李 建 王文彪

（華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450000）

0 引言

地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性是指災(zāi)害體在多種致災(zāi)因子作用下發(fā)生的可能性大?。?］，國(guó)外相關(guān)研究起步較早：Guptar等［2］在拉姆根加河流域內(nèi)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)，Gomez等［3］采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開(kāi)展委內(nèi)瑞拉賈博諾薩河盆地內(nèi)的滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)。國(guó)內(nèi)相關(guān)研究起步稍晚：王小東等［4］選取高程、坡度、坡向、距斷層距離、巖層傾向與坡向的關(guān)系和距水系距離等6個(gè)評(píng)價(jià)因子運(yùn)用層次分析法對(duì)白龍江引水工程水源區(qū)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行易發(fā)性評(píng)價(jià)。焦偉之等［5］選取坡高、坡向、坡度、工程巖組、構(gòu)造、河流、道路等7個(gè)評(píng)價(jià)因子建立了研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)。溫鑫等［6］選取了高程、坡度、巖性、斜坡結(jié)構(gòu)、植被指數(shù)、距斷層距離、距道路距離等7個(gè)因子采用信息量模型對(duì)川東南古藺縣進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)。李萍等［7］從地質(zhì)環(huán)境、地理環(huán)境、人類工程活動(dòng)3個(gè)因素出發(fā)，選取了研究區(qū)災(zāi)害密切相關(guān)的14個(gè)因子構(gòu)建了永德縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)模型，并采用層次分析法計(jì)算了各個(gè)因子的權(quán)重后對(duì)永德縣地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了易發(fā)性評(píng)價(jià)。

本研究以龍羊峽水庫(kù)為研究區(qū)，基于前人的研究成果、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果及遙感解譯成果，綜合分析了研究區(qū)的滑坡發(fā)育特征，運(yùn)用GIS和層次分析法，選取地層巖性、高程、坡度、坡向、植被覆蓋度、降雨、水位漲幅等7個(gè)評(píng)價(jià)因子對(duì)研究區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了易發(fā)性評(píng)價(jià)。為研究區(qū)滑坡的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、防災(zāi)減災(zāi)等提供重要參考價(jià)值。

1 研究區(qū)概況

龍羊峽水電站位于青海省共和縣與貴南縣交界處龍羊峽峽谷進(jìn)口下游約1.5 km處，水庫(kù)正常蓄水位2 600 m，庫(kù)容約247億m3，為黃河上游第一梯級(jí)電站，也是最大的高原水庫(kù)［8］。研究區(qū)位于青海省共和盆地東部邊緣，是我國(guó)青藏高原東北部一個(gè)新生代斷陷盆地，盆地內(nèi)部則為近水平產(chǎn)狀的挽近沉積層，構(gòu)造簡(jiǎn)單。研究區(qū)內(nèi)出露地層主要為第四系河湖相松散堆積物，主要是由灰、黃、紅色黏土、砂壤土、壤土、砂土組成，厚度達(dá)500～600 m（未見(jiàn)底）。研究區(qū)屬于半干旱性氣候，以干寒風(fēng)、冰凍期長(zhǎng)、氣溫變幅大、降雨量少、蒸發(fā)量大為特點(diǎn)，年平均降雨量271 mm，年平均蒸發(fā)量2 030 mm。地下水主要依靠大氣降雨和融雪滲入補(bǔ)給，向黃河及支溝排泄。據(jù)蘭州地震大隊(duì)資料，自1900年有地震記載以來(lái)，盆地及鄰近地區(qū)未發(fā)生過(guò)強(qiáng)震［9］。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究中的基本數(shù)據(jù)（降雨、植被覆蓋度）通過(guò)中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心直接獲??；地層巖性根據(jù)1∶10萬(wàn)地質(zhì)圖提取；地形坡度、坡向指標(biāo)通過(guò)研究區(qū)域內(nèi)的DEM高程數(shù)據(jù)（空間分辨率為30 m），水位漲幅數(shù)據(jù)來(lái)源于黃河水利委員會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的水位數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

層次分析法在1971年由Saaty提出，是一種多層次權(quán)重的決策分析方法。該方法將實(shí)際問(wèn)題按邏輯性分解為多層次，并比較不同層次中各因素之間的關(guān)聯(lián)程度，最終求得最底層（指標(biāo)層）相對(duì)于最高層（目標(biāo)層）的權(quán)重。運(yùn)用層次分析法分析建模時(shí)，一般分為以下幾個(gè)步驟：①建立層次結(jié)構(gòu)模型；②構(gòu)造判斷矩陣；③計(jì)算因子權(quán)重并作一致性檢驗(yàn)［10］。

3 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

3.1 評(píng)價(jià)因子的選取

滑坡地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生往往受多個(gè)因素的影響，可大致歸為兩大類，內(nèi)部因素和誘發(fā)因素，選擇評(píng)價(jià)因子要具有代表性、全面且利于表達(dá)。研究區(qū)呈串珠狀分布的斷陷盆地與環(huán)抱山地地形的組合，此段河床變窄，沖刷、下切強(qiáng)，溝谷縱橫，切割密度大，由于新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的差異性，導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)河谷呈極不對(duì)稱的形態(tài)，北岸抬升高于南岸，這使北岸形成緩坡階地，南岸形成高陡邊坡；地層巖性主要以第三系和第四系的湖湘地層為主，這套地層具有似巖非巖，似土非土的半成巖特征，強(qiáng)度低［11］。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查研究區(qū)內(nèi)的植被生長(zhǎng)情況不同，北岸較南岸覆蓋程度高；且自龍羊峽水庫(kù)投入運(yùn)營(yíng)后，庫(kù)水位呈周期性漲幅。因此，基于研究區(qū)特殊地質(zhì)環(huán)境條件，選取了高程、坡向、坡度、地層巖性、降雨、植被覆蓋度、水位漲幅，共7個(gè)致災(zāi)因子構(gòu)建滑坡災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

通過(guò)各評(píng)價(jià)因子之間進(jìn)行兩兩對(duì)比，構(gòu)造了判斷矩陣算得因子權(quán)重并做了一致性檢驗(yàn)，見(jiàn)表1；若CR＜0.1則一致性較好。并結(jié)合眾多學(xué)者對(duì)評(píng)價(jià)因子的量化分級(jí)方法，對(duì)研究區(qū)7個(gè)評(píng)價(jià)因子進(jìn)行量化分級(jí)，各因子的所占的權(quán)重與分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表1 構(gòu)造判斷矩陣

表2 因子的權(quán)重及分級(jí)

3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的分析

3.2.1 高程。不同高程范圍斜坡的臨空條件不同、河流切割程度不同及人類活動(dòng)強(qiáng)度的不同，這些因素導(dǎo)致滑坡災(zāi)害在某一高程內(nèi)集中發(fā)育，如圖1所示。從30 m分辨率的DEM數(shù)據(jù)中提取高程數(shù)據(jù)，高程范圍為2 456～3 594 m，龍羊峽水庫(kù)近壩岸地質(zhì)災(zāi)害主要分布在高程帶為2 600 m～2 800 m的區(qū)域內(nèi)，因?yàn)樵摳叱處軒?kù)水位周期性波動(dòng)影響大，其他依次遞減。

圖1 高程分布

3.2.2 坡度。坡度是滑坡災(zāi)害的重要影響因素。坡度可以反映坡體否具備臨空面，坡度越大，斜坡穩(wěn)定性越低，另一方面，坡度可以影響地表水徑流、地下水的排泄補(bǔ)給等，對(duì)邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。因此坡度大于40°時(shí)被定位4級(jí)，其他隨著坡度降低依次遞減。采用30 m分辨率的DEM數(shù)據(jù)提取坡度數(shù)據(jù)，如圖2所示。

圖2 坡度分布

3.2.3 坡向。坡向是指斜坡的朝向，由于太陽(yáng)的輻射導(dǎo)致不同朝向坡體，其承受太陽(yáng)光照強(qiáng)度不同，導(dǎo)致巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)不同，以及坡體內(nèi)的地下水分布情況也不一樣，日照時(shí)間短，巖土體風(fēng)化程度低，邊坡穩(wěn)定性越強(qiáng)。由于研究區(qū)位于北半球，南向坡為陽(yáng)坡，日照時(shí)間長(zhǎng)、太陽(yáng)輻射強(qiáng)、晝夜溫差大、風(fēng)化程度高，因此坡向?yàn)?7.5°~202.5°被定義為4級(jí)，其他依次遞減。基于30 m的DEM提取坡向因子，并劃分為337.5°~22.5°、22.5°~67.5°、67.5°~112.5°、112.5°~157.5°、157.5°~202.5°、202.5°~247.5°、247.5°~292.5°、292.5°~337.5°八個(gè)坡向，如圖3所示。

圖3 坡向分布

3.2.4 地層巖性。地層巖性是滑坡災(zāi)害發(fā)育的重要影響因素。不同的巖性其巖石風(fēng)化殘積物的強(qiáng)度和滲透性不同，一般來(lái)說(shuō)，巖性軟弱，結(jié)構(gòu)不完整，裂隙極度發(fā)育時(shí)，斜坡穩(wěn)定性較低，容易發(fā)生滑坡地質(zhì)災(zāi)害。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)查情況并根據(jù)1∶10萬(wàn)地質(zhì)圖提取出研究區(qū)地層巖性特征，如圖4所示。由于半成巖似巖非巖的特性，強(qiáng)度較低，因此被定為4級(jí)；花崗巖強(qiáng)度最高被定為1級(jí)；碎屑巖、泥質(zhì)巖被定為3級(jí)；火山巖、火山碎屑巖被定為2級(jí)。

圖4 地層巖性分布

3.2.5 降雨。降雨是滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的誘發(fā)因素，當(dāng)發(fā)生強(qiáng)降雨時(shí)，雨水入滲到巖土體內(nèi)使其軟化，導(dǎo)致其強(qiáng)度變低，誘發(fā)滑坡災(zāi)害的發(fā)生。通過(guò)收集氣象資料并根據(jù)氣象站站點(diǎn)插值得到了研究區(qū)的降雨圖，如圖5所示。以年平均降雨量作為指標(biāo)，定性地描述降雨對(duì)滑坡災(zāi)害發(fā)生的影響，降雨量越大，越易發(fā)生滑坡地質(zhì)災(zāi)害，因此把年平均降雨量超過(guò)340 mm定位4級(jí)，其他依次減小。

圖5 降雨分布

3.2.6 植被覆蓋度。植被的發(fā)育對(duì)滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生有著重要的影響因素，往往植被發(fā)育的地方，不易發(fā)生滑坡，植被指標(biāo)通過(guò)植被覆蓋度來(lái)量化，由于植物葉面能吸收可見(jiàn)光紅外波段而反射近紅外波段，因此可以基于兩個(gè)波段值的不同組合得到不同的植被指數(shù)，植被覆蓋度越低越易發(fā)生滑坡地質(zhì)災(zāi)害，因此把低覆蓋度定義為4級(jí)，其他依次遞減。選取標(biāo)準(zhǔn)化差植被指數(shù)NDVI作為分析指標(biāo)，計(jì)算結(jié)果如圖6所示。

圖6 植被覆蓋度

3.2.7 水位漲幅。據(jù)（黃河水利委員會(huì)）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)得水庫(kù)水位信息，水庫(kù)正常運(yùn)行后庫(kù)水位呈周期性波動(dòng)，每年1月—6月庫(kù)水位由2 600 m下降至2 590 m，6月—1月由2 590 m上升至2 600 m。根據(jù)水庫(kù)的水位變化，每年庫(kù)水位漲幅約10 m，其中，越靠近水庫(kù)水壩水位漲幅的幅度越大，因此被定義為4級(jí)，并依次向后遞減，如圖7所示。

圖7 水位漲幅

4 易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果及分析

基于ArcGIS平臺(tái)，使用自然斷點(diǎn)法，得出龍羊峽水電站庫(kù)區(qū)滑坡進(jìn)行易發(fā)性分區(qū)圖，分為極低易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)、中易發(fā)性和高易發(fā)性四個(gè)區(qū)，如圖8所示。從圖中可以得知，研究區(qū)高易發(fā)區(qū)面積有420.23 km2，占總面積的15.7%，中易發(fā)性區(qū)共有848.97 km2，占總面積的31.8%。低易發(fā)性區(qū)共有1 183 km2，占總面積的44.3%，極低易發(fā)性區(qū)共有214.91 km2，占總面積的8.2%。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及遙感解譯研究區(qū)滑坡基本信息與所屬分區(qū)如表3所示，滑坡基本處于中高易發(fā)性分區(qū)中，這與易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果相吻合。

圖8 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)

表3 滑坡基本信息

5 結(jié)論

①構(gòu)建了龍羊峽水電站庫(kù)區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并依據(jù)研究區(qū)滑坡災(zāi)害特征，選取了高程、坡度、坡向、地層巖性、降雨、植被覆蓋度、水位漲幅7個(gè)因子作為滑坡災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)的指標(biāo)。

②基于ArcGIS平臺(tái)得出易發(fā)性分區(qū)圖，結(jié)果表明：高易發(fā)區(qū)占總面積的15.7%，中易發(fā)區(qū)占總面積的31.8%，低易發(fā)區(qū)占總面積的44.3%，極低易發(fā)區(qū)占總面積的8.2%。

③高易發(fā)區(qū)主要位于龍羊峽水庫(kù)近壩岸右岸處；中易發(fā)性主要集中龍羊峽水庫(kù)右岸的中上游處；低易發(fā)區(qū)主要分布在龍羊峽水庫(kù)上游左岸處；極低易發(fā)區(qū)主要分布在龍羊峽庫(kù)尾距水系較遠(yuǎn)處。