王 穎，王志一，紀軼群

（1.北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，北京 100195；2.中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，北京 100081；3.北京市水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊（北京市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站），北京 100195）

0 引 言

城市地質(zhì)災害是城市化快速進程中的一種自然與人為作用下的新型地質(zhì)災害.近年來，隨著社會經(jīng)濟快速發(fā)展、人類活動日益頻繁，地質(zhì)災害問題逐漸增多，同時各類地質(zhì)災害也在影響和制約區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展.北京地質(zhì)條件較為復雜，新構(gòu)造活動較為強烈，地質(zhì)災害隱患嚴重影響城市發(fā)展.為此，在北京開展地質(zhì)災害風險性評價，是保障首都各項經(jīng)濟建設和“四大中心”功能定位的基石.

地質(zhì)災害風險性評價涵蓋地質(zhì)災害發(fā)生的社會屬性和自然屬性，是在地質(zhì)災害危險性和易損性綜合分析基礎上，采用特定的技術(shù)方法綜合評估地質(zhì)災害發(fā)生后對人員傷亡情況、社會資產(chǎn)損失等的整體分布及其影響程度［1-4］.國外相關(guān)研究起步較早：Guptar和 Joshi［5］在拉姆根加河流域內(nèi)進行地質(zhì)災害危險性評價；Gomez和 Kavzoglu［6］運用地理信息系統(tǒng)（geographic information system，GIS）和人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)開展委內(nèi)瑞拉賈博諾薩河盆地內(nèi)的滑坡危險性評價；Galli和 Guzzetti［7］統(tǒng)計歷史災害并結(jié)合經(jīng)驗估算對翁布里亞地區(qū)地質(zhì)災害易損性展開定量分析.我國在地質(zhì)災害風險評價研究方面起步稍晚：孫冉等［8］選取降水和地形地貌等多個指標采用GIS與層次分析法，結(jié)合對山東費縣進行地質(zhì)災害風險性評估，得到風險性區(qū)劃圖；田春陽等［9］選取坡度、巖性軟硬程度、年平均降水量和土地利用類型等8個指標，對遼寧西豐縣進行地質(zhì)災害易發(fā)性評價.近年來專家學者們在地質(zhì)災害風險評價的技術(shù)方法和理論研究方面取得一定成效，但是鑒于地質(zhì)災害易損性評價受地域社會經(jīng)濟、人類活動等主觀因素影響較大，易損性評價指標選擇、評價標準及體系建立是目前地質(zhì)災害風險評價研究的熱點及難點之一.

北京在地質(zhì)災害風險評價研究方面有一定經(jīng)驗.李巖［10］利用遙感和GIS技術(shù)對北京山區(qū)地質(zhì)災害開展風險評價研究；徐晨陽［11］基于GIS技術(shù)對房山區(qū)地質(zhì)災害進行風險評價.但有關(guān)全市地質(zhì)災害風險評價研究工作相對較少，且目前尚無統(tǒng)一技術(shù)標準.為此，本文參考已有地質(zhì)資料以及社會、經(jīng)濟資料等，選取地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地質(zhì)災害強度、植被覆蓋指數(shù)、氣候降雨、人口密度、道路交通、土地資源和水資源共10個評價指標進行量化處理、分級，利用GIS空間分析功能，在地質(zhì)災害危險性分區(qū)和易損性評估的綜合分析基礎上，進行地質(zhì)災害風險性的區(qū)劃分級，為城市地質(zhì)災害防治、風險評估及城市規(guī)劃建設提供依據(jù)和技術(shù)支撐.

1 研究區(qū)概況

北京市（39°26′～41°05′N，115°25′～117°30′E），面積為1.64萬 km2，其中山區(qū)1.01萬km2，占 62%；平原區(qū)0.63萬km2，占38%.北京地處燕山山脈、太行山脈和華北平原西北隅交匯地帶，其北部和中部處于燕山臺褶帶中段，東南部則屬華北斷坳的西北隅，跨燕山臺褶帶和華北斷坳兩級構(gòu)造單元.區(qū)域內(nèi)地貌多樣，氣象多變，加之強烈的人類經(jīng)濟活動，近年來崩塌、地面沉降等地質(zhì)災害均有發(fā)生.截至2014年，全市查明山區(qū)地質(zhì)災害隱患4 614處，其中比較常見的是崩塌和泥石流，其次為地表塌陷和滑坡.平原區(qū)有7個沉降中心，2012年沉降區(qū)域面積為4 323 km2，1995—2012年最大累計沉降量為1 414 mm［12］.

2 評價數(shù)據(jù)來源及方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

使用數(shù)據(jù)主要包括地質(zhì)災害現(xiàn)狀分布、地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地質(zhì)災害強度、植被覆蓋指數(shù)、氣候降雨、人口密度、道路交通、土地資源和水資源共10個數(shù)據(jù)集.其中：地質(zhì)災害現(xiàn)狀分布示意（圖1）是參照2008年出版的《北京地質(zhì)災害》［13］以及地質(zhì)文獻資料［12］利用ArcGIS矢量化獲得；地形地貌選用數(shù)字高程數(shù)據(jù)為30 m分辨率的柵格數(shù)據(jù)，源自中國科學院計算機網(wǎng)絡中心數(shù)據(jù)集；地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造參考2008年出版的《北京地質(zhì)災害》［13］；地質(zhì)災害強度參考地質(zhì)災害區(qū)劃文獻等資料；植被覆蓋指數(shù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云（http：//www.gscloud.cn）2018年Landsat8影像，通過影像波段反射率計算得到NDVI；氣候降雨數(shù)據(jù)參照北京市氣象局2018年平均降雨量數(shù)據(jù)；人口密度源自《北京統(tǒng)計年鑒》［14］；道路交通、土地資源、水資源數(shù)據(jù)通過2018年Landsat8影像遙感解譯獲得.

圖1 地質(zhì)災害分布

2.2 評價方法

地質(zhì)災害風險評價是建立在地質(zhì)災害危險區(qū)劃和地質(zhì)災害易損評估基礎上，對不同成因、不同強度地質(zhì)災害活動的危險性及其可能對人們的生命財產(chǎn)構(gòu)成的危害程度進行的定量化分析與評價，目前各國比較公認的風險性表達式為：危險性與易損性之積［15-17］.地質(zhì)災害風險評價是地質(zhì)災害危險性區(qū)劃和易損性評估共同作用的結(jié)果，具有多目標、多準則等特點［18-20］.為便于數(shù)據(jù)處理、分析，本文選擇層次分析法計算地質(zhì)災害危險性、易損性評價因子權(quán)重系數(shù)，劃分3 km×3 km網(wǎng)格作為評價單元并賦予相應屬性，形成各評價指標的專題信息，最后根據(jù)評價因子權(quán)重得到地質(zhì)災害風險性評價分級.

層次分析法建模分為4步：

（1）建立層次結(jié)構(gòu)模型.將問題所有相關(guān)因素按不同屬性自上而下分成若干層次，每一層的各因素對上層、下層因素都有影響和制約.

（2）構(gòu)建判斷矩陣.從層次結(jié)構(gòu)模型第2層開始，同一層因素兩兩比較其重要程度，并按規(guī)定定量化，構(gòu)成矩陣形式.

（3）計算權(quán)重.將判斷矩陣每一列歸一化，通過計算得到判斷矩陣的特征向量（權(quán)重）和最大特征根.

（4）判斷矩陣的一致性檢驗.由于地質(zhì)災害風險評價的復雜性或?qū)Φ刭|(zhì)災害致災因素認識的片面性，通過所構(gòu)造的判斷矩陣求出的特征向量（權(quán)重）是否合理，需要對最大特征根進行一致性和隨機性檢驗［21］.若判斷矩陣具有滿意的一致性，說明權(quán)重賦值是合理的；否則，就需要調(diào)整判斷矩陣，直到取得滿意的一致性為止.

2.3 評價因子選取和分級

地質(zhì)災害風險性評價是地質(zhì)災害危險區(qū)劃和地質(zhì)災害易損評估共同作用的結(jié)果.科學合理選擇評價因子，并充分考慮其對地質(zhì)災害風險性的貢獻程度，有利于提高地質(zhì)災害風險評價的有效性和實用性.根據(jù)已有地質(zhì)資料，經(jīng)綜合分析研究，選擇地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地質(zhì)災害強度、植被覆蓋指數(shù)和氣候降雨6項地質(zhì)災害危險性指標，以及人口密度、道路交通、土地資源和水資源4項易損性指標建立評價指標體系.

2.3.1 地質(zhì)災害危險性評價指標

（1）地形地貌.地形地貌是地質(zhì)災害發(fā)育中物質(zhì)儲備、運移、堆積的區(qū)域，也是災害破壞的直接對象［22］.地形條件是崩塌、滑坡和泥石流等突發(fā)地質(zhì)災害形成的重要條件之一.崩塌等地質(zhì)災害隨海拔高度的增加，其易發(fā)程度也隨之增大.本文選取相對高程作為評價因子，結(jié)合實際情況，劃分平原（＜200 m）、臺地（200～400 m）、山地（＞400 m）3個級別，見圖2（a）.

（2）地層巖性.北京地層屬于華北地層，巖石類型齊全，有石英巖、白云巖、灰?guī)r、頁巖、片麻巖和火山巖等，主要出露在北部燕山山地和西部太行山地，平原區(qū)和延慶盆地分布著第四紀松散沉積物［23-24］.按照巖性軟硬程度分為軟巖組、較堅硬巖組和堅硬巖組3個級別，見圖2（b）.軟巖組為泥質(zhì)膠結(jié)、質(zhì)地疏松和礦物成分硬度小的沉積巖，侵入巖中的中性巖、酸性巖和基性巖；較堅硬巖組為質(zhì)地較緊密和礦物成分硬度一般的沉積巖，侵入巖中的堿性巖和偏堿性巖；堅硬巖組為硅、鐵質(zhì)膠結(jié)、質(zhì)地致密和礦物成分硬度大的沉積巖.

（3）地質(zhì)構(gòu)造.北京地區(qū)受黃莊—高麗營斷裂、南苑—通縣斷裂和夏墊—馬坊斷裂等構(gòu)造活動控制，形成了“兩凸兩凹”的構(gòu)造格局.地質(zhì)構(gòu)造通過斷裂帶等歷史地質(zhì)活動直接或間接影響地質(zhì)災害的發(fā)生.參照北京地區(qū)地質(zhì)圖［13］，將活動斷裂劃分主斷裂、次級斷裂和不明顯隱伏斷裂，并分為強烈、中等強烈和弱3個級別，見圖2（c）.

（4）植被覆蓋指數(shù).近年來，隨著生態(tài)環(huán)境持續(xù)改善，北京地區(qū)森林覆蓋率已達44%，全市林木綠化率達到62%［25］.植被對土體有一定的固持作用，對防止崩滑流等地質(zhì)災害一定緩解作用.根據(jù)2018年北京植被覆蓋指數(shù)結(jié)果，劃分低（＜0.4）、中（0.4～0.7）、高（＞0.7）3個級別，見圖 2（d）.

（5）地質(zhì)災害強度.根據(jù)地質(zhì)災害現(xiàn)狀分布情況，利用ArcGIS空間分析—密度分析—點密度分析功能獲得地質(zhì)災害點強度，并劃分強、中等、弱3個級別，見圖 2（e）.

（6）氣候降雨.降雨和地質(zhì)災害的相關(guān)性很強，降雨是誘發(fā)地質(zhì)災害的最重要因素之一.參照本市氣象局2018年平均降雨量等值線數(shù)據(jù)以及降雨對地質(zhì)災害的影響程度，將其劃分＜400、400～600、＞600 mm 3個級別，見圖 2（f）.

圖2 地質(zhì)災害危險性指標分級

2.3.2 地質(zhì)災害易損性評價指標

地質(zhì)災害易損評估是在指定地區(qū)和指定時間段內(nèi)，由于潛在自然災害而可能導致的潛在總損失，其影響因子的選取視當?shù)靥赜薪?jīng)濟和文化進行具體分析［26-27］.

（1）人口密度.人口密度是地質(zhì)災害易損性的重要評價因子.北京人口眾多，人類經(jīng)濟活動發(fā)展迅速，特別是平原區(qū)，人口密度大、人類活動活躍.2019年全市常住人口2 154萬人，城鎮(zhèn)人口1 865萬人，占常住人口的比例為86%［14］.該區(qū)一旦發(fā)生地質(zhì)災害，居民地越密集，其危害程度也越大.根據(jù)人口密度［14］大小將其劃分高（東城、西城）、中（通州、海淀、朝陽、石景山和豐臺）、低（密云、懷柔等9個區(qū)）3個級別，見圖3（a）.

（2）道路交通.近年來，北京大力加快京津冀交通一體化協(xié)同發(fā)展，交通發(fā)展總體呈都市圈、城市群發(fā)展態(tài)勢.交通建設的快速發(fā)展與城市地質(zhì)災害相互影響，相互制約.一方面，地質(zhì)災害隱患制約著交通的擴張建設，反過來，交通建設的迅速發(fā)展不斷加劇地質(zhì)災害作用.特別是山區(qū)崩塌地質(zhì)災害對高速路和主干路影響相對較大，災后損失較嚴重.根據(jù)道路重要程度劃分鐵路、高速路和六環(huán)路、省道3個級別，見圖3（b）.

（3）土地資源.北京地區(qū)受地質(zhì)災害危害嚴重的土地資源主要耕地、林地.2018年北京耕地面積0.21萬km2，占全市面積13%，林地面積0.75萬km2，占全市面積46%［14］.耕地分布在平原地區(qū)，易受地面沉降、地裂縫等災害影響；林地主要分布山區(qū)、淺山區(qū)，受崩塌、泥石流和滑坡等災害影響較大.參照土地利用重要程度，劃分城市用地、農(nóng)用地和林地 3個級別，見圖3（c）.

圖3 地質(zhì)災害易損性指標分級

（4）水資源.北京的水資源由入境地表水、境內(nèi)地表水和地下水組成.平原區(qū)地面沉降和地下水嚴重超采有直接影響關(guān)系.山區(qū)泥石流等地質(zhì)災害對水庫、河流水系影響相對較小.依據(jù)水資源影響程度劃分水庫及公園、重要河流、支流3個級別，見圖 3（d）.

3 結(jié)果與分析

3.1 評價指標綜合分析

以評價指標為基礎，依托ArcGIS平臺生成地質(zhì)災害危險性和易損性指標因子分級圖，將2014年山區(qū)地質(zhì)災害隱患點分別與各指標因子疊加分析，計算結(jié)果顯示：地形地貌中平原、臺地、山地對應地質(zhì)災害隱患點分別為208、1 724和2 282個；地層巖性軟巖組、較堅硬巖組、堅硬巖組對應地質(zhì)災害隱患點分別為3 668、762和184個；地質(zhì)構(gòu)造強烈、中等強烈、弱對應地質(zhì)災害隱患點分別為0、0和404個；植被覆蓋指數(shù)高、中、低對應地質(zhì)災害隱患點分別為4 349、263和2個；地質(zhì)災害強度強、中等、弱對應地質(zhì)災害隱患點分別為1 147、2 755和712個；降雨＜400、400～600、＞600 mm對應地質(zhì)災害隱患點分別為1 096、1 187和2 331個；人口密度高、中、低對應地質(zhì)災害隱患點分別為0、82和4 532個；道路交通鐵路、高速路和六環(huán)路、省道對應地質(zhì)災害隱患點分別為466、2 293和938個；土地資源城市用地、農(nóng)用地和林地對應地質(zhì)災害隱患點分別為116、66和4 432個；水資源水庫及公園、重要河流、支流對應地質(zhì)災害隱患點分別為18、294和11個.災害主要集中于山區(qū)、地層巖性軟巖組、植被覆蓋指數(shù)高、地質(zhì)災害強度強、降雨＞600 mm、人口密度?。ㄟh郊區(qū)）、高速路和六環(huán)路、林地、重要河流的分級評價因子內(nèi).

3.2 地質(zhì)災害危險性分區(qū)

通過層次分析法確定地質(zhì)災害危險性評價指標權(quán)重，地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、植被覆蓋指數(shù)、地質(zhì)災害強度和氣候降雨的權(quán)重分別為：0.27、0.13、0.11、0.09、0.18和 0.22.在 ArcGIS平臺將地質(zhì)災害危險性指標分級結(jié)合各自權(quán)重系數(shù)相疊加，計算得出地質(zhì)災害危險性分區(qū)，劃分地質(zhì)災害低危險區(qū)（＜0.7）、中危險區(qū)（0.7～1.4）和高危險區(qū)（＞1.4）3個等級，圖4所示，分析得出以下結(jié)果：

圖4 地質(zhì)災害危險性分區(qū)

（1）地質(zhì)災害低危險區(qū)：面積約為0.80萬km2，占全市總面積的49%.區(qū)內(nèi)地質(zhì)災害密集度較低，主要分布在平原及淺山地帶.

（2）地質(zhì)災害中危險區(qū)：面積約為0.47萬km2，占全市總面積的29%.區(qū)內(nèi)地質(zhì)災害較發(fā)育，山區(qū)多以崩塌、滑坡和泥石流災害為主，主要分布在懷柔、密云區(qū)北部，平谷區(qū)東北部，門頭溝區(qū)中部和房山區(qū)西部地區(qū).平原區(qū)仍以地面沉降為主，分布在昌平、朝陽、順義、大興區(qū)等地，朝陽、順義區(qū)有少量地裂縫存在.

（3）地質(zhì)災害高危險區(qū)：面積約為0.37萬km2，占全市總面積的22%.區(qū)內(nèi)地質(zhì)災害密集，山區(qū)災害以泥石流、崩塌和地表塌陷為主，分布在房山區(qū)西北、門頭溝區(qū)南部、懷柔區(qū)中部、密云區(qū)西北和平谷區(qū)東北.平原區(qū)災害主要是地面沉降分布在朝陽、大興區(qū)等地.

3.3 地質(zhì)災害易損性評估

地質(zhì)災害易損性指標權(quán)重同樣通過層次分析法確定，即人口密度、道路交通、土地資源和水資源分別為0.41、0.28、0.18和0.13.再將地質(zhì)災害易損性指標分級（圖3）結(jié)合各自權(quán)重系數(shù)相疊加，計算得出地質(zhì)災害易損性評估，劃分地質(zhì)災害低易損區(qū)（＜0.25）、中易損區(qū)（0.25～0.75）和高易損區(qū)（＞0.75）3個等級，如圖5所示.結(jié)果表明，地質(zhì)災害高易損區(qū)主要發(fā)生在人口密集、基礎設施完備、土地資源充分利用的城區(qū)，而人口密度小、交通不便利的郊區(qū)，地質(zhì)災害易損性非常低.

圖5 地質(zhì)災害易損性評估

3.4 地質(zhì)災害風險性評價

通過層次分析法確定地質(zhì)災害危險性和易損性權(quán)重系數(shù)分別為0.72、0.28，按權(quán)重系數(shù)對地質(zhì)災害危險區(qū)劃和地質(zhì)災害易損評估進行空間疊加分析，得到北京地區(qū)地質(zhì)災害風險性分區(qū)（圖6），結(jié)果分為3個等級.

圖6 地質(zhì)災害風險性分區(qū)

（1）低風險區(qū)：占全市總面積的38%，集中分布在城區(qū)及人口稀疏、建筑用地少的平原地帶.

（2）中風險區(qū)：面積約為0.54萬km2，占全市總面積的33%，多集中在北京山區(qū)，主要原因是山區(qū)地質(zhì)災害較為發(fā)育，平原區(qū)昌平—朝陽—通州一帶及大興區(qū)部分地區(qū)也處于中風險區(qū)，究其原因主要與地面沉降、人口密度較密集有關(guān).

（3）高風險區(qū)：面積約為0.48萬km2，占全市總面積的29%.山區(qū)高風險區(qū)山高坡陡，汛期雨量大且降雨集中，地質(zhì)災害發(fā)育，多為泥石流、崩塌等災害，人類活動較為頻繁，主要分布在密云、平谷區(qū)的東北部，門頭溝區(qū)南部和房山區(qū)中部以及重要高速路段.平原區(qū)集中在通州、朝陽、順義、昌平區(qū)等地，人類活動頻繁，多以地面沉降和部分地區(qū)地裂縫災害顯著.高風險區(qū)所產(chǎn)生的地質(zhì)災害將造成較大的人員傷亡和財產(chǎn)損失.

4 結(jié) 論

本文在充分收集北京地區(qū)地質(zhì)災害調(diào)查及區(qū)劃資料的基礎上，深入分析該區(qū)地質(zhì)災害成因的主要人類活動和社會經(jīng)濟要素，綜合分析評價指標，基于GIS空間分析技術(shù)，采用定性、定量相結(jié)合的方法，構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型，最終劃分地質(zhì)災害風險程度評價等級，得出以下結(jié)論：

（1）北京地質(zhì)災害高風險區(qū)主要分布在門頭溝、房山、昌平、順義區(qū)的中部，通州、密云區(qū)北部，平谷區(qū)東部以及重要主干道等地，地質(zhì)災害以崩塌、泥石流、地表塌陷和地面沉降為主；中風險區(qū)主要集中北京西部和北部山區(qū)以及平原區(qū)的大興區(qū)南部，崩塌、滑坡、泥石流及地面沉降地質(zhì)災害均有分布.

（2）崩塌、泥石流和地面沉降地質(zhì)災害對北京地區(qū)影響較大，亟需建立覆蓋全市域的群測群防體系.一方面全市域逐步開展分尺度、分災種、分區(qū)域的地質(zhì)災害風險預警工作，構(gòu)建分類分級的北京地質(zhì)災害風險監(jiān)測體系；另一方面在高風險地區(qū)如房山史家營、懷柔琉璃廟、密云黃松峪—馮家峪、順義天竺、朝陽—通州一帶等地區(qū)及重要交通路段周邊開展地質(zhì)災害風險區(qū)劃大比例尺詳查工作，查清災害隱患、分析成因機制，進行區(qū)域風險評價，判斷其發(fā)展趨勢.

（3）地質(zhì)災害危險性評價和地質(zhì)災害易損評估作為地質(zhì)災害風險評價的基礎和支撐，要充分考慮受災體指標的選取，地域不同，評價指標、評價方法以及權(quán)重確定也有所不同，存在一定的主觀性.此外地質(zhì)災害易損性評估需要綜合考慮區(qū)域內(nèi)易受地質(zhì)災害影響的社會經(jīng)濟指標，評價過程有一定難度，評價方法亟需進一步研究和探討.