林虹宇，廟 成，鄭宗明，李 鈴

基于信息量模型的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價——以天府新區(qū)成都直管區(qū)為例

林虹宇1，廟 成2，鄭宗明3，李 鈴1

（1.內(nèi)江師范學(xué)院，四川 內(nèi)江 641100；2.中山大學(xué)地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院， 廣州 510275；3.宜賓市農(nóng)業(yè)機械研究所，四川 宜賓 644000）

本文選擇天府新區(qū)成都直管區(qū)為研究區(qū)，基于因素相關(guān)性分析結(jié)果，選取坡度、坡向、地形起伏度、地貌、巖性、汛期降雨量、人口密度和崩滑密度8個要素作為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價因子，應(yīng)用信息量模型，分析各因子對研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的貢獻，開展研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃。結(jié)果表明：研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害主要沿龍泉山西翼呈條帶集中分布，易發(fā)等級總體上由東向西遞減分布，災(zāi)害點空間分布與易發(fā)等級呈正相關(guān)性，信息量模型應(yīng)用評價結(jié)論，可為該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治提供參考。

地質(zhì)災(zāi)害；易發(fā)性評價；信息量模型；天府新區(qū)成都直管區(qū)

地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)性，在統(tǒng)籌國土規(guī)劃和地災(zāi)防治，顯得越來越重要。國內(nèi)對于地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價研究，借鑒國外經(jīng)驗，并逐漸完善。本文以天府新區(qū)地質(zhì)災(zāi)害汛前排查項目為依托，實地調(diào)查獲取基礎(chǔ)地質(zhì)與災(zāi)害數(shù)據(jù)，考察地形、地貌、地層巖性、汛期降雨、人類活動等要素與地質(zhì)災(zāi)害分布之間關(guān)系。以傳統(tǒng)的柵格作為基本評價單元，應(yīng)用信息量模型對區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害進行易發(fā)性分區(qū)。

1 研究區(qū)概況

天府新區(qū)成都直管區(qū)位于成都市南部，成都平原“牧馬山臺地”大部分，面積562.26km2，轄13個鎮(zhèn)（圖1），地理坐標為東經(jīng)103°58′～104°16′，北緯30°13′～30°35′。

研究區(qū)以成都平原“牧馬山冰積臺地”及蘇碼頭背斜分布區(qū)淺丘為主，呈北東向展布，縱貫境內(nèi)東側(cè)，地勢西北低東南高（趙琦，2001）。蘇碼頭背斜區(qū)出露中生界侏羅系、白堊系，露頭區(qū)外新生界第四系分布于平原及鹿溪河以東臺地。該區(qū)位于新華夏系第三沉降帶—四川盆地西部邊緣，北西部屬成都凹陷，中東部為龍泉山背斜。

圖1 研究區(qū)位置示意圖

研究區(qū)處于亞熱帶濕潤氣候區(qū)，夏季降雨量占全年60%～70％。

區(qū)內(nèi)主要發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害為滑坡、不穩(wěn)定斜坡、崩塌，規(guī)模以小型為主，威脅對象主要為分散農(nóng)戶?；抡?9%，多位于龍泉山脈西側(cè)低山區(qū)和中部丘陵區(qū)，在暴雨或連續(xù)降雨誘發(fā)，引起巖質(zhì)、土質(zhì)滑坡，威脅農(nóng)房、公路，對新區(qū)建設(shè)和發(fā)展產(chǎn)生一定影響；崩塌主要位于低山區(qū)。

2 信息量模型

信息量法是以已知災(zāi)害區(qū)影響因素為依據(jù)，推算出標志易發(fā)性的信息量，建立評價預(yù)測模型，依據(jù)類比原則外推到相鄰地區(qū)，對整個地區(qū)易發(fā)性做出評價的方法。

信息量法的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價中，將影響產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害的地形、坡度、巖性等因子作為評價指標。通過影響因子貢獻信息量大小與綜合水平，進行區(qū)域易發(fā)預(yù)測與等級區(qū)劃（吳柏清等，2008；殷坤龍，2004；丁明濤等，2015；付文博等，2017）。

地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價在劃分研究區(qū)域格網(wǎng)單元基礎(chǔ)上進行。假定某區(qū)域劃分N個單元，已經(jīng)發(fā)生單元為N0。有相同因素X1X2…Xn組合單元共M個，發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害單元數(shù)為M0。按統(tǒng)計概率代表先驗概率原理，因素X1X2…Xn在地區(qū)內(nèi)提供地質(zhì)災(zāi)害信息量，公式（1）：

如果采用面積比來計算信息量值：公式（2）：

式中：A為區(qū)域內(nèi)單元總面積，A0為已經(jīng)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的單元面積之和，S為具有相同因素X1X2…Xn組合的單元總面積，S0為具有相同因素X1X2…Xn組合單元發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的單元面積之和。

作用于地質(zhì)災(zāi)害因素、因素組合狀態(tài)多，樣本統(tǒng)計數(shù)量受到限制，一般采用簡化的單因素信息量模型分布計算，綜合疊加分析，信息量模型改為（3式）：

式中：I為評價區(qū)某單元信息量預(yù)測值，Si為因素Xi所占單元總面積(或地質(zhì)災(zāi)害點數(shù))，S0i為因素Xi單元中發(fā)生滑坡災(zāi)害的單元面積（或地質(zhì)災(zāi)害點數(shù)）之和（張佳榮等，2003）。

信息量模型中的I值有正負之分，正值表明該劃分區(qū)有利于山地災(zāi)害發(fā)生(在平均頻數(shù)之上)；負值表明該劃分區(qū)間不利于山地災(zāi)害發(fā)生(在平均頻數(shù)之下)；0值表明該劃分區(qū)間對于山地災(zāi)害的貢獻介于正負值中間（與平均頻數(shù)相同）。

3 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價

3.1 單元網(wǎng)格劃分

單元網(wǎng)格的劃分直接影響著地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價結(jié)果的合理性，也影響到區(qū)劃過程中各參數(shù)獲取的難易程度。目前網(wǎng)格大小選取取決于經(jīng)驗和原始數(shù)據(jù)的精度。

本文依據(jù)研究區(qū)原始數(shù)據(jù)精度（高分辨率DEM）和經(jīng)驗公式（4）（李軍等，2003）的計算，選取50m×50m網(wǎng)格，將整個研究區(qū)域劃分為761行、548列，共224901個單元。

式中：Gs為適宜網(wǎng)格的大小，S為原始等高線數(shù)據(jù)精度的分母。

3.2 指標體系建立與相關(guān)性分析

3.2.1指標體系建立

控制崩塌、滑坡和不穩(wěn)定斜坡的主要因素有：坡度、地層巖性、構(gòu)造、河流地質(zhì)作用和人類工程活動（Chen et al. 1991）本文篩選確定出坡度、坡向、地形起伏度、地貌、巖性、汛期降雨量、人口密度、崩滑密度8個評價因子（圖2）。

圖2 評價指標體系

3.2.2 影響因子相關(guān)性分析

表1 各因子間的相關(guān)系數(shù)1

為保證各因子間相互獨立、滿足模型輸入?yún)?shù)準確要求，需對所選因子做相關(guān)性檢驗。運用Arcgis軟件中的多元分析工具計算相關(guān)矩陣，對初選因子進行相關(guān)性分析，得到顯著性為0.01的各因子相關(guān)系數(shù)表（表1）?？芍浩渲?.2︱相關(guān)系數(shù)︱<0.24有6組，分別是坡度和地形起伏度、坡度和崩滑密度、地貌與崩滑密度、巖性和地貌、巖性和坡向、人口密度和汛期降雨量。坡度和巖性因子相關(guān)系數(shù)較大，考慮到兩者隸屬不同形成條件、相關(guān)性系數(shù)均<0.24，對整體的信息干擾較小，將因子保留。

3.3 評價因素分析

3.3.1 坡度

利用Arcgis軟件提取坡度因子，以10°為間隔重分為4個級別，生成坡度分布圖（圖3），進而分析研究區(qū)坡度分布情況，發(fā)現(xiàn)區(qū)域坡度主要為0～20°（占總面積的90%以上）。為了進一步探討地質(zhì)災(zāi)害與坡度的關(guān)系，利用GIS空間分析功能，統(tǒng)計分析地質(zhì)災(zāi)害區(qū)間分布情況，得到坡度主要的信息量值位于10°～30°區(qū)間，且通過現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)該區(qū)間也存在區(qū)域主要地質(zhì)災(zāi)害點分布。

圖3 地質(zhì)災(zāi)害與坡度關(guān)系

經(jīng)汛前野外災(zāi)害點排查情況來看，區(qū)域主要災(zāi)害點靠近山腳斜坡處，坡度雖然較低，但人類活動（以修路、切坡建房為主）劇烈，坡腳開挖常形成陡坡，在汛期強降雨的影響下，易發(fā)生淺表層滑坡或崩塌。

圖4 研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與坡向的關(guān)系

3.3.2坡向

通過Arcgis軟件提取坡向和3×3窗口進行掃描，獲取坡向圖層(坡向分布圖)（圖6b），并應(yīng)用統(tǒng)計分析工具，得到災(zāi)害點與坡向的分布關(guān)系（圖4）。研究區(qū)占總數(shù)45.1%災(zāi)害點分布在西和西北方向龍泉山背斜西側(cè)。根據(jù)歷年災(zāi)害點分布分析，降雨比同緯度平坦區(qū)偏多，使西側(cè)斜坡不穩(wěn)定，出現(xiàn)崩滑災(zāi)害現(xiàn)象。

3.3.3 地形起伏度和地貌

地表起伏度是描述地貌形態(tài)的定量指標。利用DEM數(shù)據(jù)，通過鄰域分析工具，得到地形起伏度分布圖（圖6c）。根據(jù)地貌制圖分類標準，結(jié)合研究區(qū)起伏條件，將研究區(qū)地形起伏度劃分4級：平坦起伏（0～20m）占總面積30.1%；小起伏（20～200m）占65.2%；中起伏（200～350m）占4.5%；山地起伏（300～600m）占0.2%。統(tǒng)計結(jié)果，研究區(qū)主要以小起伏和平坦起伏為主，山地起伏和中起伏分布面積小，是地質(zhì)災(zāi)害點主要集中分布區(qū)。

基于1∶5萬成都市水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)綜合勘察圖件，通過矢量和重分類得到地貌分布圖（圖6d），本區(qū)屬平原階地、弧狀淺丘、圓狀中丘，脊狀低山4類地貌單元。災(zāi)害點主要集中分布在脊狀低山區(qū)，占50.8%，本單元巖層軟弱相間，兩側(cè)伴有崩塌和小型淺表層滑坡。

3.3.4巖性因子與構(gòu)造作用

根據(jù)1∶20萬成都幅、簡陽幅區(qū)域地質(zhì)圖，矢量和重分類出巖性相近地層，得到巖性分布圖（圖6e）。統(tǒng)計分析地層巖性與災(zāi)害點的關(guān)系（表2），侏羅系遂寧組泥巖、泥質(zhì)粉砂巖（jsn）與侏羅系上沙溪廟組泥巖夾泥石粉砂巖和石英砂巖（Js分布面積較小，地質(zhì)災(zāi)害密度較大。巖性差異風(fēng)化明顯，風(fēng)化形成較厚強風(fēng)化帶和崩塌堆積體，在外力作用下易發(fā)生滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害。

圖5 AA，地質(zhì)剖面

圖6 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價因子（一）

龍泉山地區(qū)不具備孕育大地震的可能性，近代以來，1958年至2005年龍泉山斷裂帶共發(fā)生ML≥2.0地震66次（徐水淼等，2006；黃偉等，2012）。最大一次是1967年1月24日大林鎮(zhèn)5.5級地震，震源深度4km。在巖性圖（圖6e）作研究區(qū)NW～SE方向構(gòu)造剖面AA'（圖5），龍泉山西側(cè)三星鎮(zhèn)處形成向斜，起伏較大，易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。

表2 地層巖性與災(zāi)害點的關(guān)系

3.3.5汛期降雨量

本研究收集區(qū)域13個降雨監(jiān)測點2015年汛期降雨數(shù)據(jù)，采用經(jīng)驗貝葉斯克里金插值方法獲取汛期降雨分布圖（圖6f）。統(tǒng)計表明，研究區(qū)汛期降雨量處于234～862mm，以沿龍泉山脈西側(cè)和華陽街道為2個集中降雨中心向兩側(cè)遞減。災(zāi)害點多分布在龍泉山脈西側(cè)。

圖6 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價因子（二）

3.3.6人口密度

表3 各評價因子的信息量計算結(jié)果

通過收集區(qū)域各鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口數(shù)據(jù)，計算各街道人口密度。參照人口密度分級，劃分為人口稀少區(qū)（<30人/ km2）、中等區(qū)（30～100人/km2）、密集區(qū)（100～500/ km2）、極密區(qū)（>500人/ km2）（見圖6g）。統(tǒng)計結(jié)果，災(zāi)害點主要集中在人口中等區(qū)和密集區(qū)，占77.5%。對地質(zhì)災(zāi)害危害程度、危險性分級關(guān)系密切。同等規(guī)?；?、崩塌發(fā)生在人口中等區(qū)、密集區(qū)；其危害程度、危險性分級增大；尤其應(yīng)重視人口中等區(qū)和密集區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害防治工作。

3.3.7災(zāi)害點密度

在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價中引入災(zāi)害點密度因子。通過GIS技術(shù)進行信息量分析，得到崩滑點密度圖（圖6h），崩滑點沿龍泉山脈西側(cè)集中分布，其中合江街道和永興街道交界地帶較為密集。

3.4 評價結(jié)果與分析

3.4.1信息量模型計算

利用GIS工具，將每個因子數(shù)據(jù)進行50m×50m柵格化，根據(jù)式（2）計算各因子對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的信息量（表3）。

將計算所得信息量分別聯(lián)接到對應(yīng)的各因子不同類別的屬性表中，進而生成單因子信息量圖。通過公式（3），進行單因子信息量疊加，得到總信息量，并利用自然斷點法將信息量圖重分為5類，依次為高、較高、中、較低、低5個易發(fā)程度分區(qū)，得到研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價圖（圖7）。

3.4.2 評價分析

表4 各易發(fā)度等級區(qū)地質(zhì)災(zāi)害點數(shù)目分布

區(qū)內(nèi)整體地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性較低。其中，低和較低易發(fā)區(qū)總面積378.55km2，占研究區(qū)67.7%；較高和高易發(fā)區(qū)面積較小，占研究區(qū)12.4%，分布災(zāi)害點31個，占總數(shù)50%（表4）。分區(qū)結(jié)果，地質(zhì)災(zāi)害點分布與易發(fā)性分區(qū)正相關(guān)；分區(qū)與實際情況符合。

高度和較高易發(fā)區(qū)集中沿龍泉山脈兩側(cè)呈條帶狀分布。北東～南西向的龍泉山箱狀背斜構(gòu)造，兩翼伴有壓扭性斷裂，節(jié)理發(fā)育，多易發(fā)淺表層地質(zhì)災(zāi)害；中易發(fā)區(qū)沿較高易發(fā)區(qū)外圍分布，多為中淺丘，近年新區(qū)開發(fā)，人類工程活動逐漸增強，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生多受為不合理人類工程活動影響明顯；較低和低易發(fā)區(qū)沿鹿溪河、府河、錦江、興隆湖分布。以臺地、平原和河流階地為主。多個沿江生態(tài)帶對地區(qū)生態(tài)景觀保護較好，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生較少。

4 結(jié)論

本文基于信息量模型對成都天府新區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害進行易發(fā)性評價，并對各區(qū)進行相應(yīng)的統(tǒng)計分析，主要得出以下結(jié)論：

1）從成都天府新區(qū)直管區(qū)選擇坡度、地形起伏度等8個因子建立易發(fā)性評價指標體系，基于因數(shù)相關(guān)性分析，利用GIS技術(shù)作地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價，易發(fā)性分區(qū)圖與研究區(qū)實際比較一致?？蔀檠芯繀^(qū)地質(zhì)災(zāi)害特征探討和防治提供參考。

圖7 天府新區(qū)成都直管區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)圖

2）研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)性區(qū)域沿龍泉山脈條帶狀集中分布；中易發(fā)區(qū)較分散分布在近年來受人類活動干擾加強的中部淺丘和中丘區(qū)；較低和低易發(fā)區(qū)主要分布沿臺地、河流分布。

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Evaluation of Geohazard Susceptibility Based onInformation Quantity Model——By the Example of Tianfu New District, Chengdu

LIN Hong-yu1MIAO Cheng2ZHENG Zong-ming3LI Ling1

(1-Neijiang Normal College, Neijiang, Sichuan 641100; 2-School of Geography and Planning, Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510275; 3-Yibin Institute of Agricultural Machinery, Yibin, Sichuan 6454000)

By the example of the Tianfu New District, Chengdu, this paper selects 8 essential factors such as slope grade, slope direction, topographic relief, landform, rock character, rainfall in flood season, population density, and avalanche density to be evaluation factors of geological hazard susceptibility and applies information quantity model to analysis of the contribution of each factor to the occurrence of geological disasters in the study area and carries out divisions of geological hazard susceptibility in the study area. The results indicate that the geohazards in the study area are mainly distributed along the west flank of the Longquan Mountains. On the whole, the susceptibility grade decreases from east to west and the spatial distribution of geohazard points is positively correlated with the susceptibility grade.

geohazard; susceptibility evaluation; information quantity model; Tianfu New District, Chengdu

2019-12-16

林虹宇（1990—），男，四川宜賓人，碩士，助教，從事地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險控制研究

P694

A

1006-0995（2021）01-0154-07

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.01.030