基于地理国情数据地质灾害点危险性定量评价——以鹰潭市为例

江丽，江媛媛，邹瑜，郭松（.东华理工大学地球科学学院，江西南昌 33003； .江西应用技术职业学院，江西赣州 34000）

基于地理国情数据地质灾害点危险性定量评价
——以鹰潭市为例

江丽1∗，江媛媛1，邹瑜2，郭松2
（1.东华理工大学地球科学学院，江西南昌 330013； 2.江西应用技术职业学院，江西赣州 341000）

地质灾害是一种破坏性的地质事件，严重威胁人类的生命财产和生存环境，制约着人类的可持续发展。文章基于地统计学理论和地质灾害群发性和区域性的特点，选取区域影响因子，采用层次分析法对鹰潭市内的地质灾害点进行危险性分级研究，并利用GIS制图技术制作危险性分级图。研究结合地理国情普查数据和当地的地质灾害资料，从致灾和受灾两个方面进行分析，并引入了社会经济要素作为评价因子。研究结果表明在：① 50 m～500 m高程段；②15°～25°坡度段；③道路 200 m内；④河流 100 m内；⑤植被覆盖度低于0.65的区域内是地质灾害高发的区域。其中“道路 200 m内”是代表人类工程活动，其余代表的是自然因素。文章还基于地理国情普查的社会经济要素数据，分析了地质灾害点威胁的数量和范围，充分发挥地理数据在社会经济建设中的作用。

地质灾害；GIS；地理国情

1 引 言

地质灾害是指受自然或人为因素影响，诱发对经济和人员造成危害的地质活动。而且地质灾害的发生不是孤立的，它是由多种因素综合作用诱发的［1］。近年来，国家开展了地理国情普查工作，调查我国的地理现状，包括自然和人文两方面地理要素［2］。地质灾害作为重要的地理国情信息，是不可或缺的调查对象。鹰潭市是江西地质灾害多发区，多年来，对地区地质灾害的研究成果斐然，同时也存在一些不足，主要表现在风险研究方面，主要考虑自然的影响，较少考虑经济因素；在评价方式上，多数依赖于人的经验，缺少合理的定性与定量研究方法；在防治区划方面，可以量化每个地质灾害点的危险性［3］。

本次研究将基于地理国情数据，结合地统计学和空间分析技术，研究地质灾害与周边环境的分布和威胁等问题，并将其关系量化，利用层次分析法构建基于地理国情普查的地质灾害危险性评价模型，最终完成鹰潭市地质灾害点危险性等级图，为鹰潭市防灾减灾工作提供建设性的意见，并为江西省全省的地质灾害研究提供经验。

2 鹰潭市地质概况

鹰潭市位于江西省东北部，背靠龙虎山，处信江中下游，全市总面积 3 560 km2。鹰潭市属亚热带湿润季风气候区，气候宜人，春暖、夏热、秋干、冬寒，四季分明。年平均气温19℃，极端最高气温42℃，极端最低气温-15℃，年平均降水量 1 842 mm。

鹰潭市地处九岭东西向隆起带南缘与新华夏系怀玉山—武夷山复式隆起带的复合部位，构造类型以东西向构造、华夏系构造及新华夏系构造为主，受东西向构造控制影响，中部形成信江凹陷带。其边缘地势大致由南、北两侧逐渐向中间降低同时向西倾斜，地势总体东南高，西北低。根据地貌地形特征和成因类型，区内地貌类型分为:侵蚀构造中低山、构造剥蚀丘陵、构造剥蚀岗地、侵蚀堆积河谷平原地貌［4］。研究区内露出的地层有:中元古界、震旦系、寒武系、石炭系、二迭系、侏罗系、白垩系和第四系。地层岩类以红色碎屑岩、变质岩、松散岩类为主，一般碎屑岩次之，局部分布碳酸盐岩类。区内岩浆岩分布较广，约占全市总面积的20%，主要为燕山期花岗岩和加里东期花岗岩；余江零星分布喜山期辉长岩［5］。

鹰潭市内新构造运动受新华夏系构造控制，区内东南部和北部山区，“V”字型沟谷、凹形坡型、夷平台阶较为发育，表现为间歇性抬升，中部盆地接受堆积，信江河岸发育河漫滩、Ⅰ—Ⅲ级阶地，表现为相对沉降。控制中生代断陷盆地北东向断裂，某些地段温泉出露，如余江邓埠温泉，说明新构造运动继承老构造复活。从鹰潭市的地质情况来看，其地质活动相对稳定。

∗ 收稿日期:2015—10—22

作者简介:江丽（1988—），女，硕士研究生，主要从事地质学的相关研究。

通讯作者:邹瑜（1990—），男，硕士研究生，主要研究方向地理信息工程。

3 数据来源及研究路线

3.1 数据来源

研究的数据主要来源于江西省第一次地理国情普查地质灾害专题普查使用的数据，主要包括鹰潭市地理国情普查中的覆盖数据和要素数据、鹰潭市高分辨率航空遥感影像、鹰潭市1∶5万DEM数据和鹰潭市地质灾害群测群防信息表。

3.2 研究路线

通过研究发现，地质灾害危险性应包括两方面的内容，一是灾害的易发性；二是灾害发生能造成的危害性［6］。文章从这两方面出发，结合地理国情数据的特点，分析灾害的发生规律，利用地统计学和层次分析法建立评价模型，最后制作地灾点危险性分级图，具体过程如图1所示。

图1　地质灾害危险性分析流程图

4 评价因子的选取与分析

鹰潭市地质灾害“种类全、灾害点多、分布面广”。其地质灾害的种类主要包括滑坡、崩塌、泥石流等。在此次地质灾害专题中，结合“群测群防信息表”和影像数据，通过实地调查建立了地灾点矢量数据库，地灾点分布如图2所示。

图2　鹰潭市地灾点分布图

从图中可以看出地灾点主要分布在北部和东南部，且分布相对集中。滑坡、崩塌和泥石流是主要的类型，同时诱发因素也相似，所以研究将三者统一进行分析，通过统计得出，鹰潭市地灾点共有260个，根据实际情况剔除了4个无效点，所以本次研究的地灾点数量为256个。

在研究历年的资料基础上，发现在地理国情数据的支持下，可以得到与以往对地灾点评价不同的评价因子［7］。地理国情普查是新时期下社会发展对地理信息数据提出的新的要求，从而也决定了它与以往的数据是不同的，它最鲜明的特点是包含了社会经济数据［8］，基于此，文章得到以下评价因子，即致灾因子（高程、坡度、植被覆盖度、河流、道路）和受灾因子（学校、工矿企业、居民地、农田水利设施、铁路、公路）。致灾因子作为地质灾害易发程度的主要因素，受灾因子作为地质灾害危害程度的主要因素，两个方面的因素同样重要，因为一个地灾点的危险性是相对与社会来说的，一个不会威胁社会的地灾点是没有研究意义的。文章基于数据的特点，得出的评价因子是符合实际情况的［9］。

4.1 高程与地灾点分布

以往的研究表明，地质灾害分布与高程密切相关，主要分布在中低山、低山的地形中，平原由于地势平坦，不具备形成灾害的地形条件［10］。研究将区域的高程分为极低海拔（＜50 m）、中低海拔（50 m～100 m）、中海拔（100 m～500 m）、中高海拔（500 m～1 000 m）和高海拔（＞1 000 m）5个等级，并叠加地灾点矢量数据，统计各高程带地灾点的分布，叠加结果如图3。由于设置的关系，浅色部分比深色部分海拔高，再通过统计工具统计各高程带地灾点的个数和占比，统计结果如图4所示。统计结果显示，鹰潭市的地质灾害主要发生在中低海拔和中海拔，其他海拔段只有少数的分布，高程对地质灾害的影响是明显的。

图3　地灾点高程分布图

图4　地灾点与高程的关系

4.2 坡度与地灾点分布

地质灾害分布规律与坡度息息相关，坡度能够改变应力分布特征，坡度变大，坡面附近应力带范围增大，坡脚应力集中带最大应力值随之增高，所以，坡度越大灾害越容易发生。研究将区域坡度分为＜2°、2°～3°、3°～6°、6°～8°、8°～15°、15°～25°、＞25°，7个坡度带，并采取与高程一样的统计分析方法。根据统计的结果，鹰潭市的地质灾害主要发生在坡度8°以上的区域，其中坡度15°～25°分段最多，但是当坡度到一定大小后，因其地质结构和岩体都趋于稳定，这些区域发生地质灾害的情况反而有所减少，坡度对地灾的影响也是非常明显的。4.3 植被覆盖与地灾点分布

地表覆盖与其地块稳定性直接挂钩，直接影响地质灾害的发生。地表覆盖可以通过植被茂密程度（植被覆盖度）来表示对地质灾害的影响程度［11］。文章基于遥感影像，利用归一化植被指数计算出各个地灾点的植被覆盖度，从而量化地表覆盖对地质灾害的影响。一般而言，高植被覆盖度区域产生地质灾害的概率较小，而在地表裸露地区，地质灾害产生的概率较大。归一化植被指数（NDVI）是一种可以反映植被长势和营养信息的重要参数，同样可以反应地表植被覆盖状况，其计算方法如式。

式中NIR为近红外波段是反射值，R为红光波段的反射值

植被覆盖度P主要是通过植被指数来估计，数理表达式为

式中NDVI表示植被指数，NDVIV和NDVIS分别表示完全植被覆盖状态和完全裸土状态下像元的植被指数值，可以从影像中获取。植被覆盖度P反映了影像像元植被覆盖情况，当P=1，表示该像元是一个茂密植被覆盖的地区，看不见露的土壤表面；而当P=0，表示该像元是一个完全裸露的地区，没有任何植被覆盖。采用与高程一样的统计分析方法，发现植被覆盖度与地灾点数量呈负相关的关系，即植被覆盖度越低，地灾点的数量越多。植被覆盖度大于0.85的地区仅有12个地灾点，而植被覆盖度低于0.65的地区其地灾点数量高达244个。

4.4 河流与地灾点分布

河流对地质灾害的影响不可忽视，众多研究表明地质灾害大多数发生在河流两岸，可能是因为流水不断侵蚀两岸的斜坡，导致边坡失稳。在研究过程中，分别制作0 m ～200 m、200 m ～400 m、400 m ～800 m、800 m～1 000 m的河流缓冲区，并叠加地灾点，统计各地灾点在各缓冲区的分布情况。从统计结果来看，地灾点多数分布在河流200 m缓冲区范围内，共有184个地灾点，200 m～400 m缓冲区域有43个地灾点，400 m ～800 m缓冲区域仅有25个地灾点，800 m～1 000 m缓冲区域仅有3个地灾点，而大于 1 000 m缓冲区域仅有1个地灾点，很明显地质灾害点的分布与河流距离呈此消彼长的规律，地质灾害点多位于河流附近，与河流距离越近，地质灾害发生的可能性越高。

4.5 道路与地灾点分布

道路也是影响地灾点分布的一个重要因素，修筑道路免不了要开挖、劈切山体，而这种工程活动是最容易造成山体松动的，对地质灾害有很大影响。研究依据道路数据，制作0 m～100 m、100 m ～200 m、200 m～400 m、＞400 m，4个等级的公路缓冲区，并将地灾点与缓冲区叠加，并进行统计。从结果来看，地灾点绝大多数分布在距公路 100 m的范围内，总计有134个地质灾害点，100 m～200 m缓冲区域有60个地质灾害点，200 m～400 m缓冲区域仅有32个地质灾害点，而 ＞400 m缓冲区域仅有30个地质灾害点。可以看出随着缓冲区距离的加大，地灾点的数量随之在减少，该现象与河流的影响相似。数据表明，修筑公路与地质灾害的发育密切相关，与公路距离越近，地质灾害发生的可能性越高，说明人类活动对地灾点的影响是明显的。

4.6 社会经济因素

在地理国情普查的数据中有许多与社会经济有关的地物，这些地物在地质灾害发生时会受影响，从普查数据中筛选了一些代表性地物，即学校、工矿企业、居民地、农田水利设施、铁路、公路这些地物作为受灾因子。量化关系的思路是通过叠加分析和缓冲区分析统计出地灾点一定距离范围内受灾因子的类型和个数，然后归一化得到因子的贡献系数。对于缓冲区距离大小的选取，用多级缓冲区距离进行了试验分析，又考虑到鹰潭市的地质灾害主要是小型，其中滑坡大多是小（二）型，结合鹰潭市地质专家的意见，综合讨论后，最后选定缓冲区的大小为 150 m。基于软件很快的提取出所需受灾因子的位置和属性信息，然后与地灾点矢量图叠加，做缓冲区分析，最后统计出地灾点范围内的受灾因子个数，统计的数据作为因子量化的资料。

5 地质灾害点危险性分级

5.1 层次分析模型理论

层次分析法是通过专家判断并结合适当的数学模型进行运算来确定评价因子权重，其核心是将与决策有关的因素逐渐的分解成目标、指标、准则、方案等层次，并基于这个层次模型进行定性和定量分析［12］。层次分析法确定权重的步骤如下，①建立层次结构模型，②构造判断矩阵，③权向量与一致性检验。对通过检验的矩阵，将每一列归一化后就可以得到相应的权重值，再计算这n个列向量的算术平均值，就是要求的权重Wi，具体的公式为（3）。

5.2 评价因子权重计算

文章选取了13个因子，计算评价因子的权重的第一步是要根据选定的评价因子构建层次分析模型，建立层次模型要深入的分析地质灾害实际情况，将问题简单化和条理化，将问题分解成不同的层次，找出每个层次的影响因子并按照不同的属性进行聚类组合，形成多层次结构，文章的层次模型如图5所示。

图5　地质灾害危险等级层次模型图

根据建立的层次模型构造判断矩阵，判断矩阵是对不同层次中各个要素的相对重要性的理解。矩阵的构建是基于重要性标度含义表，通过多次反复对比得出每一层的判断矩阵，因子的权重是根据判断矩阵来计算的，在计算权重之前还需要对判断矩阵的合理性进行检验即一致性检验［13］。一致性检验的目的是为了说明判断矩阵在逻辑上是合理科学的，也就说明了最后计算的权重是可信的。经过计算各层次矩阵的一致性比例CR＜0.1，说明判断矩阵通过一致性检验。一致性检验后对具体影响因子进行层次总排序，即计算某一层次所有因素对最高层（目标层）相对重要性的权值，排序结果如表1所示。

影响因子权重总排序表 表1

5.3因子规范化处理

研究中采用极差规范化法进行因子归一化处理［14］，将指标实际值转换为不受量纲影响的理想值，且两者之间的变化值是线性关系，这种关系简单明了，容易实现。计算方法如下

对于正指标:对于负指标:

Y是指标规范化值，从公式也可以看出规范化处理后的值都介于0和1之间，也称这个过程为指标归一化，所以极差规范化模型也是归一化模型。进行规范化处理后得到每个因子的归一化值。

5.4 计算危险性指数

研究采用地质灾害危险性评价的一般数学模型，计算方法如下

式中B即地质灾害点的危险性指数；aj为各评价因子的权重，Nj为个指标的归一化值。将上文研究得出的各项成果带入数学模型计算即可得出各个地灾点的危险性指数。

5.5 鹰潭市地质灾害危险性专题图

根据危险性指数计算结果与数据的分布情况，结合现有的危险性分类体系，文章将结果分为五个级别，分别为高风险、较高风险，中等风险、较低风险与低风险［15］。高风险和较高风险代表危险程度高的地灾点，一旦发生降雨天气，这些点是极易发生灾害的点；其余三种代表危险程度较低，这些点只有发生暴雨等恶劣天气时才会发生灾害。基于ArcGIS制图功能制作鹰潭市地质灾害隐患点的危险性分级图，如图6所示。

通过分析，发现地质灾害点分布较为密集，绝大多数的高风险与较高风险地质灾害点均分布在贵溪市，余江县高风险点较少，这与地质灾害的发育环境以及影响周边情况密切相关。贵溪市由于自然环境条件地质灾害发育度较高，同时，分布也靠近人口稠密区域，成为地质灾害危险性高的区域。危险性高的地质灾害点主要分布在中低山丘陵区和切坡陡峭区，这些区域十分适合滑坡、崩塌和泥石流的发育。高程和坡度对地质灾害危险性区划的贡献较大，地质灾害危险性分区结果与地质灾害点分布密度有较好的对应关系，评价结果基本反应了研究区地质灾害的分布规律，符合区域评价的精度，同时也说明了文章所采用的评价体系和指标因子是可靠的。

图6　鹰潭市地质灾害点危险性分级图

6 结 论

研究采用层次分析法对鹰潭市地质灾害点的危险性进行评价，评价结果与实际调查情况基本一致。在研究中也发现一些可以改进的地方，但从结果来看，研究的技术和结果是令人满意的。

（1）在研究的过程中，由于条件有限，文章还存在有待改进的地方，比如缺少相关的数据，在选取因子过程中没有将地质构造、地质岩性、断层等因子加入到评价体系中；高程、坡度的分级和缓冲区大小的选择存在多种可能，受人为影响较大，在一定程度上影响客观性；同时评价因子的重要性对比也依赖经验。

（2）地理国情普查成果为地质灾害的研究提供了充分的数据。地理国情普查成果信息全面、准确，能够有效地应用于地质灾害专题研究中。并且由于其数据与社会经济密切相关，使得此次评价的地灾点危险性更具有现实意义，为地质灾害的研究提供翔实可靠的数据。

（3）地质灾害危险性分析为地质灾害防治提供了决策依据。通过研究表明地质灾害的发生与其周边环境联系密切，多种因子综合对地质灾害的发生产生影响；而一旦地质灾害发生，会对周边社会经济要素造成危害。文章研究结合致灾因素与受灾因素两方面，成功的将地灾点分为高风险、较高风险，中等风险、较低风险与低风险五个等级，该等级可以直观反映地质灾害危险性程度，可以为防灾减灾提供决策依据。

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Quantitative Risk Assessment of Geological Disaster Point Base
on Data of Geographical Conditions-Take Yingtan city as an example

Jiang Li1，Jiang Yuanyuan1，Zou Yu2，Guo Song2
（1.College of Earth Sciences，East China Institute of Technology，Nanchang 330013，China；2.Jiangxi College of Applied Technology，Ganzhou 341000，China）

Geological disaster is a kind of destructive geological event，Serious threat to human life and property and living environment and Restricting the sustainable development of human beings.This paper is based on the theory of statistics and the characteristic of Mass and regional with geologic hazard，Selection of regional influence factors，Risk classification of geological disasters in Yingtan City by AHP.Production risk classification map by GIS.Research combined with geographical conditions census data and local geological hazard data，Analysis from two aspects of Reason and result and the social economic factors were introduced as the evaluation factors.Research results show that，in this range ①50-500m Altitude，②15°～25°Slope，③200 meters around the road，④200 meters around the rivers，⑤NDVI below 0.65，is a high incidence of geological disasters.Among them the road is representative of human engineering activities，other is nature.The more important is this paper based on Social and economic factors data from the census of geographical conditions，analysis of the number and range of the threat of geological disasters，Make full use of geographical data in the social and economic development.

geologic hazard；GIS；geographical conditions

1672-8262（2016）02-151-06中图分类号：P642.4，P208.1

A