基于GIS 的金秀瑶族自治县地质灾害易发分区评价研究

韦学松， 江思义， 梁宝叠， 谷士飞

（广西壮族自治区地质环境监测站，广西 南宁530029）

0 引言

从地质环境角度对可能发生地质灾害的状况进行易发性预测评价具有重要的实际意义，预测评价结果可为国家和地方政府的地质灾害应急管理和防灾减灾提供可靠的科学依据和资料［1］。

2000 年我国制定了县（市） 地质灾害调查与区划基本要求，陆续出现了地质灾害易发性分区评价的研究成果。 2002 年，叶凤珍等［2］以广西田林县为例，对该区域进行了地质灾害易发程度分区与评价；同年，钟荫乾［3］总结了地质灾害易发性的评价方法和崩塌、滑坡、泥石流、岩溶塌陷的易发程度评价因子，强调必须同时注重灾害现状和形成条件两类。其后随着GIS 技术在我国的快速发展，全国各地以县（市、区）为单位的地质灾害易发性评价如雨后春笋一样不断冒出。 赵彦宁［4］借助GIS 技术对吉林省敦化市的地质灾害易发性区划方法进行了研究；张英［5］基于ArcGIS 平台，并利用层次分析法和信息量法对旬阳县地质灾害易发性分区进行了评价研究；宋世鑫［6］基于MapGIS 平台，利用指数法和信息量法对陕西省定边县地质灾害易发性进行了评价研究；徐媛［7］基于GIS 对互助县地质灾害易发性进行研究。 相关的研究成果不胜枚举，区域不同，选取的地质灾害易发性分区评价的因子不同，再结合恰当的数学方法或评价模型成为地质灾害易发性分区评价研究的关键。

1 研究区概况

金秀瑶族自治县位于桂中东部地区，地理坐标为东经109°48′47″ ～110°27′20″，北纬23°41′20″ ～24°27′58″。 县境内东西宽65.4 km，南北长86 km，总面积2 518 km2。 东邻蒙山县、平南县，西邻象州县，北靠荔浦县、鹿寨县，南接桂平市、武宣县。 金秀瑶族自治县是一个以低山丘陵为主的山区县，山地面积占全县总面积的83%，除北部三江乡东北属驾桥岭余脉外，大部分属于大瑶山山脉。 县内人类工程活动频繁，大多数农村地区农民对地质灾害防灾意识薄弱，是广西地质灾害多发县。

通过对搜集的资料进行研究和地质灾害详细调查，金秀县地质灾害及隐患共360 处，其中，崩塌233处，数量最多，占64.72%；滑坡52 处，占14.44%；不稳定斜坡58 处，占16.11%；泥石流15 处，占4.17%；岩溶地面塌陷2 处，占0.56%。 崩塌、滑坡和不稳定斜坡为金秀县地质灾害的主要类型。

2 评价方法与评价因子研究

2.1 评价方法研究

地质灾害易发性分区的方法有很多，总体上可分为定性分析和定量评价两种，定量评价目前成为主导［4］。 本次研究采用在定性分析工作区地质灾害发育特点的基础上，利用GIS 技术定量进行易发区划分。 具体方法步骤如下：

（1）根据金秀瑶族自治县地质灾害发育特点，确定控制和影响地质灾害发生的主要（n个） 因素，建立金秀瑶族自治县地质灾害易发性评价指标体系；以定性评价方法建立各评价因子的影响范围，并进行单因素评价分区，划分为最多4 个等级、最少2个等级，赋单因素评价值（Yi）。

（2）采用专家打分法确定各因素权重值（Wi）。

（3） 以GIS 平台为依托，对各影响因素进行叠加分析，将研究区按各评价因子划分为地质灾害易发性各异的多个分区。

（4）依据各分区评价因子打分值及各因子的权重值，用加权的方法计算各分区地质灾害易发性综合评价值（R），其公式为：

（5）根据各区域综合评价得分的高低，进行地质灾害易发性分区。

2.2 评价因子的选取

地质灾害易发区的评价因子可从现状地质灾害发育特征、基础地质条件和地质灾害诱发因素三个大方向作为一级要素进行评价。 本次评价以地质灾害易发性作为目标层，选择了发育因子（地质灾害现状发育特征）、基础因子（基础地质条件） 和诱发因子（地质灾害诱发因素） 构成准则层即二级评判因子。 金秀县现状地质灾害规模均较小（小型），可用地质灾害分布密度作为地质灾害发育特征评价指标，而基础地质条件可分为地貌类型、地形坡度、工程地质岩组、风化土层厚度、地质构造5 个子要素，地质灾害诱发因素主要有多年平均降雨量、人类工程活动与地质灾害关系密切的2 个子要素，以上8个子要素构成措施层即三级评判因子。 在综合分析了金秀瑶族自治县地质灾害的形成条件和影响因素的前提下，初步建立金秀瑶族自治县地质灾害易发性评价指标体系，如图1。

图1 金秀瑶族自治县地质灾害易发性评价指标体系

2.2.1 地质灾害发育密度

将金秀县地质灾害发育密度单因子评价赋值如下：地质灾害发育高密度区得4 分，然后地质灾害发育中高密度区、低密度区依次赋3 分、2 分，地质灾害发育极低密度区得1 分。 得到现状地质灾害分布密度单因素评价分区图。

2.2.2 地貌类型

地貌类型是影响地质灾害发育与分布的重要因素之一。 区内低山丘陵地貌区地质灾害分布总数和密度均最大，溶丘谷地地貌区次之，中山和河流阶地地貌区再次，丘陵和中低山地貌区地质灾害分布总数和密度最小，各地貌单元地质灾害的分布数量与发育密度是不均匀的。 中山、中低山地貌区地质灾害分布密度较低山丘陵地貌区低，其原因是中山、中低山地貌区山高坡陡，居民点少，人类工程活动较弱所致；而溶丘谷地地貌区地灾密度排在第二的原因为该区是泥灰岩夹泥岩区，覆盖层与基岩接触面（隔水层）易形成崩滑面，且人口密度大，人类活动影响较大，导致崩塌、滑坡发生。 若仅从地貌角度考虑，中山、中低山地貌区较丘陵、溶丘谷地和河谷阶地地貌区地质灾害应更易发生。 金秀县地貌类型单因子评价赋值为：中山、中低山地貌得4 分，低山丘陵地貌得3 分，丘陵和溶丘谷地地貌得2 分，河谷阶地地貌得1 分。 得到研究区地貌类型分区打分图。

2.2.3 地形坡度

地形坡度主要指自然斜坡坡度。 根据区内调查统计结果，随着地形坡度的增加，金秀县地质灾害发育数量和危害程度也呈明显上升趋势，因此地形坡度对区内地质灾害的影响和控制作用明显。 金秀县受自然坡度影响且危害程度大的地质灾害主要分布于＞35°的斜坡上，25° ～35°的斜坡次之，＜15°的斜坡对地质灾害发生的影响较小。 金秀县地形坡度单因子评价赋值为：坡度＞35°得4 分，坡度25° ～35°得3分，坡度15° ～25°得2 分，坡度＜15°得1 分。 得到研究区地形坡度分区打分图。

2.2.4 工程地质岩组

研究区工程地质岩组对地质灾害的影响和控制作用较明显，虽然块体稀裂状坚硬花岗岩岩组区无村庄分布，但从实际来看，该岩组风化带厚，风化层透水性更好，若仅考虑自然状况下不同的岩组易发性，认为在金秀县中厚层状坚硬的砂岩夹薄层软弱的泥岩岩组更易发。 金秀县工程地质岩组单因子评价赋值为：中厚层状坚硬的砂岩夹薄层软弱的泥岩岩组得4 分，块体稀裂状坚硬花岗岩岩组得3 分，中厚层弱岩溶化坚硬灰岩、白云岩夹薄层软弱泥岩岩组得2 分，砂质粉土、砂砾石双层土体得1 分。 得到研究区工程地质岩组打分图。

2.2.5 风化土层厚度

根据调查统计结果可知，风化土层厚度越大的区域，地质灾害发育密度越大，为成倍增长。 将金秀县划分为≤1 m、1～3 m、3～5 m 和＞5 m 等4 个风化土层厚度区，风化土层厚度（按平均厚度计）单因子评价赋值为：风化土层厚度＞5 m 得4 分，风化土层厚度3～5 m 得3 分，风化土层厚度1 ～3 m 得2 分，风化土层厚度≤1 m 得1 分。 得到研究区风化土层厚度打分图。

2.2.6 地质构造

地质构造对地质灾害的发育及分布也具有一定的影响，构造带上及其两侧影响带往往岩体破碎，岩石较容易风化形成崩滑所需的松散固体物质，构造节理面形成崩滑面。 故本次评价以区内已查明的构造线为基准，向其两侧按间距设置≤1 km、1 ～3 km、3～5 km、＞5 km 等4 个缓冲区，地质构造单因子评价赋值为：≤1 km 得4 分，1 ～3 km 得3 分，3 ～5 km得2 分， ＞5 km 得1 分。 得到研究区地质构造打分图。

2.2.7 多年平均降雨量

降雨是崩滑流灾害发生的直接诱发因素，特别是暴雨季节，在相同地质环境条件下，地质灾害发生的数量与降雨量大小成正比，因此这里选用金秀县多年平均降雨量作为致灾单因子进行评价赋值。 金秀县多年平均降雨量单因子评价赋值：多年平均降雨量＞2 000 mm 得4 分，1 600 ～2 000 mm 得3 分，1 400～1 600 mm 得2 分，＜1 400 mm 得1 分。 得到研究区多年降雨量打分图。

2.2.8 人类工程活动

人类工程活动是区内地质灾害重要的诱发因子之一。 区内人类工程活动对地质灾害影响主要表现为切坡，切坡使一些原本斜坡稳定性较好、地质灾害不易发缓坡地段变成易发，使原本斜坡稳定性较差、地质灾害易发陡坡地段变成更易发。 本次金秀县详查调查的地质灾害绝大部分与之有直接关系，因此区内切坡的分布是判断人类工程活动强度最重要的指标。 这里选用野外地灾点调查及易发村屯核查工作中统计的、对致灾有影响的高陡切坡及低矮致灾切坡分布情况对金秀县人类工程活动强度进行划分，将金秀县共划分为人类工程活动强、较强、中、弱4 个区，金秀县人类工程活动强度单因子赋值为：人类工程活动强烈得4 分，人类工程活动较强得3 分，人类工程活动中等得2 分，人类工程活动弱得1 分。得到研究区人类工程活动强度打分图。

2.3 评价因子权重计算和分级赋值

在选用的地质灾害发育密度、地貌类型、地形坡度、工程地质岩组、风化土层厚度、地质构造、人类活动强度、多年平均降雨量8 项评价因素权重打分的基础上，计算各因素算术平均值作为该因素的权重（表1），权重总和为1。

表1 金秀瑶族自治县地质灾害易发程度评价中各参评因素赋值标准及权重分配表

2.4 ArcGIS 加权叠加及量化分析

利用ArcGIS 系统的空间分析功能将8 个参与易发程度评价的单因素图作叠加分析（ Analysis Tools－＞Overlay－＞intersect），得出带有叠加属性的不同分区。 在以上叠加分区的基础上，利用ArcGIS 系统的 “字段计算（Data Management Tools－＞Fields－＞Calculate Field）” 功能，计算分区各自的综合评价值。 为便于易发区划分，以综合评价值为准，对各区渐变赋色。

按地质灾害易发性综合评价得分的高低进行地质灾害易发分区。 本次采用突变点法进行确定，经过统计分析，从中找出突变点作为易发程度分区界线值，将区域划分为不易发区、低易发区、中易发区和高易发区4 个不同等级的区域（图2）。 同一易发等级的区域，将花岗岩分布区与其他岩类分布区区分开来，并对其进行分区编号。

图2 金秀瑶族自治县地质灾害易发程度分区图

依据地质灾害易发程度区划结果，地质灾害易发程度划分为高易发区、中易发区、低易发区、不易发区4 个等级，共13 个地质灾害易发亚区，各区具体分布位置见图2。

据统计，金秀县地质灾害高易发区（A）：总面积为1 143.56 km2，占全县总面积的45.4%，包括A1和A2共2 个地质灾害高易发亚区；金秀县地质灾害中易发区（ B）：总面积为598.65 km2，占全县总面积的23.8%，包括B1、B2和B3共3 个地质灾害中易发亚区；金秀县地质灾害低易发区（ C）：总面积为662.42 km2，占全县总面积的26.3%，包括C1、C2、C3和C4共4 个地质灾害低易发亚区；金秀县地质灾害不易发区（D）：总面积为113.37 km2，占全县总面积的4.5%，现状未见地质灾害发育。 金秀瑶族自治县各地质灾害易发亚区的具体情况及基本特征见表2。

表2 金秀瑶族自治县地质灾害易发程度分区综合特征表

3 结论

（1）建立了金秀瑶族自治县地质灾害易发性评价指标体系，金秀瑶族自治县地质灾害易发性评价因子包括地质灾害发育密度、地貌类型、地形坡度、工程地质岩组、风化土层厚度、地质构造、人类活动强度、多年平均降雨量8 个影响地质灾害易发性的地质环境因素。

（2）依据预测分区指标计算，金秀县地质灾害高易发区总面积为1 143.56 km2，占全县总面积的45.4%；金秀县地质灾害中易发区总面积为598.65 km2，占全县总面积的23.8%；金秀县地质灾害低易发区总面积为662.42 km2，占全县总面积的26.3%；金秀县地质灾害不易发区总面积为113.37 km2，占全县总面积的4.5%，现状未见地质灾害发育。

（3）以金秀瑶族自治县地质灾害详细调查成果资料作为依据，建立金秀瑶族自治县地质灾害易发分区评价指标体系，利用ArcGIS 的空间分析功能对研究区地质易发性进行评价研究，其结果相对科学、直观、准确。