基于GIS的区域地质灾害调查及评价研究

2019-08-29周鑫

中国资源综合利用 2019年8期

周鑫

（河南省地质矿产勘查开发局第四地质勘查院，郑州 450001）

近年来，我国日益重视地质灾害问题研究，地质灾害的发生不仅对我国自然环境造成了巨大的破坏，也对我国人民的生活甚至生命造成不可估量的影响，因此地质灾害研究备受人们关注。我国疆域辽阔，地势差异较大，因此如何根据我国实际地势情况对地质灾害进行科学有效的调查研究成为一大工作难题。当前，GIS系统在地质灾害调查和研究中发挥出不可替代的作用，本文将结合GIS系统，对有关地质灾害问题进行讨论。

1 地质灾害的相关概述

地质灾害是指在地球的发展演化过程中，由各种地质作用形成的灾害性地质现象。地质灾害不仅严重破坏自然环境，也威胁到人们的生活乃至生命。地质灾害的成因主要是自然因素，但也不排除人为活动的影响。常见的地质灾害主要分为12类，共48种，其中包括地震、火山喷发、山体滑坡、泥石流、矿井塌方、地下工程中的瓦斯爆炸、城市内涝、海水入侵、潮流沙坝、黄土湿陷、土地沙漠化、水质污染、水源枯竭以及城市中的基坑变形、垃圾堆积等。当前，我国社会经济快速发展，地质灾害发生的频率也不断增加，主要原因是人类活动导致地质灾害发生的概率增大。2015年，各种地质灾害发生次数所占比重如图1所示。

图1 2015年各种地质灾害发生次数所占比重

其中，山体滑坡所发生的次数高达68.3%，而地裂缝和地面沉降虽然总共只有0.5%，但对于自然的破坏同样不可忽视[1]。

2 GIS系统概述

GIS系统中文名称为地理信息系统，这一系统涉及的技术大多集中在地理信息和空间数据上。该系统主要结合了地理学、地图学、测量学以及计算机科学等学科的内容，功能较为广泛。GIS系统的功能主要包括对指定地理位置信息的获取、处理、分析，还能对所得到的信息内容和分析结果进行储存，如图2所示。近年来，随着对GIS系统的不断研发，GIS系统的延伸技术也越来越多，其应用范围和应用价值也不断增大。例如，过程模拟功能就是在实现GIS系统的三维可视化后所诞生的一大功能，过程模拟功能不仅可以对指定区域内的地理信息进行调查，还能根据所设计的内容对所调查的地理位置进行模拟，从而全方位地掌握指定地理位置的全部信息[2]。而在GIS系统的应用方面，除了本文所要研究的地质灾害问题，GIS系统还被应用于城市建设开发、道路交通管理、河道水流走向等工作中。

图2 GIS系统的功能

3 GIS系统的国内外研究进展

为了更好地了解GIS系统在调查区域地质灾害工作上的应用，在对基于GIS系统的区域地质灾害调查及评价研究前，本文概述了GIS系统的国内外研究进展，以便使人充分了解GIS系统，使其在区域地质灾害调查工作中发挥更大的应用价值。

3.1 GIS系统的国外研究进展

20世纪90年代，国外便开始对GIS系统进行开发和应用，起初GIS系统仅被应用于区域地理资源的调查。随着对GIS系统的不断完善，进入21世纪，GIS系统便开始被应用到地质灾害的研究和调查中。首先研究调查的地质灾害为山体滑坡和塌方，主要研究目的为调查导致山体滑坡和塌方的因素，调查期间，人们结合塔西提岛的滑坡情况，并利用了地质图、卫星图像等地理信息资料。随着技术的成熟，GIS系统从二维平面上升到三维立体成像，这一变化使其功能大大增加。英国地质学家通过GIS系统的模拟技术对山体滑坡和崩塌的成因进行模拟，所得结果具有一定的参考价值[3]。

3.2 GIS系统的国内研究发展

我国GIS系统研究相较国外起步较晚，但是随着科学技术水平的飞速提升，我国GIS系统研究逐渐开始赶超其他国家。GIS系统应用的实质性研究始于21世纪，国内学者应用GIS系统对新滩至巴东库区的滑坡灾害进行分析，分析出这一地段容易发生滑坡灾害的因素，并通过模拟成像功能对这一地区发生滑坡灾害的概率进行分析，调查后期还对搜集的数据进行汇总，和分析结果一并储存到数据库中[4]。

4 基于GIS系统的地质灾害危险性评价方法

目前，地质灾害危险性评价常用三种方法，即层次分析法、神经网络法、统计分析法。下面将根据这三种主要评价方法，结合GIS系统进行分析。

4.1 层次分析法

当地质灾害发生时，首要任务是根据实时数据对地质灾害的危险性进行评价，而层次分析法是一种数学分析方法。在应用这种方法时，首先对地质灾害类型进行分析，其次判断地质灾害的成因，最后根据地质灾害发生时的实时数据进行层次比较，对各层次的数据建立判断矩阵，分析出与地质灾害发生时最为切合的矩阵，获得因子权重系数。

4.2 神经网络法

顾名思义，神经网络法就是根据人的神经网络而构建的一种地质灾害危险性评价方法[5]。在结合GIS系统后，神经网络法对地质灾害的危险性评价将更加全面，它还具有非线性和自适应性两大特点。由于GIS系统已经具备三维成像模拟技术，因此在结合神经网络法进行地质灾害危险性评价时，人们可以对给出的数据结论进行模拟。除此之外，神经网络法能够细致地划分地质灾害的危险性等级[6]。

4.3 统计分析法

与以上两种地质灾害危险性评价方法相比，统计分析法更多地依靠概率学、统计学内容。应用统计分析法时，人们可以结合GIS系统，通过数据库得到参考统计数据，再根据统计结果来计算指定地区发生各种地质灾害的概率。GIS系统具备信息收集与存储功能，因此在应用统计分析法时，可以从GIS系统的数据库中选择与所测地区地质情况大致相同的数据进行统计分析，从而使统计分析结果更加具有可靠性。

5 基于GIS系统的区域地质灾害调查工作思路

5.1 基于GIS系统的总体工作思路

基于GIS系统的区域地质灾害调查的工作流程主要分为三个阶段。一是利用GIS系统收集有关所选地理位置的地理信息，在收集资料时要数据与图像相结合，重视地质特殊环境；二是在收集相关数据后，利用GIS系统数据库找到与所选地理位置环境相同的其他地区，经过两者比对，再根据收集的数据来推断出地质灾害的产生规律和成因；三是根据已经推断出的结果，制定相应的应急计划，以便在发生灾情时能够第一时间做出应急响应，而GIS系统在这一阶段的任务便是寻找可以将外界与灾区相连接的道路，并第一时间将信息发送出去[7]。