易靖松， 張 勇， 石勝偉， 程英健， 石 巖

(1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所,四川 成都 611734； 2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)中心,四川 成都 611734)

0 引言

我國(guó)的山區(qū)面積約占陸域面積的70%，同時(shí)約有45%的人口聚居在山區(qū)，因此，隨著國(guó)家城鎮(zhèn)化發(fā)展戰(zhàn)略的逐步開(kāi)展，山區(qū)城鎮(zhèn)化成為了其中的一個(gè)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(gè)無(wú)法避免的問(wèn)題開(kāi)始出現(xiàn)在我們面前，那就是山區(qū)城鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害的防治問(wèn)題。以我國(guó)西南山區(qū)的城鎮(zhèn)為例，由于第四系以來(lái)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(shì)較為險(xiǎn)要，人們自古以來(lái)選擇居住地時(shí)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(duì)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(zhì)條件較為復(fù)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(dāng)?shù)刈匀灰蛩赜绊?，崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害常常容易發(fā)生[2-3]。而在另一方面，隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的飛速發(fā)展以及城市化和城鄉(xiāng)一體化建設(shè)進(jìn)程的快速推進(jìn)，人類工程活動(dòng)也日漸強(qiáng)烈，原有的地質(zhì)環(huán)境容量已經(jīng)不能滿足城鎮(zhèn)建設(shè)發(fā)展的需要，城鎮(zhèn)建設(shè)開(kāi)始向地質(zhì)環(huán)境條件相對(duì)較差的地方擴(kuò)建，例如開(kāi)挖坡腳來(lái)增大建設(shè)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(zhì)災(zāi)害一大誘發(fā)因素[4]。如何提前防治地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生就成為了城鎮(zhèn)化發(fā)展過(guò)程中無(wú)可避免的問(wèn)題。

近年來(lái)，許多的專家學(xué)者在地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)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(shì)是基于GIS提出了許多地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃模型，目前較為常見(jiàn)的區(qū)劃模型包括：模糊邏輯模型、Logistic模型、支持向量機(jī)模型、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(zhì)災(zāi)害敏感性指標(biāo)，對(duì)各敏感性指標(biāo)進(jìn)行疊加處理，并進(jìn)行粗略的易發(fā)性、危險(xiǎn)性分區(qū)，并缺少有效的驗(yàn)證[5-18]。

基于此，本文以斜坡單元為研究對(duì)象，針對(duì)研究區(qū)圈定編號(hào)的斜坡進(jìn)行逐坡的評(píng)價(jià)調(diào)查，在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步的探索，在山區(qū)城鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究的這一方向提出了一套完成評(píng)價(jià)思路和方法，以期通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的結(jié)果對(duì)城鎮(zhèn)化建設(shè)起指導(dǎo)性作用，避開(kāi)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)性較高的區(qū)域，減小受災(zāi)害影響的可能性。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

1.1 地形地貌(見(jiàn)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(tái)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(nèi)地勢(shì)總體上呈中間低南北兩側(cè)高，地形坡度一般為5°～45°，相對(duì)高點(diǎn)標(biāo)高741.8 m，相對(duì)低點(diǎn)位于巴河河床，地面標(biāo)高290 m，相對(duì)高差達(dá)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(diào)查，由于江口場(chǎng)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(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)地處江口向斜南翼，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，巖層傾角變化不大，巖層產(chǎn)狀一般為330°～10°∠3°～8°。區(qū)內(nèi)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(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征

研究區(qū)內(nèi)共有地質(zhì)災(zāi)害14處，由于災(zāi)點(diǎn)規(guī)模均較小，所以遙感在該區(qū)僅解譯出3處地質(zhì)災(zāi)害。地質(zhì)災(zāi)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(jiàn)表1)，小型12處，中型2處。共威脅104戶367人，威脅資產(chǎn)1603萬(wàn)元。由此可見(jiàn)，研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重威脅著居民生活財(cái)產(chǎn)安全，開(kāi)展研究區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)對(duì)當(dāng)?shù)卣罏?zāi)減災(zāi)具有重要意義。

通過(guò)對(duì)研究區(qū)災(zāi)害點(diǎn)的調(diào)查統(tǒng)計(jì)分析，研究區(qū)地貌主要以階梯狀臺(tái)地和桌狀山低山地貌為主，地質(zhì)災(zāi)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(diǎn)。在中—緩傾的斜坡體上，斜坡中下部往往以殘坡積為主，地質(zhì)災(zāi)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(zāi)害，或是斜坡下部崩坡積層的差異性滑動(dòng)?，F(xiàn)將研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害成災(zāi)模式總結(jié)如圖3所示。

表1 江口鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)一覽表

2 斜坡風(fēng)險(xiǎn)快速評(píng)價(jià)

2.1 斜坡圈定劃分

地質(zhì)災(zāi)害是地質(zhì)作用對(duì)受災(zāi)對(duì)象造成嚴(yán)重影響的結(jié)果，沒(méi)有承災(zāi)對(duì)象，再危險(xiǎn)的斜坡不構(gòu)成災(zāi)害，受災(zāi)對(duì)象通常為人造工程例如建筑、道路、水庫(kù)、人造林、自然景區(qū)等。

因此，斜坡圈定劃分考慮的第一個(gè)因素是具有威脅對(duì)象的斜坡。其次，通過(guò)對(duì)研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害成災(zāi)模式的特征分析，借助遙感、無(wú)人機(jī)等手段，結(jié)合野外現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及工程地質(zhì)測(cè)繪，鎖定區(qū)內(nèi)具有成災(zāi)條件的斜坡靶區(qū)，然后對(duì)具有威脅對(duì)象的斜坡進(jìn)行了逐一圈定劃分。通過(guò)以上方法，區(qū)內(nèi)共劃分了68個(gè)斜坡單元，并對(duì)其按XP01-XP68的順序進(jìn)行編號(hào)，獲得研究區(qū)斜坡單元?jiǎng)澐謭D(圖4)。

2.2 斜坡危險(xiǎn)性評(píng)估

圖4 研究區(qū)斜坡圈定劃分

在完成斜坡圈定及編號(hào)后，通過(guò)斜坡危險(xiǎn)性評(píng)估打分表(表2)對(duì)每一斜坡評(píng)估其危險(xiǎn)性等級(jí)；評(píng)估斜坡危險(xiǎn)性等級(jí)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(jié)構(gòu)特征，包括斜坡的內(nèi)部地質(zhì)層結(jié)構(gòu)，巖體結(jié)構(gòu)和土體結(jié)構(gòu)等；(4)斜坡所處地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)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(kù)分布情況和斜坡的側(cè)面侵蝕狀態(tài)，地下水情況；(6)人類工程活動(dòng)，如斜坡及其附近是否有采掘、爆破、開(kāi)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(zāi)害體影響如附近是否存在深坑、斷崖等不穩(wěn)定地質(zhì)災(zāi)害出發(fā)點(diǎn)等因素。

表2 斜坡危險(xiǎn)性評(píng)估打分表(據(jù)《中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)》附錄A.4-2)

通過(guò)資料收集、無(wú)人機(jī)航拍、衛(wèi)星遙感等技術(shù)手段，在對(duì)城鎮(zhèn)的災(zāi)害情況、孕災(zāi)條件以及變形破壞模式有了深入了解的基礎(chǔ)上，對(duì)圈定劃分的斜坡進(jìn)行實(shí)地的逐坡走訪調(diào)查，查明影響各斜坡危險(xiǎn)性相關(guān)因子的情況，填寫(xiě)各斜坡《風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估半定性半定量打分表》，對(duì)斜坡的各個(gè)因素考慮后根據(jù)實(shí)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(gè)因素的權(quán)重，將各個(gè)要素總分相加得到危險(xiǎn)性等級(jí)評(píng)分。針對(duì)處于相同結(jié)構(gòu)及物質(zhì)組成的斜坡體，如XP22、XP23和XP25，可采用工程地質(zhì)類比法快速獲得斜坡的危險(xiǎn)性評(píng)分。

根據(jù)各斜坡調(diào)查所得分?jǐn)?shù)的結(jié)果，劃分相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)(L低風(fēng)險(xiǎn)、M中風(fēng)險(xiǎn)、H高風(fēng)險(xiǎn))，采用自然間斷法，將危險(xiǎn)性得分在37.8～52.7劃分為低危險(xiǎn)斜坡，危險(xiǎn)性得分在52.7～66.1劃分為中等危險(xiǎn)斜坡，危險(xiǎn)性得分在66.1～80.5劃分為高危險(xiǎn)斜坡；具體各斜坡得分分布情況及所屬等級(jí)如圖5所示。

圖5 各斜坡危險(xiǎn)性得分及等級(jí)

2.3 斜坡易損性評(píng)估

易損性是指地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時(shí)可能對(duì)承災(zāi)體造成的破壞、損失程度。地質(zhì)災(zāi)害造成的損失主要有直接和間接經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡和資源環(huán)境破壞等[18]。

在完成斜坡危險(xiǎn)性等級(jí)評(píng)估后，根據(jù)《斜坡易損性評(píng)估打分表》對(duì)圈定斜坡進(jìn)行逐坡調(diào)查評(píng)價(jià)，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(jiàn)表3)。易損性評(píng)分同樣由權(quán)重和因素兩部分組成， 每一個(gè)斜坡易損性評(píng)分B=∑XiYi，Xi表示每一類別下不同要素對(duì)應(yīng)的分值，Yi表示各個(gè)因素的權(quán)重。將各個(gè)要素總分相加得到易損性等級(jí)評(píng)分。

同危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)一樣，根據(jù)各斜坡易損性調(diào)查所得分?jǐn)?shù)的結(jié)果，劃分相應(yīng)的易損性等級(jí)(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(píng)分及所屬等級(jí)如圖6所示。

表3 斜坡易損性評(píng)估打分表(據(jù)《中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)》附錄A.4-2)

圖6 各斜坡易損性得分及等級(jí)

2.4 斜坡風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)是在一定區(qū)域和給定時(shí)段內(nèi)，地質(zhì)災(zāi)害對(duì)人類生命財(cái)產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)產(chǎn)生損失的可能性或期望值。地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)綜合反映了地質(zhì)災(zāi)害的自然屬性和社會(huì)屬性，由致災(zāi)體的危險(xiǎn)性、承災(zāi)體的易損性和孕災(zāi)環(huán)境的顯性組合而成，其概念模型可以用風(fēng)險(xiǎn)三角形來(lái)表達(dá)(圖7)[19]。

圖7 地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)概念模型

地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)三角形分別由危險(xiǎn)性和易損性的3條邊組成，三角形面積則代表地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)：當(dāng)三角形的某一邊增大或減小時(shí)，則風(fēng)險(xiǎn)也相應(yīng)地增大或減小；當(dāng)某一邊不存在時(shí)，則風(fēng)險(xiǎn)為0。因此，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)可以用風(fēng)險(xiǎn)矩陣來(lái)確定[20]。

在獲取各個(gè)斜坡的危險(xiǎn)性和易損性等級(jí)后，分別以危險(xiǎn)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(fēng)險(xiǎn)矩陣，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)矩陣最終確定各斜坡的風(fēng)險(xiǎn)性高低(H級(jí)：風(fēng)險(xiǎn)高；M級(jí)：風(fēng)險(xiǎn)中等；L級(jí)：風(fēng)險(xiǎn)低)。

表4 風(fēng)險(xiǎn)矩陣

根據(jù)已有的危險(xiǎn)性等級(jí)和易損性等級(jí)，通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)矩陣，得到研究區(qū)內(nèi)劃分圈定斜坡的風(fēng)險(xiǎn)性高低，然后將確定了的各斜坡風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)在地理信息圖上標(biāo)注展示，獲得城鎮(zhèn)的風(fēng)險(xiǎn)快速評(píng)價(jià)圖(圖8)。

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

3 基于VR全景攝影的風(fēng)險(xiǎn)快速評(píng)價(jià)產(chǎn)品

基于VR全景攝影的風(fēng)險(xiǎn)快速評(píng)價(jià)產(chǎn)品是指用VR全景攝影技術(shù)對(duì)城鎮(zhèn)斜坡地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)成果進(jìn)行三維展示的可視化技術(shù)。VR全景攝影技術(shù)是通過(guò)實(shí)地拍攝，對(duì)真實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行虛擬再現(xiàn)的一種新興技術(shù)，技術(shù)通過(guò)對(duì)環(huán)境、場(chǎng)景或具體靜物進(jìn)行360°的實(shí)地或?qū)嵨锱臄z，再運(yùn)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(guò)人的正常視角的圖像，水平上下全向均可觀看，不會(huì)因?yàn)閳D像的擴(kuò)大、縮小、旋轉(zhuǎn)等操作而出現(xiàn)失真的情況。本文首次嘗試將該技術(shù)運(yùn)用在地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究領(lǐng)域，空間展示效果強(qiáng)，有震撼的視覺(jué)感受，同時(shí)讓觀者能清晰直觀地看到各個(gè)斜坡單元的形態(tài)、威脅對(duì)象、威脅范圍及風(fēng)險(xiǎn)性高低。

首先，利用無(wú)人機(jī)對(duì)整個(gè)研究區(qū)山體或孕災(zāi)的斜坡進(jìn)行360°的實(shí)地拍攝，再利用軟件將場(chǎng)景或物體各個(gè)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(fēng)險(xiǎn)高低在全景圖上分別用不同顏色進(jìn)行圈定。用紅色虛線圈定高風(fēng)險(xiǎn)斜坡；黃色虛線圈定中風(fēng)險(xiǎn)斜坡；藍(lán)色虛線圈定低風(fēng)險(xiǎn)斜坡；形成最終的風(fēng)險(xiǎn)快速評(píng)價(jià)產(chǎn)品(圖9)。

4 結(jié)論

(1)江口鎮(zhèn)地貌以桌狀山地貌為主，發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害類型具有集中發(fā)育、規(guī)模小等特點(diǎn)。地質(zhì)災(zāi)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(xiǎn)性、高易損性、中風(fēng)險(xiǎn)性狀態(tài)；高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域主要位于巴河右岸一側(cè)的緩傾順向坡區(qū)域的斜坡；低風(fēng)險(xiǎn)斜坡多分布在階梯狀臺(tái)地和山脊區(qū)域。

(3)基于斜坡單元的城鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法考慮多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素綜合評(píng)價(jià)，以量化權(quán)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(fēng)險(xiǎn)高低的方式，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生率以具體分?jǐn)?shù)表示，可以全面、準(zhǔn)確地評(píng)估城鎮(zhèn)范圍內(nèi)山體斜坡的風(fēng)險(xiǎn)性高低和可能的危害。

(4)VR全景攝影的風(fēng)險(xiǎn)快速評(píng)價(jià)產(chǎn)品具有空間展示效果強(qiáng)，有震撼的視覺(jué)感受等特點(diǎn)，同時(shí)讓觀者能清晰直觀地看到各個(gè)斜坡單元的形態(tài)、威脅對(duì)象、威脅范圍及風(fēng)險(xiǎn)性高低，在地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)展示領(lǐng)域具有較廣闊的應(yīng)用前景。

(5)通過(guò)VR全景攝影的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)產(chǎn)品研究區(qū)城鎮(zhèn)聚集的當(dāng)?shù)鼐用衲芮逦庇^地看到自己房前屋后斜坡的風(fēng)險(xiǎn)性高低，對(duì)于提高居民的主動(dòng)防災(zāi)意識(shí)，在極端條件下，提前做好預(yù)防和準(zhǔn)備，減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失具有重要意義。