余 杰， 陳 鈺， 彭 慧， 宋 群， 文美霞

(1.湖北省地質(zhì)環(huán)境總站，湖北 武漢 430034; 2.資源與生態(tài)環(huán)境地質(zhì)湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430034)

黃梅縣位于鄂東大別山地區(qū)，區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，給人們的生命財產(chǎn)安全帶來極大的威脅和危害。據(jù)統(tǒng)計，黃梅縣地質(zhì)災(zāi)害已造成直接經(jīng)濟(jì)損失1 166.63萬元，潛在經(jīng)濟(jì)損失2 641.65萬元，頻發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害已成為影響當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)與社會發(fā)展的重要因素之一?。前人在該區(qū)僅開展過一些地質(zhì)災(zāi)害點調(diào)查與核查工作，并未開展縣域范圍的地質(zhì)災(zāi)害綜合評價工作。本文在前人調(diào)查研究基礎(chǔ)上，利用GIS技術(shù)對縣域地質(zhì)災(zāi)害情況進(jìn)行易發(fā)性分區(qū)評價，具有重要的應(yīng)用價值，其結(jié)果可為地方政府防災(zāi)減災(zāi)以及規(guī)劃建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

黃梅縣位于鄂皖交界的大別山南麓，東與安徽省宿松縣接壤，西與武穴市毗連，南與江西省九江市隔江相望，北與蘄春縣峰巒相依，地跨東經(jīng)115°42′57.85″～116°07′46.58″、北緯29°42′44.14″～30°18′38.79″，總面積為1 701 km2。

黃梅縣屬大別山區(qū)，為構(gòu)造侵蝕低山地貌。地勢總體北高南低，北部地形陡峻，山前地區(qū)地勢相對低緩；南部為階地地形，地勢較平坦，湖泊較發(fā)育。黃梅縣多年平均氣溫為16.7℃，最高年平均氣溫為17.7℃(1961年)，最低年平均氣溫為16.2℃(1969年)。全縣多年平均降水量為1 369.34 mm，雨季為5—8月，總降雨量為706.96 mm，占全年降水量的51.63%。近年來隨著黃梅縣經(jīng)濟(jì)社會建設(shè)的快速發(fā)展，人類工程活動日漸增強，主要表現(xiàn)為城鎮(zhèn)、道路、水利、居民房屋建設(shè)、礦業(yè)開發(fā)、坡體耕種及毀林造地等。

區(qū)內(nèi)地層出露比較齊全，自新太古界至新生界均有分布，南部主要出露早古生界—新生界地層，北東部主要出露新太古界—新元古界變質(zhì)巖系，北部可見巖漿巖。按照工程地質(zhì)巖土性質(zhì)，將區(qū)內(nèi)地層分為5大類工程地質(zhì)巖組，分別為松散巖(土)類、層狀碎屑巖類、層狀碳酸鹽巖類、片狀—片麻狀變質(zhì)巖類和塊狀巖漿巖類。區(qū)內(nèi)褶皺和斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，褶皺主要集中分布于大別山復(fù)背斜以南的浠水褶皺束和黃梅臺褶束；斷裂主要發(fā)育NE向和NW向兩組，最主要的斷裂為NE向的黃梅斷裂(圖1)。

圖1 區(qū)域構(gòu)造綱要圖Fig.1 Outline of map regional structure1.倒轉(zhuǎn)向斜；2.倒轉(zhuǎn)背斜；3.正常背斜；4.正斷層；5.逆斷層；6.實測性質(zhì)不明斷層；7.推測性質(zhì)不明斷層；8.水系。

2 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征

黃梅縣共發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害點90處，其中滑坡9處、不穩(wěn)定斜坡50處、崩塌29處、地面塌陷1處、泥石流1處(圖2)。區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害類型主要以不穩(wěn)定斜坡為主，占地質(zhì)災(zāi)害點總數(shù)的55.56%；其次為崩塌，占比

圖2 黃梅縣地質(zhì)災(zāi)害點分布示意圖Fig.2 Distribution map of geological disasters points in Huangmei County1.崩塌；2.滑坡；3.泥石流；4.不穩(wěn)定斜坡；5.地面塌陷。

32.22%；再次為滑坡，占比10%，而塌陷和泥石流甚少。

野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)生在花崗巖地區(qū)，明顯受巖性影響?；驴傮w不太發(fā)育，主要因人工切坡形成，類型屬巖質(zhì)滑坡，規(guī)模為小型，其平面形態(tài)呈舌形，剖面形態(tài)呈階梯形。不穩(wěn)定斜坡巖體中裂隙較發(fā)育，風(fēng)化程度高，其結(jié)構(gòu)較破碎，雨水沖刷侵蝕作用使得風(fēng)化花崗巖表面形成寬度和深度不一的沖刷溝槽，在人工切坡及降雨等作用下，最終導(dǎo)致坡體失穩(wěn)。崩塌為巖質(zhì)型，其剖面形態(tài)總體呈凹形或上陡下緩的階梯形，其形成機(jī)理分別為滑移、拉裂及錯斷，主要因人工邊坡開挖形成較高的臨空面，導(dǎo)致巖體在重力作用下外傾、拉裂并逐漸脫離母巖。地面塌陷發(fā)育1處，塌陷區(qū)總體坡度約25°，兩側(cè)斜坡坡度為25°～45°，該地段匯水面積較大，土體結(jié)構(gòu)松散，巖體裂隙較發(fā)育，降雨入滲造成了塌陷的發(fā)生。泥石流災(zāi)害也發(fā)育1處，規(guī)模為小型，泥石流形成區(qū)呈瓢狀，流通區(qū)較順直，橫斷面呈“U”形，其所處地段三面環(huán)山，兩側(cè)斜坡坡度為30°～50°，樹枝狀沖溝相對較發(fā)育。

3 評價方法與評價因子

3.1 研究思路

控制地質(zhì)災(zāi)害形成的因素很多，包括內(nèi)動力地質(zhì)作用、外動力地質(zhì)作用，同時還受到人類工程活動的影響，因此地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)劃是一個復(fù)雜的多元系統(tǒng)[1]。目前地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃方法主要分為定性分析和定量評價兩種[2]。本次黃梅縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)的劃分采用定性和定量相結(jié)合的方法，即加權(quán)信息量法[3]。具體思路如下：

(1) 利用野外調(diào)查成果，分析研究誘發(fā)黃梅縣地質(zhì)災(zāi)害的主要因素，確定地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)分區(qū)的評價因子，構(gòu)建地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)分區(qū)判斷矩陣；采用專家打分法將每個評價因子相互影響范圍分為3級，并對各個評價因子分別加權(quán)。

(2) 利用層次分析法，計算各判斷矩陣的最大特征根、特征向量和相對權(quán)重，并進(jìn)行一致性演算，將3級評價因子歸一化計算出各評價因子的權(quán)重(Wi)。

(3)將黃梅縣進(jìn)行30 m×30 m的單元剖分[4]，共分為1 892 735個單元；利用ArcGIS柵格數(shù)據(jù)，運用信息量法計算各評價因子對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生提供的信息量指數(shù)(I(y,Xi))。

(1)

式中：S為研究區(qū)單元總數(shù)；Si為研究區(qū)含有評價因子Xi的單元總數(shù)；N為研究區(qū)含有地質(zhì)災(zāi)害的單元數(shù)；Ni為研究區(qū)同時含有地質(zhì)災(zāi)害和評價因子Xi的單元數(shù)。

與此同時，部分歐盟成員國紛紛開始制定相應(yīng)的法規(guī)、禁令以回應(yīng)公眾對于塑料微珠對海洋，其他水生生態(tài)體系的危害以及對人類作為生物鏈一環(huán)的潛在影響的擔(dān)憂。

(4) 將信息量法求出的評價因子各子類的信息量值與層次分析法計算出的各評價因子的權(quán)重疊加得到地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價值(I)，采用自然間斷點法并進(jìn)行人工修正得到最終的黃梅縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)圖。

(2)

式中：Wi為用層次分析法計算出的評價因子所占權(quán)重；I(y，Xi)為評價因子的信息量指數(shù)。

(5) 根據(jù)各區(qū)域評價值(I)的高低，對黃梅縣地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行易發(fā)性分區(qū)。

3.2 評價因子的選取

本次研究充分利用野外調(diào)查成果，從基礎(chǔ)因素和誘發(fā)因素兩個方面進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價?；A(chǔ)因素一般為坡度、高程、工程地質(zhì)巖組、構(gòu)造、河流等，誘發(fā)因素一般為地震、降雨、交通、人類工程活動等。充分考慮黃梅縣自然地理特征、資料的可獲得性、研究范圍大小及研究精度等要求，在保證評價有效性的前提下，選取坡度、高程、工程地質(zhì)巖組、構(gòu)造、降雨、人類工程活動6個指標(biāo)，作為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)評價的評價因子(圖3)。

圖3 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價指標(biāo)體系Fig.3 Evaluation index system of geological disasters susceptibility

3.3 評價因子分析

3.3.1坡度

坡度不僅對地表水的徑流、地下水的補給和排泄、植被覆蓋率起決定性作用，還影響地質(zhì)災(zāi)害的應(yīng)力分布。通常來說，斜坡變形需具備良好的臨空面條件，而坡度差異可導(dǎo)致臨空面條件各不相同，形成的地質(zhì)災(zāi)害類型也不盡相同[5]。區(qū)內(nèi)坡度>60°的陡崖地帶多形成崩塌，坡度25°～40°的陡坡地帶通常形成滑坡。區(qū)內(nèi)坡度>60°的地段發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害33處，坡度40°～60°的地段發(fā)育39處，坡度25°～40°的地段發(fā)育16處，而坡度≤25°的地段僅發(fā)育2處，因此坡度是地質(zhì)災(zāi)害穩(wěn)定性的重要控制因素之一。本次研究結(jié)合等高線數(shù)據(jù)，采用ArcGIS表面分析功能獲得地形坡度，進(jìn)而分析地質(zhì)災(zāi)害點坡度與地形相互影響的原因。綜合考慮黃梅縣地質(zhì)災(zāi)害分布情況，將坡度劃分為5個級別，即≤8°、8°～15°、15°～25°、25°～35°、>35°(圖4-a)。

3.3.2高程

3.3.3工程地質(zhì)巖組

地層條件是產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害的物質(zhì)基礎(chǔ)，其不但影響地質(zhì)災(zāi)害失穩(wěn)，還決定巖土體強度、應(yīng)力分布、變形破壞等特征[5]。區(qū)內(nèi)地層可分為5大類工程地質(zhì)巖組，其中第四系松散巖(土)類整體較松散；層狀碎屑巖類主要分布于研究區(qū)北部，多為較堅硬巖石；層狀碳酸鹽巖類主要分布于研究區(qū)中東部，其巖石多為堅硬狀，力學(xué)性質(zhì)整體較好；片狀—片麻狀變質(zhì)巖類巖土性質(zhì)在不同區(qū)域差異明顯，在研究區(qū)東北部多為較軟巖石；塊狀巖漿巖類多分布研究區(qū)北部，其巖土性質(zhì)多為堅硬塊狀巖石。統(tǒng)計結(jié)果表明，區(qū)內(nèi)塊狀巖漿巖類中地質(zhì)災(zāi)害最為發(fā)育，共有58處，占地質(zhì)災(zāi)害點總數(shù)的64.44%；其次為松散巖(土)類，共有21處，占地質(zhì)災(zāi)害點總數(shù)的23.33%；再次為層狀碎屑巖類，共發(fā)育6處，占地質(zhì)災(zāi)害點總數(shù)的6.67%；層狀碳酸鹽巖類中發(fā)育4處，片狀—片麻狀變質(zhì)巖類中僅發(fā)育1處，兩巖類中合計發(fā)育5處，僅占地質(zhì)災(zāi)害點總數(shù)的5.55%。因此復(fù)雜的工程地質(zhì)巖組同樣是地質(zhì)災(zāi)害穩(wěn)定性的控制因素之一。本次研究將工程地質(zhì)巖組歸并為4個巖組，即堅硬巖、較堅硬巖、較軟巖、土體(圖4-c)。

3.3.4構(gòu)造

斷裂對滑坡的影響主要是斷層帶及其附近一定范圍內(nèi)的巖土體結(jié)構(gòu)遭到破壞，降低了斜坡的完整性，同時作為重要的地下水通道，對斜坡的變形和破壞帶來不利影響。褶皺引起大范圍的巖層產(chǎn)狀發(fā)生變化，而且在褶皺軸跡附近，強烈的構(gòu)造擠壓同樣破壞了巖體的完整性?？筛鶕?jù)斷裂或褶皺軸跡的延伸性、規(guī)模、類型等地質(zhì)特征來確定其對地質(zhì)災(zāi)害的影響范圍[5]。據(jù)統(tǒng)計，距離斷裂2 km范圍內(nèi)的面積合計約370.56 km2，共發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害63處，占地質(zhì)災(zāi)害點總數(shù)的70%，其中發(fā)育于秦嶺褶皺系的有44處，發(fā)育于揚子準(zhǔn)地臺的有19處；超出斷裂2 km范圍的地質(zhì)災(zāi)害有27處。因此構(gòu)造是影響地質(zhì)災(zāi)害穩(wěn)定性的重要因素之一。本次研究在構(gòu)造帶兩側(cè)設(shè)置緩沖區(qū)，分為≤500 m、500～1 000 m、1 000～1 500 m、1 500～2 000 m、>2 000 m等5個區(qū)域(圖4-d)。

3.3.5降雨

黃梅縣雨季為5—8月，總降雨量為706.96 mm，占全年降水量的51.63%。據(jù)統(tǒng)計，5—8月共發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害62處，占地質(zhì)災(zāi)害點總數(shù)的68.89%。因此降雨是導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的重要誘發(fā)因素之一，并且降雨與崩滑流等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生存在正相關(guān)關(guān)系。調(diào)查區(qū)降雨多集中在夏季，總體呈南西—北東逐漸減少的趨勢。本次研究大致以年平均降雨量≤1 200 mm、1 200～1 250 mm、1 250～1 300 mm、>1 300 mm為區(qū)間分為4個區(qū)域(圖4-e)。

圖4 黃梅縣地質(zhì)災(zāi)害與評價因子相互影響圖Fig.4 Interaction between geological disasters and evaluation factors in Huangmei Countya.坡度；b.高程；c.工程地質(zhì)巖組；d.構(gòu)造；e.降雨；f.人類工程活動。

3.3.6人類工程活動

農(nóng)林牧業(yè)活動、城鎮(zhèn)與農(nóng)村建設(shè)、水利工程建設(shè)、道路工程建設(shè)和礦產(chǎn)資源開發(fā)等人類工程活動是造成地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的直接誘因和驅(qū)動力。據(jù)調(diào)查，區(qū)內(nèi)有75處地質(zhì)災(zāi)害與人類工程活動存在不同程度的關(guān)系，占地質(zhì)災(zāi)害點總數(shù)的83.33%，其中公路建設(shè)形成的不穩(wěn)定斜坡、崩塌及滑坡有43處，占地質(zhì)災(zāi)害點總數(shù)的47.78%；礦山開采形成的不穩(wěn)定斜坡、崩塌、泥石流及地面塌陷有18處，占地質(zhì)災(zāi)害點總數(shù)的20.00%；建房切坡形成的不穩(wěn)定斜坡及滑坡有13處，占地質(zhì)災(zāi)害點總數(shù)的14.44%；另外，水利建設(shè)形成不穩(wěn)定斜坡1處。因此人類工程活動是影響地質(zhì)災(zāi)害穩(wěn)定性的控制因素之一。將人類工程活動這一要素按活動劇烈程度進(jìn)行量化，采用自然斷點分級法分為強、中、弱3類(圖4-f)。

3.4 評價因子信息量與權(quán)重

對選取的坡度、高程、工程地質(zhì)巖組、構(gòu)造、降雨、人類工程活動這6個評價因子，采用ArcGIS軟件和信息量法，計算出各因子信息量和權(quán)重(表1)。由表1可知，坡度15°～25°、高程>500 m、較堅硬巖、距構(gòu)造帶≤500 m、年平均降雨量1 200～1 250 mm、人類工程活動強烈分別占據(jù)各自評價因子的最大權(quán)重，在這些條件下地質(zhì)災(zāi)害更為發(fā)育。

表1 評價因子信息量表Table 1 Information table of evaluation factors

4 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價

使用GIS空間分析柵格重分類工具，采用自然斷點分級法，找出三個突變點作為分區(qū)界線，將黃梅縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)分為高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)、不易發(fā)區(qū)4類(圖5)；并根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害的特點，進(jìn)一步將上述分區(qū)分為3個亞區(qū)、7個亞區(qū)、2個亞區(qū)和1個亞區(qū)，另外水系作為獨立單元不參與評價(圖6，表2)。

圖5 ArcGIS疊加分析的黃梅縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)圖Fig.5 The susceptibility division map of geological disasters inHuangmei County based on ArcGIS overlay analysis

圖6 黃梅縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)擬合圖Fig.6 The susceptibility division map of geological disastersin Huangmei County1.地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)及編號；2.地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū)及編號；3.地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)及編號；4.地質(zhì)災(zāi)害不易發(fā)區(qū)及編號；5.崩塌；6.滑坡；7.泥石流；8.不穩(wěn)定斜坡；9.地面塌陷。

表2 黃梅縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)表Table 2 The susceptibility division table of geological disasters in Huangmei County

由表2可知，黃梅縣地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)面積為101.29 km2，包含3個亞區(qū)(Ⅰ1-Ⅰ3)，占縣域面積的5.95%；區(qū)內(nèi)發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害點51處，占地質(zhì)災(zāi)害點總數(shù)的56.67%，點密度為50.35處/100 km2。地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū)面積為149.77 km2，包含7個亞區(qū)(Ⅱ1-Ⅱ7)，占縣域面積的8.80%；區(qū)內(nèi)發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害點34處，占總數(shù)的37.78%，點密度為22.70處/100 km2。地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)面積為75.85 km2，占縣域面積的4.46%，包含2個亞區(qū)(Ⅲ1、Ⅲ2)；區(qū)內(nèi)發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害點5處，占總數(shù)的5.56%，點密度為6.59處/100 km2。

地質(zhì)災(zāi)害不易發(fā)區(qū)面積為1 197.61 km2，占縣域面積的70.41%，區(qū)內(nèi)未見地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育。

5 結(jié)論

(1) 以黃梅縣為研究對象，選取坡度、高程、工程地質(zhì)巖組、構(gòu)造、降雨、人類工程活動等6個評價因子，采用GIS信息量模型法，開展縣城地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)評價。將黃梅縣按地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性劃分為高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)、不易發(fā)區(qū)4類，面積分別為101.29 km2、149.77 km2、75.85 km2、1 197.61 km2，分別占縣域面積的5.95%、8.80%、4.46%、70.41%；另外水體面積為176.49 km2，占縣域面積的10.38%，但不作評價。

(2) 通過各因子信息量分析發(fā)現(xiàn)，地質(zhì)災(zāi)害在地形坡度15°～25°、高程>500 m、較堅硬工程巖組、距構(gòu)造帶≤500 m、年平均降雨量1 200～1 250 mm、人類工程活動強烈的區(qū)域內(nèi)最為發(fā)育。建議在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)做好群防群測、實時監(jiān)測和工程治理等工作。