史忠鑫，王振海，車增光，張 麗

（1.南京市國土資源信息中心，江蘇·南京 210018；2.自然資源部地裂縫地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇·南京 210018；3.江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇·南京 210018）

易發(fā)性評(píng)價(jià)是從區(qū)域空間尺度對(duì)崩塌與滑坡發(fā)生的可能性進(jìn)行定性分級(jí)或定量估算的過程，是崩塌滑坡風(fēng)險(xiǎn)管控的基礎(chǔ)依據(jù)。崩塌滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)常見的方法有信息量模型[1-3]、CF模型[4-5]、Logistic回歸模型[6]、SHALSTAB模型[7-8]、證據(jù)權(quán)模型[9-10]、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[11]、邏輯回歸模型[12]等，多種方法在實(shí)際應(yīng)用中均得到了有效驗(yàn)證，其中信息量法適應(yīng)于樣本數(shù)量較多的評(píng)價(jià)區(qū)。

歷史上盱眙縣第一山及周邊曾進(jìn)行過大規(guī)模礦山開采，形成了數(shù)十個(gè)大大小小的采石宕口。不合理的開山采石活動(dòng)、切坡建設(shè)活動(dòng)導(dǎo)致多處山體坡度較陡，存在多處崩塌滑坡隱患。已有的研究多集中在定性評(píng)估或局部崩塌滑坡隱患上，由于工作區(qū)樣本數(shù)量較多，本次采用信息量模型法，選取7個(gè)主要影響因子，對(duì)盱眙縣第一山崩塌滑坡易發(fā)性進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，為盱眙城市建設(shè)防災(zāi)減災(zāi)、國土空間規(guī)劃、崩塌滑坡預(yù)警等提供依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

盱眙縣第一山在盱眙縣北部，位于盱眙斷裂帶上，由西側(cè)淮河—自來橋斷裂和東側(cè)漁溝—桂五斷裂以及兩者所夾持的盱眙斷塊所組成。地貌按形態(tài)可分為低山丘陵和侵蝕堆積崗地兩種類型，地面標(biāo)高在22～146 m，坡度較緩；由于構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，出露的最老地層為震旦系上統(tǒng)黃墟組及燈影組，沿老子山、大尖山、甘泉山、老軍山、磨盤山一帶呈NNE向條帶狀分布。地下水可分為松散巖類孔隙潛水和巖溶水兩大類。中小型采石場遍布，受開山采石影響，大部分低山地形地貌破壞極為嚴(yán)重，人類工程活動(dòng)較強(qiáng)烈。

目前，盱眙縣第一山共有崩塌、滑坡、不穩(wěn)定斜坡等地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)51處，其中崩塌23處，滑坡10處，不穩(wěn)定斜坡（崩塌、滑坡隱患）18處（圖1），直接威脅人數(shù)364人，威脅財(cái)產(chǎn)達(dá)2899萬元。

圖1 研究區(qū)崩塌滑坡災(zāi)害分布Fig.1 Distribution of collapse and landslide in the study area

2 評(píng)價(jià)模型

信息量法認(rèn)為，某種地質(zhì)環(huán)境因素提供的發(fā)生崩塌滑坡的可能性，可以通過計(jì)算該因素的信息量來度量，用該因素信息量的大小來評(píng)價(jià)這一因素對(duì)崩塌滑坡發(fā)生的影響[13-14]。一般崩塌滑坡發(fā)生與多種因素有關(guān)，綜合這些因素的信息量值，得到“最佳因素組合”下，崩塌滑坡發(fā)生的可能性大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)一定區(qū)域崩塌滑坡發(fā)生可能性的客觀評(píng)價(jià)，具有科學(xué)性。對(duì)應(yīng)某種因素特定狀態(tài)下的崩塌滑坡信息量公式可表示為：

式中：

IAj→B—對(duì)應(yīng)因素A、j狀態(tài)（或區(qū)間）下崩塌滑坡災(zāi)害發(fā)生的信息量；

Nj—對(duì)應(yīng)因素A、j狀態(tài)（或區(qū)間）下崩塌滑坡災(zāi)害分布的單元數(shù)；

N—評(píng)價(jià)區(qū)已知有崩塌滑坡災(zāi)害分布的單元總數(shù)；

Sj—因素A、j狀態(tài)（或區(qū)間）分布的單元數(shù)；

S—為評(píng)價(jià)區(qū)單元總數(shù)。

當(dāng)IAj→B>0時(shí)，反映了對(duì)應(yīng)因素A、j狀態(tài)（或區(qū)間）下崩塌滑坡災(zāi)害發(fā)生傾向的信息量較大，崩塌滑坡發(fā)生的可能性較大；當(dāng)IAj→B<0時(shí)，表明因素A、j狀態(tài)（或區(qū)間）條件下，不利于崩塌滑坡發(fā)生；當(dāng)IAj→B=0時(shí)，表明因素A、j狀態(tài)（或區(qū)間）不提供有關(guān)崩塌滑坡發(fā)生與否的任何信息，即因素A、j狀態(tài)（或區(qū)間）可以剔除掉，排除其作為崩塌滑坡預(yù)測因子。

由于每個(gè)評(píng)價(jià)單元受眾多因素的綜合影響，各因素又存在若干狀態(tài)，各狀態(tài)因素組合條件下崩塌滑坡發(fā)生的總信息量可用如下公式確定：

式中：

I—對(duì)應(yīng)特定單元崩塌滑坡發(fā)生的總信息量，指示崩塌滑坡發(fā)生的可能性，可作為崩塌滑坡易發(fā)性指數(shù)；

Ni—對(duì)應(yīng)特定因素、第i狀態(tài)（或區(qū)間）條件下崩塌滑坡面積或崩塌滑坡點(diǎn)數(shù)；

Si—對(duì)應(yīng)特定因素、第i狀態(tài)（或區(qū)間）的分布面積；

N—評(píng)價(jià)區(qū)崩塌滑坡總面積或總崩塌滑坡點(diǎn)數(shù)；

S—評(píng)價(jià)區(qū)總面積。

3 易發(fā)性評(píng)價(jià)

3.1 評(píng)價(jià)單元選取

本次易發(fā)性評(píng)價(jià)采用網(wǎng)格單元，由于網(wǎng)格單元大小的確定尚無成熟模型，根據(jù)已有數(shù)據(jù)精度，采用5m×5m網(wǎng)格單元，將柵格單元?jiǎng)澐譃?36行、1537列，共計(jì)52.8萬個(gè)柵格單元。

3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

根據(jù)本區(qū)崩塌滑坡發(fā)育特征，易發(fā)性評(píng)價(jià)選取崩塌滑坡點(diǎn)密度、工程地質(zhì)巖組、與斷層距離、斜坡結(jié)構(gòu)、地形坡度、斜坡高差和人類工程活動(dòng)7項(xiàng)主要因子作為易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)[15-19]。

（1）崩塌滑坡密度

崩塌滑坡密度反映某區(qū)域崩塌滑坡發(fā)育環(huán)境的優(yōu)劣，崩塌滑坡密度大的區(qū)域未來崩塌滑坡發(fā)生的概率較大。將現(xiàn)狀崩塌滑坡隱患點(diǎn)投影到評(píng)價(jià)單元內(nèi)，并計(jì)算出每個(gè)輸出柵格像元周圍點(diǎn)要素的密度。每個(gè)柵格像元中心的周圍都定義了一個(gè)鄰域，將鄰域內(nèi)的點(diǎn)數(shù)量相加，再除以鄰域面積，所得數(shù)值為崩塌滑坡密度（圖2a）。

崩塌滑坡密度可分為[0，10）、[10，20）、[20，30）、[30，42.6）四個(gè)狀態(tài)級(jí)別（圖3a），崩塌滑坡頻率比在四個(gè)狀態(tài)內(nèi)逐漸增大。

（2）與斷層距離

盱眙第一山位于淮河—自來橋斷裂東側(cè)，與之平行發(fā)育有一系列北北東向斷裂，其所在的盱眙斷塊內(nèi)部層間牽引褶曲、劈理、斷裂、節(jié)理等構(gòu)造發(fā)育。一般來講，距斷層距離越近，節(jié)理等小構(gòu)造、軟弱面越發(fā)育，巖體也就越破碎，越有利于滑坡、崩塌的發(fā)生。利用ArcGIS的緩沖區(qū)功能，對(duì)全區(qū)構(gòu)造沿線進(jìn)行分級(jí)。

根據(jù)評(píng)價(jià)區(qū)構(gòu)造規(guī)模，將崩塌滑坡與構(gòu)造距離分為[0，50）、[50，100）、[100，+∞）三個(gè)狀態(tài)級(jí)別（見圖3b），崩塌滑坡相對(duì)頻率比在三個(gè)狀態(tài)內(nèi)逐漸增大。

（3）斜坡結(jié)構(gòu)

本次根據(jù)斜坡坡向與地層傾向在空間上的夾角，對(duì)斜坡結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分。

為研究斜坡結(jié)構(gòu)對(duì)崩塌滑坡發(fā)育的影響，將坡向與地層傾向的夾角按15°劃分區(qū)間，共劃分為12個(gè)區(qū)間，計(jì)算出各區(qū)間的崩塌滑坡相對(duì)頻率比。從圖2b曲線可以看出，發(fā)生崩塌滑坡的斜坡結(jié)構(gòu)集中在[0°，5°）、[15°，45°）和[75°，165°）之間，崩塌滑坡面積比大于分級(jí)面積比，說明崩塌滑坡的相對(duì)頻率比較大，這也與實(shí)地野外調(diào)查成果相符，因此，將坡向與地層傾向的夾角分為[0°，5°）、[15°，45°）、[45°，75°）、[75°，165°）和[165°，180°）六級(jí)（見圖3c），并分別計(jì)算其信息量。

（4）地形坡度

根據(jù)1:1萬DEM數(shù)據(jù)，生成地形坡度圖，以10°為間距將地形坡度劃分多個(gè)區(qū)間，并計(jì)算出每個(gè)區(qū)間內(nèi)崩塌滑坡相對(duì)頻率比。從圖2c曲線可看出，崩塌滑坡發(fā)生的坡度集中于60°以上，說明坡度越大，崩塌滑坡的相對(duì)頻率比越大。根據(jù)崩塌滑坡與坡度的頻率關(guān)系，將坡度分為[0°，20°）、[20°，40°）、[40°，60°）、[60°，90°]四個(gè)區(qū)間（見圖3d），并分別計(jì)算其信息量。

（5）工程地質(zhì)巖組

根據(jù)工程地質(zhì)性質(zhì)及巖性組合，盱眙縣第一山工程地質(zhì)巖組可分為第四系低壓縮性黏性土、黃墟組下段半堅(jiān)硬千枚質(zhì)泥巖、粉砂巖，黃墟組上段半堅(jiān)硬—堅(jiān)硬灰?guī)r、泥灰?guī)r夾千枚狀頁巖、粉砂頁巖以及燈影組堅(jiān)硬白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r夾千枚狀頁巖、粉砂質(zhì)頁巖4類工程地質(zhì)巖組，由于第四系黏性土土層較薄，分布范圍較小，且多分布于地勢低洼的溝谷內(nèi)，對(duì)崩塌滑坡發(fā)育的影響程度甚小，因此本次崩塌滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)主要考慮后3類工程地質(zhì)巖組（圖3e）。

在3類工程地質(zhì)巖組中，黃墟組下段軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)育，該巖組崩塌滑坡發(fā)育頻率比為0.69，其次為黃墟組上段，巖性軟硬相間，頻率比為0.68，燈影組地層工程地質(zhì)性質(zhì)較好，軟弱結(jié)構(gòu)面育遠(yuǎn)不如黃墟組地層，頻率比為-0.48。

（6）斜坡高差

斜坡高差越大，越易發(fā)生崩塌滑坡。根據(jù)1:1萬DEM數(shù)據(jù)，生成斜坡高差圖，以10 m為間距對(duì)斜坡高差劃分多個(gè)區(qū)間，并計(jì)算出每個(gè)區(qū)間內(nèi)崩塌滑坡相對(duì)頻率比。從圖2d曲線可看出，發(fā)生崩塌滑坡的斜坡高差主要集中于30 m以上，說明高差越大，崩塌滑坡的相對(duì)頻率比也就越大。根據(jù)崩塌滑坡與斜坡高差的頻率關(guān)系，將高差分為[0，10）、[10，30）和[30，70]三個(gè)區(qū)間（圖3f），并分別計(jì)算其信息量。

圖2 崩塌滑坡與各影響因素分級(jí)統(tǒng)計(jì)圖Fig.2 The statistical chart of collapse, landslide and grading of various influencing factors

（7）人類工程活動(dòng)類型

盱眙縣第一山已發(fā)生的33處崩塌滑坡，幾乎全部與人類工程活動(dòng)相關(guān)，區(qū)內(nèi)人類工程活動(dòng)類型大致可分為開山采石、道路與房屋建設(shè)切坡和其他3類（圖3g）。一般來說，開山采石對(duì)地形地貌的破壞程度最高，形成的斜坡規(guī)模最大，穩(wěn)定性最差，最易形成崩塌滑坡災(zāi)害，區(qū)內(nèi)因開山采石形成的災(zāi)害數(shù)量20處，占總數(shù)量的60%以上；其次為道路、房屋建設(shè)切坡，此類工程活動(dòng)類型多分布于丘陵低山周邊，形成的斜坡一般高差較小，而且往往都有不同程度的防護(hù)措施，據(jù)統(tǒng)計(jì)，區(qū)內(nèi)此類工程活動(dòng)形成的崩塌滑坡11處，占總數(shù)的33%；其他人類工程活動(dòng)一般為農(nóng)業(yè)種植、坡面植被破壞、排水等，形成的崩塌滑坡數(shù)量少，區(qū)內(nèi)僅2處，占總數(shù)的6%。

圖3 崩塌滑坡與各影響因素分級(jí)平面圖Fig.3 The plan of collapse, landslide and grading of various influencing factors

4 易發(fā)性評(píng)價(jià)分區(qū)

4.1 信息量計(jì)算

利用信息量模型及各評(píng)價(jià)因子狀態(tài)劃分，計(jì)算各評(píng)價(jià)因子各分級(jí)狀態(tài)的信息量，計(jì)算結(jié)果見表1所示。信息量數(shù)值越大表示對(duì)崩塌滑坡災(zāi)害發(fā)生的影響程度越高，總體來看崩塌滑坡主要影響因子為地形坡度，其次為崩塌滑坡密度、斜坡高差和人類工程活動(dòng)。

表1 評(píng)價(jià)因子信息量計(jì)算表Table 1 Calculation table of information quantity of each evaluation factor

4.2 崩塌滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)分區(qū)

計(jì)算得到各柵格的總信息量值，根據(jù)概率比率值大小劃分為高、中和低3個(gè)易發(fā)區(qū)等級(jí)（圖4）。

圖4 崩塌滑坡易發(fā)性分區(qū)圖Fig.4 Zoning map of collapse and landslide prone areas

（1）崩塌滑坡高易發(fā)區(qū)

該區(qū)主要分布于四山、龍山西坡、象山、第一山、寶積山、磨盤山、都梁山都梁閣等地，此外，在天臺(tái)山東側(cè)、龍蝦廣場、斗笠山巷、老虎崗等地也有小范圍分布，面積約0.25 km2。該區(qū)受開山采石或房屋、道路切坡活動(dòng)影響極大，尤其是開山采石活動(dòng)，如象山、磨盤山、第一山，歷史上開山采石活動(dòng)強(qiáng)度大，嚴(yán)重破壞了原始的地形地貌，遺留了諸多高陡邊坡，邊坡高度普遍都在20 m以上，象山地區(qū)最高可達(dá)70～80 m，坡度皆在60°以上，極易發(fā)生崩滑坡。根據(jù)調(diào)查，該區(qū)已發(fā)生崩塌滑坡點(diǎn)25處。

（2）崩塌滑坡中易發(fā)區(qū)

該區(qū)主要分布于龍山、象山、戚大山、第一山、寶積山、天臺(tái)山、磨盤山、都梁山等山體周邊，面積約1.74 km2。該區(qū)部分受居民房屋或道路建設(shè)切坡影響，不穩(wěn)定斜坡數(shù)量多，多數(shù)高度不大，一般在10 m以上，但坡度較陡，坡體及周邊人類活動(dòng)頻繁，極易造成斜坡失穩(wěn)；另一部分區(qū)域則地形自然坡度較大，如戚大山和第一山西坡、天臺(tái)山西坡和南坡、都梁山北部等地，自然坡度普遍都在25°以上，遇坡腳切坡等不利影響因素，也易產(chǎn)生崩塌滑坡。根據(jù)調(diào)查，該區(qū)已發(fā)生崩塌滑坡點(diǎn)8處。

（3）崩塌滑坡低易發(fā)區(qū)

該區(qū)主要分布于其它大部分地區(qū)，面積約10.8 km2，受人類工程活動(dòng)影響較小，地勢平緩，無規(guī)模較大的不穩(wěn)定斜坡，在該區(qū)域本次調(diào)查未發(fā)現(xiàn)有崩塌滑坡隱患點(diǎn)，未來如無大規(guī)模的人類活動(dòng)影響（如采石、切坡等），發(fā)生崩塌滑坡的可能性較低。

5 評(píng)價(jià)結(jié)果精度驗(yàn)證

本次選用ROC 曲線作為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)精度驗(yàn)證方法，ROC 曲線下面積AUC為評(píng)價(jià)準(zhǔn)確程度的標(biāo)準(zhǔn)。AUC 值介于0～1 之間，越接近1 模型預(yù)測準(zhǔn)確性越高。

ROC 曲線橫軸為高易發(fā)區(qū)到低易發(fā)區(qū)的區(qū)域面積累計(jì)百分比，縱軸為對(duì)應(yīng)易發(fā)性等級(jí)區(qū)間內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)個(gè)數(shù)的累積百分比（圖5），計(jì)算AUC值為0.896，說明本次評(píng)價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確程度較好。

圖5 評(píng)價(jià)結(jié)果ROC曲線Fig.5 ROC curve of evaluation result

6 結(jié)論

（1）選取崩塌滑坡點(diǎn)密度、工程地質(zhì)巖組、與斷層距離、斜坡結(jié)構(gòu)、地形坡度、斜坡高差和人類工程活動(dòng)7個(gè)評(píng)價(jià)因子，運(yùn)用信息量模型將盱眙縣第一山崩塌滑坡易發(fā)性分為高、中和低3個(gè)易發(fā)區(qū)等級(jí)，面積分別為0.25 km2、1.74 km2、10.8 km2。

（2）盱眙縣第一山崩塌滑坡的主要影響因子為地形坡度、崩塌滑坡密度、斜坡高差和人類工程活動(dòng)4個(gè)因子，特別是在地形坡度大于等于60°、崩塌滑坡密度大于等于30、斜坡高差大于等于30 m的開山采石區(qū)域發(fā)生崩塌滑坡的可能性最大。

（3）因工作區(qū)面積較小，區(qū)域內(nèi)年均降雨量基本無差異，故本文未考慮其影響，后續(xù)將作為誘發(fā)因子在危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)中單獨(dú)考慮。