李 寧， 陳永東， 古學(xué)超， 甘 露

(1.四川省地礦局 川西北地質(zhì)隊(duì)，四川 綿陽 621000；2.成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059)

擬建川藏鐵路作為我國(guó)連接藏區(qū)的綜合交通運(yùn)輸體系的重要組成部分，東起于四川省成都市，經(jīng)雅安、瀘定、康定、雅江、理塘、波密、林芝等，西至西藏拉薩[1]。研究區(qū)新建川藏鐵路雅江縣段地處四川省甘孜州雅江縣，雅礱江流域中游，區(qū)內(nèi)自然環(huán)境復(fù)雜，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，災(zāi)害防治難度大,對(duì)鐵路建設(shè)、運(yùn)營(yíng)具有較大的威脅，因此，前期地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是鐵路工程選線規(guī)劃、防災(zāi)減災(zāi)的重點(diǎn)工作?；率菂^(qū)內(nèi)主要的災(zāi)害類型，滑坡的易發(fā)性分析是滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。本文基于在與已知滑坡產(chǎn)生的地質(zhì)、地貌、水文、氣候條件的相類似的環(huán)境中孕育滑坡的可能性更高的假設(shè)，運(yùn)用GIS空間分析技術(shù)和信息量評(píng)價(jià)模型，對(duì)新建川藏鐵路雅江縣段滑坡災(zāi)害進(jìn)行易發(fā)性評(píng)價(jià)。

1 地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

擬建川藏鐵路雅江縣段位于川西高原東部，隸屬于四川省甘孜藏族自治州雅江縣。區(qū)內(nèi)地形起伏強(qiáng)烈，水系發(fā)育，海拔高程2 600～4 880 m，整體呈西高東低地勢(shì)。

研究區(qū)出露有上三疊統(tǒng)巴顏喀拉山群雅江組(T3y)、兩河口組(T3lh)、新都橋組(T3xd)、侏倭組(T3zw)和雜谷腦組(T3z)碎屑巖，以及零星晚印支期巖漿巖。其中以碎屑巖為主，依據(jù)巖石組合差異，劃分為砂巖、砂巖夾少量板巖、砂巖與板巖互層、板巖夾少量砂巖以及板巖等五種類型，而巖漿巖主要為花崗閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖及少量英云閃長(zhǎng)巖。研究區(qū)受印支和燕山-喜馬拉雅兩大構(gòu)造旋回疊加改造作用影響，區(qū)內(nèi)構(gòu)造作用強(qiáng)烈，構(gòu)造形跡以北西、北東向?yàn)橹?，受其影響，裂隙發(fā)育，形成了良好的地表水下滲通道，不僅改變巖土體物理力學(xué)性質(zhì)，同時(shí)使巖體更為破碎。區(qū)內(nèi)第四系沖洪積、殘坡積和崩坡積層沿雅礱江及各支流水系谷坡及坡腳廣泛分布，為滑坡的形成提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。

1.2 研究區(qū)滑坡災(zāi)害發(fā)育概況

通過對(duì)研究區(qū)的滑坡地質(zhì)災(zāi)害野外地質(zhì)調(diào)查以及高分辨率遙感影像解譯，區(qū)內(nèi)發(fā)育有滑坡點(diǎn)109個(gè)，滑坡體由第四系松散堆積物及強(qiáng)風(fēng)化軟巖或較軟硬組成，滑坡面發(fā)育于土體或基巖與土體的界面上，較集中分布于研究區(qū)中東部中-高山深切割區(qū)的河(溝)谷底部附近。

2 研究方法

2.1 信息量模型原理

信息量模型是一種基于信息論的統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)方法，早期多用于地質(zhì)礦產(chǎn)勘察領(lǐng)域，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)中。信息量法認(rèn)為可根據(jù)已發(fā)生的變形或破壞的客觀事實(shí)，將反映影響區(qū)域穩(wěn)定性因素的實(shí)測(cè)值轉(zhuǎn)化為反映區(qū)域穩(wěn)定性的信息量值，亦即可以用信息量大小評(píng)價(jià)滑坡發(fā)生的可能性，信息量越小,說明發(fā)生滑坡災(zāi)害可能性較小，反之則可能性越高。信息量值計(jì)算公式如下[2]：

(1)

式中：Ii為評(píng)價(jià)因子i對(duì)滑坡事件發(fā)生提供的信息量；Ni為分布于評(píng)價(jià)因子i內(nèi)滑坡災(zāi)害點(diǎn)的單元數(shù)；N為研究區(qū)內(nèi)含有滑坡災(zāi)害的單元總數(shù)；Si為研究區(qū)內(nèi)評(píng)價(jià)因子i單元數(shù)；S為研究區(qū)單元總數(shù)。

則評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)某柵格單元總信息量為：

(2)

式中：I為柵格單元內(nèi)所有評(píng)價(jià)因子總信息量值；n為評(píng)價(jià)因子個(gè)數(shù)。

用I作為柵格單元滑坡災(zāi)害發(fā)生的度量指標(biāo)，其數(shù)值越大，說明該單元發(fā)生滑坡災(zāi)害的可能性就越大，易發(fā)性就越高。

2.2 評(píng)價(jià)因子數(shù)據(jù)源及預(yù)處理

本研究的評(píng)價(jià)因子包括地形地貌、河流水系、地層與構(gòu)造、降雨、植被以及道路等。其中地形地貌、水流水系、工程地質(zhì)巖組、斷層構(gòu)造及道路等數(shù)據(jù)獲取于1∶5萬地形地質(zhì)圖?；诘雀呔€數(shù)據(jù)，采用ArcGIS三維分析模塊，提取評(píng)價(jià)因子中的高程、坡度、坡向和地形起伏等地形相關(guān)信息，而基于地質(zhì)要素和地理要素，可獲得與工程地質(zhì)巖組、斷層、水系及道路等因子信息。

降雨數(shù)據(jù)獲取于中國(guó)科學(xué)數(shù)據(jù)1960～2012年青藏高原極端氣候指數(shù)數(shù)據(jù)集，選擇研究區(qū)及周邊7個(gè)氣象站點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)1964～2013年近50年的降雨數(shù)據(jù)，獲得各氣象站點(diǎn)的多年平均降雨參數(shù)，然后運(yùn)用普通克里金插值獲得降雨因子圖。

植被信息由遙感數(shù)據(jù)的歸一化植被指數(shù)(NDVI)估算，NDVI可以定量化反映區(qū)域尺度上的植被生態(tài)信息。本研究選取區(qū)內(nèi)2017年影像質(zhì)量較佳的Landsat-8OLI多光譜遙感數(shù)據(jù)，使用ENVI軟件對(duì)影像預(yù)處理，經(jīng)像元二分模型計(jì)算后獲得研究區(qū)的NDVI。

根據(jù)國(guó)家空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及對(duì)數(shù)據(jù)精度的要求,以上數(shù)據(jù)在處理過程中形成的柵格數(shù)據(jù)單元大小為25 m×25 m。

2.3 基于GIS的信息量評(píng)價(jià)方法

GIS的信息量評(píng)價(jià)方法是將GIS的空間分析能力和信息量評(píng)價(jià)模型的客觀真實(shí)性相結(jié)合，在評(píng)價(jià)過程中，首先利用ArcGIS軟件提取各評(píng)價(jià)因子圖層，然后依據(jù)研究區(qū)內(nèi)滑坡影響因子的分析結(jié)果，按照每個(gè)因子的不同類別對(duì)滑坡的影響程度，對(duì)因子進(jìn)行分級(jí)劃分，再將分級(jí)后的因子圖層和滑坡災(zāi)害點(diǎn)圖層屬性連接，計(jì)算各分級(jí)因子信息量，最后利用空間分析工具將各因子圖層信息量疊加，獲得滑坡災(zāi)害易發(fā)性信息量疊加圖?；诖?，采用自然斷點(diǎn)法將滑坡災(zāi)害易發(fā)性信息量進(jìn)行分級(jí)劃分，獲得研究區(qū)的滑坡災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃圖。

3 滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)因子的選取與分析

滑坡地質(zhì)災(zāi)害的影響因素眾多，包括主控因素和次要因素，因此在易發(fā)性評(píng)價(jià)中，合理把握滑坡的主控因素非常重要。本文通過對(duì)研究區(qū)滑坡點(diǎn)的野外勘察，分析滑坡形成原因及空間分布規(guī)律，結(jié)合前人相關(guān)研究，選取高程、坡度、坡向、地形起伏度、工程巖組、斷層構(gòu)造、水系、降雨、植被覆蓋度、道路等10個(gè)因子作為評(píng)價(jià)因子。

3.1 高程因子

高程對(duì)滑坡的產(chǎn)生和分布具有重要影響，在不同高程范圍內(nèi)，植被類型和植被覆蓋度具有垂直分布差異，而且不同高程的地形坡度導(dǎo)致集水區(qū)的面積差異。本文基于DEM高程數(shù)據(jù)分級(jí)，初始高程2 600 m，以200 m為間隔，將高程劃分為十級(jí)(表1)。滑坡主要分布于2 600～3 800 m區(qū)間，數(shù)量為95個(gè)，占區(qū)內(nèi)滑坡點(diǎn)總數(shù)的87.16%。

3.2 坡度因子

坡度表征地表陡緩程度。斜坡坡度不僅影響斜坡巖土體的內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)，且與地表徑流、降雨入滲、地下水補(bǔ)給徑排、植被發(fā)育等有著密切的聯(lián)系。通過分析研究區(qū)滑坡點(diǎn)在每個(gè)坡段內(nèi)的分布特點(diǎn)，結(jié)合區(qū)內(nèi)地形地貌特征，將坡度劃分為十二級(jí)，其中小于10°以及大于60°分別劃為一級(jí)，10°～60°之間以5°間隔劃分為十級(jí)(表1)。區(qū)內(nèi)滑坡點(diǎn)多分布于坡度20°～55°范圍內(nèi)，且35°～50°之間較為集中，數(shù)量為66個(gè)，占區(qū)內(nèi)滑坡點(diǎn)總數(shù)的60.55%。

3.3 坡向因子

由于不同斜坡坡向的太陽輻射時(shí)間和強(qiáng)度不同，而導(dǎo)致斜坡上松散土體的孔隙水壓力以及物理力學(xué)性質(zhì)差異，最終影響斜坡的穩(wěn)定狀態(tài)。以每隔45°將0°～360°坡向劃分為八個(gè)區(qū)間(表1)，從表1中可見滑坡多分布于坡向0°～45°以及180°～270°區(qū)間，數(shù)量為80個(gè)，占區(qū)內(nèi)滑坡點(diǎn)總數(shù)的73.39%。

3.4 地形起伏因子

地形起伏因子表征一定區(qū)域內(nèi)最高點(diǎn)與最低點(diǎn)的差值，差值越大，表明地形起伏度越大，滑坡發(fā)生的可能性也越大。本文綜合區(qū)內(nèi)地形起伏因子變化與滑坡點(diǎn)分布特征，將地形起伏因子劃分為六類(表1)，滑坡點(diǎn)集中分布于0～40 m區(qū)間內(nèi)，數(shù)量為106個(gè)，占總滑坡點(diǎn)數(shù)的97.25%，而大于40 m區(qū)間由于面積較小，僅占測(cè)區(qū)面積的1.7‰，滑坡數(shù)據(jù)較少。

表1 評(píng)價(jià)因子信息量表

3.5 工程巖組因子

依據(jù)工程巖組物理力學(xué)特征以及巖石類型差異，將研究區(qū)內(nèi)工程巖組劃分為松散堆積、較軟巖(板巖、板巖夾少量砂巖)、軟硬相間巖(砂巖與板巖間段互層)、較硬巖(砂巖夾少量板巖)、堅(jiān)硬砂巖、堅(jiān)硬巖漿巖六類(表1)。結(jié)合滑坡分布規(guī)律的統(tǒng)計(jì)分析，軟硬相間巖、較硬巖中由于軟弱巖夾層的存在使得坡體穩(wěn)定性大大降低，因此其滑坡數(shù)量最大，有74個(gè)，占滑坡總數(shù)的67.89%；較軟巖中由于結(jié)構(gòu)面十分發(fā)育，巖層破碎嚴(yán)重，完整性差，所以滑坡數(shù)量亦較高；而松散沉積物中由于沉積物固結(jié)程度較弱，斜坡穩(wěn)定性較差，再加上道路建設(shè)中切坡等人類工程活動(dòng)，使得第四系松散堆積層中發(fā)育的滑坡數(shù)量也較多。

3.6 斷層因子

斷層活動(dòng)不僅破壞距離斷層一定距離內(nèi)的巖土體結(jié)構(gòu)，降低其完整性和穩(wěn)定性，而且為地下水下滲提供有利通道，從而促進(jìn)滑坡的產(chǎn)生。根據(jù)研究區(qū)內(nèi)斷層與滑坡分布的關(guān)系，結(jié)合地形地貌特征，將距離斷裂線兩側(cè)不同距離劃分為五類(表1)。從表1中可見，滑坡受斷層控制作用明顯，在斷層兩側(cè)1 500 m范圍內(nèi)，滑坡點(diǎn)數(shù)達(dá)82個(gè)，占滑坡總數(shù)的75.23%，且近一半分布于斷層線兩側(cè)500 m范圍內(nèi)。

3.7 河流水系因子

研究區(qū)內(nèi)水系十分發(fā)育，水對(duì)滑坡的產(chǎn)生起重要作用，它不僅能夠增加巖土體自重力和降低潛在滑動(dòng)面摩擦力，而且河流的強(qiáng)烈侵蝕往往導(dǎo)致邊坡坡腳失穩(wěn)。根據(jù)水系與滑坡點(diǎn)分布的密切關(guān)系，本文將河流兩側(cè)不同距離劃分為六類(表1)。如表1所示，滑坡點(diǎn)數(shù)隨著與水系距離的增大急劇減少，在100 m以及100～200 m范圍內(nèi)分布有82和18個(gè)滑坡點(diǎn)，分別占總滑坡點(diǎn)數(shù)的75.23%、16.51%。

3.8 降雨因子

雅江地區(qū)屬高原亞濕潤(rùn)氣候，降雨一般集中于每年的7～9月。降雨是研究區(qū)內(nèi)滑坡災(zāi)害的重要誘發(fā)因素。通常情況下，極端降雨事件是地質(zhì)災(zāi)害的觸發(fā)因素[3]。本文基于普通克里金法插值后的強(qiáng)降雨量數(shù)據(jù)(降水量>95%分位值的總量，R95p)，以2 mm/a間隔將強(qiáng)降雨量劃分為五類。如表1中所示，滑坡集中分布于136～140 mm/a區(qū)域，滑坡點(diǎn)數(shù)91個(gè)，占滑坡點(diǎn)數(shù)的83.49%。

3.9 植被覆蓋因子

植被歸一化指數(shù)(NDVI)由綠色植物在近紅外與紅光波段的反射特征從遙感圖像中提取的用于反映植被覆蓋信息參數(shù)。一般而言，植被的發(fā)育與滑坡的發(fā)育呈負(fù)相關(guān)，而本文的統(tǒng)計(jì)結(jié)果與之相反(表1)，植被指數(shù)在0.55～1.0之間滑坡點(diǎn)數(shù)明顯高于0～0.55之間，結(jié)合地形地貌特征分析，其可能原因是研究區(qū)高植被區(qū)覆蓋區(qū)普遍疊加了高程、坡度、坡向、地形起伏因子的不利影響。

3.10 道路因子

研究區(qū)內(nèi)人口稀少，農(nóng)牧民零星定居于河谷及山間緩坡地帶，318國(guó)道以及縣、鄉(xiāng)道路連接各定居點(diǎn)。依據(jù)區(qū)內(nèi)滑坡點(diǎn)分布與道路的關(guān)系，將距離道路線兩側(cè)不同距離劃分為八類(表1)。如表1所示，滑坡受道路建設(shè)影響較大，且較集中于道路兩側(cè)300 m范圍內(nèi)，其間有滑坡點(diǎn)47個(gè)，占總滑坡點(diǎn)數(shù)的43.12%；而在300 m以外區(qū)域，由于道路建設(shè)影響較小，因此滑坡的發(fā)生可能為其他影響因子疊加影響。

4 滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)及檢驗(yàn)

4.1 滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)

基于對(duì)多因子信息量疊加計(jì)算，獲得研究區(qū)信息量疊加圖。結(jié)果表明，總信息量值為-11.2754～14.9547，信息量值越大，說明區(qū)域發(fā)生滑坡的概率越大，易發(fā)性越高。利用自然斷點(diǎn)法對(duì)總信息量值進(jìn)行劃分，依據(jù)地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)性高低，將研究區(qū)劃分為極高、高、中、低、極低五級(jí)易發(fā)區(qū)，得到研究區(qū)滑坡災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)圖(圖1)。從圖1中可見，研究區(qū)滑坡的極高和高易發(fā)區(qū)面積分別占全區(qū)總面積的5.48%、13.01%，集中分布于雅礱江沿岸及其支流水系的溝谷斜坡附近。實(shí)際調(diào)查中滑坡點(diǎn)也明顯集中分布于上述區(qū)域，這些地區(qū)普遍具有低海拔高度、切割深、構(gòu)造強(qiáng)烈、邊坡穩(wěn)定性差等特征，且為區(qū)內(nèi)路網(wǎng)分布以及人類活動(dòng)的主要區(qū)域，滑坡災(zāi)害的危害大；中易發(fā)區(qū)占全區(qū)面積的22.59%，主要位于極高、高易發(fā)區(qū)外側(cè)以及上述主溝兩側(cè)的支溝中，而低及極易發(fā)區(qū)主要分布高海拔緩坡、山脊以及研究區(qū)西的高原面附近，分別占全區(qū)面積的30.74%、28.20%。

圖1 滑坡災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)圖

4.2 評(píng)價(jià)結(jié)果檢驗(yàn)

通過對(duì)研究區(qū)不同等級(jí)易發(fā)區(qū)域滑坡點(diǎn)數(shù)量統(tǒng)計(jì)分析得出(表2)，滑坡集中分布于極高和高易發(fā)區(qū)內(nèi)，分別占已知滑坡點(diǎn)總數(shù)的69.72%和22.94%，累計(jì)占92.66%，而中易發(fā)以下區(qū)域滑坡點(diǎn)比例合計(jì)僅占總數(shù)的7.34%。相同的情況，滑坡點(diǎn)密度在極高易發(fā)區(qū)為1.0411個(gè)/平方千米,而至極低易發(fā)區(qū)僅為0.0026個(gè)/平方千米，表現(xiàn)為自高易發(fā)至低易發(fā)顯著降低趨勢(shì)(表2)。上述結(jié)果綜合表明，易發(fā)性分區(qū)與已有滑坡分布情況具有較好的相關(guān)性，易發(fā)性分區(qū)結(jié)果能夠客觀反映區(qū)內(nèi)滑坡易發(fā)性分布情況，評(píng)價(jià)結(jié)果較理想。

表2 易發(fā)性等級(jí)與滑坡點(diǎn)數(shù)量的關(guān)系

5 主要結(jié)論

(1)通過對(duì)評(píng)價(jià)因子的信息量大小比較分析，結(jié)果表明地形地貌、人類活動(dòng)、地表水系為研究區(qū)內(nèi)滑坡誘發(fā)的主控因素。

(2)基于GIS的信息量法開展的研究區(qū)滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果根據(jù)滑坡的易發(fā)程度劃分為極低易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)、高易發(fā)區(qū)和極高易發(fā)區(qū)五個(gè)等級(jí)。經(jīng)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的檢驗(yàn)，易發(fā)性分區(qū)圖能夠較好地反映區(qū)內(nèi)滑坡的分布情況，隨著易發(fā)等級(jí)的提高，滑坡發(fā)生的數(shù)量隨之增大。

(3)研究結(jié)果可以為新建川藏鐵路雅江縣段的鐵路選線設(shè)計(jì)、規(guī)劃建設(shè)和運(yùn)行階段滑坡災(zāi)害隱患排查和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、災(zāi)害防治提供基礎(chǔ)依據(jù)，同時(shí)為區(qū)內(nèi)滑坡災(zāi)害評(píng)估預(yù)測(cè)、綜合防治及風(fēng)險(xiǎn)管理提供技術(shù)參考。