易靖松， 張 勇， 石勝偉， 程英健， 石 巖

(1.中國地質科學院探礦工藝研究所,四川 成都 611734； 2.中國地質調查局地質災害防治技術中心,四川 成都 611734)

0 引言

我國的山區(qū)面積約占陸域面積的70%，同時約有45%的人口聚居在山區(qū)，因此，隨著國家城鎮(zhèn)化發(fā)展戰(zhàn)略的逐步開展，山區(qū)城鎮(zhèn)化成為了其中的一個重要組成部分[1]。然而，隨著山區(qū)城鎮(zhèn)化的不斷發(fā)展，一個無法避免的問題開始出現(xiàn)在我們面前，那就是山區(qū)城鎮(zhèn)地質災害的防治問題。以我國西南山區(qū)的城鎮(zhèn)為例，由于第四系以來青藏高原不斷的隆升，西南山區(qū)的地形多為高山峽谷，地勢較為險要，人們自古以來選擇居住地時多是依山而建，傍水而居，因此許多城鎮(zhèn)都位于地形條件相對狹窄的山區(qū)河谷地帶，城鎮(zhèn)四周山體連綿，溝谷發(fā)育，地質條件較為復雜，此外，西南山區(qū)降雨量多而且集中，匯水條件良好，地下水也較為豐富。山區(qū)城鎮(zhèn)受當?shù)刈匀灰蛩赜绊?，崩塌、滑坡、泥石流等地質災害常常容易發(fā)生[2-3]。而在另一方面，隨著城鎮(zhèn)化建設的飛速發(fā)展以及城市化和城鄉(xiāng)一體化建設進程的快速推進，人類工程活動也日漸強烈，原有的地質環(huán)境容量已經(jīng)不能滿足城鎮(zhèn)建設發(fā)展的需要，城鎮(zhèn)建設開始向地質環(huán)境條件相對較差的地方擴建，例如開挖坡腳來增大建設用地面積；在滑坡堆積體等不良地段建房；采用填河、填海、挖山、伐林等方式人工造地等。這些不合理的城鎮(zhèn)化，也逐漸成為山區(qū)地質災害一大誘發(fā)因素[4]。如何提前防治地質災害的發(fā)生就成為了城鎮(zhèn)化發(fā)展過程中無可避免的問題。

近年來，許多的專家學者在地質災害風險評估方法的研究上，做出了很多創(chuàng)新，提出了很多方法，其主要趨勢是基于GIS提出了許多地質災害易發(fā)性區(qū)劃模型，目前較為常見的區(qū)劃模型包括：模糊邏輯模型、Logistic模型、支持向量機模型、人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型、信息量模型等。然后基于這些模型，半定量化的確定地質災害敏感性指標，對各敏感性指標進行疊加處理，并進行粗略的易發(fā)性、危險性分區(qū)，并缺少有效的驗證[5-18]。

基于此，本文以斜坡單元為研究對象，針對研究區(qū)圈定編號的斜坡進行逐坡的評價調查，在總結前人研究成果的基礎上進行進一步的探索，在山區(qū)城鎮(zhèn)地質災害風險評價研究的這一方向提出了一套完成評價思路和方法，以期通過風險評估的結果對城鎮(zhèn)化建設起指導性作用，避開地質災害風險性較高的區(qū)域，減小受災害影響的可能性。

1 研究區(qū)地質背景

1.1 地形地貌(見圖1)

圖1 江口鎮(zhèn)地形地貌

江口鎮(zhèn)處于格擋式褶皺寬緩的核部位置，受河流切割發(fā)育頂平坡陡的“桌狀山”地貌。具體可劃分為階梯狀寬—峽谷低山區(qū)和階梯狀臺梁—窄谷低山區(qū)，通江河在研究區(qū)東部入境，在南東部邊緣匯入巴河，巴河流經(jīng)全區(qū)。區(qū)內地勢總體上呈中間低南北兩側高，地形坡度一般為5°～45°，相對高點標高741.8 m，相對低點位于巴河河床，地面標高290 m，相對高差達451.8 m。城區(qū)高程主要分布于320～400 m。

1.2 地層巖性

根據(jù)本次調查，由于江口場鎮(zhèn)地形起伏較大，且位于兩河交匯處，研究區(qū)覆蓋層主要為第四系崩坡堆積層(Q4c+dl)、坡殘積層(Q4dl+el)、沖洪積層(Q4al+pl)、人工堆積層(Q4ml)和滑坡堆積層(Q4del)組成，基巖為白堊系下統(tǒng)蒼溪組(K1c)和侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組(J3p)組成，如圖2所示。

圖2 江口鎮(zhèn)地層巖性分布

1.3 地質構造

研究區(qū)地處江口向斜南翼，地質構造簡單，巖層傾角變化不大，巖層產(chǎn)狀一般為330°～10°∠3°～8°。區(qū)內主要發(fā)育兩組節(jié)理，J1節(jié)理產(chǎn)狀120°～140°∠65°～80°，J2節(jié)理產(chǎn)狀240°～255°∠70°～85°。

1.4 地質災害發(fā)育特征

研究區(qū)內共有地質災害14處，由于災點規(guī)模均較小，所以遙感在該區(qū)僅解譯出3處地質災害。地質災害類型為滑坡和崩塌，其中滑坡5處、崩塌9處；規(guī)模以小型為主(見表1)，小型12處，中型2處。共威脅104戶367人，威脅資產(chǎn)1603萬元。由此可見，研究區(qū)地質災害嚴重威脅著居民生活財產(chǎn)安全，開展研究區(qū)的風險評價對當?shù)卣罏臏p災具有重要意義。

通過對研究區(qū)災害點的調查統(tǒng)計分析，研究區(qū)地貌主要以階梯狀臺地和桌狀山低山地貌為主，地質災害的分布發(fā)育與微地貌發(fā)育較為密切，具有連續(xù)分布、集中發(fā)育、規(guī)模小等特點。在中—緩傾的斜坡體上，斜坡中下部往往以殘坡積為主，地質災害類型以淺表層覆蓋層的蠕滑變形居多。而在陡坡位置則常發(fā)育崩塌災害，或是斜坡下部崩坡積層的差異性滑動?，F(xiàn)將研究區(qū)地質災害成災模式總結如圖3所示。

表1 江口鎮(zhèn)地質災害點一覽表

2 斜坡風險快速評價

2.1 斜坡圈定劃分

地質災害是地質作用對受災對象造成嚴重影響的結果，沒有承災對象，再危險的斜坡不構成災害，受災對象通常為人造工程例如建筑、道路、水庫、人造林、自然景區(qū)等。

因此，斜坡圈定劃分考慮的第一個因素是具有威脅對象的斜坡。其次，通過對研究區(qū)地質災害成災模式的特征分析，借助遙感、無人機等手段，結合野外現(xiàn)場調查及工程地質測繪，鎖定區(qū)內具有成災條件的斜坡靶區(qū)，然后對具有威脅對象的斜坡進行了逐一圈定劃分。通過以上方法，區(qū)內共劃分了68個斜坡單元，并對其按XP01-XP68的順序進行編號，獲得研究區(qū)斜坡單元劃分圖(圖4)。

2.2 斜坡危險性評估

圖4 研究區(qū)斜坡圈定劃分

在完成斜坡圈定及編號后，通過斜坡危險性評估打分表(表2)對每一斜坡評估其危險性等級；評估斜坡危險性等級的因素一般包括：(1)失穩(wěn)證據(jù)，考慮該斜坡的歷史滑坡情況和失穩(wěn)跡象等；(2)斜坡形態(tài)，如坡形、坡高和坡度等；(3)斜坡結構特征，包括斜坡的內部地質層結構，巖體結構和土體結構等；(4)斜坡所處地區(qū)的地質構造，如板塊和斷裂帶分布影響等；(5)水作用，斜坡附近的河流湖泊水庫分布情況和斜坡的側面侵蝕狀態(tài)，地下水情況；(6)人類工程活動，如斜坡及其附近是否有采掘、爆破、開挖；是否存在梯田灌溉、用水排放和溝渠等；(7)其他方面，如植被覆蓋率、鄰近災害體影響如附近是否存在深坑、斷崖等不穩(wěn)定地質災害出發(fā)點等因素。

表2 斜坡危險性評估打分表(據(jù)《中國地質調查局地質調查標準》附錄A.4-2)

通過資料收集、無人機航拍、衛(wèi)星遙感等技術手段，在對城鎮(zhèn)的災害情況、孕災條件以及變形破壞模式有了深入了解的基礎上，對圈定劃分的斜坡進行實地的逐坡走訪調查，查明影響各斜坡危險性相關因子的情況，填寫各斜坡《風險評估半定性半定量打分表》，對斜坡的各個因素考慮后根據(jù)實際情況打分，每一類別得分A=∑XiYi，Xi表示每一類別下不同因素，Yi表示各個因素的權重，將各個要素總分相加得到危險性等級評分。針對處于相同結構及物質組成的斜坡體，如XP22、XP23和XP25，可采用工程地質類比法快速獲得斜坡的危險性評分。

根據(jù)各斜坡調查所得分數(shù)的結果，劃分相應的風險等級(L低風險、M中風險、H高風險)，采用自然間斷法，將危險性得分在37.8～52.7劃分為低危險斜坡，危險性得分在52.7～66.1劃分為中等危險斜坡，危險性得分在66.1～80.5劃分為高危險斜坡；具體各斜坡得分分布情況及所屬等級如圖5所示。

圖5 各斜坡危險性得分及等級

2.3 斜坡易損性評估

易損性是指地質災害發(fā)生時可能對承災體造成的破壞、損失程度。地質災害造成的損失主要有直接和間接經(jīng)濟損失、人員傷亡和資源環(huán)境破壞等[18]。

在完成斜坡危險性等級評估后，根據(jù)《斜坡易損性評估打分表》對圈定斜坡進行逐坡調查評價，斜坡易損性打分表主要包括了:人口、交通、建筑、管線等幾大要素(見表3)。易損性評分同樣由權重和因素兩部分組成， 每一個斜坡易損性評分B=∑XiYi，Xi表示每一類別下不同要素對應的分值，Yi表示各個因素的權重。將各個要素總分相加得到易損性等級評分。

同危險性評價一樣，根據(jù)各斜坡易損性調查所得分數(shù)的結果，劃分相應的易損性等級(L低易損性、M中易損性、H高易損性)；采用自然間斷法，將易損性得分在10.7～38.3劃分為低易損性斜坡，易損性得分在38.3～71.8劃分為中等易損性斜坡，危易損性得分在71.8～109.9劃分為高易損性斜坡；具體各斜坡易損性評分及所屬等級如圖6所示。

表3 斜坡易損性評估打分表(據(jù)《中國地質調查局地質調查標準》附錄A.4-2)

圖6 各斜坡易損性得分及等級

2.4 斜坡風險性評價

地質災害風險是在一定區(qū)域和給定時段內，地質災害對人類生命財產(chǎn)和經(jīng)濟活動產(chǎn)生損失的可能性或期望值。地質災害風險綜合反映了地質災害的自然屬性和社會屬性，由致災體的危險性、承災體的易損性和孕災環(huán)境的顯性組合而成，其概念模型可以用風險三角形來表達(圖7)[19]。

圖7 地質災害風險概念模型

地質災害風險三角形分別由危險性和易損性的3條邊組成，三角形面積則代表地質災害風險：當三角形的某一邊增大或減小時，則風險也相應地增大或減小；當某一邊不存在時，則風險為0。因此，風險等級可以用風險矩陣來確定[20]。

在獲取各個斜坡的危險性和易損性等級后，分別以危險性的高中低為行向量，易損性的高中低為列向量，形成如表4所示的風險矩陣，根據(jù)風險矩陣最終確定各斜坡的風險性高低(H級：風險高；M級：風險中等；L級：風險低)。

表4 風險矩陣

根據(jù)已有的危險性等級和易損性等級，通過風險矩陣，得到研究區(qū)內劃分圈定斜坡的風險性高低，然后將確定了的各斜坡風險等級在地理信息圖上標注展示，獲得城鎮(zhèn)的風險快速評價圖(圖8)。

可以看出，江口鎮(zhèn)城鎮(zhèn)周邊的幾個斜坡均處于中風險狀態(tài)，高風險斜坡主要分布在沿巴河左岸的緩傾順層斜坡區(qū)域，低風險斜坡多分布在階梯狀臺地和山脊坡麓區(qū)域。

3 基于VR全景攝影的風險快速評價產(chǎn)品

基于VR全景攝影的風險快速評價產(chǎn)品是指用VR全景攝影技術對城鎮(zhèn)斜坡地質災害風險性評價成果進行三維展示的可視化技術。VR全景攝影技術是通過實地拍攝，對真實場景進行虛擬再現(xiàn)的一種新興技術，技術通過對環(huán)境、場景或具體靜物進行360°的實地或實物拍攝，再運用圖片拼接軟件將圖片拼接為360°的全景圖,形成具有一定交互功能和三維效果的展示空間。

所謂全景，就是視角超過人的正常視角的圖像，水平上下全向均可觀看，不會因為圖像的擴大、縮小、旋轉等操作而出現(xiàn)失真的情況。本文首次嘗試將該技術運用在地質災害風險評價研究領域，空間展示效果強，有震撼的視覺感受，同時讓觀者能清晰直觀地看到各個斜坡單元的形態(tài)、威脅對象、威脅范圍及風險性高低。

首先，利用無人機對整個研究區(qū)山體或孕災的斜坡進行360°的實地拍攝，再利用軟件將場景或物體各個角度的二維圖片模擬成具有一定交互功能的、具有三維效果的研究區(qū)全景圖，然后再將獲得的斜坡風險高低在全景圖上分別用不同顏色進行圈定。用紅色虛線圈定高風險斜坡；黃色虛線圈定中風險斜坡；藍色虛線圈定低風險斜坡；形成最終的風險快速評價產(chǎn)品(圖9)。

4 結論

(1)江口鎮(zhèn)地貌以桌狀山地貌為主，發(fā)育地質災害類型具有集中發(fā)育、規(guī)模小等特點。地質災害類型以淺表層覆蓋層的蠕滑變形居多。

(2)江口鎮(zhèn)城鎮(zhèn)周圍斜坡多處于低危險性、高易損性、中風險性狀態(tài)；高風險區(qū)域主要位于巴河右岸一側的緩傾順向坡區(qū)域的斜坡；低風險斜坡多分布在階梯狀臺地和山脊區(qū)域。

(3)基于斜坡單元的城鎮(zhèn)地質災害風險評估方法考慮多個風險因素綜合評價，以量化權重累加的方式代替了以往利用GIS將敏感因子疊加大面積的粗略判斷風險高低的方式，對地質災害發(fā)生率以具體分數(shù)表示，可以全面、準確地評估城鎮(zhèn)范圍內山體斜坡的風險性高低和可能的危害。

(4)VR全景攝影的風險快速評價產(chǎn)品具有空間展示效果強，有震撼的視覺感受等特點，同時讓觀者能清晰直觀地看到各個斜坡單元的形態(tài)、威脅對象、威脅范圍及風險性高低，在地質災害風險評價展示領域具有較廣闊的應用前景。

(5)通過VR全景攝影的風險評價產(chǎn)品研究區(qū)城鎮(zhèn)聚集的當?shù)鼐用衲芮逦庇^地看到自己房前屋后斜坡的風險性高低，對于提高居民的主動防災意識，在極端條件下，提前做好預防和準備，減少人員傷亡和財產(chǎn)損失具有重要意義。