李家明 盧 江 王 哲 董宏戈

(1.四川正基巖土工程有限公司，四川 綿陽 621000； 2.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局108地質(zhì)隊(duì)，四川 崇州 611230;3.西南科技大學(xué)，四川 綿陽 621000； 4.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局909地質(zhì)隊(duì)，四川 綿陽 621000)

·巖土工程·地基基礎(chǔ)·

地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)中的指標(biāo)量化方法研究★

李家明1盧 江2王 哲3*董宏戈4

(1.四川正基巖土工程有限公司，四川 綿陽 621000； 2.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局108地質(zhì)隊(duì)，四川 崇州 611230;3.西南科技大學(xué)，四川 綿陽 621000； 4.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局909地質(zhì)隊(duì)，四川 綿陽 621000)

在建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，劃分了綿陽市地質(zhì)易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)基準(zhǔn)值，并采用4 km×4 km網(wǎng)格來劃分評(píng)價(jià)單元，使評(píng)價(jià)指標(biāo)量化問題簡(jiǎn)單化，從而用簡(jiǎn)單易懂、便于實(shí)際操作的方法分別確定了基礎(chǔ)指標(biāo)層中的各評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化方法，為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)模型的建立奠定了基礎(chǔ)。

地質(zhì)災(zāi)害，易發(fā)性評(píng)價(jià)，指標(biāo)，量化

地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)是指基于對(duì)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的控制條件和誘發(fā)條件的綜合分析,評(píng)價(jià)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性,并進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)。它是地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)工作的一項(xiàng)重要工作內(nèi)容，制定一個(gè)地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃需要對(duì)其作出地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)[1]。

而地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)模型是建立在一定的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系上，其作用包括：一是指導(dǎo)地質(zhì)技術(shù)人員在野外進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查時(shí)，有目的地進(jìn)行評(píng)價(jià)因素的調(diào)查。二是指導(dǎo)工程技術(shù)人員進(jìn)行室內(nèi)建立評(píng)價(jià)模型時(shí)選取評(píng)價(jià)因素。為了對(duì)某一區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度作出定量評(píng)價(jià)，一方面需要建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，另外一方面是將評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行科學(xué)合理的量化處理，這樣才能達(dá)到定量評(píng)價(jià)的目的。但就目前而言，評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化方法沒有一個(gè)較為成熟的理論方法，因而在進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)時(shí)，往往依靠領(lǐng)域?qū)＜医?jīng)驗(yàn)、根據(jù)評(píng)價(jià)實(shí)際情況對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行賦值，帶有很大的主觀性。因此，為確保地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀性及評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性，有必要建立一套相對(duì)合理和規(guī)范的、簡(jiǎn)明而全面的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并根據(jù)研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害特點(diǎn)和區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)的需要，在構(gòu)建指標(biāo)體系的基礎(chǔ)之上提出科學(xué)的量化方法及標(biāo)準(zhǔn)，這對(duì)于建立評(píng)價(jià)模型都是十分必要的。本文將結(jié)合綿陽市地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃項(xiàng)目，在建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系基礎(chǔ)上來探討評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化方法。

1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立

評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立要從地質(zhì)分析的角度出發(fā)，考慮到控制和影響各種地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的因素，盡量使各個(gè)因素之間相互獨(dú)立，并分清主要因素和誘發(fā)因素。因此，通過對(duì)綿陽市地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育現(xiàn)狀及其地質(zhì)災(zāi)害分布與區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件之間關(guān)系的綜合分析，并咨詢對(duì)該研究區(qū)較熟悉的專家，來選定研究區(qū)內(nèi)影響滑坡、崩塌和泥石流三種地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的主要因素：地層巖性、地形地貌、斷裂構(gòu)造密度、河流切割密度為孕災(zāi)因素；多年平均降雨量、地震烈度、人類工程活動(dòng)為致災(zāi)因素；地質(zhì)災(zāi)害分布密度為災(zāi)害歷史狀況。

實(shí)際上，評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇是一個(gè)系統(tǒng)分解、逐層控制的過程，因而形成一個(gè)多層次的遞階結(jié)構(gòu)[2，3]。因此，基于這個(gè)觀點(diǎn)，并根據(jù)問題和要達(dá)到的目標(biāo)，將問題分解為不同的組成因素，然后按照因素間的相互關(guān)聯(lián)以及隸屬關(guān)系將因素按不同層次聚集組合，形成一個(gè)多層次的分析結(jié)構(gòu)模型。這個(gè)模型是以地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)為目標(biāo)層，以孕災(zāi)因素、致災(zāi)因素、災(zāi)害歷史狀況為類指標(biāo)層，以各影響因素為基礎(chǔ)指標(biāo)層，建立了如圖1所示的綿陽市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)的層次結(jié)構(gòu)模型。

2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的初步量化及其分級(jí)

在建立了評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，根據(jù)評(píng)價(jià)目標(biāo)和地質(zhì)環(huán)境特點(diǎn)，確定各指標(biāo)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

因此，綜合考慮國(guó)土資源部頒布的《縣(市)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃基本要求實(shí)施細(xì)則》中的相關(guān)規(guī)定，將地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性劃分為地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)性、地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)性、地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)性和地質(zhì)災(zāi)害不易發(fā)四個(gè)等級(jí)。根據(jù)這四個(gè)等級(jí)的劃分，評(píng)價(jià)指標(biāo)的界限按其質(zhì)量狀況也分為四個(gè)等級(jí)。參評(píng)指標(biāo)對(duì)四個(gè)易發(fā)性等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)值是根據(jù)有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)[4]，其量化標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 綿陽市地質(zhì)易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)基準(zhǔn)值劃分表[5]

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化處理

在評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化處理之前，需要將研究區(qū)各因素圖層進(jìn)行數(shù)字化處理，然后以研究區(qū)地質(zhì)圖、地形地貌圖以及地質(zhì)災(zāi)害分布圖為底圖，建立地層巖性、地形地貌、斷裂構(gòu)造密度、河流切割密度、多年平均降雨量、地震烈度、人類工程活動(dòng)以及地質(zhì)災(zāi)害分布的8個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)字化圖層為底圖，進(jìn)行4 km×4 km網(wǎng)格劃分出1 286個(gè)評(píng)價(jià)單元，從而確定了評(píng)價(jià)單元，這樣將由評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化變?yōu)閷?duì)各評(píng)價(jià)單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行量化處理，使復(fù)雜問題簡(jiǎn)單化了。下面分別探討評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的基礎(chǔ)指標(biāo)層的各指標(biāo)量化方法。

1)地層巖性的量化。研究區(qū)內(nèi)的地層巖性分為巖漿巖類與松散巖類、碳酸鹽巖類、變質(zhì)巖類、碎屑巖類四大分區(qū)，每個(gè)巖性分區(qū)作為一個(gè)易發(fā)性等級(jí)。若評(píng)價(jià)單元內(nèi)只包含某一個(gè)巖性分區(qū)，則對(duì)應(yīng)的該巖性分區(qū)的量化值就為1，其余巖性分區(qū)就為0。但是，由于研究區(qū)內(nèi)有的采樣單元介于兩個(gè)或兩個(gè)以上不同巖性分區(qū)，因此采用包含在評(píng)價(jià)單元內(nèi)各巖性分區(qū)所占評(píng)價(jià)單元的百分比來對(duì)其進(jìn)行初步量化，并進(jìn)行歸一化處理，以確定各巖性指標(biāo)在綜合評(píng)價(jià)中的單因素模糊關(guān)系矩陣。例如，某評(píng)價(jià)單元內(nèi)只包含變質(zhì)巖類分區(qū)，則巖性指標(biāo)的單因素模糊關(guān)系矩陣就為(0,0,0,1)；又如，某評(píng)價(jià)單元內(nèi)包含碳酸鹽巖類和變質(zhì)巖類兩個(gè)巖性分區(qū)，那么按照下面的公式進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)各巖性分區(qū)所占的比例來量化，其余巖性分區(qū)量化值就為0，最后綜合確定巖性指標(biāo)的單因素模糊關(guān)系矩陣。假設(shè)碳酸鹽巖類占30%，變質(zhì)巖類占70%，則該評(píng)價(jià)單元的巖性指標(biāo)的單因素模糊關(guān)系矩陣為(0,0,0.3,0.7)。 其巖性的量化采用公式：

(1)

其中，A為采樣單元的面積；Aj為某一巖性分區(qū)在單元內(nèi)的面積；Xi為某一巖性分區(qū)在采樣單元內(nèi)面積所占的百分比。

2)地形地貌的量化。研究區(qū)內(nèi)的地形地貌劃分為龍門山山地和四川盆地兩大類型，根據(jù)地貌形態(tài)和成因又劃分為六個(gè)二級(jí)地貌單元，綜合分析后劃分為四個(gè)地貌分區(qū)，分別為構(gòu)造剝蝕丘陵和侵蝕堆積河谷平壩區(qū)、構(gòu)造剝蝕低山、前龍門山侵蝕溶蝕構(gòu)造中山區(qū)、后龍門山侵蝕構(gòu)造中山和岷山構(gòu)造侵蝕高山區(qū)，每個(gè)分區(qū)作為一個(gè)易發(fā)性等級(jí)。若評(píng)價(jià)單元內(nèi)只包含某一個(gè)地貌分區(qū)，則對(duì)應(yīng)的該地貌分區(qū)的量化值就為1，其余地貌分區(qū)就為0。但是，由于研究區(qū)內(nèi)有的采樣單元介于兩個(gè)或兩個(gè)以上不同地貌分區(qū)，因此采用包含在評(píng)價(jià)單元內(nèi)各地貌分區(qū)所占評(píng)價(jià)單元的百分比來對(duì)其進(jìn)行初步量化，并進(jìn)行歸一化處理，以確定地形地貌指標(biāo)在綜合評(píng)價(jià)中的單因素模糊關(guān)系矩陣。例如，某評(píng)價(jià)單元內(nèi)只包含構(gòu)造剝蝕丘陵和侵蝕堆積河谷平壩區(qū)，則地形地貌指標(biāo)的單因素模糊關(guān)系矩陣就為(1,0,0,0)；又如，某評(píng)價(jià)單元內(nèi)包含構(gòu)造剝蝕低山、前龍門山侵蝕溶蝕構(gòu)造中山區(qū)兩個(gè)地貌分區(qū)，那么按照式(2)進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)各地貌分區(qū)所占的比例來量化，其余地貌分區(qū)量化值就為0，最后綜合確定地形地貌指標(biāo)的單因素模糊關(guān)系矩陣。假設(shè)構(gòu)造剝蝕低山占25%，前龍門山侵蝕溶蝕構(gòu)造中山區(qū)占75%，則該評(píng)價(jià)單元的地貌指標(biāo)的單因素模糊關(guān)系矩陣為(0,0.25,0.75,0)。其地貌的量化采用公式：

(2)

其中，A為采樣單元的面積；Mj為某一地貌分區(qū)在單元內(nèi)的面積；Xi為某一地貌分區(qū)在采樣單元內(nèi)面積所占的百分比。

3)斷裂構(gòu)造密度的量化。以單位面積的采樣單元內(nèi)斷裂構(gòu)造的長(zhǎng)度(km/km2)來進(jìn)行初步量化。其量化公式為：

Q=L/S

(3)

其中，Q為斷裂構(gòu)造密度指標(biāo)；L為單元網(wǎng)格內(nèi)斷裂、構(gòu)造長(zhǎng)度，km；S為采樣網(wǎng)格單元面積，km2。

4)河流的切割密度的量化。以河流在采樣單元內(nèi)的長(zhǎng)度(km)來量化切割密度，其量化公式為：

J=L/S

(4)

其中，J為河流切割密度指標(biāo)；L為單元網(wǎng)格內(nèi)河流長(zhǎng)度，km；S為采樣網(wǎng)格單元面積，km2。

5)多年平均降雨量的量化。以采樣單元降雨量等值線作為該指標(biāo)的量化值。

6)地震烈度的量化。研究區(qū)內(nèi)的基本地震烈度分為6，7，8和9四個(gè)烈度，每個(gè)烈度分區(qū)作為一個(gè)易發(fā)性等級(jí)。若評(píng)價(jià)單元內(nèi)只包含某一個(gè)烈度分區(qū)，則對(duì)應(yīng)的該烈度的量化值就為1，其余烈度分區(qū)就為0。但是，由于研究區(qū)內(nèi)有的采樣單元介于兩個(gè)或兩個(gè)以上不同烈度分區(qū)，因此采用包含在評(píng)價(jià)單元內(nèi)各烈度分區(qū)所占評(píng)價(jià)單元的百分比來對(duì)其進(jìn)行初步量化，并進(jìn)行歸一化處理，以確定各地震烈度分區(qū)指標(biāo)在綜合評(píng)價(jià)中的單因素模糊關(guān)系矩陣。例如，某評(píng)價(jià)單元內(nèi)只包含烈度為7級(jí)的一個(gè)分區(qū)，則地震烈度指標(biāo)的單因素模糊關(guān)系矩陣就為(0,1,0,0)；又如，某評(píng)價(jià)單元內(nèi)包含7和8兩個(gè)烈度分區(qū)，那么按照式(5)進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)各烈度分區(qū)所占的比例來量化，其余烈度分區(qū)量化值就為0，最后綜合確定地震烈度指標(biāo)的單因素模糊關(guān)系矩陣。假設(shè)烈度7面積占15%，烈度8面積占85%，則該評(píng)價(jià)單元的地震烈度指標(biāo)的單因素模糊關(guān)系矩陣為(0,0.15,0.85,0)。其地震烈度量化公式為：

(5)

其中，B為采樣單元的面積;Bj為采樣單元內(nèi)某級(jí)烈度所占的面積;Xi為采樣單元的地震烈度初步量化值。

7)人類工程活動(dòng)的量化。研究區(qū)內(nèi)的主要人類工程活動(dòng)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性影響較大主要為交通工程建設(shè)、礦業(yè)活動(dòng)。從地域上看，受影響較大的地區(qū)主要集中在安縣、江油、北川、平武等山區(qū)縣(市)。因此，交通工程密度，以評(píng)價(jià)單元內(nèi)每平方千米范圍內(nèi)公路長(zhǎng)度值(km/km2)來量化，其中公路長(zhǎng)度以二級(jí)公路為標(biāo)準(zhǔn)，一級(jí)公路按加倍計(jì)算，高速公路和鐵路按3倍計(jì)算。

研究區(qū)內(nèi)的采礦工程基本上是小型規(guī)模的開采，故礦業(yè)活動(dòng)以評(píng)價(jià)單元內(nèi)每平方千米范圍內(nèi)礦山個(gè)數(shù)(個(gè)/km2)來進(jìn)行量化。

8)地質(zhì)災(zāi)害分布密度的量化。采樣單元單位面積內(nèi)崩、滑、流等災(zāi)害的數(shù)量(個(gè)/km2)，即點(diǎn)密度來進(jìn)行量化處理。

3 結(jié)語

1)通過對(duì)綿陽市地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育現(xiàn)狀及其地質(zhì)災(zāi)害分布與區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件之間關(guān)系的綜合分析，并結(jié)合專家意見，選定了研究區(qū)內(nèi)影響滑坡、崩塌和泥石流三種地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的主要因素：以地層巖性、地形地貌、斷裂構(gòu)造密度、河流切割密度為孕災(zāi)因素；以多年平均降雨量、地震烈度、人類工程活動(dòng)為致災(zāi)因素；以地質(zhì)災(zāi)害分布密度為災(zāi)害歷史狀況，運(yùn)用目標(biāo)分析法建立了三層遞階結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，確定了綿陽市地質(zhì)易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)基準(zhǔn)值。

2)為了使評(píng)價(jià)指標(biāo)量化問題簡(jiǎn)單化，將研究區(qū)域按照4 km×4 km劃分評(píng)價(jià)單元，這樣就為評(píng)價(jià)指標(biāo)量化提供了前提條件。

3)根據(jù)綿陽市地質(zhì)易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)基準(zhǔn)值表，通過對(duì)地質(zhì)災(zāi)害分布與區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件之間關(guān)系的綜合分析，用一種簡(jiǎn)單易懂、便于實(shí)際操作的方法分別確定了基礎(chǔ)指標(biāo)層中的各評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化方法，為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)模型的建立奠定了基礎(chǔ)。

[1] 鐘蔭乾.地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)[J].湖北地礦,2002,16(4):81-86.

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[3] 趙煥臣,許樹柏,和金生.層次分析法[M].北京:科學(xué)出版社,1986.

[4] DD2004-02,區(qū)域環(huán)境地質(zhì)調(diào)查總則(試行)[S].

[5] 王 哲,易發(fā)成,陳廷方.基于模糊綜合評(píng)判的綿陽市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)[J].科技導(dǎo)報(bào),2012,30(31):53-60.

The research of the method of index quantification about evaluation of geological hazard probability of occurrence★

LI Jia-ming1LU Jiang2WANG Zhe3*DONG Hong-ge4

(1.SichuanZhengjiGeotechnicalEngineeringCo.,Ltd,Mianyang621000,China;2.SichuanBureauofGeologyandMineralResourcesof108GeologicalBrigade,Chongzhou611230,China;3.SouthwestUniversityofScienceandTechnology,Mianyang621000,China;4.SichuanBureauofGeologyandMineralResourcesof909GeologicalBrigade,Mianyang621000,China)

Based on establishing system of evaluation index, the text marks off hierarchic standard value of index system of evaluation of geological hazard probability of occurrence and evaluation unitin of 4 km×4 km about Mianyang City. In this way, the problem of method of index quantification go into simpleness. In order to establishing model of valuation of geological hazard probability of occurrence, the text finally uses pellucid and wieldy methods to quantize evaluation indexes.

geological hazards, evaluation about probability of occurrence, index, quantification

1009-6825(2014)30-0061-03

2014-08-11 ★：科技部支撐計(jì)劃項(xiàng)目“龍門山地震帶小流域滑坡泥石流災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)研究與示范”(項(xiàng)目編號(hào)：2011BAK12B02)；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：41402248)；四川省教育廳科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：12zd1106)；四川省非金屬?gòu)?fù)合與功能材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金(項(xiàng)目編號(hào)：11zxfk06)

李家明(1981- )，男，工程師； 盧 江(1971- )，男，工程師； 董宏戈(1981- )，男，工程師

王 哲(1979- )，男，博士，講師

P694

A