孫瑩潔,田運(yùn)濤,王愛軍

(中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心,河北保定 071051)

基于GIS的涇川縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價

孫瑩潔,田運(yùn)濤,王愛軍

(中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心,河北保定 071051)

GIS;地質(zhì)災(zāi)害;易發(fā)性;涇川縣

基于GIS平臺,選取地貌、坡度、巖性、降雨、植被 5個地質(zhì)災(zāi)害影響因子并結(jié)合野外調(diào)查資料,采用指數(shù)加權(quán)分析方法對甘肅省涇川縣進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)。按照地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)性分級,將研究區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性劃為 4類,其中高易發(fā)區(qū)面積為 364.90 km2,中易發(fā)區(qū)為392.99 km2,低易發(fā)區(qū)為 200.01km2,不易發(fā)區(qū)為 506.18 km2,分區(qū)結(jié)果表明,涇川縣地質(zhì)災(zāi)害總體表現(xiàn)出群發(fā)性、突發(fā)性和周期性等特點(diǎn)。

地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)是指具備地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、氣候條件,容易或者可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域[1]。地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)是地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的重要環(huán)節(jié),也是防治地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生與減輕地質(zhì)災(zāi)害威脅的重要參考。本文以甘肅省涇川縣為研究對象,基于GIS平臺,采用指數(shù)加權(quán)分析方法對研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性進(jìn)行了分區(qū)[2-3]。

1 研究區(qū)概況

(1)地形地貌。涇川縣位于甘肅省平?jīng)鍪袞|部,地理位置介于東經(jīng) 107°15′— 107°45′、北緯 35°11′— 35°31′之間,東西長57 km,南北寬 36 km,總面積 1 464 km2;位于六盤山脈關(guān)山之東130 km處,地形西高東低,海拔 930—1 462m,最高點(diǎn)在西南部的四嶺塬,最低點(diǎn)在東南部的涇河河道;屬隴東黃土高原地貌,主要地貌類型有黃土梁峁溝壑、黃土低山丘陵、黃土殘塬和河谷川地 4種,其中黃土梁峁溝壑地貌分布面積最廣,占總面積的 60%以上。

(2)地層巖性。涇川縣地層出露以第四系黃土及河流相堆積物覆蓋為主,白堊系志丹群羅漢洞組和涇川組地層呈近水平產(chǎn)狀出露于河谷坡腳和溝谷下游,地層結(jié)構(gòu)相對簡單。白堊系(K)包括羅漢洞組和涇川組,其中羅漢洞組巖性為棕紅色或紫紅色局部土黃色長石砂巖夾紫紅色泥質(zhì)砂巖、砂質(zhì)泥巖;涇川組巖性為紫紅色或粉紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖和藍(lán)灰色泥質(zhì)灰?guī)r,底部與羅漢洞組整合接觸,頂部與上覆第四系不整合接觸。第四系地層分布較廣,面積約 1 335 km2,占總面積的 90%以上,其中下更新統(tǒng)巖性為棕紅色黃土夾多層薄層姜石層,堅(jiān)硬致密,厚度多小于 100 m;中更新統(tǒng)為黃色—淺黃色亞黏土或黃土,夾 3～5層古土壤層和鈣質(zhì)結(jié)核,土質(zhì)松軟,厚 100～150m;上更新統(tǒng)(Q3)上部為沖洪積黃土,疏松,厚 30 m左右,下部有3～5m厚的卵石層;全新統(tǒng)(Q4)分布于河谷及其支溝,上部為褐黃色粉土,下部為圓礫。

(3)氣象水文。涇川縣屬隴東南部冷溫帶半濕潤區(qū),夏短冬長,冬春干旱多風(fēng),夏秋陰濕多雨,年平均氣溫 10℃;年降水量 555.0mm,降水年內(nèi)分配不均,汛期(5—9月)降水量 462.8 mm,占全年降水量的 83%。涇川縣屬黃河二級支流涇河流域,涇河干流由西向東從縣境穿過,縣域南部分布有汭河、黑河等支流,北部分布有紅河、蒲河等支流。

2 野外調(diào)查

通過詳細(xì)調(diào)查涇川縣地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀,查明縣境內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)共 505個,其中滑坡 321處、崩塌 29處、泥石流 5處、不穩(wěn)定斜坡 147處、地裂縫 3處等?；隆⒈浪筒环€(wěn)定斜坡主要分布于黃土殘塬塬邊及黃土梁峁溝壑區(qū),其中滑坡均為老滑坡,物質(zhì)成分以中、上更新統(tǒng)黃土為主;崩塌多為黃土崩塌,也有少量基巖崩塌,規(guī)模以小型為主;不穩(wěn)定斜坡均為黃土斜坡,多由人工削坡建窯、建房引起,只有極少數(shù)為自然斜坡。泥石流溝谷侵蝕強(qiáng)烈,沖刷深度較大,在各種外力作用下溝谷兩側(cè)產(chǎn)生了嚴(yán)重的垮塌、坍方,遇強(qiáng)降雨易形成中小型泥流。地裂縫多是由于黃土本身的濕陷性和降水入滲引起的,長度在幾十到幾百米,寬度為十幾到幾十厘米不等。

3 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)

3.1 技術(shù)路線

在地質(zhì)災(zāi)害野外調(diào)查的基礎(chǔ)上,通過遙感圖像解譯,對研究區(qū)地形圖進(jìn)行剖分,將剖分網(wǎng)格與滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布圖進(jìn)行空間運(yùn)算,首先對包含災(zāi)害點(diǎn)的網(wǎng)格和不包含災(zāi)害點(diǎn)的網(wǎng)格分別進(jìn)行災(zāi)害易發(fā)性賦值,并利用 MapGIS的DTM分析功能生成初步地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃圖,然后將地質(zhì)災(zāi)害的各個影響因素圖如地形地貌圖、地層巖性圖、地形坡度圖、降水量分布圖、植被覆蓋度圖等疊加到初步地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃圖中,最后采用指數(shù)加權(quán)方法計算并繪制出涇川縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)圖[4-5]。具體區(qū)劃流程見圖 1。

3.2 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

將涇川縣 1∶5萬地形圖剖分為 17 021個網(wǎng)格,網(wǎng)格單元尺寸為 300m×300m。利用MapGIS的空間分析功能將剖分后的網(wǎng)格與地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布圖疊加,得到包含災(zāi)害點(diǎn)的網(wǎng)格和不包含災(zāi)害點(diǎn)的網(wǎng)格,分別將其易發(fā)性等級賦值為 4和 0。再利用 DTM分析功能將上述網(wǎng)格生成 4個等級的初步地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃分級圖,其中等級值 4— 3、3— 2、2— 1、1—0分別對應(yīng)的易發(fā)性等級為高易發(fā)、中易發(fā)、低易發(fā)和不易發(fā)(圖 2)。

影響涇川縣地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的主要因素有地貌類型、地形坡度、地層巖性、降水量、植被覆蓋度等,將這些因素作為地質(zhì)災(zāi)害評價指標(biāo)并按其對地質(zhì)災(zāi)害的影響程度分為高、中、低、不易發(fā) 4個等級,易發(fā)性指數(shù)分別賦值為 4、3、2、1(見表 1)。根據(jù)表 1的評價標(biāo)準(zhǔn),繪制出各個影響因素的地質(zhì)災(zāi)害影響程度分區(qū)圖,見圖 3。

表 1 地質(zhì)災(zāi)害影響因素易發(fā)程度分區(qū)評價標(biāo)準(zhǔn)

3.3 計算方法

涇川縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分析采用指數(shù)加權(quán)法。計算時,首先要獲得各評價指標(biāo)的單因素指數(shù)值,然后通過計算各評價指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)求得各指標(biāo)對待評判目標(biāo)的貢獻(xiàn)值,最后按照綜合指數(shù)(F)對評價區(qū)域進(jìn)行等級劃分。其計算公式為

式中:F為綜合指數(shù),即各指標(biāo)對待評判目標(biāo)的貢獻(xiàn)值;fi為第 i個指標(biāo)的單因素指數(shù);wi為第i個指標(biāo)的權(quán)重系數(shù),由層次分析法求得;n為指標(biāo)總數(shù)。

本文采用的單因子評價指標(biāo)包括地貌類型、地形坡度、地層巖性、降水量、植被覆蓋度等,通過分析它們對地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性的貢獻(xiàn)值,對涇川縣的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性進(jìn)行分區(qū)。采取層次分析法確定各影響因素的權(quán)重,確定初步地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)權(quán)重為 0.377,地貌類型為 0.204,地形坡度為 0.165,地層巖性為 0.088,降水量為 0.083,植被覆蓋度為 0.083。

圖4 涇川縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)

3.4 評價結(jié)果分析

以涇川縣初步地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃圖為基圖,在 MapGIS中將各個影響因素疊加到基圖上,利用指數(shù)加權(quán)方法求得各個網(wǎng)格的易發(fā)性指數(shù)值,將易發(fā)性指數(shù)值按一定區(qū)間分為 4個等級,并將每一等級賦予特定的顏色,即生成涇川縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度區(qū)劃分級圖。對涇川縣易發(fā)性區(qū)劃分級圖進(jìn)行整理,根據(jù)分區(qū)原則和綜合規(guī)劃修改得出涇川縣滑坡、崩塌、泥石流易發(fā)程度區(qū)劃圖(圖 4),將其細(xì)分為高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)、不易發(fā)區(qū),其中高易發(fā)區(qū)面積為 364.90 km2,占總面積的24.93%,發(fā)育有災(zāi)害點(diǎn) 339處,占災(zāi)害點(diǎn)總數(shù)的 67.13%;中易發(fā)區(qū)面積為 392.99 km2,占總面積的 26.84%,發(fā)育有災(zāi)害點(diǎn)147處,占災(zāi)害點(diǎn)總數(shù)的 29.11%;低易發(fā)區(qū)面積為 200.01 km2,占總面積的 13.66%,發(fā)育有災(zāi)害點(diǎn) 16處,占災(zāi)害點(diǎn)總數(shù)的3.17%;不易發(fā)區(qū)面積為 506.18 km2,占總面積的 34.57%,發(fā)育有災(zāi)害點(diǎn) 3處,占災(zāi)害點(diǎn)總數(shù)的 0.59%。

4 結(jié) 語

(1)基于 MapGIS平臺,選取地貌、坡度、巖性、降雨、植被共5個地質(zhì)災(zāi)害影響因子,結(jié)合涇川縣野外調(diào)查資料,采用網(wǎng)格疊加及指數(shù)加權(quán)方法進(jìn)行涇川縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū),結(jié)果表明涇川縣地質(zhì)災(zāi)害總體表現(xiàn)出群發(fā)性、突發(fā)性和周期性等特點(diǎn)。

(2)受地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件和人類工程活動等因素的影響,涇川縣地質(zhì)災(zāi)害具有分區(qū)分帶的特點(diǎn),地域分異性明顯?；?、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害主要以帶狀分布在涇河、汭河、紅河、黑河河谷兩側(cè)的黃土殘塬塬邊及黃土殘塬與侵蝕沖溝之間,當(dāng)?shù)毓こ痰刭|(zhì)條件較差,地形坡度較大,植被發(fā)育不良且人類工程活動較頻繁。降雨時隨著雨水的滲入,斜坡中的軟弱夾層會逐漸軟化,強(qiáng)度急劇降低,在地震或重力的作用下,斜坡變形失穩(wěn)容易形成滑坡或崩塌。

(3)地貌、坡度等地質(zhì)災(zāi)害影響因子的選取、分級及其與初步地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)權(quán)重的確定尚沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),而它們對易發(fā)性分區(qū)結(jié)果的影響較大,還需要進(jìn)一步研究。

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P694

A

1000-0941(2011)05-0046-03

中國地質(zhì)調(diào)查局地調(diào)項(xiàng)目(1212010814012)

孫瑩潔(1983— ),男,山西朔州市人,碩士,主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)方面的研究。

2011-02-01

(責(zé)任編輯 李楊楊)