張 超，田運濤，張宇飛

(1. 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； 2. 山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東 濟寧 272100)

0 引 言

地質(zhì)災害易發(fā)性是指某一地區(qū)過去和未來易于發(fā)生滑坡的傾向性或敏感性，即對某一地區(qū)現(xiàn)存或潛在滑坡的類型、體積(或面積)和空間分布的定量或定性評價，也指某一地區(qū)已有滑坡復活或潛在滑坡發(fā)生的潛勢或可能性[1]。危險性指可能導致潛在不良后果的狀況，主要指地質(zhì)災害發(fā)生的時間概率、破壞力(強度)、速度、位移及其擴展影響范圍。其中地質(zhì)災害易發(fā)性評價涉及的影響因素，是決定本體穩(wěn)定程度強弱的內(nèi)在因素，包括地形地貌、地質(zhì)構造、工程地質(zhì)特征、斜坡結構類型、河流侵蝕及植被覆蓋條件等；而危險性評價側(cè)重外在誘發(fā)因素，包括降雨、地震及人類工程活動等。

地質(zhì)災害易發(fā)性、危險性評價方法較多，歸納起來主要包括統(tǒng)計分析法[2]、層次分析法[3-4]、邏輯回歸法[5-6]、權重指標法[7-9]、遞進分析法[10]、信息量法[11]和其他方法[12-15]。每種方法都具備各自的特點及適用性，但也存在不足之處。信息量法，相對來說比較客觀，但是所采用的災害數(shù)據(jù)多是變形破壞后趨穩(wěn)的，會產(chǎn)生一定的誤差；權重指標法在確定權重時，存在主觀判斷，不同專家針對同一地區(qū)進行評判，結果往往差別較大；采用確定性模型的評價方法需要計算不同類型邊坡的穩(wěn)定性，再進行推導，實施難度較大。但無論何種方法，評價結果的準確性都取決于詳實的災害編錄數(shù)據(jù)、災害地質(zhì)環(huán)境背景數(shù)據(jù)以及對兩者內(nèi)在關聯(lián)性的精確分析。

由于崩塌滑坡和泥石流的成因機理不同，故分別展開危險性評價。采用信息量法對石雞壩鄉(xiāng)幅崩滑進行危險新評價，原因如下：① ArcGIS平臺在空間模型計算和圖形表達等方面具備明顯優(yōu)勢，在區(qū)域地質(zhì)災害危險性評價和預測方面應用較為廣泛；② 信息量法采用源于信息科學的計算公式，計算原理與公式推導簡易，便于操作，評價因子數(shù)量沒有限制，各個因子權重由公式直接計算，計算過程方便快捷，避免了人為主觀判斷，評價結果較為客觀，經(jīng)過多年發(fā)展，該種方法在地質(zhì)災害空間預測方面已趨于成熟并得到廣泛認同。

泥石流危險性評價選用信息量法和定性評價方法結合的方式進行，采用單溝尺度的因素評分法和信息量法確定的泥石流流域范圍內(nèi)潛在物源區(qū)來綜合評判泥石流的易發(fā)性，然后通過誘發(fā)因素的強弱來進行單溝尺度的危險性評價。

1 地質(zhì)環(huán)境背景與災害發(fā)育特征

石雞壩鄉(xiāng)幅位于位于甘肅文縣與四川九寨溝縣的交界部位，總面積431.5 km2。地勢上總體西北高，東南低，高差2 500 m，可劃分為侵蝕構造高山區(qū)、侵蝕構造中低山區(qū)及侵蝕堆積河谷地貌(圖1)。高山區(qū)位于圖1中西南部四川勿角自然保護區(qū)一帶，侵蝕堆積河谷地貌沿河分布，中低山區(qū)分布于圖1中其他地區(qū)。該地氣候?qū)俦眮啛釒虮睖貛н^渡區(qū)，具有垂直氣候帶明顯和干濕季分明兩大特點。雨量分布不均，多年平均降水量為425～625 mm，降水總趨勢自東南向西北減少，從淺山河谷向高山增加。

圖1 石雞壩鄉(xiāng)幅地質(zhì)災害工程地質(zhì)條件Fig. 1 Engineering geologic conditions of geo-hazard in Shijiba town

受到秦巴山地和青藏高原隆起的雙重影響，地質(zhì)構造復雜，斷層較發(fā)育，且褶皺多以復式背斜、復式向斜形式出現(xiàn)，研究區(qū)處于文縣山字型西翼，由二疊紀、三疊紀構成的復式褶皺及其南側(cè)的壓扭性斷裂組成，總體走向NW50°，集中發(fā)育于圖幅南部地區(qū)，其中東南部發(fā)育兩條活動性斷裂，延伸長度在6 km左右。研究區(qū)出露地層巖性主要為第四系黃土類土、碎石土、三疊系砂巖、板巖、二疊系板巖、灰?guī)r、石炭系灰?guī)r、泥盆系砂礫巖、板巖。受強烈構造運動影響，巖層傾角普遍偏大，多數(shù)在60°以上。根據(jù)其工程地質(zhì)特性，將其劃分為5類工程地質(zhì)巖組：Ⅰ.碎石土、卵礫石、風積土，主要分布于白水江及其支流河谷和沿岸斜坡；Ⅱ.薄-中層軟硬相間的板巖、砂巖巖組，分布于東北部地區(qū)；Ⅲ.薄-中層堅硬、半堅硬灰?guī)r、板巖巖組，分布在白水江沿岸；Ⅳ.中-厚層堅硬灰?guī)r、白云巖巖組，分布于西南部、中北部、東北部地區(qū)；Ⅴ.薄-中層堅硬石英砂巖、礫巖巖組，分布于東南部地區(qū)。

該區(qū)位于地震多發(fā)地區(qū)，地殼運動呈現(xiàn)出不勻性和間歇性上升的特點，并伴隨著中強地震的發(fā)生。據(jù)史料記載，自公元278年至今研究區(qū)附近發(fā)生地震21次，其中大于5級的地震有11次，以1879年武都地震和2008年汶川地震震級最大，引發(fā)了大量規(guī)模大、危害性高的次生崩滑流地質(zhì)災害。

據(jù)中國地質(zhì)調(diào)查局項目“隴南白水江流域地質(zhì)災害調(diào)查”編錄數(shù)據(jù)，該圖幅內(nèi)發(fā)育滑坡及隱患61處，以中大型基覆滑坡為主；崩塌及隱患30處，以中大型巖質(zhì)崩塌為主；泥石流及隱患77處，以中小型稀性泥石流為主。崩滑地質(zhì)災害崩滑范圍和潛在威脅范圍總面積15.73 km2，泥石流流域范圍和沖洪積扇總面積133.88 km2，分別占圖幅面積3.65%、31.03%。對地質(zhì)災害編錄數(shù)據(jù)進行參評因素的逐項分析。其中崩滑與坡度關系，滑坡主要集中在15°～40°區(qū)間，崩塌主要集中在40°～54°區(qū)間；崩滑與坡高關系，滑坡主要集中在20～50 m區(qū)間，崩塌主要集中在25～80 m區(qū)間；崩滑與坡向關系，主要集中在北東、南、南西方向，以南西向最多；崩滑與工程地質(zhì)巖組關系，主要集中于第四系殘坡積碎石土和二疊系強風化板巖、灰?guī)r巖體中；崩滑與斜坡結構關系，飄傾坡、基巖覆蓋層集中發(fā)育，尤以基巖覆蓋層滑坡分布廣泛；崩滑與斷裂關系，活動斷裂影響帶崩滑分布較密集，其余斷裂與崩滑發(fā)育相關性不高；與植被覆蓋率關系，植被覆蓋率與崩滑發(fā)育程度呈現(xiàn)出較好的負相關關系；河流與道路切割坡腳處，崩滑發(fā)育比較密集；與年均降雨量關系，年均降雨量大的區(qū)域主要分布在圖幅東北和西南部，沿白水江一帶較小，與崩滑發(fā)育程度未呈現(xiàn)出明顯的相關性；與地震峰值加速度關系，地震峰值加速度0.3g區(qū)災害發(fā)育較密集，其余地區(qū)地震加速度均為0.2g，未見明顯相關關系，見圖2。

圖2 致災因子與地質(zhì)災害分布關系Fig. 2 Relationship between disaster-causing factors and geo-hazard distribution

2 地質(zhì)災害易發(fā)性評價

2.1 信息量模型

信息量模型(式1)屬于貝葉斯概率模型(或者雙變量分析)的一種，評價過程中可較好的反映成災因素與地質(zhì)災害的關聯(lián)性；通過定量評價能夠反映出各成災因素的相對敏感程度和各成災因素中不同要素區(qū)間的貢獻率大小。

(1)

式中：IAj→B為成災因素A中第j區(qū)間地質(zhì)災害發(fā)生的信息量值；Nj為成災因素A中第j區(qū)間的地質(zhì)災害面積值或災點數(shù)；Sj為災要素A中第j區(qū)間的分布面積；S為區(qū)域總面積；N為區(qū)域內(nèi)崩滑地質(zhì)災害總面積。

需要注意的是，信息量模型中IAj→B值可以有正負之分，“正值”表明該要素區(qū)間對地質(zhì)災害形成的貢獻率大于區(qū)域平均值，有利于地質(zhì)災害發(fā)生；“負值”表明該要素區(qū)間對地質(zhì)災害形成的貢獻率小于區(qū)域平均值，不利于地質(zhì)災害發(fā)生；“0值”表明該要素區(qū)間對地質(zhì)災害形成的貢獻率處于平均水平。

信息量模型能夠給出各影響要素排序，在易發(fā)性評價和危險性評價中對各要素區(qū)間進行信息量重新賦值并進行疊加運算，通過對易發(fā)性、危險性數(shù)值分布特征的統(tǒng)計分析并結合研究區(qū)地質(zhì)災害發(fā)育規(guī)律進行4個級別(高、中、低、極低)的劃分。

The influence on the Q factor from scattering is mainly due to the surface roughness. It can be expressed as:

2.2 評價過程

本次評價使用2015年2月SPOT6遙感數(shù)據(jù)，分辨率1.5 m，對全區(qū)進行了黃土類土、碎石土和植被覆蓋率解譯；區(qū)域地質(zhì)圖比例尺為1∶200 000，調(diào)查過程中進行了工程地質(zhì)圖的修編；地形地貌數(shù)據(jù)來源于中科院數(shù)據(jù)云ASTER GDEM 30 m分辨率數(shù)字高程數(shù)據(jù)。崩滑地質(zhì)災害易發(fā)程度的計算依據(jù)影響因素統(tǒng)計分析結果，泥石流采用15因素評分法進行單溝尺度評價。

在分析各影響因素對研究區(qū)地質(zhì)災害發(fā)育特征的基礎上，考慮其自身屬性，將地形地貌、地質(zhì)構造、工程地質(zhì)特征、斜坡結構、河流侵蝕及植被覆蓋率等6類影響因素劃分為9種具體要素、43個要素區(qū)間進行了信息量值計算，并按照計算結果由大到小進行排序，以揭示不同要素區(qū)間對地質(zhì)災害影響的強弱程度，見表1。

表1 地質(zhì)災害易發(fā)程度影響因素信息量計算結果Table 1 Calculation results of information quantity of influencing factors of geo-hazard susceptibility

地質(zhì)災害發(fā)生主要的影響要素區(qū)間分別為：活動斷裂影響帶(0～1 500 m)、坡向南西向、工程地質(zhì)巖組中殘坡積碎石土、斜坡結構中覆蓋層和飄傾坡、河流影響帶(干流0～800 m、一級支流0～500 m)、TM植被指數(shù)(0～0.27)；次要影響要素區(qū)間分別為：地形坡度(13.5°～27.0°)、坡高(0～50 m)、坡向南向、工程地質(zhì)巖組中薄─中層堅硬、半堅硬灰?guī)r、板巖巖組、TM植被指數(shù)(0.27～0.40)。

對各要素區(qū)間進行信息量重新賦值并進行疊加運算，通過對易發(fā)性數(shù)值分布特征的統(tǒng)計分析并結合研究區(qū)地質(zhì)災害發(fā)育規(guī)律，劃為為易發(fā)性高、中、低、極低四級區(qū)域，即得到易發(fā)性評價結果，見圖3。

圖3 石雞壩鄉(xiāng)幅地質(zhì)災害易發(fā)性評價區(qū)劃Fig. 3 Geo-hazard susceptibility assessment division in Shijiba town

3 地質(zhì)災害危險性評價

對人類工程活動、區(qū)域降雨和地震3類誘發(fā)因素進行信息量計算，根據(jù)要素自身屬性和空間分布特征，劃分為7個要素區(qū)間，并進行排序，以揭示不同誘發(fā)要素區(qū)間對地質(zhì)災害的致災效應的強弱程度(表2)。

表2 地質(zhì)災害危險程度誘發(fā)因素信息量計算結果Table 2 Calculation results of information quantity of risk inducing factors of geo-hazard

該地區(qū)屬于典型的高山峽谷區(qū)，雨云受到高山的阻擋會產(chǎn)生較大的降雨，造成了高海拔地區(qū)年均降雨量較大，沿江溝谷處年均降雨量小的現(xiàn)象。該地區(qū)地質(zhì)災害主要發(fā)育于白水江沿岸，使得年均降雨量與地質(zhì)災害發(fā)育的相關性較差，需要對其信息量值進行人為干預。信息量法計算各要素I值最大值在0.8左右，年均降雨量差值200 mm/a不會造成太大差別，故綜合考慮，將區(qū)域降雨中4個要素區(qū)間分別取值為0.5、0.6、0.7、0.8。則地質(zhì)災害發(fā)生主要誘發(fā)要素區(qū)間分別為：道路影響帶(國道、省道0～300 m、縣鄉(xiāng)道路0～200 m)、地震峰值加速度0.3 g、年平均降雨量>475 mm區(qū)域，與定性分析結果一致。

在易發(fā)性評價基礎上進行疊加并進行危險性區(qū)劃，得到危險性評價結果見圖4。其中泥石流物源區(qū)位于降雨量大或地震加速度高值區(qū)，植被覆蓋率低且與崩滑危險性相吻合，其危險性較易發(fā)性增大一個級別。

圖4 石雞壩鄉(xiāng)幅地質(zhì)災害危險性評價區(qū)劃Fig. 4 Geo-hazard risk assessment division in Shijiba town

4 結 論

2)運用Arcgis軟件的統(tǒng)計功能模塊對各級易發(fā)區(qū)、危險區(qū)進行分析統(tǒng)計，結果如下：石雞壩鄉(xiāng)幅崩滑地質(zhì)災害易發(fā)性高區(qū)域面積29.52 km2，分布于白水江沿岸及部分支流沿岸，占圖幅面積6.84%；易發(fā)性中等區(qū)域面積92.27 km2，分布于白水江、中路河沿岸坡體及圖幅東南部山區(qū)，占圖幅面積21.38%；易發(fā)性低區(qū)域面積244.24 km2，占圖幅面積56.60%；易發(fā)性極低區(qū)域面積70.46 km2，占圖幅面積16.33%。

崩滑地質(zhì)災害危險性高區(qū)域面積14.22 km2，分布于白水江中下段、中路河沿岸及圖幅東南部山體斜坡，占圖幅面積3.30%；危險性中等區(qū)域面積51.05 km2，分布于白水江、中路河等支流沿岸，占圖幅面積11.83%；危險性低區(qū)域面積95.32 km2，分布于白水江及其支流沿岸山體斜坡，占圖幅面積22.09%；危險性極低區(qū)域面積270.93 km2，分布于其他地區(qū)，占圖幅面積62.79%。

泥石流地質(zhì)災害6條易發(fā)性高， 71條易發(fā)性中等， 1條易發(fā)性低； 17條危險性高， 59條危險性中等， 1條危險性低，易發(fā)性高、危險性高泥石流主要分布于圖幅東南部白水江沿岸。

3)根據(jù)石雞壩鄉(xiāng)幅地質(zhì)災害發(fā)育分布規(guī)律和地質(zhì)災害危險性評價結果，使得地質(zhì)災害防治工作更加聚焦：區(qū)內(nèi)地質(zhì)災害高危險性區(qū)域主要分布于白水江及其部分支流沿岸，在石雞壩鄉(xiāng)下游地區(qū)呈現(xiàn)集中分布的特點，這些地區(qū)是地質(zhì)災害防治的重點，建議對該區(qū)域內(nèi)威脅重大的災害點進行工程治理，并輔之專業(yè)監(jiān)測，同時加強人類工程活動的管控，不允許削坡建廠，規(guī)范礦業(yè)活動行為等；地質(zhì)災害中等危險性區(qū)域主要分布于河流、道路影響帶和局部斜坡，威脅主要交通干線，建議對目前處于欠穩(wěn)定狀態(tài)的崩滑災害體進行治理，崩塌威脅路段可修建平硐或掛網(wǎng)，滑坡威脅路段可通過修建抗滑樁或擋墻來加固，對處于基本穩(wěn)定或潛在的災害體建議加強巡視和群專監(jiān)測進行防治；物源區(qū)處于高位且人跡罕至的泥石流，是常規(guī)手段調(diào)查的空白區(qū)，建議運用InSAR手段對該區(qū)域進行長期觀測，以達到有備無患的目的，危險性高的泥石流，建議修建多級擋墻，輔之以專業(yè)監(jiān)測手段來進行防治，危險性中等的泥石流，建議修建1～2級擋墻并輔之以簡易監(jiān)測設備進行監(jiān)測，區(qū)內(nèi)多條坡面泥石流是雨季造成交通癱瘓的最大隱患，建議進行斜坡復綠或在斜坡溝槽的基礎上修建快速導水通道，防治水土快速流失。加強科普宣傳的力度，尤其是處于地質(zhì)災害中高危險性區(qū)域內(nèi)的居民，使其在突發(fā)災害面前能夠科學自救。