馬天華，廖祿云，陳國輝，劉泊雷，石元帥

基于三維傾斜攝影及GIS技術的華鎣山康養(yǎng)城地質環(huán)境危險性評價

馬天華1，2，廖祿云1，2，陳國輝2，劉泊雷2，石元帥2

（1.四川省天晟源環(huán)保股份有限公司，成都 610037；2.四川省地質工程勘察院集團有限公司，成都 610072）

本文在分析三維傾斜攝影成果及研究區(qū)地質環(huán)境條件的基礎上，利用GIS技術，選取了高程、坡向、坡度、曲率、地層巖性、與采空區(qū)的距離、與公路的距離、地質災害面密度等8個評價指標，采用信息量法對研究區(qū)進行地質環(huán)境危險性評價，將研究區(qū)劃分為低危險區(qū)、中危險區(qū)、高危險區(qū)，并對各危險區(qū)進行評價，在此基礎上，提出了防治措施建議。結論可作為華鎣山康養(yǎng)城規(guī)劃建設的地質基礎支撐。

華鎣山康養(yǎng)城；傾斜攝影；GIS；信息量法；危險性評價

為貫徹落實習近平總書記關于“推動成渝地區(qū)雙城經濟圈建設”的部署，四川省廣安市擬加快推進華鎣山康養(yǎng)城的建設。華鎣山康養(yǎng)城定位是打造資源枯竭型城市轉型的發(fā)展典范、高品位深度休閑體驗的旅游典范、傳承歷史文脈的人文典范、構建投資樂土的宜業(yè)典范，集文化朝圣體驗、避暑養(yǎng)生度假、生態(tài)觀光探奇、娛樂休閑運動等功能為一體的國際立體山地休閑度假旅游目的地①基于三維傾斜攝影技術的華鎣山康養(yǎng)城地質環(huán)境風險評價報告. 四川省地質工程勘察院集團有限公司，2019.。

然而，華鎣山康養(yǎng)城規(guī)劃區(qū)由于歷史采礦等一系列人類工程活動，引發(fā)了較多的地質環(huán)境問題，對華鎣山康養(yǎng)城規(guī)劃建設帶來一定的影響。三維傾斜攝影技術能為研究區(qū)提供較為全面直觀的地形數(shù)據(jù)、地質災害發(fā)育情況等地質環(huán)境要素，結合GIS技術對研究區(qū)進行地質環(huán)境危險性評價，為華鎣山康養(yǎng)城規(guī)劃建設提供地質基礎支撐。

圖1 控制點布設及研究范圍圖

1 研究區(qū)概況

華鎣山康養(yǎng)城位于廣安市華鎣市及鄰水縣中部，地處亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，四季分明，多年平均氣溫17.2℃，多年平均降雨量1082.2mm。地貌類型為低山—低中山地貌，華鎣山中段的西翼大部分是低山，只在海拔超過1000m的華鎣山背脊一帶，分布有低中山地貌。地層巖性主要有二疊系、三疊系及第四系之黏性土、碎塊石土、泥巖、砂巖、頁巖、灰?guī)r等，巖性巖相變化較大。研究區(qū)處于華鎣山復式背斜中段，地質構造較為復雜。滑坡、崩塌、地面塌陷等地質災害較為發(fā)育，地質環(huán)境問題較為突出②華鎣山景區(qū)李子埡村—704轉播站片區(qū)建設用地地質環(huán)境危險性評估報告. 四川煤田一四一建設投資有限公司，2018.③華鎣山景區(qū)李子—椿木坪片區(qū)建設用地地質環(huán)境危險性評估報告. 四川煤田一四一建設投資有限公司，2013.。

2 數(shù)據(jù)采集及處理

2.1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)采集采用電動垂降固定翼無人機CW-15，搭載五鏡頭傾斜云臺，布設12個像控點、8個檢查點及2個水泥樁控制點（圖1）。正射影像時，旁向重疊度40%，航向重疊度70%；傾斜影像時，旁向重疊度75%，航向重疊度85%。完成了38km2（其中，研究區(qū)27.78km2）的航飛影像分辨率0.1m的傾斜攝影測量數(shù)據(jù)采集，形成了正射影像（DOM）、高程模型（DEM）以及全景三維模型等成果（表1）。

2.2 數(shù)據(jù)提取及處理

（1）根據(jù)傾斜攝影的成果，解譯出地形地貌、地層巖性、水系、人類工程活動、地質災害（滑坡、不穩(wěn)定斜坡、崩塌、地面塌陷）等地質環(huán)境條件及地質環(huán)境問題。

表1 研究區(qū)傾斜攝影工作量

（2）基于傾斜攝影技術的基礎上，利用GIS技術，提取高程、坡向、坡度、曲率、地層巖性、與采空區(qū)的距離、與公路的距離、地質災害面密度等數(shù)據(jù)。

3 地質環(huán)境危險性評價

3.1 評價方法

本次評價采用信息量法，信息量法的理論基礎是信息論，用于地質環(huán)境危險性評價的主要思路是根據(jù)對已知災害的現(xiàn)實情況提供的信息，把影響因素的實測值轉化為反映地質環(huán)境的信息量值。地質現(xiàn)象()受多種因素(x,=1,2,的影響，各種因素所起作用的大小、性質是不相同的。因此，對于區(qū)域地質問題要綜合研究其影響因素類別和具體狀態(tài)的組合，而不是停留在單個因素上。地質產生與否是與預測過程中所獲取的信息的數(shù)量和質量有關的，用信息量來表示即為：

圖3 危險性評價體系圖

根據(jù)條件概率運算，上式可進一步寫成：

I(y,xx…x)=I(y,x)+Ix(y,x)+…+Iy,xx…x(y,x)（2）

式中：I(y,xx…x)—因素組合xx…x對地災所提供的信息量；P(y,xx…x)—因素xx…x組合條件下滑坡發(fā)生的概率；I(y,x)—因素x1存在時，因素x對地災提供的信息量；—地災發(fā)生的概率。

公式（2）說明：因素組合xx…x對地質環(huán)境所提供的信息量等于因素x1提供的信息量，加上因素x1確定后因素x對地質環(huán)境提供的信息量，直至因素xx…x確定后，x對地質環(huán)境提供的信息量。從而說明區(qū)域地質信息預測是充分考慮因素組合的共同影響與作用。

3.2 評價指標體系的建立

根據(jù)華鎣山康養(yǎng)城地質環(huán)境條件及人類工程活動的影響，遵循評價因子簡明性、代表性和可操作性的原則，并考慮現(xiàn)有數(shù)據(jù)與GIS技術功能的局限性等條件，最終選取了地形地貌、地質環(huán)境、人類工程活動、災害特征作為評價指標（白玉明，2019；袁茂珂等，2021；陳國輝等，2019；賀鵬等，2016；詹慶明等，2016；朱良峰等，2002）（圖2）。

圖2 重分類對話框界面

3.3 危險性分析與計算

（1）各評價指標的重分類

在實際情況中，某些因素對地質環(huán)境的影響并不完全是按要素量的增加而成正比增加的，而往往在一個數(shù)量范圍內對地質環(huán)境的影響是穩(wěn)定的，如距離道路2m和距離道路5m的地方其對地質環(huán)境的影響可能幾乎是一樣的，而150m則可能與5m的地方有較大的差異。因此，需要對部分連續(xù)數(shù)據(jù)重新分類。首先Spatial Analyst Tools中Reclass模塊中的Reclassify工具，將各因子柵格圖層進行重分類，隨后計算出i等級所占的面積與研究區(qū)總面積比值，及分級面積比。以高程分級面積比計算為例，根據(jù)研究區(qū)地形條件高程分級為：0～200、200～400、400～600、600～800、800～1000、1000～1200、>1200；分類主要在ArcGIS空間分析模塊中利用reclassify命令完成（圖3）。

表2 高程評價因子重分類分級

表3 坡度評價因子重分類分級

表4 坡向評價因子重分類分級

參照區(qū)域地質環(huán)境危險性評價分級賦值形式，并依據(jù)誘發(fā)滑坡、崩塌、地面塌陷、不穩(wěn)定斜坡等地質環(huán)境問題的可能性，根據(jù)《礦山地質環(huán)境保護與恢復治理方案編制規(guī)范》附錄 E、2003年全國山洪災害防治規(guī)劃組定制的《山洪災害防治規(guī)劃地形地質區(qū)劃技術細則》等技術標準對各個評價因子分級，各評價因子重分類情況見表2～9。

表5 曲率評價因子重分類分級

表6 地層巖性評價因子重分類分級

表7 與公路的距離評價因子重分類分級

表8 與采空區(qū)的距離評價因子重分類分級

表9 地質災害面密度評價因子重分類分級

（2）信息量值計算

將各圖層因子的屬性表和對應的與地質災害分布作“乘”運算后得到的各圖層因子的屬性表存為Excel表格，在Excel中按如下公式計算出每個圖層各類的信息量值：

式中：為研究區(qū)像素總數(shù)；為研究區(qū)內含有滑坡分布的像素總數(shù)；S為研究區(qū)內含有評價因素x的像素數(shù)；N為分布在因素x內特定類別內的災害點像素數(shù)。

最終得到8個圖層因子內各類別的信息量值（表10～17）。然后按照各類別與對應的信息量之間的關系，對各類別賦其對應的信息量值，得到8個信息量圖層。

表10 高程和災害點的關系及其對應的信息量值

表11 坡度和災害點的關系及其對應的信息量值

表12 坡向和災害點的關系及其對應的信息量值

表13 曲率和災害點的關系及其對應的信息量值

表14 地層巖性和災害點的關系及其對應的信息量值

表15 與采空區(qū)的距離、災點關系及對應的信息量值

表16 與公路的距離、災點關系及對應的信息量值

表17 災害點和災害點的關系及其對應的信息量值

根據(jù)高程、坡度、坡向等8個指標的信息量值在-3.16～21.5之間，信息量值與地災害危險性呈正比，信息量值越大，表明該區(qū)域發(fā)生地災的概率越大，危險性等級也越高。

3.4 危險性評價結果及區(qū)劃

完成所有評論因子信息量值柵格圖層以后，運用Spatial Analyst Tools中的Map Algebra模塊的RASTER Calculatr 工具，將評價因子信息值疊加，得到研究區(qū)總信息量值。并運用Reclassify工具對其進行重分類為低危險區(qū)、中危險區(qū)、高危險區(qū)三個區(qū)。

表18 研究區(qū)地質環(huán)境危險性程度分區(qū)特征表

高危險區(qū)以滑坡、地面塌陷較為發(fā)育，不穩(wěn)定斜坡、崩塌（危巖）次之，發(fā)育密度為1.52個/km2；地形坡度一般在35°～45°之間；巖性多為軟硬相間的紫紅色砂巖、礫巖與泥巖、頁巖不等厚互層，且?guī)r層傾角多小于地形坡度；褶皺、斷裂發(fā)育；在暴雨或連續(xù)降水條件下易引發(fā)地質災害發(fā)生。按重點防治區(qū)進行地質災害風險管控，不應進行人工切坡，防止人類工程活動引發(fā)災害發(fā)生，盡量避開地質災害危險區(qū)域或地段，無法避免時應進行工程治理。

中危險區(qū)主要發(fā)育不穩(wěn)定斜坡為主，次為崩塌（危巖），發(fā)育密度為0.59個/km2；地形坡度一般在20°～30°之間；巖性以灰?guī)r、白云質灰?guī)r、鈣質泥巖為主，且?guī)r層傾角多與地形坡度接近；褶皺、斷裂較為發(fā)育；在暴雨或連續(xù)降水條件下較易引發(fā)地質災害發(fā)生。按次重點防治區(qū)進行地質災害風險管控，應盡量避免人工切坡，對現(xiàn)有隱患點采取合適的防治措施，加強邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測。

低危險區(qū)主要發(fā)育滑坡、崩塌（危巖）為主，發(fā)育密度為0.28個/km2；地形坡度一般15°～30°；巖性以砂巖、泥巖為主且?guī)r層傾角多大于地形坡度；受褶皺、斷裂的影響較大；在暴雨或連續(xù)降水條件下可引發(fā)地質災害發(fā)生。按一般區(qū)進行地質災害風險管控，加強群策群防。

圖４ 研究區(qū)地質環(huán)境危險性程度分區(qū)圖

3.5 防治措施建議

本評價結果可作為研究區(qū)規(guī)劃建設的地質依據(jù)，根據(jù)前述評價結果，提出如下建議：①應結合地質環(huán)境條件進一步優(yōu)化相關規(guī)劃內容；②建設時應加強地質災害危險性評估；③必要時，應對地質災害進行治理；④建立健全群測群防體系，落實地質災害防治責任制。

4 結論

（1）滿足精度要求的傾斜攝影技術可以較高效率的情況下提供評價所需各項因子。

（2）在傾斜攝影成果的基礎上，采用GIS技術提取了高程、坡度、坡向、曲率、與采空區(qū)的距離、與公路的距離、地質災害面密度等8個評價指標，并進行了分析與計算，結果與實際較為符合。

（3）采用信息量法對研究區(qū)進行地質環(huán)境危險性評價，評價結果與實際情況較為接近。

（4）本地質環(huán)境危險性評價結果可作為華鎣山康養(yǎng)城規(guī)劃建設的地質基礎支撐。

白玉明. 2019. 桂林恭城巖口小學地質災害危險性分析及防治[J]. 四川地質學報，39(2)：308-314.

袁茂珂，宋偉，杜杰，鄭小敏，卓曼他. 2021. 基于3S技術的九寨溝8·8地震后生態(tài)地質環(huán)境敏感性研究[J]. 四川地質學報，41(2)：289-294.

陳國輝，吳森，潘國耀. 2019. 基于貢獻率模型的管道河(溝)道水毀災害危險性評價指標體系[J]. 中國地質災害與防治，31(4)：128-123.

賀鵬，童立強，郭兆成，劉春玲，涂杰楠，王珊珊，許杰敏. 2016. GIS支持下基于層次分析法的西藏札達地區(qū)滑坡災害易發(fā)性評價研究[J]. 科學技術與工程，16(25)：193-200

詹慶明，張維思，鄒芳，劉慧民，陳暢. 2016. 基于GIS的神農架林區(qū)崩滑流災害風險評價研究[J]. 地理信息世界，23(5)：1-9

朱良峰，殷坤龍，張梁，李閩. 2002. 基于GIS技術的地質災害風險分析系統(tǒng)研究[J]. 工程地質學報，10(4)：428-433,348.

Geological Environment Risk Assessment of Kangyang City of Huaying Mountain Based on 3D Oblique Photography and GIS Technology

MA Tian-hua1,2LIAO Lu-yunn1,2CHEN Guo-hui2LIU Bo-lei2SHI Yuan-shuai2

(1-Sichuan Tianshengyuan Environmental Protection Co., LTD., Chengdu 610037; 2-Sichuan Geological Engineering Survey Institute Group Co., LTD., Chengdu 610072)

Based on the analysis of 3D oblique photography results and geological environment conditions of the study area, this paper uses GIS technology to select eight evaluation indexes, including elevation, slope direction, slope, curvature, stratum lithology, distance from goaf, distance from highway, and geological hazard surface density, and uses information volume method to evaluate geological environmental risk of the study area. The study area is divided into low risk area, medium risk area and high risk area, and each risk area is evaluated. On this basis, the prevention and control measures are proposed. It can be used as the geological base support for the planning and construction of Huaying Mountain health care city.

Huaying Mountain health city; oblique photography; GIS; information volume method; risk assessment

P237

A

1006-0995（2022）04-0695-06

10.3969/j.issn.1006-0995.2022.04.030

2022-11-04

馬天華（1976— ），男，重慶石柱人，本科，高級工程師，主要從事環(huán)境保護方面的工作.

陳國輝（1977— ），男，福建漳浦人，正高級工程師，主要從事水工環(huán)地質方面的研究工作