邱 曼，魏云杰

（1.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團地質(zhì)勘查中心，新疆維吾爾自治區(qū) 烏魯木齊 830000；2.中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，北京 100081）

0 引言

近年來，隨著兵團向南發(fā)展工作的推進，由人類工程活動引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害問題日益頻發(fā)，給人類生產(chǎn)生活造成極大的危害，據(jù)不完全統(tǒng)計，兵團南疆第三師葉城二牧場分布有崩塌、滑坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害點33 處，威脅農(nóng)牧職工1000 余人，威脅財產(chǎn)1.5 億余元，急需對當(dāng)?shù)剡M行地質(zhì)災(zāi)害危險性分區(qū)，為兵團開展防災(zāi)減災(zāi)工作提供支撐。地質(zhì)災(zāi)害危險性劃定結(jié)果受多種因素影響，各因素存在著不確定性、模糊性及相互作用的復(fù)雜性等特點，故其劃定方法一直處于探索和改進過程中[1]。層次分析法是將復(fù)雜的問題分解為不同組成因素，并按不同層次聚集組合為一個多層次的分析結(jié)構(gòu)模型[2-6]。本文在收集資料基礎(chǔ)上，通過對葉城二牧場地質(zhì)環(huán)境條件及地質(zhì)災(zāi)害開展野外調(diào)查，借助選用Arcgis 平臺，采用層次分析法進行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)劃定，取得了較好的效果。

1 工程地質(zhì)環(huán)境概況

研究區(qū)位于昆侖山北麓葉城縣南60 km 的烏恰巴什鎮(zhèn)，為典型的大陸性干旱半干旱氣候，氣溫隨高程增加而降低，降水量隨高程增加而增大，垂直分帶顯著；研究區(qū)地貌類型多樣，二、三隊草場地處侵蝕剝蝕中高山區(qū)，海拔3000～4800 m；二、三隊隊部地處低山丘陵區(qū)，海拔2000～3000 m，覆蓋層為黃土，山體平緩渾圓，受河流沖刷切割，溝谷發(fā)育。洪積礫質(zhì)平原區(qū)分布在低山丘陵區(qū)前緣一帶。

研究區(qū)海拔1500～2000m，由各河流堆積作用形成沖洪積扇，地表沉積物由上更新統(tǒng)卵礫石、砂礫石、砂質(zhì)粘土組成。南高北低，呈微斜狀，水系呈片流或散流狀；三隊及二隊以南局部區(qū)域出露奧陶系花崗巖、閃長巖等，二隊南部大部區(qū)域由海相碳酸鹽巖、碎屑巖組成，出露長城系、薊縣紀、石炭系灰?guī)r、白云質(zhì)硅質(zhì)巖及砂巖等。區(qū)內(nèi)河谷階地區(qū)域，河水持續(xù)侵蝕沖刷階地，河岸垮塌，工程地質(zhì)條件較差；研究區(qū)內(nèi)多為壓性、壓扭性斷裂，區(qū)域主要構(gòu)造斷層有鐵克里克斷裂、柯崗斷裂及康西瓦斷裂。新構(gòu)造運動表現(xiàn)為強烈的升降運動，并具有對老構(gòu)造的繼承性，空間上的差異性，時間上間歇性的特點。研究區(qū)總體降水量稀少，據(jù)葉城縣10 年內(nèi)監(jiān)測站降水資料統(tǒng)計，年平均降水量57.9 mm；降水多集中于5-8 月，其中8月份降水量最多，達13.66 mm。位于中高山區(qū)的二隊、三隊年均降水量200 mm 左右，是滑坡、泥石流、崩塌地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)區(qū)域。

2 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征

調(diào)查發(fā)現(xiàn)研究區(qū)主要發(fā)育有滑坡、崩塌、泥石流3 類地質(zhì)災(zāi)害，共計33 處，其中崩塌7處，滑坡11 處，泥石流15 處，分別占地質(zhì)災(zāi)害點總數(shù)的21%、33%、46%。災(zāi)害分布不均勻，但受各地質(zhì)要素影響具有一定的規(guī)律：研究區(qū)內(nèi)人類工程活動較弱的南部及西部區(qū)域為構(gòu)造侵蝕中高山區(qū)，分布中厚層狀碳酸鹽巖、碎屑巖巖組及塊狀巖漿巖巖組，巖體工程性質(zhì)良好，不具有地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的地質(zhì)條件。研究區(qū)內(nèi)人類工程活動強烈的北部區(qū)域地貌類型為低山丘陵區(qū)，山梁起伏，溝壑縱橫，大量居民削坡建房，切坡修路，破壞原有斜坡應(yīng)力平衡，在降雨等因素作用下，極易發(fā)生滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害（圖1）。

圖1 葉城二牧場地質(zhì)災(zāi)害分布圖Fig.1 Distribution map of geological hazards in Ermuchang area of Yecheng

3 地質(zhì)災(zāi)害危險性評價

3.1 評價方法

地質(zhì)災(zāi)害危險性定量評價方法，國內(nèi)外學(xué)者已做過較多研究，常見的有襲擾系數(shù)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等[7]，但受地質(zhì)環(huán)境條件差異以及各方法適用的空間尺度不同等因素影響，上述方法在新疆高海拔寒旱黃土區(qū)的評價結(jié)果常常不盡如人意。本文基于GIS 的層次分析法對新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團葉城二牧場地質(zhì)災(zāi)害危險性進行綜合評價，以反映地質(zhì)災(zāi)害危險性的各種影響因素及其相對重要性，實現(xiàn)大比例尺地質(zhì)災(zāi)害危險性評價的目的[8]。

3.2 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價指標體系

因素層次結(jié)構(gòu)的建立依據(jù)是地質(zhì)災(zāi)害危險性預(yù)測影響因子。其中，指標層（Uij）為高程、坡向、坡度、斷層分布、工程巖組、河網(wǎng)分布、公路分布；準則層（Ui）包括有地質(zhì)、水文、地形地貌及人類工程活動因素；目標層（U）是地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價[9]。具體如圖2 所示。

圖2 葉城二牧場地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性層次結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Hierarchical structure of geological hazard susceptibility in Ermuchang area of Yecheng

3.3 指標因素狀態(tài)分級

按照一定的標準將單因素的指標劃分出多個二級狀態(tài)稱為指標因素狀態(tài)分級。評價因素數(shù)據(jù)類型可分為連續(xù)型和離散型2 種。野外調(diào)查論證是離散型數(shù)據(jù)制定劃分標準的主要依據(jù)；相較連續(xù)型數(shù)據(jù)，其劃分標準更易把握。

3.3.1 坡度

坡度與巖性、氣候、水文條件及土層厚度條件等多種因素息息相關(guān)，是滑坡發(fā)生的幾個主要因素之一。首先，崩塌作為滑坡的物質(zhì)來源，其發(fā)生與坡度有關(guān)，會為滑坡發(fā)生創(chuàng)造條件。其次，重力等的剪切力隨著坡度的增加會隨之增大，故發(fā)生滑坡概率會加大；指標因素狀態(tài)分級如圖3 所示。

3.3.2 坡向

一般認為，坡面侵蝕、巖土體的物理力學(xué)特性、水蒸發(fā)、斜坡地下水孔隙壓力的分布等受斜坡坡向太陽輻射強度等條件影響，主要的影響表現(xiàn)是水熱比的規(guī)律性差異及山坡的小氣候。指標因素狀態(tài)分級如圖4 所示。

3.3.3 高程

調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，植被覆蓋率、植被類型、地區(qū)降雨與高程密切有關(guān)，同時受不同高程范圍內(nèi)人類活動強度差異及易于滑坡滑動臨空面影響等，高程對斜坡變形破壞相關(guān)。指標因素狀態(tài)分級如圖5 所示。

3.3.4 河網(wǎng)分布

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，葉城二牧場區(qū)域內(nèi)受阿克齊河、柯克亞河、臺斯河、吾魯格吾魯斯塘河的沖刷切割，溝谷發(fā)育，谷壁陡峭，遭受侵蝕、剝蝕作用強烈，崩塌、滑坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育，成為外動力地質(zhì)作用最為活躍的場所。離河道越近的區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害危險程度則越高。指標因素狀態(tài)分級如圖6 所示。

3.3.5 工程地質(zhì)巖組

區(qū)內(nèi)產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害的物質(zhì)基礎(chǔ)是地層巖性。地質(zhì)災(zāi)害的分布、發(fā)育、規(guī)模及活動方式受工程地質(zhì)巖組控制或制約。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)內(nèi)中高山區(qū)大部區(qū)域分布有堅硬的中厚層狀碳酸鹽巖、碎屑巖巖組及堅硬的塊狀巖漿巖巖組，地質(zhì)災(zāi)害不發(fā)育。低山丘陵區(qū)，黃土堆積厚度5～10 m 左右，巖性為黃土狀亞砂土，下伏地層為基巖或第四系堆積物，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育。指標因素狀態(tài)分級如圖7 所示。

3.3.6 地質(zhì)構(gòu)造

斷裂構(gòu)造與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度密切相關(guān)。從研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害和斷層分布圖可以看出，在柯崗斷裂和鐵克里克斷裂附近，因巖石較為破碎，具備有利于崩塌等地質(zhì)災(zāi)害形成和發(fā)育的構(gòu)造條件。指標因素狀態(tài)分級如圖8 所示。

3.3.7 人類工程活動

隨著兵團向南發(fā)展工作的推進，研究區(qū)交通、水利、安居住房等修建日益增多，沿河流階地斜坡開挖坡腳等人類工程活動，改變了坡體自然安息角，造成斜坡失穩(wěn)導(dǎo)致滑坡、崩塌的產(chǎn)生。指標因素狀態(tài)分級如圖9 所示。

3.4 評價因子權(quán)重

圖3 坡度分級圖Fig.3 Slope classification map

圖4 坡向分級圖Fig.4 Gradation map of slope aspect

圖5 高程分級圖Fig.5 Elevation classification map

圖6 河網(wǎng)分級圖Fig.6 River network classification map

圖7 巖組分級圖Fig.7 Rock classification map

圖8 構(gòu)造分級圖Fig.8 Structural classification map

圖9 道路分級圖Fig.9 Rock classification map

圖10 葉城二牧場易發(fā)性分區(qū)圖Fig.10 Zoning mag of the susceptibility of Yecheng Ermuchang area

多個專家依據(jù)層次結(jié)構(gòu)模型、1-9 標度法，在考慮實地情況基礎(chǔ)上，逐項就任意兩個指標進行比較，得出各判斷矩陣，其中U-Ui 判斷矩陣A，Ui-Uij 的判斷矩陣B1、B2如下[10]：

經(jīng)過權(quán)重計算、層次排序、整體一致性檢驗，計算出準則層相對于目標層的權(quán)重依次為：0.0800，0.1901，0.2197，0.4998，CR=0.0409＜0.1，符合一致性檢驗。同理，求出U1相對于準則層的權(quán)重依次為：0.2519，0.4998，0.4050，CR=0.0361＜0.1，符合一致性檢驗；指標層U2相對于準則層的權(quán)重依次為：0.3233，0.6467。求出指標層對目標層的合成權(quán)重，如表1 所示。

表1 各評價因子權(quán)重系數(shù)

3.5 危險性分區(qū)

利用Arcgis 空間分析工具，柵格歸一化各評價因子，加權(quán)疊加計算層析分析法確定的權(quán)重，形成葉城二牧場地質(zhì)災(zāi)害危險性指數(shù)圖。按自然間距分類法，采用柵格重分類工具，將地質(zhì)災(zāi)害危險性分為四個等級（圖10）。

高危險區(qū)：分布在二隊隊部、三隊隊部、二隊草場等部分區(qū)域，分布比較零散，面積為67.42 km2，占總面積的10.71%。發(fā)育有崩塌、滑坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害16 處，其中崩塌地質(zhì)災(zāi)害3 處、滑坡地質(zhì)災(zāi)害12 處、泥石流地質(zhì)災(zāi)害1 處。

中度危險區(qū)：主要分布在高危險區(qū)的周邊區(qū)域，緊鄰高危險區(qū)。面積為230.683 km2，占總面積的36.67%。主要發(fā)育泥石流地質(zhì)災(zāi)害，其次是滑坡災(zāi)害，其中泥石流災(zāi)害有14 處，滑坡災(zāi)害有3 處，此處各種地質(zhì)災(zāi)害類型較發(fā)育，尤其以泥石流災(zāi)害為主。

低危險區(qū)：主要分布在葉城牧場二隊、三隊草場的阿克齊河、柯克亞河、吾魯格吾魯斯塘河、臺斯河各溝谷內(nèi)，面積為272 km2，占總面積的43.24%。由于切割較深，具備形成泥石流、滑坡地質(zhì)災(zāi)害的條件，在大暴雨時洪流易形成泥石流地質(zhì)災(zāi)害，對研究區(qū)造成威脅，但因人類工程活動稀少，人員流動小，危害程度較輕。根據(jù)本次調(diào)查，主要分布有2 處小型泥石流地質(zhì)災(zāi)害。

非危險區(qū)：非危險區(qū)面積約60.8 km2，占總面積的9.68%。受地形地貌影響，主要分布在二牧場中山區(qū)、海拔3000 m 以上的二隊草場和三隊草場區(qū)域，其中三隊草場部分位于雪線，常年積雪覆蓋，人類活動稀少。根據(jù)本次調(diào)查情況，非危險區(qū)幾乎沒有成規(guī)模的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生。

4 結(jié)論

（1）基于因素相關(guān)性分析，以葉城二牧場為研究對象，選擇高程、坡向、坡度、河網(wǎng)分布等7 項因素建立易發(fā)性評價指標體系，基于Arcgis 平臺建立層次分析法模型，并進行地質(zhì)災(zāi)害危險性評價，研究區(qū)實際情況與評價結(jié)果基本一致，對地質(zhì)災(zāi)害危險性評價工作能夠起到重要作用。

（2）對研究區(qū)范圍內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害危險性進行了分區(qū)評價，根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害危險程度，將研究區(qū)劃分為四個等級：地質(zhì)災(zāi)害高危險區(qū)（10.71%）、地質(zhì)災(zāi)害中度危險區(qū)（36.67%）、地質(zhì)災(zāi)害低危險區(qū)（43.24%）、地質(zhì)災(zāi)害非危險區(qū)（9.68%）。

（3）研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險性評價結(jié)果表明，地質(zhì)災(zāi)害重點分布于海相碳酸鹽巖、碎屑巖地層；區(qū)內(nèi)土地利用總體規(guī)劃中的建設(shè)用地是地質(zhì)災(zāi)害高-中度危險區(qū)，主要分布在二隊居民區(qū)；交通道路及河網(wǎng)水系周圍地質(zhì)災(zāi)害危險性較大。因此，總體看，葉城二牧場主要是呈現(xiàn)出高易發(fā)性和低危險性的地質(zhì)災(zāi)害特點。通過對葉城二牧場危險性分區(qū)結(jié)果開展精度評價，顯示預(yù)測精度為90.9%。