贵州山区地质灾害危险源识别方法——以盘州市盘关镇重点区为例

冷洋洋，魏伦武，赖琪毅

(1.贵州省地质环境监测院，贵州 贵阳 550081；2.中国地质调查局成都地调中心，四川 成都 610081；3.成都理工大学，四川 成都 610059)

1 引言

2019年，贵州省开展了20处重点区域1∶1万地质灾害详查及风险评价项目，如此大比例尺的地质灾害调查及风险评价项目规模性开展，特别是探索性地将风险评价运用于生产，为地方政府提供风险管控决策做出了有力的技术保障，在全国尚属首次。目前，在地质灾害风险评价工作中，国内外学者多采用基于GIS划分斜坡单元开展地质灾害易发性评价，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。其斜坡单元的划分方法因仅考虑地形地貌控制因素，未结合斜坡结构、地层岩性及岩土体组合特征，要与贵州山区典型灾害的孕灾条件相互协调，具有一定的局限性。基于此，本文以斜坡单元为研究对象，通过多因素进行划分，针对斜坡进行逐坡的评价调查，开展易发性定量计算，利用阈值的确定进行危险源识别，从而完成贵州山区地质灾害风险识别。

2 研究区地质环境特征

2.1 地形地貌

图1 研究区地形地貌图Fig.1 Topographic map of the study area

2.2 地层岩性

研究区内二叠系、三叠系与第四系的地层均有出露。其中以二叠系上统龙潭组(P3l)、三叠系下统飞仙关组(T1f)及永宁镇组(T1y)发育最全，出露面积最广，局部河流阶地和斜坡、洼地有第四系冲积、残坡积、崩积等松散堆积物分布。其中，龙谭组泥岩及飞仙关组二段泥岩多发生滑坡，三叠系中下统永宁镇组灰岩地层和三叠系下统飞仙关组砂泥岩地层较孕育崩塌地质灾害。

2.3 斜坡结构及类型特征

研究区内的斜坡结构类型按物质组成划分两大类型：松散土质斜坡和岩质斜坡；其中岩质斜坡按岩体结构划分为层状岩体斜坡、块状岩体斜坡。坡体结构组合对坡体的稳定性影响明显，斜坡结构类型与灾害点关系密切，研究表明，区内顺向斜坡稳定性最差，横向斜坡次之，逆向斜坡稳定性相对较好。对于不同灾种来看，滑坡在顺向斜坡中发育密度最高，而崩塌主要发育于逆向坡中，主要类型见图2。

图2 研究区内主要斜坡类型

2.4 地质构造

研究区位于扬子准地台黔北台隆六盘水断陷普安旋扭构造变形区，其中普安山字型构造奠定了测区构造的基本轮廓。普安山字型构造出露于研究区北东部。该山字型构造主要由普安县罐子窑-马鞍山-张家屯-鸡场坪一线的弧形紧密褶皱构造带组成。山脉走向与构造线一致，属于前弧及西翼反射弧的主要褶皱有：罐子窑-张家屯倒转向斜、李家寨-核桃寨倒转背斜、鱼塘-旧营倒转向斜。主要断裂有：李家寨-马鞍山压性断裂、白块-核桃寨压性断裂、鸡场坪断裂等。褶皱轴向及断裂走向在旧营-核桃寨一线为NW-SE向，旧营以东转为东西向，并向南凸出呈弧形。正对着前弧内侧的一系列南北走向的褶皱及压性断裂为山字型脊柱，主要有猴子地向斜、格所背斜等。

图3 研究区地质构造图

3 研究方法

3.1 技术路线

在野外工作过程中，经过分析区内典型地质灾害的特征及发育规律，划定斜坡单元。确立地质灾害易发性评价因子，运用层次分析法、信息叠加法等手段，计算出区内各斜坡单元内的易发值判定易发程度，实现区域地质灾害易发性评价，通过对斜坡单元易发性分析和评价找出其潜在地质灾害，即“危险源”。通过GIS进行解译及赋值计算，进一步确定各单元内人口密度值和财产密度值。地质灾害隐患及斜坡危险源在一定概率下失稳可能形成的危险区范围为风险评价单元，对研究区所有单元开展危险性评价，即完成危险源风险识别，其技术路线见图4。

图4 地质灾害风险识别技术路线

3.2 斜坡单元划分

(1)定义

斜坡单元是对具有威胁对象的斜坡地质体单元进行圈定(易进松，2018)，传统上划分斜坡单元是以地形地貌法为主，且通过区域DEM的自动提取方法使用较多，用山谷线(山脊线)去划分集水域，将沟谷两边划分成斜坡，提取山谷线和山脊线作为斜坡单元边界(黄启乐，2017)，这种方法适用于山区泥石流或地质结构单一地区。对于有着复杂地质结构背景，矿产资源发达的贵州山区来说，仅通过地形地貌确定斜坡单元是不精确的。必须考虑小单元的划分。

(2)斜坡单元精准划分

斜坡单元划分须遵循“山到顶，坡到脚”的完整斜坡圈定，两侧边界以临空面切断为界。根据坡体地质结构岩性组合、结构面、结构面与临空面的组合关系的差异性，按“区内相似，区际相异”的原则进行斜坡单元划分。按物质组成可划分为基岩斜坡与土质斜坡，其中基岩斜坡可划分为层状结构斜坡与完整岩体斜坡(如侵入岩)。层状结构斜坡根据斜坡坡向与岩层倾向的关系由可划分为顺向坡、逆向坡、斜向坡、横向坡和水平斜坡5类，同1个斜坡结构类型中，可根据其岩性(岩体)组合特征的差异性，进一步精确细分斜坡单元。

3.3 危险源判别

危险源在应急管理行业提法较多，根据ISO45001中危险源的定义，危险源是可能引起伤害和疾病的来源因素。安全风险分级管控包括识别危险源、评估风险等级、控制风险，隐患排查包括识别隐患、处理隐患(李婳，2019)。关于危险源含义的研究，(田水承，2006)认为，危险源是危险的物质、能量及灾变信息的爆发点，是产生与强化负效应的核心，并提出3类危险源的理论。结合上述含义，笔者认为地质灾害危险源是在一定时期内可能发生滑坡、崩塌、泥石流、地裂缝、地面沉降等灾害的地质体。

图5 斜坡单元类型划分Fig.5 The partition for types of slope units

危险源的辨识指识别危险源的存在并确定其特性的过程。危险源辨识的方法很多，各种方法从切入点和分析过程上，都有其各自的适用范围或局限性(李红旭，2011)。对于贵州山区城镇地质灾害危险源，由于地质结构复杂，致灾因素繁多，致灾机理复杂，是多种因素耦合的结果。因此，不能简单运用现有的危险源评价方法，必须通过对斜坡单元易发性分析和评价找出各评价单元内的潜在地质灾害。

3.4 易发指数计算

地质灾害易发性属自然属性，与威胁对象、灾情和险情等无关，用地质结构体可能发生地质灾害的程度来度量，反映不同灾种的易发程度，可能发生的概率越高，则易发性越大。根据崩塌、滑坡(不稳定斜坡)等灾种的内因和外因，建立地质灾害易发程度的指标量化判别模式。运用层次分析法、信息叠加法等手段并借助GIS平台生成各因子相应的等级划分图进行评估单元取值，采用下列公式(丁俊，2006)计算单元的滑坡和崩塌易发性指数。

(公式1)

式中：Ef BH—滑坡和崩塌易发性评估指数；

ai—环境变量权重；

Aj—环境变量得分。

3.5 阈值及危险源区划分

选取研究区滑坡、崩塌典型斜坡单元，进行单元滑坡易发性指数计算，根据全区地质灾害易发性评价结果，结合现场调查所取得的认知，在典型地质灾害单体易发性评价的基础上进行综合分析，确定易发指数阈值。若斜坡单元滑坡易发指数≥，即为滑坡危险源，斜坡单元崩塌易发指数，则为崩塌危险源。基于地质灾害易发性评价结果及阈值，结合研究区内已有地质灾害隐患点所处的地质环境条件，将地质灾害危险源共划分为滑坡危险源、崩塌危险源和地面塌陷危险源。

4 数据采集与分析

4.1 斜坡单元数据采集

按照上述方法，将研究区共划分为80个斜坡评价单元，如图 6，每个单元大小见表1。

表1 研究区斜坡单元划分面积统计

4.2 易发性计算与分析

在地质灾害形成的因素中选取地势地貌、岩体性质、岩体结构、地质构造、降水作用、人为工程活动等作为环境地质变量，对各因素的影响大小赋予不同的权重和分值。并按照影响因子的普遍认识，将评分标准量化如表2。

表2 崩塌易发性量化评分标准

按公式1，将上述因子进行计算，并经过自然断点法得出下述分段结果(表3)。

图6 斜坡单元划分图

表3 地质灾害易发性程度划分标准

4.3 阈值的确定

研究区滑坡和崩塌灾害所在斜坡单元易发指数均大于0.25，根据易发性评价结果，结合现场调查所取得的认知，在典型地质灾害单体易发性评价的基础上进行综合分析，本次风险评价工作易发指数阈值Efbh(阀)=0.34。

斜坡单元滑坡易发指数Efbh(滑)=0.34≥0.34，视为滑坡危险源，斜坡单元崩塌易发指数Efbh(崩)=0.34，视为崩塌危险源。

5 结果与讨论

根据上述评价方法，对研究区内的80个斜坡单元的地质灾害易发性进行评价。其主要斜坡单元评价结果见表4。在评价时，结合区域专项环境地质调查所取得的资料，对各斜坡单元分类使用滑坡与崩塌易发评价指标体系，将评价结果叠加后，得到地质灾害易发分区评价图7。

表4 研究区主要斜坡单元地质灾害易发性评价结果汇总

图7 盘关镇地质灾害易发性评价图

按照阈值计算结果，研究区共有地质灾害危险源31处(图8)，主要集中分布于拖长江沿岸，其分布具有分散性和集中性，其中滑坡危险源共16处，占全区地质灾害总数的52%，主要集中分布在盘关镇中部、沿河流和构造分布较为明显；地面塌陷危险源共12处，占全区地质灾害总数的38.7%，主要分布受人类工程活动影响较大的地区；崩塌危险源共3处，占全区地质灾害总数的9.7%，分布在主要分布于二、三叠系地层中，受地层岩性影响较为明显。

图8 盘关镇危险源分布及威胁范围

经过验证，通过上述方法判定的危险源结果与实际情况较为吻合。在研究过程中，将地质灾害危险性评价单元和风险评价单元作为地质灾害危险区的基本单元，建立了一套适合贵州山区城镇地质灾害危险源寻找与判定的方法体系，其成果意义如下：

(1)利用危险源判别方法，预测计算不同暴雨频率地质灾害危险源的危险区范围，并得出危险源分布图，结合降雨强度与暴雨频率的关系，可为下一步贵州省县级地质灾害风险气象预警预报工作及地质环境承载力协调系统提供技术支撑。

(2)通过该方法得出的地质灾害危险源位置、大小、威胁范围、威肋人数与威胁财产、地质灾害发生不同险情的概率等成果资料，可为地方人民政府进行地质灾害风险决策与风险管控提供科学依据。

下一步，将继续完善地质灾害风险识别体系研究工作，进一步开展斜坡单元智能化划分，加强地貌单元识别工具的二次开发，以减少在实际工作中人工辨识所产生的复杂工作量，实现山区地质灾害风险快速识别。