江攀和，張明思，梁勁松，陳 磊

(貴州省地礦局102地質(zhì)大隊(duì)，貴州 遵義 563000)

1 引言

地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)定義為對(duì)特定影響因子造成暴露于該因子的單體或區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的機(jī)率及對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生危害的程度、時(shí)間或性質(zhì)進(jìn)行定量描述的系統(tǒng)過程(向喜瓊 等，2000)。通過評(píng)價(jià)結(jié)果可以明確防災(zāi)減災(zāi)的重點(diǎn)方向和重點(diǎn)防治區(qū)域。

基于斜坡單元開展的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，前人早已開展了很多研究，宮清華等以華南松崗河小流域?yàn)槔谛逼聠卧_展了淺層滑坡風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃(宮清華 等，2017)；易靖松等以江口鎮(zhèn)為例，采用工程類比法，對(duì)圈定的斜坡單元進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，獲取斜坡的危險(xiǎn)性及易損性，通過風(fēng)險(xiǎn)矩陣圖得到了每一個(gè)斜坡的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)(易靖松 等，2018)；孫冉等以山東費(fèi)縣地區(qū)為例，采用層次分析法-信息量法模型對(duì)費(fèi)縣開展了地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)(孫冉 等，2015)；甄艷等以都江堰虹口鄉(xiāng)為例，利用GIS技術(shù)與信息量模型相結(jié)合，同時(shí)結(jié)合專家打分法，在虹口鄉(xiāng)開展了地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)(甄艷 等，2016)。本文在借鑒前人的研究成果基礎(chǔ)上，基于斜坡單元，利用信息量模型開展貴定縣寶山至盤江局部區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，并分析風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育分布的相關(guān)性，為下一步指導(dǎo)地質(zhì)災(zāi)害防治工程提供重要的信息和依據(jù)。

2 研究區(qū)背景

研究區(qū)位于貴定縣北部(圖1)，行政區(qū)劃隸屬于寶山街道辦、金南街道辦及盤江鎮(zhèn)，總面積約67.47 km2。

圖1 研究區(qū)地理位置Fig.1 Geographical location of the study area1—縣政府駐地；2—鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府駐地；3—縣界；4—鄉(xiāng)鎮(zhèn)界線；5—研究區(qū)

區(qū)內(nèi)地貌類型主要為溶蝕及構(gòu)造侵蝕地貌，地形起伏較大，地形坡度較陡，局部發(fā)育陡崖；三疊系、二疊系、石炭系、泥盆系、奧陶系等地層在區(qū)內(nèi)均有出露，巖性主要為白云巖、灰?guī)r及泥巖；地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育程度一般，斷層主要呈南北向發(fā)育；地表溪流較為發(fā)育，地下水類型主要為基巖裂隙水及巖溶水，水位埋深受地形地貌影響較大；由于緊鄰貴定縣城，周邊人口密度較大，礦山開采、公路及建房切坡等人類工程活動(dòng)較為強(qiáng)烈。

區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀及歷史地質(zhì)災(zāi)害22處，其災(zāi)點(diǎn)密度為0.33個(gè)/km2，其中滑坡15處，崩塌7處。

3 研究方法、數(shù)據(jù)采集及評(píng)價(jià)過程

3.1 斜坡單元?jiǎng)澐?/h3>

采用GIS軟件中的水文分析工具基于DEM提取山脊線及溝谷線，兩者疊加將不同坡向的斜坡切割成斜坡單元；受DEM精度及軟件限制，本次將提取的斜坡單元進(jìn)行“人工修整”，最終研究區(qū)劃分了1210個(gè)斜坡單元(圖2)(張曦 等，2018；田述軍 等，2019；冷洋洋 等，2021)。

圖2 研究區(qū)斜坡單元?jiǎng)澐謭DFig.2 Slope unit division diagram in the study area

3.2 信息量模型

信息量模型反映了一定地質(zhì)環(huán)境下最易致災(zāi)因素及其細(xì)分區(qū)間的組合；具體是通過特定評(píng)價(jià)單元內(nèi)某種因素作用下地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻率與區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻率相比較實(shí)現(xiàn)的，即信息量值的大小反映了評(píng)價(jià)因子與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的相關(guān)性，信息量越大，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性就越高(許強(qiáng) 等，2010；鄧輝 等，2014；常亞婷 等，2021)。信息量計(jì)算公式如下：

(公式1)

(公式2)

式中：IAj-B是對(duì)應(yīng)因素 A、j狀態(tài)(或區(qū)間)下地質(zhì)災(zāi)害B發(fā)生的信息量，Nj是對(duì)應(yīng)因素A、j狀態(tài)(或區(qū)間)下地質(zhì)災(zāi)害分布的單元數(shù)，N是調(diào)查區(qū)已知有地質(zhì)災(zāi)害分布的單元數(shù)，Sj是因素A、j狀態(tài)(或區(qū)間)分布的單元數(shù)；S為調(diào)查區(qū)單元總數(shù)。

3.3 數(shù)據(jù)采集

采樣點(diǎn)為區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀及歷史地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)，共22處，其中滑坡15處，崩塌7處。

3.4 易發(fā)性評(píng)價(jià)方法及過程

3.4.1 易發(fā)性評(píng)價(jià)因子選取及權(quán)重賦值

地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性受地形坡度、相對(duì)高差等諸多因素影響，由于不同因子對(duì)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性可能存在明顯相關(guān)性，造成易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果趨于受同一易發(fā)性因子影響，為排除此種情況，初步選擇地形坡度、相對(duì)高差等10項(xiàng)因子，借助GIS平臺(tái)波段集統(tǒng)計(jì)工具分析不同因子之間的相關(guān)性，生成因子相關(guān)性矩陣，詳見表1。

表1 易發(fā)性因子相關(guān)性分析矩陣表Table 1 Matrix for correlation analysis of susceptibility factors

根據(jù)波段集統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果(正值越大越正相關(guān)，負(fù)值越大越負(fù)相關(guān))，同時(shí)考慮到地災(zāi)害發(fā)育規(guī)律，將相關(guān)性系數(shù)絕對(duì)值在0.2及其以上的因子視為明顯相關(guān)，進(jìn)行選擇性篩除，直到任意兩個(gè)易發(fā)性評(píng)價(jià)因子均不存在明顯相關(guān)關(guān)系，篩選過程如下：

(1)土地利用類型與地形坡度明顯相關(guān)，予以去除；

(2)地表水系與地貌類型及工程地質(zhì)巖組因子明顯相關(guān)，結(jié)合區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害實(shí)際發(fā)育情況，將地表水系與地貌類型一并去除，保留工程巖組；

(3)相對(duì)高差作為反應(yīng)評(píng)價(jià)區(qū)域主要地貌特征的評(píng)價(jià)因子，其與地形坡度的相關(guān)性系數(shù)為0.51，本次評(píng)價(jià)擬同時(shí)保留兩個(gè)因子，坡度權(quán)重系數(shù)為1/(1+0.51)=0.66，相對(duì)高差權(quán)重系數(shù)為1-0.66=0.34；

(4)地形坡度與剖面、平面曲率同樣存在明顯相關(guān)關(guān)系，由于區(qū)內(nèi)滑坡地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)育在斜坡地形，在山脊或溝谷發(fā)育較少，平面曲率對(duì)于滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)予以保留；崩塌地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)育在陡坡、陡崖等直線段斜坡位置，在凸、凹型坡發(fā)育較少，剖面曲率在崩塌易發(fā)性評(píng)價(jià)中予以保留。

綜上所述，結(jié)合區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育情況，選擇地形坡度、相對(duì)高差、剖面曲率、平面曲率、地質(zhì)構(gòu)造、工程巖組、斜坡結(jié)構(gòu)等七種因子開展易發(fā)性評(píng)價(jià)，其相應(yīng)權(quán)重系數(shù)見表2。

表2 易發(fā)性評(píng)價(jià)因子權(quán)重賦值Table 2 Weight assignment of susceptibility evaluation factors

3.4.2 易發(fā)性評(píng)價(jià)方法及過程

采用信息量法對(duì)寶山盤江重點(diǎn)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行易發(fā)性評(píng)價(jià)，得到各個(gè)評(píng)價(jià)因子分級(jí)圖(圖3)，需要說明的是分級(jí)評(píng)價(jià)因子信息量由地質(zhì)災(zāi)害分布點(diǎn)數(shù)及分級(jí)評(píng)價(jià)因子區(qū)間面積決定，其中評(píng)價(jià)因子等級(jí)劃分依據(jù)來(lái)源于野外調(diào)查。利用公式1進(jìn)行信息量值計(jì)算，信息量計(jì)算結(jié)果表見表3。

表3 易發(fā)性因子區(qū)間信息量計(jì)算Table 3 Calculation of information content of susceptibility factor interval

按照表2中權(quán)重系數(shù)對(duì)上述各因子進(jìn)行疊加，考慮平壩區(qū)分布(平壩區(qū)不進(jìn)行評(píng)價(jià)，直接判定為低易發(fā))，疊加后根據(jù)信息量大小按自然斷點(diǎn)劃分得出極高、高、中、低4個(gè)易發(fā)性等級(jí)(圖3)。

圖3 各評(píng)價(jià)因子分級(jí)結(jié)果及易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果圖Fig.3 The classification results of each evaluation factor and the evaluation results of susceptibility

3.5 危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法及過程

在易發(fā)性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，考慮環(huán)境因素、誘發(fā)因素和災(zāi)害歷史因素(環(huán)境因素指斜坡單元的易發(fā)性因子信息量，誘發(fā)因素包括人類工程活動(dòng)及50年一遇降雨，災(zāi)害歷史因素指已經(jīng)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的分布密度)，根據(jù)公式1計(jì)算其信息量(表4)，信息量疊加后根據(jù)大小按自然斷點(diǎn)法劃分得出極高、高、中、低4個(gè)危險(xiǎn)性等級(jí)(圖4)。

表4 危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)因子區(qū)間信息量計(jì)算Table 4 Calculation of interval information content of risk assessment factor

(a)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果 (b)易損性評(píng)價(jià)結(jié)果圖4 危險(xiǎn)性及易損性評(píng)價(jià)結(jié)果圖Fig.4 The result of risk and vulnerability assessment

3.6 易損性評(píng)價(jià)方法及過程

根據(jù)實(shí)地調(diào)查獲取的承災(zāi)體數(shù)據(jù)(人口及財(cái)產(chǎn))及三調(diào)數(shù)據(jù)等，以斜坡單元為評(píng)價(jià)對(duì)象，同時(shí)體現(xiàn)以人為本的根本原則，將人口和財(cái)產(chǎn)易損性權(quán)重系數(shù)分別取0.7和0.3進(jìn)行疊加，得到所在斜坡地質(zhì)災(zāi)害易損性評(píng)價(jià)結(jié)果圖(圖4)。

4 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果

按照危險(xiǎn)性、易損性與地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系(表5)(冷洋洋 等，2021)，得到研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果(圖5)，確定風(fēng)險(xiǎn)斜坡等級(jí)為極高、高、中、低四個(gè)等級(jí)，其分布數(shù)量及區(qū)間占比詳見表6。其中極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分布地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)6處，高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分布地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)14處，中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分布地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)2處，低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)無(wú)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布，評(píng)價(jià)結(jié)果與研究區(qū)實(shí)際情況較為符合，表明風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果較為合理。

表5 地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)與危險(xiǎn)性、易損性對(duì)應(yīng)矩陣表Table 5 Correspondence matrix of geological disaster risk level，risk and vulnerability

圖5 研究區(qū)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.5 Results of risk assessment in the study area

表6 研究區(qū)斜坡單元風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)統(tǒng)計(jì)表Table 6 Statistical table of risk assessment grades of slope units in the study area

5 結(jié)論

(1)利用GIS波段集功能及定性分析對(duì)易發(fā)性評(píng)價(jià)因子進(jìn)行了篩選及權(quán)重賦值，針對(duì)寶山盤江重點(diǎn)區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育分布特征及規(guī)律，建立了一套評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，盡可能的減少了評(píng)價(jià)因子間的相互干擾，保證了評(píng)價(jià)結(jié)果的科學(xué)合理性；

(2)基于DEM劃分了1210處斜坡單元，選用斜坡單元進(jìn)行評(píng)價(jià)，能夠保證成災(zāi)過程的完整性，又便于開展監(jiān)測(cè)工作；其評(píng)價(jià)結(jié)果中極高風(fēng)險(xiǎn)斜坡42處，高風(fēng)險(xiǎn)斜坡308處，中風(fēng)險(xiǎn)斜坡580處，低風(fēng)險(xiǎn)斜坡280處，分別占比3.47%、25.45%、47.93%及23.14%，極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分布地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)6處，高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分布地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)14處，中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分布地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)2處，低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)無(wú)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布，通過對(duì)比評(píng)價(jià)結(jié)果與研究區(qū)實(shí)際情況，表明風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果較為合理，信息量模型可以應(yīng)用于山地斜坡地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，同時(shí)評(píng)價(jià)結(jié)果為下一步指導(dǎo)地質(zhì)災(zāi)害防治工作提供了重要的信息及依據(jù)。