基于GIS的川西区域地质灾害数据收集与分析①

李朝阳, 向 波, 蒋瑜阳, 钱 舵, 路言杰

(1.四川省公路规划勘察设计研究院有限公司,四川 成都 610041;2.西南交通大学土木工工程学院,四川 成都 610031;3.中国铁路上海铁路局集团有限公司,上海 200071)

0 引 言

近年来,由于全球气候升温,使得川西区域年均气温增加,年均降雨量增多,自然营力活跃度逐年增强。同时,由于频繁的人类工程活动对川西区域造成强烈影响,以崩塌、滑坡、泥石流为主的不同程度的地质灾害广泛发育[1-2]。地质灾害给自然生态和工程建设带来的危害不可估量,使得川西区域的生态环境越发脆弱[3]。地质灾害给该区域带来的自然生态破坏和人类社会秩序混乱的威胁已不容忽视,加强对川西区域地质灾害的形成原因、形成条件及分布规律等的分析和研究能够让我们在应对地质灾害时化被动为主动,达到有效预防和治理,保障川西区域的工程建设和社会经济发展[4-5]。根据过往不同程度地质灾害对四川省川西区域的建设和发展带来的严重的负面影响,通过大量的川西区域资料和数据搜集,以川西区域自然地质条件为基础,利用GIS平台[6-7]对川西区域进行数据化处理,对川西区域地质灾害的发育特征和影响因素进行了详细的分析和讨论。

1 基于GIS的川西区域自然地质条件与地质灾害数据收集与处理

通过国内权威数据平台,包括全国地理信息资源目录服务系统、国家地球系统科学数据中心资源环境数据云平台、土地调查成果共享应用服务平台、中国科学院资源环境科学数据中心等,收集并整理了四川省川西区域自然地质条件地质灾害等数据。

川西区域主要地质灾害为崩塌、滑坡、泥石流三类。利用GIS 平台,将零散的、无规则的、杂乱的川西区域自然地质条件数据,整理成为规则有序且可重复利用的数据。根据川西区域数据搜集结果,将各类数据统一定义地理投影坐标系——WGS 1984(World Geodetic System),建立川西区域的平面化图形数据分析模型及基础数据库。对川西区域地理位置、地形地貌、工程地质、植被类型、气温降雨、水文条件数据进行色彩渲染、裁剪等处理,最终输出成图1。

图1 川西区域各自然地质条件数据GIS可视化:a)地理位置;b)地形地貌;c)工程土质;d)植被类型数据;e)年均降雨量(2015年);f)水文条件

2 基于GIS的川西区域地质灾害数据分析

2.1 川西区域地质灾害发育特征分析

经地质灾害点数据统计,川西区域过往地质灾害累计发生12056次,其中发生了崩塌2223次,占总数的18.4%;滑坡6724次,占总数的55.8%;泥石流3109次,占总数的25.8%。

2.1.1 崩 塌

通过GIS的数据分类提取功能,仅按照地质灾害等级标准,分类显示崩塌的发育及发生情况,并将提取结果输出成图,结果见图2。该区域崩塌发育及发生的特征如下:(1)灾害规模以中、小型为主,累计共发生1824次,占总数的82.1%;(2)分布相对集中,多发育于川西区域东北侧海拔较低的山地盆地过渡地区(3500m 以下)以及坡度较大的陡峭山谷中;(3)受道路施工的影响,大量危岩体成为崩塌发育的有利基础。由此可见,复杂地形、较大的山体坡度和道路施工成为崩塌形成的主要原因。

图2 川西区域崩塌分布情况

2.1.2 滑 坡

按照地质灾害等级分类显示滑坡的发育及发生情况,并将提取结果输出成图,输出结果见下图3。该区域滑坡发育及发生的特征如下:(1)发育频繁、集中性强,容易带动周围环境,引发群发性滑坡;(2)大型滑坡较少,特大型滑坡罕见,单次灾害造成的影响及损失相对较少;(3)该区域滑坡较多发生于山体坡度较小的中低山地区,受地形地貌影响,区内滑坡滑动方向多与斜坡的坡向相同;(4)该区域因集中降雨导致的坡脚侵蚀破坏成为该地区引发滑坡的诱因之一。

图3 川西区域滑坡分布情况

2.1.3 泥石流

按照地质灾害等级分类显示泥石流的发育及发生情况,并将提取结果输出成图,输出结果见下图4。该区域泥石流发育及发生的特征如下:(1)该区域泥石流多发育于道路沿线两侧,因道路施工产生的就近堆积的废石残渣成为泥石流主要的物质来源之一;(2)该区域泥石流形成区及流通区流域面积相对较小,基本位于沟谷地带,坡度大,沟谷两侧山坡陡峭且狭长;(3)泥石流受降雨影响明显,一般形成于集中降雨期或降雨量较大的地区。

图4 川西区域泥石流分布情况

2.2 川西区域地质灾害影响因素分析

川西区域地质灾害的发育及发生离不开各种因素的综合作用。就目前数据统计情况,对川西区域影响因素,包括地形地貌(DEM)、工程土质、植被类型、年均降雨量、道路交通,进行了影响因分析。

2.2.1 地形地貌条件

地质灾害的发育类型和频率极大程度地受到地形地貌的影响,统计川西区域地质灾害分布随高程变化趋势,如图5所示。

图5 川西区域崩塌、滑坡、泥石流分布随高程变化趋

通过GIS的DEM 高程图形数据和崩塌数据的叠加分析,海拔的变化对崩塌的发育及发生影响明显,川西区域崩塌的发育及发生皆随着海拔的攀升而逐渐下降。高程对滑坡的发育及发生影响显著,随着海拔的上升,发育次数呈线性下降趋势。川西区域泥石流的发育及发生随着海拔的攀升呈现出先增加后减少趋势,中、高海拔地区(2500m-3500m)成为泥石流发育及发生的主要地区。川西区域高程在1500m-3500m 之间存在大量线路工程,由于该地区地形狭窄,道路基本沿高山峡谷方向修建,因此,大量的因施工产生的废石残渣就近堆放,最终由降雨激发,发育大量泥石流。

2.2.2 工程土质条件

川西区域滑坡的发育及发生随工程土质变化趋势如图6所示。川西区域不同工程土质对崩塌的发育及发生影响程度不同。川西区域东侧年均降雨量大,该地区的粉粘土与粉土的饱和度较大,受构造运动的影响容易液化,成为容易发生地质灾害的不良地基;其次,砂壤土由于土壤质地较轻,分布广泛,地下水位适宜,也成为地质灾害易发土质。川西区域滑坡的发育及发生大致随着以下土质的变化呈减少趋势。川西区域砂壤土广泛分布在中西侧区域,该地区年均降雨量基本处于600mm 以上,受降雨的激发,发育了大量滑坡。

图6 川西区域崩塌、滑坡、泥石流分布随工程土质变化趋势

2.2.3 植被类型条件

通过GIS的植被类型图形数据和崩塌数据的叠加分析,川西区域地质灾害分布随植被类型变化趋势如图7所示。

图7 川西区域崩塌、滑坡、泥石流分布随植被类型变化趋势

川西区域植被密度相对较低,因此,容易成为地质灾害的多发地带。其次,根据DEM 数据分析结果,川西区域地质灾害多发生于中低海拔地区,该类地区是针叶林、阔叶林发育带,地下水位适宜,土质以砂壤土为主。因此,在受到外部因素激发时,容易引发地质灾害。川西区域灌丛带、栽培植物带、针叶林带、阔叶林带成为滑坡的多发地带,泥石流主要集中于灌丛带、针叶林带、阔叶林带。

2.2.4 年均降雨量

川西区域崩塌、滑坡、泥石流分布随年均降雨量变化趋势线见图8。川西区域年均降雨量处于600mm-900mm 的地区占绝大部分,崩塌因此较多分布于该类地区。川西区域滑坡的发育及发生极大地受到降雨量的影响,且随着年均降雨量的增加而增加。泥石流主要分布于川西区域的中海拔地区,该地区年均降雨量基本处于600mm-900mm 之间。

图8 川西区域崩塌、滑坡、泥石流分布随年均降雨量变化趋势

2.2.5 道路交通条件

川西区域道路交通网络的建立改变了原有的自然地质条件,破坏了山体边坡的稳定性。道路沿线因削坡施工导致岩土体破碎不堪,危岩体集中出现,多处处于稳定性临界状态。又因施工产生的大量工程垃圾就近堆放,形成危险堆积体。种种不利因素的叠加,以及降雨、地质构造活动、人为因素等的触发,川西区域大量地质灾害沿道路交通密集发育。

3 结 语

应用地质灾害相关理论,通过数据收集及模型分析,掌握了四川省川西区域地质灾害的实际情况。通过GIS平台,将川西区域自然地质条件与地质灾害数据分布情况相结合,对该区域崩塌、滑坡、泥石流地质灾害的发育特征和影响因素进行了分析和讨论。研究成果为川西区域的工程建设和项目开发提供了数据依据和理论支持,对保障国家建设和社会发展起到了积极促进作用。