而后綜合各災(zāi)種的危險性評估制作管道地質(zhì)災(zāi)害危險性綜合分區(qū)圖。可采用基于GIS的多因子加權(quán)疊加運算制作地質(zhì)災(zāi)害危險性區(qū)劃圖。

3　管道滑坡地質(zhì)災(zāi)害危險性區(qū)劃評價指標(biāo)建立

滑坡災(zāi)害的發(fā)生受多種因素的制約，通過對忠武管道沿線滑坡災(zāi)害的調(diào)查和分析，確定從以下三方面對滑坡危險性進行評價：1)地質(zhì)環(huán)境條件。2)誘發(fā)因素。3)災(zāi)害發(fā)育現(xiàn)狀。包括災(zāi)害分布密度、規(guī)模[3]。

3.1　滑坡與地形坡度的關(guān)系

由于存在坡度，坡體才存在臨空面，松散物質(zhì)勢能才能轉(zhuǎn)化為動能。通過對忠武管道沿線滑坡的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)滑坡主要發(fā)生在坡度為20°～45°的山坡上，坡度太小的山坡，松散物質(zhì)勢能太小，不易發(fā)生滑坡。

坡度太大的山坡往往發(fā)生崩塌。對研究區(qū)山體坡度的分級按小于20°，20°～45°，大于45°劃分為三個級別。

3.2　滑坡與地層巖性的關(guān)系

管道沿線斜坡的地層巖性及其結(jié)構(gòu)是引發(fā)滑坡的重要因素，也是形成滑坡的物質(zhì)基礎(chǔ)。通過對沿線滑坡的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)滑坡大多發(fā)生在含碎屑巖、泥質(zhì)巖的地層。因此，對研究區(qū)地層巖性的分級按巖石堅硬(結(jié)構(gòu)完整)，巖石較軟(結(jié)構(gòu)不完整)，巖石軟弱(有軟弱結(jié)構(gòu)面)劃分為三個級別。

3.3　滑坡與斷裂構(gòu)造密度的關(guān)系

單位面積所包含的斷裂帶的總長度叫做構(gòu)造斷裂密度，它反映了區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的活躍程度。對研究區(qū)斷裂構(gòu)造密度的分級按小于0.05 km/km2，0.05 km/km2～0.2 km/km2，大于0.2 km/km2劃分為三個級別。

3.4　滑坡與地震烈度的關(guān)系

地震是滑坡災(zāi)害主要的觸發(fā)因素之一。地震烈度越大的地區(qū)發(fā)生滑坡等自然災(zāi)害的概率也越高。

3.5　滑坡與多年平均降雨量的關(guān)系

降雨是滑坡災(zāi)害主要的觸發(fā)因素之一。降雨可以通過多種途徑觸發(fā)滑坡，雨水滲入土體，增加坡重，軟化地層，增加水壓力，促進巖土體風(fēng)化等。多年平均降雨量越大，對滑坡的產(chǎn)生就越有利。由于研究區(qū)所處的幾個縣市多年平均降雨量都在1 100～1 500之間，都處于多年平均降雨偏大地區(qū)。雨水對各區(qū)域影響基本一致，所以該因素不參與危險性區(qū)劃。

3.6　滑坡與河流溝谷發(fā)育程度的關(guān)系

河流溝谷發(fā)育程度對滑坡災(zāi)害發(fā)育的影響顯著。河流溝谷越發(fā)育，表明地面越破碎，土壤侵蝕越強烈，地表碎屑物質(zhì)越多、穩(wěn)定性越差。河流沖刷坡腳、沖溝侵蝕山體，易產(chǎn)生不穩(wěn)定斜坡，誘發(fā)滑坡。對研究區(qū)河流溝谷發(fā)育程度的分級按不發(fā)育，較發(fā)育、發(fā)育劃分為三個級別。

3.7　滑坡與人類工程活動的關(guān)系

管道沿線經(jīng)過多個城鎮(zhèn)，城鎮(zhèn)的建設(shè)工程活動影響著地質(zhì)環(huán)境，改變了自然環(huán)境原有的平衡系統(tǒng)。修建鐵路、公路往往會開挖邊坡或者加載于斜坡上，從而破壞邊坡原有的平衡，造成滑坡。本文的研究中，主要考慮了公路對滑坡災(zāi)害的誘發(fā)，按公路距離小于1 km，1 km～2 km，大于2 km分三級進行緩沖區(qū)分析，柵格化，參與后期的因子疊加分析。

4　管道沿線地質(zhì)災(zāi)害危險性區(qū)劃

引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的因素有很多，每個因素對災(zāi)害的貢獻大小不同，因此要對不同因素賦予不同的權(quán)重，權(quán)重反映了不同因素相對重要性程度。本文采用較為成熟的層次分析法來判斷不同影響因子的權(quán)重。管道沿線的滑坡災(zāi)害通過實地調(diào)查結(jié)合GIS平臺，運用多因子加權(quán)疊加運算制作地質(zhì)災(zāi)害危險性區(qū)劃圖[4，5]。

由于研究區(qū)各城鎮(zhèn)地震烈度、多年平均降雨量基本一致，對危險性區(qū)劃結(jié)果影響較小，所以在本次評價中暫不考慮這些因素。忠武管道滑坡災(zāi)害的危險性區(qū)劃主要考慮以下幾個因子：地形坡度、地層巖性、斷裂構(gòu)造密度、河流溝谷發(fā)育程度、道路工程、災(zāi)害分布密度。

進行滑坡危險性區(qū)劃，首先需要對單個影響因子進行級別劃分，歸一化處理。本文以地形坡度因子的分級歸一化為例，來說明這一過程。將前面提取的坡度柵格數(shù)據(jù)按坡度小于20°，20°～45°、大于45°劃分為三個級別。而后運用ArcGIS重分類功能把坡度分級圖的三個級別分別賦予不同的數(shù)值，進行歸一化處理，有利于災(zāi)害發(fā)生的類別被賦予較高的值，如坡度中20°～45°這個類別被賦予較高數(shù)值。進行歸一化處理是讓不同影響因子進行疊加計算的前提。

同地形坡度的級別劃分，歸一化處理的過程一樣，可進行其他幾個因子的級別劃分歸一化處理。級別劃分方案和歸一化處理數(shù)值見表1。從而可以得到歸一化處理后的地形坡度圖、地層巖性圖、斷裂構(gòu)造密度圖、河流溝谷發(fā)育程度圖、道路工程圖、災(zāi)害分布密度圖。需要注意的是這些圖都是柵格數(shù)據(jù)。

表1　滑坡災(zāi)害危險性評價指標(biāo)體系及量化表

然后，利用ArcGIS中的柵格計算器對影響滑坡災(zāi)害發(fā)生的六個因子歸一化柵格圖進行加權(quán)疊加計算，得到綜合考慮環(huán)境條件、誘發(fā)因素、災(zāi)害發(fā)育現(xiàn)狀等評價因子的滑坡災(zāi)害危險性分布圖。柵格計算公式如下：

滑坡災(zāi)害危險性分布圖=地形坡度圖×0.25+地層巖性圖×0.125+斷裂構(gòu)造密度圖×0.125+河流溝谷發(fā)育程度圖×0.2+道路工程圖×0.05+災(zāi)害分布密度圖×0.25。

最后得到的滑坡災(zāi)害危險性分布圖的數(shù)值在0.3～1之間，值越大表明滑坡災(zāi)害的危險性越高。根據(jù)得分，并結(jié)合管道沿線地形地貌單元特征對滑坡災(zāi)害進行危險性區(qū)劃。滑坡災(zāi)害危險性區(qū)劃流程圖見圖1，管道沿線滑坡災(zāi)害危險性分區(qū)情況如表2所示。

表2　滑坡災(zāi)害危險性分區(qū)表

管道里程地理位置危險性等級K000～K019+604忠縣—趕家橋低山丘陵區(qū)高K019+604～K046+165趕家橋—黃水中山區(qū)低K046+165～K053+788黃水—雙河中山區(qū)高K053+788～K073雙河—后壩中山區(qū)中K073～K105后壩—祝家灣低山丘陵區(qū)低K105～K115+815祝家灣—土橋低山丘陵區(qū)中K115+815～K136+856土橋—長慶低山丘陵區(qū)低K136+856～K185+498長慶—熊家?guī)r中低山區(qū)高K185+498～K269熊家?guī)r—野三關(guān)中低山區(qū)中K269～K327野三關(guān)—賀家坪中低山區(qū)高K327～K337+374賀家坪—螞蝗溪中低山區(qū)低K337+374～K353+273螞蝗溪—高家堰低山區(qū)高K353+273～K370+100高家堰—劉家坳低山區(qū)中K370+100～K393+342劉家坳—大溪溝低山丘陵區(qū)高K393+342～K400+373大溪溝—善溪窯丘陵區(qū)低

5　結(jié)語

采用ArcGIS平臺對管道地質(zhì)災(zāi)害危險性進行評價與區(qū)劃研究的方法日趨成熟，該方法在管道地質(zhì)災(zāi)害的運用中極大地提高了管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險管控的效率，保障了管道的安全。本文在考慮忠武管道沿線地形坡度、地層巖性、斷裂構(gòu)造密度、河流溝谷發(fā)育程度、道路工程、災(zāi)害分布密度等重要影響因素的基礎(chǔ)上，采用多因子加權(quán)疊加的方法對管道全線滑坡地質(zhì)災(zāi)害的危險等級進行劃分，利用ArcGIS中的柵格計算器對影響忠武滑坡災(zāi)害發(fā)生的六個因子歸一化柵格圖進行加權(quán)疊加計算，得到滑坡災(zāi)害危險性分布圖，為管道滑坡地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警預(yù)報提供了依據(jù)。

參考文獻：

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