陕西省略阳县地质灾害危险性区划评估

封建民，杨 波，谢瑞莲，祝苓玉，王 艳

（1.咸阳师范学院资源环境与历史文化学院，陕西 咸阳 712000；2.西安邮电大学计算机学院，陕西 长安 710127；3.佛坪县林业局，陕西 佛坪 723400；4.陕西省榆林市榆阳区农业技术推广中心，陕西 榆林 719000）

中国山区面积占国土面积的三分之二，地质灾害的活动强度、暴发规模、经济损失和人员伤亡方面的数据均居世界前列。特别是山地丘陵区突发性的滑坡、泥石流等灾害严重制约我国山地丘陵区经济社会的发展[1]。陕南秦巴山区地质构造复杂、受深大断裂及强烈的流水侵蚀等内外地质作用的影响，突发性滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害的发生几率很高，破坏力强，以崩塌、滑坡、泥石流为主的地质灾害（隐患）数量多、分布广危害严重[2]。汶川地震后以勉县、略阳县及宁强县为代表，成为陕西省西南部地质灾害的多发区。略阳县地质灾害无论从数量、规模及引发的潜在危害均不同程度的增多[3]。我国地质灾害的风险评价研究起步较晚，兴起于20 世纪80 年代，本世纪初期颁布了《地质灾害防治条例》和《全国地质灾害防治规划》。目前地质灾害风险评理论的研究和GIS、RS、GPS 技术深度融合，逐渐形成了以3S 技术为支撑的地质灾害风险评价理论[4]。相关研究证明在GIS 平台中利用信息量模型对地质灾害危险性进行评价，较为简单、客观[5-10]，适合山区的地质灾害评价。

1 研究区概况

略阳县地处陕西南部的汉中市西北部，位于秦岭山脉南麓，介于105°41′E ～106°30′E， 33°07′N ～33°38′N 之间（图1）。区域内丘陵山地纵横，海拔高度介于613～2 401 m 间，高差约1 788 m，年平均降雨量800～900 mm 左右，空间分布差异较大，从西北向东南方向降雨量逐渐增多。略阳县内气候适宜，年平均气温在6～13℃之间，冬无严寒、夏无酷暑。区域内河网分布密、水系发达，主要包括中西部的嘉陵江水系和东部的汉江水系，两水系均属于长江流域，水资源丰富，具有很大的开发价值。略阳县的地质岩层主要有元古界碧口群、震旦系等系。境内地质结构复杂，地层发育完整，有略阳大断层和略阳大斜背等特殊地质构造。根据中国地震峰值加速度2001 年的区划图，略阳地区地震加速度为（0.10～0.15）×9.806 65 m/s2，地震设防烈度为Ⅶ度[11]。略阳地区大地构造位置跨一级构造单元昆仑秦岭褶皱系， 主要有褶皱和断层两种地质构造，以东西向线状褶皱为主, 断裂构造主要有NEE、NWW、近SN 及NW、NE 向等几组；节理裂隙走向以NWW 向和NEE 向为主， 倾角在30°～60°之间较为集中。主要地质灾害以滑坡、崩塌、岩溶、泥石流较为常见。断层主要包括嘉陵江和八渡河汇流处的逆断层、灵岩寺南逆断层、吴家营逆断层[12]。县域内崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害呈现出明显的空间衰减趋势和渐变规律[8]，并与地质地貌有着密切的关系。影响区内泥石流、滑坡、崩塌等地质灾害的主要因素有地层岩性、坡度、植被覆盖度、土地利用类型、河流侵蚀、人类活动等[6]。汶川地震后，域内累计发生各种灾害点共计225 处，所以对略阳县进行危险性评价与分区有现实意义。

图1 研究区位置示意图

2 数据处理及研究方法

2.1 数据源及预处理

本文主要采用数据有1∶10 000 DEM 数据；1∶50 000地质图；1∶50 000 土地利用类型数据及其他基础地理数据和地质灾害详细调查等专题数据。首先将不同来源的数据空间配准后统一变换到高斯克吕格投影下，其次提取所需要的数据，通过DEM 提取坡度、地形起伏度和河网数据，从地质图中通过数字化提取岩性、断层等数据，地质灾害详细调查专题数据中提取地面塌陷、崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害空间数据。

2.2 评价方法

本文采用信息量模型来评价地质灾害危险性。信息量由概率来估算，如公式（1）所示[6]。

式中，S 为研究区域待评估栅格总数；N 为地质灾害发生的总次数；Si为区域内含有评价因子的栅格数；Ni为在评价因子中地质灾害的个数。一般情况下，每个待评价栅格是由多个因子相互作用的结果，各种因子又包括若干类型。对栅格各类型的信息量求和，即可确定该栅格的总信息量，如公式（2）所示。

式中，Ii为待评估栅格的总信息量数值；n 为参加评估的因子个数。通过总信息量Li确定栅格的危险级别，当Ii＜0 时，表明该栅格发生地质灾害的概率比区域平均发生地质灾害的概率小；Ii＝0 时，表明该栅格发生地质灾害的可能性与区域平均发生的可能性相等；Ii＞0 时，表明该栅格发生地质灾害的可能性比区域平均发生的可能性更大。最后对所有栅格的总信息量值划分类别，分成不同的危险等级[13]。

2.3 地质灾害控制因子提取与分析

2.3.1 坡度因子

利用1∶10 000 DEM 数据，在ArcGIS 9.3 软件3D Analyst Tools 下使用Slope 工具提取坡度因子。为了更直观地反映出地质灾害的发生与坡度的关系，将坡度栅格数据按照5°为步长区间进行重采样，坡度由小到大分成13 个等级，如图6a 所示。统计得到的每个坡度范围内灾害发生的次数，如图2 所示。从坡度图来看，略阳县坡度陡峭，坡度在0°～71.14°之间。由地质灾害与坡度的关系图得到，地质灾害主要集中发生在15°～40°之间，所发生灾害的次数达到140 个，占总灾害数的76.50%。

图2 地质灾害与坡度关系

2.3.2 地形起伏度因子

地形起伏度是描述地貌形态主要指标之一，它是指某一确定面积内最高和最低点之间的高差，也是区域地貌对比研究与区分地貌类型的客观依据[14]。将略阳县划分为平坦起伏、小起伏、中起伏3 种类型。通过数据分析发现平坦起伏（0～20 m）、小起伏（20 ～75 m）和中起伏（75 ～300 m）3 种类型占总面积的比例分别是14.8%、79.4%和5.8%。小起伏地形在略阳县占比最大，相对应的平坦起伏和中起伏所分布的面积较小。

2.3.3 岩性因子

作为斜坡的重要组成部分，岩土层的自身特性对斜坡的稳定性有着很大的影响[13]。本文中的岩性因子数据在略阳县的地质图上采集得到，结合略阳县内的实际情况将岩体划分为八类工程地质岩组[15]，分别是砂砾卵石碎石为主的松散岩组、碎石砂土为主的松散半胶结岩组、粉粘土为主的半胶结岩组、泥岩页岩砂岩互层等半坚硬岩组、灰岩泥灰岩夹砂岩泥岩坚硬半坚硬岩组、板岩变质砂岩等半坚硬岩组、酸性岩浆岩坚硬岩组和中基性超基性岩浆岩坚硬岩组，并依次对其进行编号，分别对应1、2……8。根据从地质图上提取的地层岩性，利用ArcGIS 9.3 中的空间分析命令，生成如图6c 所示，统计出在不同岩层上地质灾害发生的次数，其结果如图3 所示。略阳县内滑坡在不同岩层上共发生了171 次，占灾害总数的76.3%，其中在松散岩组上就发生了74 次。可以看出当岩性较软或是酸性的时候发生地质灾害的可能性比较高，反观相对较硬的岩层发生的可能性就比较低。

图3 地质灾害与工程地质岩组分布关系

2.3.4 水系因子

通过对历史时期地震灾害资料的成果调查发现,沿河流两侧常有较强的地震次生灾害发生。在ArcGIS中通过对地形图进行相关操作得到水系分布图。通过与水系的距离研究自然灾害的发生特征，将水系范围划分为400 m、800 m、1 200 m、1 600 m、2 000 m、2 400 m、2 800 m、3 200 m、3 600 m、4 000 m 和4 400 m，得到与河流距离分布图，如图6d 所示。进行相关区域的特征分析，得到灾害发生的地方与水系距离之间的关系，如图4 所示。在河流2 400 m 的范围内地质灾害共发生的次数达到了200 次左右，在灾害总数量中的占比达89.3%。距离河流越远，灾害发生的次数呈现出逐渐减小的状态，滑坡是主要的地质灾害。通过此分析发现，水系在地质灾害的研究中起着十分重要的作用。

图4 各类型地质灾害与水系的分布关系

2.3.5 断层因子

斜坡的稳定性受到断层构造的影响，在断层及其附近的区域内，断层构造活动对岩土体产生了很大的破坏，使坡面的稳定性有所降低，同时也为地下水的流动创造了更多的通道，地质灾害沿着断裂构造呈带状发育[13]。略阳县位于昆仑秦岭褶皱系，褶皱呈线状分布、生长，其断裂构造主要有NEE、NWW 等几组类型。断裂构造极其复杂，长期以来一些断裂有复活现象。通过在地质图上提取的断裂构造数据，运用ArcGIS 中的距离制图命令，得到断层数据。通过分析灾害发生的地方与断层距离的关系，将断层范围划分为1 000 m、2 000 m、3000 m、4 000 m、5 000 m和15 000 m，得到断层因子图，如图6e 所示。从图5可知，略阳县内的灾害主要发生在距离断层1 000 ～3 000 m 的区域内，以滑坡为主。因此，断层对滑坡灾害的发生有着很大的促进作用。同时，当与断层的距离越来越小时，发生地质灾害的次数反而随之增大，从而就说明发生灾害的概率较大，距离其越远，灾害发生的次数逐渐减少，其发生的概率就越小。通过此分析说明，略阳县内地质灾害的发生受到断裂构造的影响也很大。

图5 地质灾害与断层分布关系

2.3.6 土地利用类型

随着经济的飞速发展，人类活动对自然环境造成很大的影响和破坏，特别是对土地资源不正确的开发利用，加快了地质环境的恶化，成为地质灾害活动加剧的主要因素之一。在本文中通过遥感影像解译的获取土地利用和覆盖信息，根据全国第二次土地利用调查分类准则，结合区域特征，将略阳县内的土地利用类型有灌木林、草地等7 种类型，如图6f 所示。通过对不同土地利用类型下发生的地质灾害次数和种类进行统计，分析显示地质灾害主要在有林地、草地和耕地发生，分别占比为17%、38.1%和23.9%。地质灾害的发生与植被覆盖有着密切的联系，同时还发现植被对斜坡的稳定性有重要的作用。

2.3.7 基于GIS 的信息量模型的计算

根据相关研究成果，在山区县域尺度下栅格单元分辨率的选择由经验公式估算[16]。根据本研究数据，选择分辨率为30 m 的栅格，对每个影响因子的原始数据进行相关操作，通过对影响因子数据进行空间分析，然后利用公式（1）计算各因子在地质灾害中的信息量，如表1 所示。将表1 中的各类型信息量值分别赋值给相应的类型，生成单独的信息量数据，再通过公式（2）将所有的单信息量数据图层在栅格计算器中全部相加得到总信息量图层；对总的信息量值图层数据进行重分级，划分危险性等级区域如图9 所示。

表1 各评价因子的信息量计算结果

图6 地质灾害危险性评价因子

3 评价结果和分析

3.1 危险区划范围界定

通过GIS 的运算，得到了多因素信息量数据图层，其数值范围在-5.985 4～3.246 之间。为了得到危险性区划判断标准并进行相关的数据分析，在ArcGIS 中运用重分级命令对多因素信息量值进行了以0.5 为步长的重分级，共划分了19 个步长区间（图7、8）。通过对比发现，在-2.985 4、0.014 6 和2.014 6 处有比较明显的拐点，结合研究区域的地质情况和ArcGIS 中的重分类功能，将研究区域划分为极低度危险区、低度危险区、中度危险区、高度危险区4 个等级，其信息量值的大小范围主要为：-5.985 4 ～-2.985 4、-2.985 4～0.014 6、0.014 6～2.014 6 和2.0146～3.246（图9），面积分别占略阳县总面积的4.01%、60.77%、33.66%和1.56%。可以看出，低度危险区包含了一半以上的地质灾害，同时低度危险区所包含各种类型的岩层和水系、断层的距离相对较远，地质灾害发生的次数和规模都较小，是稳定性相对较好的区域；中度危险区距离水系、以及坡度较大的区域比较近，稳定性相对较差；高度危险区大部分集中在地区内的水系附近且坡度更大、以及松散堆积的岩层周边，这些地方发生地质灾害的频率比较高。

图7 信息量与栅格个数分布图

图8 信息量与累计栅格个数分布图

图9 地质灾害危险性评价图

3.2 坡度对地质灾害危险性的影响

地质灾害发生的区域主要集中在15°～40°之间，在灾害发生总数中占比达76.50%。在图9 的危险性评价图中，高危险区主要在河流沿岸，中危险区主要分布在略阳县中部坡度较小的地区。在15°～40°坡度下，极低的比例是3.13%，低危险区的比例是51.14%，中危的占比达43.38%，高危占比2.35%。中危及以上危险区所占的比例达到45.73%。坡度逐渐增加，灾害发生的几率反而逐渐下降。15°～40°坡度区间，在略阳县的总面积中占比达到69.4%，是农业种植和工业开矿的主要场所。导致该坡度范围地质灾害的发生比较频繁，且以滑坡居多。

表2 15°～40°坡度下地质灾害危险性分布统计

3.3 距水系和断层的距离对地质灾害危险性的影响

地质灾害的发生受到很多因素的影响，但是与水系和断层的距离关系对地质灾害发生的作用尤为突出。可以看出与水系和断层的距离越近，发生地质灾害的次数越多，从数据层面体现了地质灾害的防范重点在水系、断层较近的区域。在获得的略阳县地质灾害危险性评价图中可以清晰的看到，红色的区域表示的是高危险区，主要分布在河流两侧，与河流走向基本一致。在河流两侧，由于水流对河床的冲刷以及河流两岸的土壤含水量较高，造成地质灾害频繁发生。在略阳县的中部，东西方向上主要分布着中危险区，该区域的地表下存在着大量的断层，断层上方的岩石因为断层运动变的支离破碎，易于风化，为地质灾害的发生提供了充分的条件。地壳断块沿着断层产生相对位移时，与其相对应的地球表面随之产生震动，在震动的作用下，由于岩石破碎导致发生地质灾害的可能性变大。

4 结论与讨论

汶川地震后略阳县内地质灾害数量、规模及引发的潜在危害均不同程度的增多，各种灾害点共计225 处。易发地质灾害的区域主要分布在距离河流和断裂构造带相对较近的范围，当与河流和断层的距离逐渐增大时，地质灾害发生的可能性随之减小。从坡度来看，在15°～40°之间是地质灾害频繁发生的区域，在总灾害数中占比达76.50%。从地质岩组的角度分析，地质松散岩组区域是灾害发生的集中地区，占比达33.03%。从地形起伏度的角度来看，地质灾害的发生主要集中在小起伏地区（20～75 m），占区内总灾害数量的79.4%。总体而言，略阳县的地质灾害危险程度比较高，并且地质条件、人口分布特征、社会经济发展等方面对地质灾害的发生有着较大的影响。

2008 年的汶川大地震对略阳县影响至今，震后山体松动，要恢复到相对稳定的状态需要较长的时间。在以后的防治工作中，应加强对中、高度危险区域内的山体观测和在极端天气下的地质 灾害预警，防止恶劣天气下，突发的地质灾害对群众生命安全的威胁。略阳县地质地貌特殊，岩石成分复杂。因此在交通线路、厂矿选址时，应重点考虑地质灾害的影响，根据危险性评价图并结合实地自然情况做出合理规划，避免类似于略阳电厂选址在山体岩石滑坡群中的情况发生[17]。地质灾害对生产生活的威胁不容忽视，只有合理的做出危险区划预警报，才能在实际生产生活中将土地价值、社会效益发挥到最大，将灾害对于人类的威胁降到最低。