楊峰，陳毅，李信，薛桂澄，柳長柱，夏南

(1.海南省地質(zhì)調(diào)查院，?？?570206；2.海南地質(zhì)綜合勘察設(shè)計(jì)院，海口 570206)

海南島中西部山區(qū)地質(zhì)環(huán)境較脆弱，是全島地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)區(qū)域，特別是中西部的白沙縣，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與地質(zhì)災(zāi)害的矛盾日益突出[1-2]。自建省以來，由于對(duì)其區(qū)劃研究不夠完善，使社會(huì)和人民生命財(cái)產(chǎn)蒙受巨大的損失，因此，開展以滑坡、崩塌、泥石流、不穩(wěn)定斜坡災(zāi)害為主體的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃研究，對(duì)減少地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，優(yōu)化土地使用，進(jìn)行環(huán)境保護(hù),提高地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測、評(píng)價(jià)研究、整體綜合防治具有十分重要的理論和實(shí)際意義。隨著GIS技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用日益成熟，為進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃深入研究提供了一個(gè)卓有成效的技術(shù)平臺(tái)與研究途徑[3-4]。選取中西部的白沙縣作為研究區(qū)域，基于AHP的信息量層次分析法對(duì)白沙縣的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃進(jìn)行研究，生成白沙縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)圖，完成白沙縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度評(píng)價(jià)，為當(dāng)?shù)卣M(jìn)行土地規(guī)劃、減災(zāi)防災(zāi)和制定相關(guān)的法規(guī)條例提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)基本概況

白沙縣地處海南島中西部山區(qū)，地理坐標(biāo)為E:109°02′～109°42′，N:18°56′～18°29′，東連瓊中，西接昌江，北依儋州，南靠五指山，西南端與樂東交界?？h境東西寬68 km，南北長63 km，總面積2 117 km2。地勢東南高西北低，地貌類型以中低山和丘陵為主。區(qū)內(nèi)屬熱帶季風(fēng)性氣候，年平均氣溫23 ℃，年平均降雨量1 864.4 mm。出露地層主要為石炭系礫巖、砂巖，白堊系粉砂巖、泥巖以及第四系粉質(zhì)粘土、砂、砂礫等。地下水根據(jù)賦存特征可分為第四系松散巖類孔隙潛水和基巖裂隙水。

據(jù)研究區(qū)1∶5萬地質(zhì)災(zāi)害詳查資料(截止2015年1月)，共發(fā)現(xiàn)崩塌、滑坡、泥石流和不穩(wěn)定斜坡等4類地質(zhì)災(zāi)害及隱患點(diǎn)166處，其中崩塌135處，占81.33%；滑坡4處，占2.41%；泥石流6處，占3.61%；不穩(wěn)定斜坡21處，占12.65%。災(zāi)害多發(fā)生在居民聚集區(qū)和人類工程活動(dòng)頻繁區(qū)。

2 基于GIS的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)

控制和影響地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度的因素有多種，包括地形地貌、地層巖性、水文地質(zhì)條件、氣候、人類活動(dòng)影響等。在地質(zhì)災(zāi)害空間分布的地質(zhì)環(huán)境特征分析基礎(chǔ)上，并以GIS分析工具的可圖形化和經(jīng)濟(jì)可靠性要求為前提，本次評(píng)價(jià)重點(diǎn)選擇地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌及人類活動(dòng)等三大類，建立了一套評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[5](圖1)。

以上三大類又分成八小類指標(biāo)，構(gòu)成了易發(fā)性評(píng)價(jià)體系，具體如圖1。

圖1 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)評(píng)估指標(biāo)體系圖

2.2 指標(biāo)權(quán)重

首先，采用標(biāo)度法，對(duì)各層中的要素對(duì)上一層次目標(biāo)的相對(duì)重要性進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)造判斷矩陣。然后通過Matlab軟件計(jì)算A-B、B1-C及B2-C判斷矩陣的最大特征根λmax及比較元素相對(duì)權(quán)重。最后，對(duì)A層地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性進(jìn)行評(píng)估，將B層中B1層、B2層、B3層歸一化之后的權(quán)重在A層下再次歸一化后，得到C層中9項(xiàng)要素的組合權(quán)重(表1)。

表1 層次元素組合權(quán)重

3 基于GIS和信息量模型的評(píng)價(jià)過程

地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象受地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、人類活動(dòng)等因素的影響，通過計(jì)算各因素對(duì)斜坡變形破壞所提供的信息量值，來作為區(qū)劃的定量指標(biāo)。計(jì)算原理與過程如下[6]：

(1) 計(jì)算各因素(xi)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害(H)貢獻(xiàn)的信息量(I)：

式中,N為研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害分布的單元總數(shù)；S為研究區(qū)評(píng)價(jià)單元總數(shù)；Ni為分布在因素xi內(nèi)特定類別內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害單元數(shù)；Si為研究區(qū)含有評(píng)價(jià)因素xi的單元數(shù)。

(2) 計(jì)算評(píng)價(jià)單元內(nèi)n種因素對(duì)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的貢獻(xiàn)的總信息量：

式中，I為評(píng)價(jià)單元總的信息量值；n為參評(píng)因子數(shù)。

(3) 將各信息量值重新賦予各對(duì)應(yīng)的柵格圖層，得到一系列單因子圖層的信息量圖。最后，將該信息量值乘以層次分析方法得出的圖層權(quán)重值，將綜合信息量值疊加即得到地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)模型如下：

S=∑Wi×Iij=0.068 7×I1j+0.153 5×I2j+0.184 6×I3j+0.100 4×I4j+0.056 8×I5j

+0.016 3×I6j+0.030 8×I7j+0.291 7×I8j

+0.097 2×I9j

式中，S為評(píng)價(jià)單元的綜合信息量值；Wi為第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重；Iij為第i個(gè)指標(biāo)屬性j的信息量值。其中：i=1，2，3，4，5，6，7，8，9；j=1，2，3，4，5，6，7，8，9。

通過 ArcGIS 的柵格計(jì)算功能實(shí)現(xiàn)，將各圖層信息量值乘以層次分析法得到的權(quán)重指標(biāo)后疊加，完成地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)因子的綜合信息量計(jì)算，生成地質(zhì)災(zāi)害綜合信息量值疊加圖(圖 2)，圖中信息量值范圍在-0.723 022～0.782 261。

4 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

通過ArcGIS的自然斷點(diǎn)法將柵格疊加圖按信息量重新分類后，將本區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性程度劃分為4級(jí)：高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)和不易發(fā)區(qū)，信息量值區(qū)間分別為0.280 229～0.788 408、-0.009 314～0.280 229、-0.210 222～-0.009 314、-0.809 371～-0.210 222。接著，通過空間分析工具中的鄰域分析功能，采用15×15的正方形進(jìn)行平噪處理，達(dá)到平滑處理的效果。最后，結(jié)合野外調(diào)查情況進(jìn)行一定的人工調(diào)整，使結(jié)果更加貼近實(shí)際(圖3)。

圖3 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)圖

依據(jù)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)結(jié)果，將白沙縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度劃分為高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)和不易發(fā)區(qū)4個(gè)級(jí)別。其中地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)面積175.36 km2，占全縣面積的8.28%，分成4個(gè)亞區(qū)；地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū)面積932.73 km2，占全縣面積的44.06%，分成2個(gè)亞區(qū)；地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)面積667.2 km2，占全縣面積的31.51%，分成2個(gè)亞區(qū)；地質(zhì)災(zāi)害不易發(fā)區(qū)面積341.96 km2，占全縣面積的16.15%(圖4，表2)。

圖4 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)占比圖

易發(fā)區(qū)劃分面積/km2占總面積百分比/%災(zāi)害點(diǎn)密度(處/100km2)高易發(fā)區(qū)175.368.2859.9中易發(fā)區(qū)932.7344.065.8低易發(fā)區(qū)667.2031.511.0不易發(fā)區(qū)341.9616.15—

5 結(jié)論

(1) 白沙縣地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)育類型為崩塌、滑坡、泥石流和不穩(wěn)定斜坡，具有典型的山地丘陵區(qū)地質(zhì)災(zāi)害特征。選取地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌及人類活動(dòng)三大類，構(gòu)造、工程地質(zhì)巖組、坡度、坡高、海拔高度、植被覆蓋率、河流及公路等八小類作為地質(zhì)災(zāi)害影響評(píng)價(jià)因子，評(píng)價(jià)結(jié)果符合實(shí)際情況。

(2) 基于GIS和信息量模型，建立了白沙縣地質(zhì)災(zāi)害空間數(shù)據(jù)庫，確定了白沙縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，實(shí)現(xiàn)了白沙縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)，得出白沙縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃共有4種類型：高、中、低和不易發(fā)區(qū)，區(qū)劃成果為白沙縣防災(zāi)減災(zāi)、資源利用和環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)為地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)監(jiān)測奠定了基礎(chǔ)。

[1] 陳安河,顏若福，等.海南省白沙縣地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃報(bào)告[R].海南:海南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站,2005.

[2] 夏南,楊峰，等.海南省白沙縣1:5萬地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查報(bào)告[R].海南:海南省地質(zhì)調(diào)查院,2015.

[3] 許沖,戴福初,姚鑫，等.基于GIS與確定性系數(shù)分析方法的汶川地震滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2010,18(1):15-26.

[4] 石菊松,徐瑞春,石玲.基于RS和GIS技術(shù)的清江隔河巖庫區(qū)滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)與制圖[J].地學(xué)前緣,2007,14(6):119-128.

[5] 李程.陜西省太白縣地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)[D].北京:中國地質(zhì)大學(xué),2011.

[6] 魏剛,殷志強(qiáng),史立群，等.青海華隆縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào),2013,24(1):86-92.