賈麗娜，陳世昌

（甘肅省地下水工程及地?zé)豳Y源重點實驗室，甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，甘肅 蘭州 730050）

舟曲縣山大溝深、巖體破碎、構(gòu)造發(fā)育、軟巖遍布、暴雨和地震頻發(fā)、多發(fā)，地質(zhì)災(zāi)害十分發(fā)育，是全國滑坡、泥石流強烈發(fā)育區(qū)之一（汪美華等，2023），被列為長江上游水土保持重點治理縣。從2010 年開始舟曲縣相續(xù)發(fā)生了“8.8”特大山洪泥石流、南峪江頂崖滑坡、東山牙豁口滑坡和2021 年的立節(jié)北山、果耶磨里滑坡，災(zāi)害的發(fā)生造成了巨大經(jīng)濟(jì)財產(chǎn)損失和人員傷亡，同時也為防災(zāi)減災(zāi)工作帶來一定挑戰(zhàn)。因此，舟曲縣地質(zhì)災(zāi)害防治工作備受重視，地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評價、監(jiān)測預(yù)警等綜合防治體系愈加完善（劉傳正等，2020），避險搬遷有序進(jìn)行。易發(fā)性評價作為地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評價的基礎(chǔ)工作（吳樹仁等，2009），可為城鎮(zhèn)規(guī)劃發(fā)展以及工程建設(shè)提供決策參考。

關(guān)于地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性的研究，關(guān)注點多在評價方法。自20 世紀(jì)60 年代起，評價方法由單一的數(shù)學(xué)統(tǒng)計法和機器學(xué)習(xí)模型（Ayalew et al.，2005；許沖等，2009；張俊等，2016；方然可等，2021；趙東亮等，2021；張林梵等，2022；孟曉捷等，2022；賈俊等，2023），逐漸發(fā)展到多方法結(jié)合（Capparelli et al.，2011；許英姿等，2016；賈麗娜等，2018；張玘愷等，2020；羅路廣等，2021a；王高峰等，2021；張文居等，2022），不同方法各有千秋，快速、精準(zhǔn)地建立模型在實際工作中更為實用。在評價因子選取方面，往往忽略孕災(zāi)地質(zhì)條件分析，過分依賴個人經(jīng)驗，導(dǎo)致有的評價因子缺乏針對性和代表性（羅路廣等，2021b）。

鑒于此，筆者依托2020～2021 年實施完成的《舟曲縣1∶50 000 地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險調(diào)查評價》項目（陳世昌等，2021），利用最新的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查數(shù)據(jù)，研究區(qū)域內(nèi)孕災(zāi)地質(zhì)條件和地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的相關(guān)性，選取合適的評價因子，運用層次分析法，進(jìn)行舟曲縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價，為地方政府防災(zāi)減災(zāi)提供可靠的參考依據(jù)。

1 孕災(zāi)地質(zhì)條件分析

孕災(zāi)地質(zhì)條件包括多種基礎(chǔ)地質(zhì)要素，是研究地質(zhì)災(zāi)害形成的關(guān)鍵，也是易發(fā)性制圖的根基（樂琪浪等，2015；王高峰等，2016，2017）。

1.1 地形地貌與地質(zhì)災(zāi)害

地形地貌分為宏觀和微觀，共同構(gòu)成地質(zhì)災(zāi)害形成的重要條件。宏觀地貌例如山區(qū)、河谷，受構(gòu)造運動影響，形成過程漫長且不易改變；微觀地貌例如坡高、坡度，除自然形成外，還明顯受人類工程活動影響，其變化往往會引發(fā)不同規(guī)模的地質(zhì)災(zāi)害。

1.1.1 宏觀地形地貌與地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)系

研究區(qū)位于西秦嶺中高山區(qū)，山峻谷深，溝壑縱橫，侵蝕切割強烈，宏觀上分為侵蝕構(gòu)造山地和侵蝕堆積河谷平原。地質(zhì)災(zāi)害隱患點多集中在侵蝕構(gòu)造山地。

在侵蝕構(gòu)造山區(qū)，遭受侵蝕、強風(fēng)化作用的基巖構(gòu)成中山、高山主體，表層覆蓋較厚松散的殘坡積層，局部裸露基巖節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石極為破碎，在自然狀態(tài)下較易發(fā)生滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害，雨季暴雨時可為泥石流災(zāi)害提供充足的物源（熊德清等，2021）。

1.1.2 微觀地形地貌與地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)系

（1）對滑坡、崩塌的影響

坡形直接影響崩滑災(zāi)害的形成（孫萍萍等，2019）。凸形、直線形、階梯形和凹形是區(qū)內(nèi)坡形的主要類型。對研究區(qū)172 處斜坡類災(zāi)害的統(tǒng)計分析表明，崩塌災(zāi)害發(fā)生于應(yīng)力集中程度高的凸形和直線形正向類型斜坡。滑坡主要發(fā)生于凹形和凸形斜坡，占總滑坡數(shù)量的63.6%。部分滑坡群分布于高陡坡體的第一斜坡帶，坡腳處多無巖土體支撐，坡形多呈直線形或凸形；受構(gòu)造、地下水影響發(fā)生過多次滑動的大滑坡多分布在山體坡腳較緩斜坡上，天然坡度20°左右，斜坡形態(tài)一般呈凹形（表1）。

表1 崩塌、滑坡對應(yīng)坡形統(tǒng)計表Tab.1 Slope shape statistics corresponding to collapse and landslide

坡度影響斜坡的應(yīng)力大小與分布。利用DEM 提取坡度，統(tǒng)計不同坡度區(qū)間的災(zāi)害數(shù)量。統(tǒng)計結(jié)果如下：崩塌所在斜坡坡度為40°～85°，多分布在60°以上的陡崖；滑坡所在斜坡坡度為15°～60°，多分布于25°～45°之間的陡坡地段（表2）。

表2 不同坡度區(qū)間崩塌滑坡發(fā)生概率統(tǒng)計表Tab.2 Statistics of collapse and landslide occurrence in different slope gradient intervals

坡高控制斜坡的應(yīng)力大小。低邊坡受人類工程活動影響強烈，多發(fā)生削坡建房、建廠等，較大臨空面易發(fā)育崩塌；高邊坡（主要指100～400 m 之間）的影響因素較多，易發(fā)生滑坡。根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，坡高0～100 m 區(qū)間內(nèi)，崩塌發(fā)生的次數(shù)及比率最高，數(shù)量有19 處，占崩塌總數(shù)59.4%；滑坡發(fā)生比率較高的區(qū)間是50～400 m，共95 處，占滑坡總數(shù)的67.8%（表3）。

表3 不同坡高區(qū)間崩塌滑坡發(fā)生概率統(tǒng)計表Tab.3 Statistics of collapse and landslide occurrence in different slope height intervals

（2）對泥石流的影響

影響泥石流的地形地貌主要包括主溝縱坡、溝坡坡度、流域面積和相對高差，其控制著泥石流的形成（白永健等，2014a）。

主溝縱坡為泥石流的形成提供動力。對區(qū)內(nèi)124 條泥石流溝谷的主溝縱坡進(jìn)行統(tǒng)計（表4）發(fā)現(xiàn)，平均主溝縱坡為10%～50% 的溝谷占總數(shù)的75.8%，說明在此區(qū)間的溝床比降對泥石流的形成和運動最為有利；主溝縱坡＞10%的占總數(shù)的89.5%，這與舟曲縣山大谷深的地形地貌有關(guān)。

表4 泥石流主溝縱坡統(tǒng)計表Tab.4 Statistics of longitudinal slope of main gully of debris flow

溝坡坡度影響松散物質(zhì)堆積量和降雨匯集速度。據(jù)統(tǒng)計，泥石流在26°～45°之間最為發(fā)育，共計100 條，占總數(shù)的80.6%；高易發(fā)和中易發(fā)泥石流的數(shù)量分別為2 條和90 條，分別占各自類型總數(shù)的100%和84.1%（表5）。

表5 泥石流山坡坡度統(tǒng)計表Tab.5 Statistics of debris flow in different slope ranges

流域面積小利于泥石流的形成。對區(qū)內(nèi)124 條泥石流進(jìn)行統(tǒng)計，10 km2以下的有90 條，占總數(shù)的72.6%。此區(qū)間內(nèi)，易發(fā)性中、高泥石流分別為76 條和2 條，均占到各自類別數(shù)量的70%以上（表6）。

表6 泥石流流域面積統(tǒng)計表Tab.6 Statistics of debris flow in different watershed areas

相對高差為泥石流的形成提供動能和勢能。94條泥石流發(fā)育于500～2 000 m 的相對高差，占總量的75.8%，反映了舟曲縣地形起伏較大的特征（表7）。

表7 泥石流相對高差統(tǒng)計表Tab.7 Statistics of debris flow in different relative elevation ranges

1.2 地質(zhì)構(gòu)造與地質(zhì)災(zāi)害

地質(zhì)構(gòu)造通過對地形地貌、地層巖性、斷裂褶皺和地震分布的控制，影響著地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育程度與分布規(guī)律（白永健等，2014b）。

（1）構(gòu)造控制地質(zhì)災(zāi)害的總體分布

區(qū)域性總體抬升的新構(gòu)造運動是控制區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的重要因素。研究區(qū)發(fā)育的崩滑災(zāi)害受控于西秦嶺褶皺帶，尤其是白龍江斷裂褶皺帶，構(gòu)造線呈NW～SE 向展布，經(jīng)多期強烈的構(gòu)造運動，地質(zhì)構(gòu)造十分發(fā)育，利于地質(zhì)災(zāi)害的形成。

（2）斷裂對崩塌、滑坡的控制

斷裂對崩滑災(zāi)害具有控制性，常造成巖體破碎、地下水活動異常等（彭建兵，2006；張永雙等，2016）。

舟曲縣滑坡呈帶狀集中分布于斷裂帶兩側(cè)附近，以坪定-化馬斷裂帶為典型。沿該斷裂帶的北坪定鄉(xiāng)—東山鄉(xiāng)25km 長的范圍內(nèi)發(fā)育有多處較大規(guī)?；拢纬梢粋€鎖兒頭-泄流坡-中牌滑坡密集帶。

崩塌分布也明顯受斷裂控制，特別是三眼峪溝、羅家峪溝、峪子溝等幾條較大支溝的中下游區(qū)斷裂與溝谷岸坡交匯位置基巖、碎石土崩塌較為發(fā)育。白龍江南岸山區(qū)硬質(zhì)巖區(qū)發(fā)育的斷裂帶與溝谷陡崖交互地帶也是基巖崩塌密集分布的地帶。

1.3 工程地質(zhì)巖組與地質(zhì)災(zāi)害

工程地質(zhì)巖組是崩滑流形成的“地基”式組成，控制地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育（黃潤秋等，2008）。

（1）對泥石流的控制

研究區(qū)泥石流分為兩種類型：泥石流和水石流，與地層分布息息相關(guān)。泥石流發(fā)育區(qū)多為志留系、泥盆系板巖、千枚巖以及石炭系灰?guī)r，受構(gòu)造運動影響，巖體構(gòu)造裂隙發(fā)育，風(fēng)化較強，力學(xué)性質(zhì)一般。水石流發(fā)育區(qū)多集中于中生界硬質(zhì)巖，地層巖性及巖土體結(jié)構(gòu)對斜坡的穩(wěn)定較為有利，滑坡、崩塌等重力堆積物不發(fā)育，山坡、溝道中堆積的松散固體物質(zhì)相對較少，受固體物質(zhì)補給量的限制，災(zāi)害以山洪為主，局部發(fā)育水石流溝。

研究區(qū)易發(fā)泥石流的地層主要有古生界千枚巖、板巖等變質(zhì)巖，此類地層巖體本身較為破碎，加之風(fēng)化作用，使得表面堆積有較厚松散物質(zhì)，為泥石流的形成提供固體物質(zhì)儲備。棱角狀碎屑使其具有較強裹攜能力，易侵蝕溝床，促進(jìn)泥石流的發(fā)育。

（2）對滑坡、崩塌的控制

區(qū)內(nèi)易發(fā)生滑坡的地層有：第四系黃土、碎石土堆積層和中～古生界千枚巖、板巖等。黃土的特殊物理力學(xué)性質(zhì)為滑坡的發(fā)育提供了基本條件，疏松、不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，決定了其內(nèi)聚力較低。碎石土堆積層土石混雜，結(jié)構(gòu)松散，底部與基巖的接觸面傾向坡外，內(nèi)部分布有傾向坡外且較連續(xù)的由千枚巖等變質(zhì)巖風(fēng)化巖屑構(gòu)成的細(xì)粒土透鏡體夾層，抗剪能力差，且相對隔水，千枚巖、板巖、片巖等軟弱巖層的存在，使得這些巖土質(zhì)斜坡的穩(wěn)定性大為降低。

區(qū)內(nèi)易發(fā)生崩塌的地層有：第四系黃土，志留系、泥盆系千枚巖、板巖，二疊系、三疊系灰?guī)r和其他硬質(zhì)基巖。值得一提的是，其它硬質(zhì)基巖形成較早，發(fā)育節(jié)理裂隙，在降雨、特別是地震作用下，易發(fā)生崩塌。區(qū)內(nèi)西南部較大溝谷中常見以落石的形式崩落于溝谷之中，溝谷鄉(xiāng)間公路兩側(cè)也有發(fā)育。

1.4 生態(tài)環(huán)境與地質(zhì)災(zāi)害

生態(tài)環(huán)境主要指地表植被，它能通過地表保護(hù)、控制徑流等間接影響地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育。

（1）對滑坡的影響

地表缺乏植被保護(hù)，會加速表層風(fēng)化，降雨迅速流入孔隙裂縫中，下滲至坡體軟弱面，易形成滑坡。

（2）對泥石流的影響

植被葉片的蒸騰作用可消耗一定的降雨，同時根莖、落葉等能夠吸收部分地表降雨，調(diào)節(jié)地面雨水的徑流量以及徑流速度，從而降低雨水裹攜松散物質(zhì)的動能，對泥石流的形成具有抑制作用。

2 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價

2.1 數(shù)據(jù)源

數(shù)據(jù)源主要包括（表8）：①地質(zhì)災(zāi)害隱患點的數(shù)據(jù)來自2021 年開展的舟曲縣1∶50 000 地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險調(diào)查評價項目。②DEM 數(shù)據(jù)為30 m×30 m 分辨率的公開數(shù)據(jù)源，用于提取坡度、坡型、切割深度、溝壑密度等地形地貌參數(shù)。③1∶50 000 孕災(zāi)地質(zhì)條件圖（圖1），用于提取巖土體類型、地質(zhì)構(gòu)造等信息。④2019 年4 月的ETM+遙感數(shù)據(jù)，用于計算植被指數(shù)NDVI。

表8 數(shù)據(jù)來源一覽表Tab.8 List of data sources

根據(jù)調(diào)查成果，舟曲縣共確定地質(zhì)災(zāi)害隱患點299 處，其中泥石流124 處，占總數(shù)41.5%，滑坡140 處，占總數(shù)46.8%，崩塌32 處，占總數(shù)10.7%，地面塌陷3 處，占總數(shù)1%（圖2）。

圖2 舟曲縣地質(zhì)災(zāi)害分布圖Fig.2 Map of geological hazard distribution in Zhouqu County

研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價采用層次分析法，依據(jù)評價因子的內(nèi)在關(guān)系，建立層次結(jié)構(gòu)模型，并逐個評判各因子之間的重要程度，建立判斷矩陣，最終確定所有因子的權(quán)重。

2.2 指標(biāo)體系

地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育現(xiàn)狀的具體表現(xiàn)，同時需要考慮孕災(zāi)地質(zhì)環(huán)境背景的復(fù)雜性。因此，本研究評價指標(biāo)體系構(gòu)建如下：地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性→發(fā)育因子、孕災(zāi)地質(zhì)條件因子→11 個具體的評價指標(biāo)（圖3）。

圖3 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價指標(biāo)體系Fig.3 Evaluation index system of geohazards susceptibility

2.3 評價模型

地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價采用線性組合，根據(jù)評價指標(biāo)體系，建立11 個評價因子的量化數(shù)據(jù)庫，消除量綱進(jìn)行歸一化處理，確定其權(quán)重，運用GIS 的柵格計算器工具，疊加處理，具體評價模型為：

式中：Y為易發(fā)性指數(shù)；w1、w2…wn為各評價因子；x1、x2…xn為各評價因子對應(yīng)的權(quán)重。

2.4 評價指標(biāo)量化

（1）發(fā)育因子

發(fā)育因子主要考慮地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度，與其分布和數(shù)量有關(guān)，還得考慮災(zāi)害的規(guī)模大小?；跍?zhǔn)確性與可操作性，地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量、面積與體積資料詳實，可作為發(fā)育因子的評價指標(biāo)。將全域劃分為2.5 km×2.5 km的網(wǎng)格，以小網(wǎng)格為基準(zhǔn)進(jìn)行計算（圖4）。

圖4 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育因子歸一化圖Fig.4 Normalized map of geohazards development factors

地質(zhì)災(zāi)害頻率比（C1）：設(shè)某單元格為（m，n），其面積為S（m，n），單元內(nèi)發(fā)育災(zāi)害數(shù)量為q（m，n），單元內(nèi)的災(zāi)害頻率密度為：

全域總面積S，總災(zāi)害數(shù)量Q，頻率比為：

則：第（m，n）單元格災(zāi)害頻率比為：

同理，地質(zhì)災(zāi)害面積模數(shù)比（C2）與地質(zhì)災(zāi)害體積模數(shù)比（C3）不再贅述。

（2）孕災(zāi)地質(zhì)條件因子

根據(jù)孕災(zāi)地質(zhì)條件分析結(jié)果，共選取了地形地貌數(shù)據(jù)、巖土體類型數(shù)據(jù)等八個對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育影響較大的因子，進(jìn)行歸一化處理（圖5），量化信息見表9。

圖5 地質(zhì)災(zāi)害孕災(zāi)因子歸一化圖Fig.5 Normalized map of geohazards -pregnant factors

表9 孕災(zāi)地質(zhì)條件因子量化一覽表Tab.9 Quantitative list of disaster-pregnant geological conditions

2.5 易發(fā)性分區(qū)

獲得基礎(chǔ)評價因子的歸一化圖層后，按照AHP模型，運用GIS 進(jìn)行疊加計算，運用自然間斷法將疊加結(jié)果分為極高易發(fā)區(qū)、高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)等4 類，對應(yīng)的面積分別為68.98 km2（占總面積的2.29%）、390.9 km2（占總面積的12.97%）、1 166.21 km2（占總面積的38.70%）、1 387.76 km2（占總面積的46.05%）（表10，圖6）。

圖6 舟曲縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)圖Fig.6 Division of geohazards susceptibility in Zhouqu County

表10 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性統(tǒng)計表Tab.10 Statistics of geohazards susceptibility

根據(jù)分區(qū)結(jié)果，地質(zhì)災(zāi)害極高易發(fā)區(qū)主要分布在縣域北部白龍江流域（曲瓦-巴藏-立節(jié)-憨班-峰迭-舟曲縣城-南峪-大川-兩河口）以及石門溝流域，高易發(fā)區(qū)域主要分布在拱壩河流域中下游和博峪河流域舟曲段中部區(qū)域，中易發(fā)區(qū)呈條帶狀貫穿了舟曲縣中部和北部部分區(qū)域，低易發(fā)區(qū)位于舟曲縣東北邊緣與宕昌接壤地帶以及西南邊緣與文縣、四川省九寨溝縣接壤地帶。

為驗證易發(fā)性分區(qū)的可靠性，對落入各分區(qū)的災(zāi)害點進(jìn)行統(tǒng)計，并計算頻率比（災(zāi)害點數(shù)量占比/易發(fā)面積占比），由計算結(jié)果可知，極高易發(fā)區(qū)和高易發(fā)區(qū)雖然面積只占全縣面積的15.26%，但區(qū)內(nèi)災(zāi)害點占比達(dá)73.58%，頻率比也與易發(fā)性等級相呼應(yīng)。

3 結(jié)論

（1）地形地貌是舟曲縣地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的先決條件。易發(fā)生滑坡的微地貌為：坡形為凹形或凸形，坡度范圍為15°～60°，多分布于25°～45°的陡坡地段，坡高為50～400 m 區(qū)間內(nèi)；易發(fā)生崩塌的微地貌為：坡形為直線形，坡度范圍為40°～85°，多分布在60°以上的陡崖，坡高0～100 m 區(qū)間內(nèi)；易發(fā)生泥石流的微地貌：溝谷平均主溝縱坡為10%～50%，山坡坡度優(yōu)勢區(qū)間為26°～45°，流域面積為0～10 km2。

（2）舟曲縣地質(zhì)災(zāi)害受地質(zhì)構(gòu)造控制明顯。其中滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害隱患點主要分布于坪定—化馬斷裂帶等幾大斷裂構(gòu)造帶內(nèi)及其次級斷層的兩側(cè)附近。

（3）工程地質(zhì)巖組是滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生、發(fā)展的重要內(nèi)因和物質(zhì)基礎(chǔ)。志留系、泥盆系等古生界地層出露區(qū)是泥石流災(zāi)害最易發(fā)的地區(qū)，易滑地層有黃土、碎石土堆積層、千枚巖、板巖等地層，易崩地層有第四系黃土、志留系、泥盆系千枚巖、板巖，二疊系、三疊系灰?guī)r和其他硬質(zhì)基巖。

（4）根據(jù)孕災(zāi)地質(zhì)條件分析，舟曲縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價指標(biāo)分為發(fā)育因子和孕災(zāi)地質(zhì)條件因子，其中發(fā)育因子包括地質(zhì)災(zāi)害頻率比、地質(zhì)災(zāi)害面積模數(shù)比、地質(zhì)災(zāi)害體積模數(shù)比，孕災(zāi)地質(zhì)條件因子包括坡度、坡度變化率、坡形、切割深度、溝壑密度、巖土體類型、地質(zhì)構(gòu)造、植被指數(shù)，建立AHP 評價模型，確定各因子權(quán)重，綜合評價舟曲縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性。

（5）舟曲縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價結(jié)果分為極高易發(fā)區(qū)、高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)，對應(yīng)的面積分別為68.98 km2（占總面積的2.29%）、390.9 km2（占總面積的12.97%）、1 166.21 km2（占總面積的38.70%）、1 387.76 km2（占總面積的46.05%）。地質(zhì)災(zāi)害極高易發(fā)區(qū)主要分布在縣域北部白龍江流域以及石門溝流域，高易發(fā)區(qū)域主要分布在拱壩河流域中下游和博峪河流域舟曲段中部區(qū)域。應(yīng)用頻率比法進(jìn)行不同分區(qū)內(nèi)災(zāi)害點數(shù)量統(tǒng)計，結(jié)果與易發(fā)性等級相呼應(yīng)，驗證了本研究易發(fā)性分區(qū)的可靠性。