基于斜坡单元的山区城镇地质灾害风险快速评价研究——以江口镇为例

易靖松， 张 勇， 石胜伟， 程英健， 石 岩

(1.中国地质科学院探矿工艺研究所,四川 成都 611734； 2.中国地质调查局地质灾害防治技术中心,四川 成都 611734)

0 引言

我国的山区面积约占陆域面积的70%，同时约有45%的人口聚居在山区，因此，随着国家城镇化发展战略的逐步开展，山区城镇化成为了其中的一个重要组成部分[1]。然而，随着山区城镇化的不断发展，一个无法避免的问题开始出现在我们面前，那就是山区城镇地质灾害的防治问题。以我国西南山区的城镇为例，由于第四系以来青藏高原不断的隆升，西南山区的地形多为高山峡谷，地势较为险要，人们自古以来选择居住地时多是依山而建，傍水而居，因此许多城镇都位于地形条件相对狭窄的山区河谷地带，城镇四周山体连绵，沟谷发育，地质条件较为复杂，此外，西南山区降雨量多而且集中，汇水条件良好，地下水也较为丰富。山区城镇受当地自然因素影响，崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害常常容易发生[2-3]。而在另一方面，随着城镇化建设的飞速发展以及城市化和城乡一体化建设进程的快速推进，人类工程活动也日渐强烈，原有的地质环境容量已经不能满足城镇建设发展的需要，城镇建设开始向地质环境条件相对较差的地方扩建，例如开挖坡脚来增大建设用地面积；在滑坡堆积体等不良地段建房；采用填河、填海、挖山、伐林等方式人工造地等。这些不合理的城镇化，也逐渐成为山区地质灾害一大诱发因素[4]。如何提前防治地质灾害的发生就成为了城镇化发展过程中无可避免的问题。

近年来，许多的专家学者在地质灾害风险评估方法的研究上，做出了很多创新，提出了很多方法，其主要趋势是基于GIS提出了许多地质灾害易发性区划模型，目前较为常见的区划模型包括：模糊逻辑模型、Logistic模型、支持向量机模型、人工神经网络模型、信息量模型等。然后基于这些模型，半定量化的确定地质灾害敏感性指标，对各敏感性指标进行叠加处理，并进行粗略的易发性、危险性分区，并缺少有效的验证[5-18]。

基于此，本文以斜坡单元为研究对象，针对研究区圈定编号的斜坡进行逐坡的评价调查，在总结前人研究成果的基础上进行进一步的探索，在山区城镇地质灾害风险评价研究的这一方向提出了一套完成评价思路和方法，以期通过风险评估的结果对城镇化建设起指导性作用，避开地质灾害风险性较高的区域，减小受灾害影响的可能性。

1 研究区地质背景

1.1 地形地貌(见图1)

图1 江口镇地形地貌

江口镇处于格挡式褶皱宽缓的核部位置，受河流切割发育顶平坡陡的“桌状山”地貌。具体可划分为阶梯状宽—峡谷低山区和阶梯状台梁—窄谷低山区，通江河在研究区东部入境，在南东部边缘汇入巴河，巴河流经全区。区内地势总体上呈中间低南北两侧高，地形坡度一般为5°～45°，相对高点标高741.8 m，相对低点位于巴河河床，地面标高290 m，相对高差达451.8 m。城区高程主要分布于320～400 m。

1.2 地层岩性

根据本次调查，由于江口场镇地形起伏较大，且位于两河交汇处，研究区覆盖层主要为第四系崩坡堆积层(Q4c+dl)、坡残积层(Q4dl+el)、冲洪积层(Q4al+pl)、人工堆积层(Q4ml)和滑坡堆积层(Q4del)组成，基岩为白垩系下统苍溪组(K1c)和侏罗系上统蓬莱镇组(J3p)组成，如图2所示。

图2 江口镇地层岩性分布

1.3 地质构造

研究区地处江口向斜南翼，地质构造简单，岩层倾角变化不大，岩层产状一般为330°～10°∠3°～8°。区内主要发育两组节理，J1节理产状120°～140°∠65°～80°，J2节理产状240°～255°∠70°～85°。

1.4 地质灾害发育特征

研究区内共有地质灾害14处，由于灾点规模均较小，所以遥感在该区仅解译出3处地质灾害。地质灾害类型为滑坡和崩塌，其中滑坡5处、崩塌9处；规模以小型为主(见表1)，小型12处，中型2处。共威胁104户367人，威胁资产1603万元。由此可见，研究区地质灾害严重威胁着居民生活财产安全，开展研究区的风险评价对当地政府防灾减灾具有重要意义。

通过对研究区灾害点的调查统计分析，研究区地貌主要以阶梯状台地和桌状山低山地貌为主，地质灾害的分布发育与微地貌发育较为密切，具有连续分布、集中发育、规模小等特点。在中—缓倾的斜坡体上，斜坡中下部往往以残坡积为主，地质灾害类型以浅表层覆盖层的蠕滑变形居多。而在陡坡位置则常发育崩塌灾害，或是斜坡下部崩坡积层的差异性滑动。现将研究区地质灾害成灾模式总结如图3所示。

表1 江口镇地质灾害点一览表

2 斜坡风险快速评价

2.1 斜坡圈定划分

地质灾害是地质作用对受灾对象造成严重影响的结果，没有承灾对象，再危险的斜坡不构成灾害，受灾对象通常为人造工程例如建筑、道路、水库、人造林、自然景区等。

因此，斜坡圈定划分考虑的第一个因素是具有威胁对象的斜坡。其次，通过对研究区地质灾害成灾模式的特征分析，借助遥感、无人机等手段，结合野外现场调查及工程地质测绘，锁定区内具有成灾条件的斜坡靶区，然后对具有威胁对象的斜坡进行了逐一圈定划分。通过以上方法，区内共划分了68个斜坡单元，并对其按XP01-XP68的顺序进行编号，获得研究区斜坡单元划分图(图4)。

2.2 斜坡危险性评估

图4 研究区斜坡圈定划分

在完成斜坡圈定及编号后，通过斜坡危险性评估打分表(表2)对每一斜坡评估其危险性等级；评估斜坡危险性等级的因素一般包括：(1)失稳证据，考虑该斜坡的历史滑坡情况和失稳迹象等；(2)斜坡形态，如坡形、坡高和坡度等；(3)斜坡结构特征，包括斜坡的内部地质层结构，岩体结构和土体结构等；(4)斜坡所处地区的地质构造，如板块和断裂带分布影响等；(5)水作用，斜坡附近的河流湖泊水库分布情况和斜坡的侧面侵蚀状态，地下水情况；(6)人类工程活动，如斜坡及其附近是否有采掘、爆破、开挖；是否存在梯田灌溉、用水排放和沟渠等；(7)其他方面，如植被覆盖率、邻近灾害体影响如附近是否存在深坑、断崖等不稳定地质灾害出发点等因素。

表2 斜坡危险性评估打分表(据《中国地质调查局地质调查标准》附录A.4-2)

通过资料收集、无人机航拍、卫星遥感等技术手段，在对城镇的灾害情况、孕灾条件以及变形破坏模式有了深入了解的基础上，对圈定划分的斜坡进行实地的逐坡走访调查，查明影响各斜坡危险性相关因子的情况，填写各斜坡《风险评估半定性半定量打分表》，对斜坡的各个因素考虑后根据实际情况打分，每一类别得分A=∑XiYi，Xi表示每一类别下不同因素，Yi表示各个因素的权重，将各个要素总分相加得到危险性等级评分。针对处于相同结构及物质组成的斜坡体，如XP22、XP23和XP25，可采用工程地质类比法快速获得斜坡的危险性评分。

根据各斜坡调查所得分数的结果，划分相应的风险等级(L低风险、M中风险、H高风险)，采用自然间断法，将危险性得分在37.8～52.7划分为低危险斜坡，危险性得分在52.7～66.1划分为中等危险斜坡，危险性得分在66.1～80.5划分为高危险斜坡；具体各斜坡得分分布情况及所属等级如图5所示。

图5 各斜坡危险性得分及等级

2.3 斜坡易损性评估

易损性是指地质灾害发生时可能对承灾体造成的破坏、损失程度。地质灾害造成的损失主要有直接和间接经济损失、人员伤亡和资源环境破坏等[18]。

在完成斜坡危险性等级评估后，根据《斜坡易损性评估打分表》对圈定斜坡进行逐坡调查评价，斜坡易损性打分表主要包括了:人口、交通、建筑、管线等几大要素(见表3)。易损性评分同样由权重和因素两部分组成， 每一个斜坡易损性评分B=∑XiYi，Xi表示每一类别下不同要素对应的分值，Yi表示各个因素的权重。将各个要素总分相加得到易损性等级评分。

同危险性评价一样，根据各斜坡易损性调查所得分数的结果，划分相应的易损性等级(L低易损性、M中易损性、H高易损性)；采用自然间断法，将易损性得分在10.7～38.3划分为低易损性斜坡，易损性得分在38.3～71.8划分为中等易损性斜坡，危易损性得分在71.8～109.9划分为高易损性斜坡；具体各斜坡易损性评分及所属等级如图6所示。

表3 斜坡易损性评估打分表(据《中国地质调查局地质调查标准》附录A.4-2)

图6 各斜坡易损性得分及等级

2.4 斜坡风险性评价

地质灾害风险是在一定区域和给定时段内，地质灾害对人类生命财产和经济活动产生损失的可能性或期望值。地质灾害风险综合反映了地质灾害的自然属性和社会属性，由致灾体的危险性、承灾体的易损性和孕灾环境的显性组合而成，其概念模型可以用风险三角形来表达(图7)[19]。

图7 地质灾害风险概念模型

地质灾害风险三角形分别由危险性和易损性的3条边组成，三角形面积则代表地质灾害风险：当三角形的某一边增大或减小时，则风险也相应地增大或减小；当某一边不存在时，则风险为0。因此，风险等级可以用风险矩阵来确定[20]。

在获取各个斜坡的危险性和易损性等级后，分别以危险性的高中低为行向量，易损性的高中低为列向量，形成如表4所示的风险矩阵，根据风险矩阵最终确定各斜坡的风险性高低(H级：风险高；M级：风险中等；L级：风险低)。

表4 风险矩阵

根据已有的危险性等级和易损性等级，通过风险矩阵，得到研究区内划分圈定斜坡的风险性高低，然后将确定了的各斜坡风险等级在地理信息图上标注展示，获得城镇的风险快速评价图(图8)。

可以看出，江口镇城镇周边的几个斜坡均处于中风险状态，高风险斜坡主要分布在沿巴河左岸的缓倾顺层斜坡区域，低风险斜坡多分布在阶梯状台地和山脊坡麓区域。

3 基于VR全景摄影的风险快速评价产品

基于VR全景摄影的风险快速评价产品是指用VR全景摄影技术对城镇斜坡地质灾害风险性评价成果进行三维展示的可视化技术。VR全景摄影技术是通过实地拍摄，对真实场景进行虚拟再现的一种新兴技术，技术通过对环境、场景或具体静物进行360°的实地或实物拍摄，再运用图片拼接软件将图片拼接为360°的全景图,形成具有一定交互功能和三维效果的展示空间。

所谓全景，就是视角超过人的正常视角的图像，水平上下全向均可观看，不会因为图像的扩大、缩小、旋转等操作而出现失真的情况。本文首次尝试将该技术运用在地质灾害风险评价研究领域，空间展示效果强，有震撼的视觉感受，同时让观者能清晰直观地看到各个斜坡单元的形态、威胁对象、威胁范围及风险性高低。

首先，利用无人机对整个研究区山体或孕灾的斜坡进行360°的实地拍摄，再利用软件将场景或物体各个角度的二维图片模拟成具有一定交互功能的、具有三维效果的研究区全景图，然后再将获得的斜坡风险高低在全景图上分别用不同颜色进行圈定。用红色虚线圈定高风险斜坡；黄色虚线圈定中风险斜坡；蓝色虚线圈定低风险斜坡；形成最终的风险快速评价产品(图9)。

4 结论

(1)江口镇地貌以桌状山地貌为主，发育地质灾害类型具有集中发育、规模小等特点。地质灾害类型以浅表层覆盖层的蠕滑变形居多。

(2)江口镇城镇周围斜坡多处于低危险性、高易损性、中风险性状态；高风险区域主要位于巴河右岸一侧的缓倾顺向坡区域的斜坡；低风险斜坡多分布在阶梯状台地和山脊区域。

(3)基于斜坡单元的城镇地质灾害风险评估方法考虑多个风险因素综合评价，以量化权重累加的方式代替了以往利用GIS将敏感因子叠加大面积的粗略判断风险高低的方式，对地质灾害发生率以具体分数表示，可以全面、准确地评估城镇范围内山体斜坡的风险性高低和可能的危害。

(4)VR全景摄影的风险快速评价产品具有空间展示效果强，有震撼的视觉感受等特点，同时让观者能清晰直观地看到各个斜坡单元的形态、威胁对象、威胁范围及风险性高低，在地质灾害风险评价展示领域具有较广阔的应用前景。

(5)通过VR全景摄影的风险评价产品研究区城镇聚集的当地居民能清晰直观地看到自己房前屋后斜坡的风险性高低，对于提高居民的主动防灾意识，在极端条件下，提前做好预防和准备，减少人员伤亡和财产损失具有重要意义。