基于GIS的四川广安区地质灾害危险性评价

王 磊，王运生，陈 云，蒋发森

(成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川成都 610059)

0 概述

地质灾害是指由于自然或人为作用，多数情况下是二者协同引起的，在地球表层比较强烈地破坏人类生命财产和生存环境的岩土体位移事件［1］。崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降等地质灾害的发生受地质环境的控制，这些地质环境因素主要包括地形地貌、地层岩性、气象水文、人文活动等。地质灾害危险性评价就是在考虑各种诱发地质灾害因素的基础上，进一步确定地质灾害发生的可能性及危险性。而地质灾害危险性评价就是对某个地区或某个隐患点的历史灾害活动状况、自然条件、地质环境条件、人类工程经济活动状况等进行综合分析，从而确定其发生危及人类生命财产安全的灾害事件的概率大小［2］。

国内外利用GIS技术对区域地质灾害危险性评价已做了大量研究和应用。GIS以其强大的图像处理、数据管理和空间分析功能为地质灾害数据的处理、存储、分析提供了方便。GIS技术可以方便的管理多元数据，生成任意大小图元，解决了传统评价方法中研究区内区域地质环境的差异性和复杂性的难题，使地质灾害危险性评价更精确［3］。黄润秋等运用GIS技术与多种数学模型进行了地质灾害区域评价与危险性区划，详细介绍了评价指标和数学模型选取方法，并在长江三峡库区新滩—巴东段和金沙江溪落渡水电站近坝库区得到了运用［3］;薛东剑等结合遥感数据解译和地面调查，综合运用GIS技术、信息量模型和Logistic模型完成了对青川、平武县的地质灾害危险性评价［4］;姚玉增等采用信息量法、统计量法和层次分析法分别确定指标权重对辽宁凌源地区进行了地质灾害危险性评价，表明层次分析法效果最好［5］。本文在对广安区地质灾害实地调查基础上，运用GIS技术和层次分析法确定地质灾害各影响因素权重，对广安区地质灾害进行了危险性评价。

1 研究区概况

广安区位于四川省东部，跨四川盆地红层丘陵区与华蓥山低山地区两个不同的自然地理区域［6］，106°30'～ 107°05'E，30°20' ～ 30°55'N。总 面 积1533.65km2，下辖43个乡(镇)和6个街道办事处。广安区交通便利，国家4A级景区邓小平故里为著名的红色旅游景点。

区内地形地貌复杂，山地、丘陵、平坝交错，以丘陵地貌为主，总体地貌走势为西高东低(图1)。渠江干流从东北向西南贯穿全境将广安区分为东西两部分，区内其他河流均为渠江水系支流。广安区年平均降雨量1082.2mm，降雨主要集中5～10月份，近年广安区洪水灾害频发诱发大量地质灾害。

图1 研究区地质灾害点分布图Fig.1 Distribution region of the geologic hazards of study area

2011年8月，进行广安区地质灾害调查，共调查地质灾害点367处(图1)。崩塌94处，主要分布在观塘、护安、方坪等乡镇，崩塌规模上小型崩塌88处，占崩塌总量的93.62%。滑坡56处，主要分布在观塘、护安、方坪等乡镇，类型以浅层土质滑坡为主，残坡积土与基岩面和软、硬岩层面是形成滑坡的主要滑动面，人为削坡和汛期强降雨是引发滑坡的主要因素。塌陷是广安区地质灾害的主要灾种共208处，主要分布在桂兴及小井两个乡镇，这些塌陷隐患点主要由于地下煤矿开采，采空后形成，其次为地下岩溶发育形成空洞，其后顶板破裂形成。不稳定斜坡分布较少共9处，规模上以小型为主。

2 危险性评价因子的选取

影响和诱发地质灾害的地质因素很多，根据本区实际调查情况，本文主要选择坡度、坡向、地层岩性、地质构造、水系和降雨6个因素作为地质灾害危险性评价因子。

2.1 坡度

研究表明，重力是造成地质灾害发生的根本原因，在陡峭的斜坡上，下滑力增加，易产生滑坡、崩塌等地质灾害［4］。首先利用ArcGIS基于等高线得到研究区DEM数字高程模型，然后运用ArcGIS空间分析功能对DEM进行坡度计算得到研究区坡度分级图(图2)。广安区区的坡度分布在0°～45°，运用自然间断点分级法将坡度分为4个级别，分别是:0°～5°、5°～10°、10°～20°、20°～45°。

图2 研究区坡度图Fig.2 Zoning of slope in the study area

2.2 坡向

不同斜坡坡向的太阳辐射强度等条件不同，影响了水蒸发量、植被覆盖、坡面侵蚀等诸多因素 ，从而影响了斜坡地下水孔隙压力的分布及岩土体物理力学特征，因而影响了斜坡稳定性［7］。运用ArcGIS空间分析功能对DEM进行坡向计算，将广安区的坡向划分为8个级别(图3)，对野外调查所得367处地质灾害点与坡向进行了叠加分析(表1)。

表1 地质灾害点与坡向关系Table 1 Relation of geologic hazards and aspect

从表中可以看出坡向270°～360°地灾点分布较多，坡向 90°～135°、180°～225°次之，坡向 225°～270°、0°～45°分布较少，坡向 135°～180°、45°～90°最少。

图3 研究区坡向图Fig.3 Zoning of exposure in the study area

2.3 地层岩性

地层岩性及其结构特征是影响地质灾害发育和分布的重要内在因素之一。岩层的工程地质性能取决于原岩的岩性，又取决于后期遭受褶皱、断裂破碎的程度和风化情况［8］。研究区区内地层出露主要为侏罗系上统蓬莱镇组、侏罗系中统下沙溪庙组、上沙溪庙组、三叠系上统须家河组、三叠系中统雷口坡组、三叠系下统嘉陵江组和飞仙关组(图4)。对野外调查所得367处地质灾害点所处地层岩性进行了统计分析(表2)，从表中可以看到嘉陵江组和飞仙关组地质灾害点较密，雷口坡组和须家河组次之，下沙溪庙组和上沙溪庙组分布较少，蓬莱镇组分布最少。

图4 研究区岩性分布图Fig.4 Zoning of lithology in the study area

表2 地质灾害点与地层岩性关系Table 2 Relation of geologic hazards and lithology

2.4 地质构造

广安区在大地构造上属扬子准地台川中台拗，在区域构造上属新华夏系四川盆地沉降带川中坳陷构造区。区内的地质构造主要受华蓥山大断裂的影响，主要构造有华蓥山大断裂、广安背斜、大石桥背斜、鲜渡河背斜、斗湾寨向斜、月山向斜、王家坪向斜、龙女寺向斜、大有背斜。在ArcGIS软件中对研究区内构造进行缓冲区分析，按照距构造距离d≤300m，300m＜d≤600m，600m＜d≤900m和d＞900m 将广安区分为4个级别(图5)。

图5 研究区构造及缓冲区Fig.5 Faults and buffer of study area

2.5 水系

渠江干流从东北向西南流经广安区全境，长113km，河面宽100～500m，境段内多年平均流量657m3/s，年均径流量207×108m3，其它河流均属渠江水系支流。在ArcGIS软件中对研究区内水系进行缓冲区分析，按照距水系距离d≤200m，200m＜d≤400m，400m＜d≤600m和d＞600m将广安区分为4个级别(图6)。

2.6 降雨

降雨尤其是强降雨是诱发地质灾害的最重要因素之一。据突发性地质灾害的分类统计，发现持续降雨诱发者占其总发生量的65%。其中，局地暴雨诱发约占总发生量的43%，占持续降雨诱发总量的66%［9］。广安区年平均降雨量1082.2mm，降雨主要集中5～10月份，占全年降雨的70%，月降雨平均最多的7月188.07mm，近年广安区洪水灾害频发诱发大量地质灾害。在ArcGIS软件中对广安区年平均降雨量进行分级，按照降雨量≤1000mm，1000m＜降雨量≤1100m，1100m＜降雨量≤1200m和降雨量 ＞1200m将广安区分为4个级别(图7)。

图6 研究区水系及缓冲区图Fig.6 Water system and buffer of study area

为了便于在ArcGIS中对数据进行空间叠加分析，需对各评价因子进行分级并赋值，结合野外实际情况，对各因素进行分级和赋值如表3所示。

表3 评价因子分级及赋值Table 3 Grade and evaluation of assessment factors

3 各影响因子权重的确定

层次分析法是由美国的运筹学家T.L.Satty等人在20世纪70年代提出的，是多目标的综合评价指标权重确定的主要方法之一［10］。通过专家打分构建的坡度、坡向、地层岩性、构造、水系和降雨6因素的判断矩阵A。在Matlab软件中求得该判断矩阵的最大特征值 λmax=6.1582，λmax对应特征向量为(-0.5678，-0.1166，-0.2691，-0.2293，-0.1519，-0.7183)。

查找相应的平均随机一致性指标RI=1.24一致性比例

判断矩阵有很好的一致性，判断合理。

在Matlab中对λmax对应特征向量进行归一化处理得各因子权重(0.2766，0.0568，0.1311，0.1117，0.0739，0.3499)。

4 危险性评价

在ArcGIS中对广安区各评价因子图层进行栅格化处理，单元网格大小100m×100m，共剖分网格个数153956个。对广安区6个影响因子图层进行栅格叠加，叠加公式为:

式中:

Wi——第i个评价因子的权重;

Xi——第i个评价因子分级所赋值(表3)。

图8 研究区危险性分区图Fig.8 The hazard assessment of study area

各评价因子的栅格数据叠加后得到危险性指数的范围在1.13～3.66之间。结合上面所做出的地质灾害危险性评价结果和现场调查的地质灾害点分布情况将危险性指数分为高易发区(2.64～3.66)、中易发区(2.10～2.64)、低易发区(1.60～2.10)、极低易发区(1.13～1.60)(图8)。

5 结论

本次以评价100m×100m大小单元网格分割研究区，共剖分网格153956个。评价结果显示高危险区149.49km2，占到评价区的9.71%，地质灾害点个数182个，平均1.22个/km2，主要集中于广安区西部，区内危害对象主要为分散的农户，防治措施主要为搬迁避让，工程治理为主，群测群防为辅。中危险区320.19km2，占到评价区的20.80%，地质灾害点个数103个，平均0.32个/km2，主要分布于构造线两侧，区内包括广安城区，人口密度较大，经济活动频繁，防治措施以工程治理为主，专人监测为辅，另外应加强人类工程活动管理，减少削坡挖方。低危险区798.64km2，占到评价区的51.87%，地质灾害点个数78个，平均0.10个/km2，分布于构造线和水系两侧，区内地质灾害点分布较少，防治措施以搬迁避让，群测群防为主，工程治理为辅。极低危险区271.24km2，占到评价区的17.62﹪，地质灾害点个数6个，平均0.02个/km2，主要分布在广安区地势较平坦地区，区内地质灾害点分布极少，以搬迁避让，群测群防为主。

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