浙江省东阳市佐村镇地质灾害形成条件及易发性评价

雷天浩， 黄东荣， 聂文昌， 万 川， 卢 凯

(1.江西省地质调查勘查院，江西 南昌 330000；2.东阳市自然资源和规划局，浙江 东阳 322100)

我国是世界上地质灾害发生较为频繁的国家，由于地质环境的特殊性导致了地质灾害的多样性、易发性及区域变异性(刘传正等，2020)。据调查，我国南方山地丘陵区地质灾害的分布数量占全国地质灾害总数的57%(铁永波等，2020)。随着乡村振兴战略深入实施，农村宅基地需求不断增强，因建房切坡而形成的高陡人工边坡，为崩滑地质灾害的发生埋下了隐患。为了更好地开展地质灾害防灾减灾工作，需进一步提高对山地丘陵区地质灾害发育分布特征和规律的认识。近年来，我国逐步推进了大比例尺地质灾害风险调查评价工作，为开展区域地质灾害研究打下了坚实基础。易发性评价是研究区域内多种地质灾害影响因素综合作用下发生地质灾害的可能性(唐川等，2015；樊芷吟等，2018)，并为做好地质灾害防治和采取针对性风险管控措施提供依据。笔者以浙江省东阳市佐村镇为研究区，在区内地质灾害风险调查评价成果基础上，从区内地质灾害的几何特征、地质特征等入手进行分析研究，利用GIS技术开展地质灾害易发性评价，并通过数据分析和实地核查验证评价结果的可靠性，以期为研究区及类似区域开展地质灾害防治工作提供参考。

1 研究区概况

佐村镇位于浙江省中部，隶属于金华市东阳市管辖，是东阳市唯一山区建镇，属于南方丘陵切坡型城镇；地处亚热带季风气候区，雨量充沛，境内地形以丘陵为主，总体地势南东高、北西低。

研究区中部及南东部地层主要出露白垩系下统西山头组、高坞组，岩性主要为流纹质含角砾晶玻屑熔结凝灰岩。北西部地层主要出露白垩系下统朝川组、方岩组，岩性主要为紫红色厚层状、块状砾岩、砂砾岩(图1)。岩浆岩主要为与火山活动有关的次火山岩，发育在上村、佐村破火山口中。区内脉岩发育，以酸性脉岩为主，多沿断裂构造分布，少数呈环状分布于火山构造内部或边缘。

图1 佐村镇地质简图

2 数据与方法

2.1 遥感解译

通过2 m精度数字高程模型数据(DEM)、无人机三维倾斜摄影等多元数据，结合研究区地质背景及已知地质灾害信息等资料开展遥感解译，主要包括斜坡单元解译等。解译内容包含地形地貌、地层岩性及构造、植被、地质灾害、人类工程活动及承灾体等信息。

2.2 孕灾地质环境调查

根据地形地貌、地层岩性等特征，参考行政区划来划分斜坡单元。斜坡单元上方及两侧以分水岭、沟谷及乡镇界线为边界，斜坡单元下方以可能影响的居民区、道路或河流等外侧为界，并充分考虑微地貌特征，共划分评价单元2 212个。孕灾地质环境调查按斜坡单元逐坡进行。

2.3 地质灾害点核查、调查及隐患点调查

对以往地质灾害点及风险防范区进行核查，主要核实灾害点地质环境条件、致灾因素、受威胁对象、防治情况是否发生变化，并对灾害点现状稳定性作出评价。针对新发现的地质灾害点及隐患点填写调查表，通过对灾害发生的时间、基本特征、地质环境条件、变形活动历史、造成的损失等综合分析，来判定地质灾害点及隐患点的稳定性，圈定致灾范围和威胁对象。据统计，截至2021年10月，区内共分布崩滑流地质灾害30处，其中滑坡19处、崩塌7处、泥石流4处，分别占总数的63.34%、23.33%、13.33%。

2.4 易发性评价

目前国内外对地质灾害易发性评价常采用的方法主要有：信息量法(王雷等，2020)、支持向量机法(牛瑞卿等，2012)、Logistic回归模型法(黄健敏等，2016)、证据权法(郭长宝等，2019)、综合指数法(庄卓涵，2018)、专家打分法(牛全福，2011)、层次分析法(辛存林等，2020)、确定性系数法(刘月等，2020)、随机森林(刘睿等，2020)等。考虑到各个评价方法均有优缺点，在不同地区、不同精度及不同数据量条件下，需要综合考量，选择最适合研究区实际情况的评价方法。根据过往研究发现，GIS技术的运用更有利于通过定量方法进行易发性评价。同时，以斜坡作为单元开展易发性评价可以提高与实际地形地貌的吻合度，更好体现区内地质灾害的实际发育状况(谷天峰等，2013)。本次研究借助GIS技术，采用以斜坡为单元的地质灾害易发程度评价指标体系及量化分值，通过综合指数法进行计算获取易发性综合指数，结合易发性程度分级标准确定评价结果。

3 结果与分析

3.1 区内地质灾害发育特征

准确把握地质客体的空间分布，可以认识并掌握地质灾害发生发展的条件和规律(汪民，2022)，进而分析不同要素对地质灾害的形成分别造成的影响。通过本次研究发现区内已发生的地质灾害具有规模小、分布广等特点，地质灾害的形成与其时空分布特征、地质环境背景、降雨及人类工程活动等存在紧密关系。

3.1.1 空间分布特征

区内地貌以侵蚀剥蚀丘陵和中低山为主，丘陵占全镇总面积的65.34%，一般海拔120～410 m。低山占全镇总面积的34.66 %，主要分布在南东地区。区内地形起伏较大，受流水的侵蚀作用影响，易满足崩滑流的条件。基于局部微地貌特征对地质灾害形成的控制和影响，本次选取了海拔、坡度、坡向、坡形等4项对区内地质灾害空间分布特征进行统计分析。

(1)海拔。对已有资料的统计(表1)表明，区内崩塌、滑坡、泥石流发生的海拔主要分布在300～500 m，占比约76.67%。这主要与该区间内村落较多、人口分布密度较大且植被较为发育有关。海拔小于300 m的区间地形起伏相对较小，发生崩滑流地质灾害的概率相对较低。而随着海拔高度的增加，地形陡峭、交通不便、土地贫瘠等不利因素会对农业生产等活动造成影响(孙超等，2020)。根据调查，区内海拔500～1000 m的区间人口分布密度相对小，人类工程活动不频繁，发生地质灾害的概率也随之降低。

表1 地质灾害与海拔高程关系

(2)坡度。从统计结果(表2)来看，佐村镇已有的地质灾害点发生的坡度分布范围主要为25°～35°，占比约67%。通过对该坡度区间斜坡调查点的统计分析，结合实地观察，发现此区间斜坡的覆盖层厚度相对较大，松散物质较丰富，这为地质灾害的形成提供了相应的物质基础，因此发生地质灾害的几率相对较高。

表2 地质灾害与坡度关系表

(3)坡向。斜坡由于朝向不同，山坡的小气候和水热等条件有着规律性的差异(薛强等，2015)。水热条件的差异会导致斜坡土体含水量、风化程度不同，对地质灾害的发生起到一定的影响作用(张茂省等，2008)。统计结果(表3)表明，佐村镇的地质灾害在北东向(22.5°～67.5°)、南西向(202.5°～247.5°)及北西向(292.5°～337.5°)坡最发育，达到16处，占53.33%。结合区内气象条件分析，其原因主要与接受太阳辐射长短有关。此类斜坡接受太阳辐射时间短，对斜坡植被的生长发育造成不利影响，导致植被覆盖率相对较低，受降雨带来的影响更为显著，易诱发地质灾害。

表3 地质灾害与坡向关系表

(4)坡形。斜坡体的坡面形态影响坡体内应力状态、岩土体分布及水文地质条件，进而影响坡体的稳定状态。统计结果(表4)表明，区内有15处地质灾害发生于凸型坡，占比约76.67%，证明坡形与地质灾害的易发性之间存在明显关联，推断是由于凸起部分的岩体应力集中现象明显，造成坡体水平应力减弱，不利于稳定。

表4 地质灾害与坡形关系表

3.1.2 时间分布特征

根据收集资料，对佐村镇已有地质灾害的年际分布情况进行统计，发现灾害主要发生在1989年、2012年和2016年，尤以1989年发生灾害点最多。

从年内发生时间上看，佐村镇的地质灾害集中在7月，即每年的台风季。整体趋势上与全镇的多年月平均降雨量的趋势基本吻合(图2)。

图2 已发生地质灾害数量与月平均降雨量趋势分析图

3.1.3 地层岩性与岩土体特征

地层岩性是崩滑流灾害形成的物质基础，地质灾害活动与岩土类型、性质、结构具有特别密切的关系。统计发现，地质灾害点在白垩系下统西山头组较软弱层状以凝灰质碎屑岩为主的岩组中分布最为广泛，共发育13处，占总数的43.33%(表5)。该类岩性在研究区内分布最广，岩组工程地质条件较差，岩石总体较破碎、风化较强，覆盖层较厚，在强降雨条件下风化岩土体易失稳。

表5 地质灾害与工程地质岩组关系表

3.1.4 地质构造特征

地质构造对地质灾害的形成发育有着重要的影响。区内构造形迹以断裂为主，褶皱不发育，断裂方向以NNE向、NW向为主，少量EW向，其中NE向断裂以压性为主，NW向断裂以张性断裂为主，EW向断裂以压扭性为主。通过对地质灾害与断裂构造分布关系及距离的统计，发现区内地质灾害的形成与地质构造关系密切。23处灾害点与断层距离小于500 m，占比约76.67%，大部分灾害点均分布在断层附近，特别是两组断裂交汇处。据此推断：一方面是地质构造控制了地貌的形成发育。构造运动上升区山势险峻，沟谷深切，临空面发育，易发生滑坡等灾害(焦洋，2019)；另一方面地质构造改变了岩土体的结构、物理性质和力学强度，断裂构造部位岩石节理发育，岩体破碎，风化强烈，形成较厚的松散堆积体。这为滑坡等地质灾害的发生提供了结构和物质基础(周晓亭等，2022)。

3.1.5 降雨特征

强降雨是诱发地质灾害的直接因素之一。尤其是台风造成的暴雨诱发型滑坡，是东南沿海地区地质灾害的主要类型(赵阳等，2021)。佐村镇年均降雨量为1 300～1 600 mm，受台风及热带风暴的影响，区内降雨具有雨量集中、降水强度大、持续时间较长等特点。强降雨对斜坡的稳定性影响较大，一方面是降雨产生的地表水对坡面会产生强烈的流水冲刷力，表层土体易被雨水冲刷，极易在强降雨作用下发生地质灾害。另一方面是强降雨使岩土体含水量处于饱和状态，增加岩土体重量并产生软化作用，同时增加土体中孔隙水压力，降低抗剪强度，从而导致地质灾害的发生。

崩滑地质灾害的产生常与暴雨频次具有较好的一致性(林孝松等，2001)。通过对佐村镇地质灾害发生与降雨事件的对比分析，发现区内地质灾害的发生大多与降雨事件相关。以往灾害主要发生在7月份台风强降雨季节。以1989年7月23日为例，当日1小时降雨量为40.7 mm，3小时降雨量为103.1 mm，6小时降雨量为161.9 mm，12小时降雨量为185.6 mm，24小时降雨量为238.8 mm，受此强降雨影响，发生地质灾害11处。据此判断降雨与地质灾害的发生关系密切，是诱发区内地质灾害的主因。

3.1.6 人类工程活动特征

研究区内民房分布较零散，人类工程活动较为强烈，主要表现形式为切坡建房和修路、土地开垦等。通过对区内地质灾害点情况进行分类统计，发现有27处地质灾害与人类工程活动有关。滑坡点17处，占滑坡点总数89.47%，其中7处与修路切坡相关，10处由建房切坡诱发。崩塌点6处，占崩塌点总数85.71%，均与人工切坡关系密切。根据现场调查，由人类工程活动造成的大量高陡切坡，破坏了斜坡原本的应力状态，改变了应力平衡，而未得到有效支护的陡立边坡，其坡体前沿处于临空状态，易产生边坡失稳。由此推断人类工程活动是诱发区内崩塌、滑坡等地质灾害的重要原因。

3.2 地质灾害易发性评价

3.2.1 评价因子及权重

(1)评价因子。地质因素诸如地形地貌、地质成分结构和构造活动背景等，决定了地质灾害的易发程度，因此评价因子的选取非常重要。本次共选取了坡度、坡向、高差、坡形、覆盖层厚度、岩性与岩土结构、斜坡结构、与构造间距、切坡高度9项评价因子。

坡度、坡向、高差、坡形根据2 m精度数字高程模型(DEM)生成后提取数据，并进行统计分析、野外复核；覆盖层厚度、岩性与岩土结构、斜坡结构根据工程勘查及野外调查成果确定，其中覆盖层厚度按最不利条件考虑取其最大值，岩性与岩土结构按最不利条件考虑取其最差的岩土结构类别；通过收集以往不同比例尺区域地质构造图，结合遥感解译、野外调查确定调查点与构造间距；人工切坡高度值根据野外调查数据获取，按最不利条件考虑，一般取其中最大值，已支护的边坡根据防护程度打折赋值。

(2)各指标赋值和权重值。各指标赋值及权重值详见表6。分级标准、易发程度划分标准主要参考《浙江省乡镇(街道)地质灾害风险调查评价技术要求》(浙江省自然资源厅,2020)。

表6 地质灾害易发程度评价指标体系及量化分值表

3.2.2 评价模型及标准

评价计算模型如下：

式中，Yi为第i个斜坡单元易发性综合指数，Fj为第i个斜坡单元第j类指标权重，Sj为第i个斜坡单元第j类指标赋值，n为项数，取值1～9。

通过计算可得到每个评价单元的易发性综合指数值，根据分级标准(表7)对各评价单元地质灾害易发程度等级进行分级。

表7 地质灾害易发程度划分标准表

3.2.3 评价过程及结果

①先确定研究目标并确定所需数据。②确定评价单元后，通过GIS平台将数据资料进行数字化、格式转换、投影变换、分层及属性编码等，建立图层的空间数据库。③根据研究目标的特征分析影响因素，建立层次指标模型和层次结构，构造判断矩阵，对影响因素进行综合评分并进行层次单排序、求解权向量和一致性检验，获取各指标因素值。通过GIS空间分析功能，提取分析因子。④通过GIS对评价区域的矢量图层进行属性运算，栅格图层进行重分类，将图层的属性提取到评价单元上，将各个评价单元按照数学模型进行属性运算，生成斜坡易发性指数矢量图层。根据计算获得的易发性指数值的统计曲线特征和划分要求，对易发性指数矢量图层进行属性运算，获得易发性分区图(图3)。结合研究区野外实际调查情况进行验证和分析，对各级别易发性分区进行统计分析，给出易发性分区说明。

图3 佐村镇地质灾害易发性分区图

评价结果显示区内易发性共分为高、中、低、不易发4级，其中：高易发区面积15.78 km2, 主要分布在佐村镇南东一带(五丰村-五联村-上村-石井坑-平坑村)，占斜坡单元总数的10.26%，占总面积的10.56%；中易发区面积53.46 km2，占斜坡单元总数的36.89%，占总面积的35.77%；低易发区面积79.51 km2，占斜坡单元总数的52.67%，占总面积的53.20%；不易发区面积0.71 km2，占斜坡单元总数的0.18%，占总面积的0.48%。

3.2.4 评价精度

按照评价模型计算出斜坡的易发性综合指数，发现易发性综合指数的分布与正态分布(图4)接近，符合自然断点法分级的适用范围。

图4 区内地质灾害易发性综合指数频率图

模型质量检验采用ROC曲线进行定量检验。ROC曲线作为一种结果评价方法，能准确地反映所用分析方法特异性和敏感度之间的关系，被广泛应用于地质灾害易发性评价中(Lee et al.，2010)。其曲线下方面积AUC为ROC曲线下与坐标轴围成的面积，常被用来评价模型的精度,值越大表明模型评估效果越好(Chen et al.，2017)。AUC值为0.5～1.0，说明该模型是有效的(陈立华等，2020)，佐村镇地质灾害易发性评价的AUC值为0.915(图5)，证明此次评价精度较高。结合历史地质灾害统计进行验证，96.8%的历史灾害点位于所划定的中、高易发区内，说明评价结果可靠。

图5 地质灾害易发性评价结果ROC曲线图

4 结论

(1)研究区地质灾害分布呈点多面广的特点，发生时间主要集中于雨季、台风季短时强降雨或连续降雨期间。区内地质灾害形成过程中，地形地貌、地质构造、地层岩性等是主要的形成因素，人类工程活动是重要诱发因素，降雨是主要的诱发因素。

(2)区内地质灾害易发性分为高、中、低、不易发4级，分别占研究区面积的10.56%、35.77%、53.20%和0.48%，高易发区主要分布于覆盖层较厚及受构造活动影响强烈的山麓等地段，根据已有地质灾害点及隐患点数据可知，绝大多数点位均位于本次评价的中、高易发区内，证明本次易发性评价结果具备可信度。

(3)针对研究区及类似地质条件区，削坡建房、工程建设应重点注意海拔高程为300～500 m，坡度为25°～35°，北东、南西、北西向的凸形坡，且尽量避开较软弱层状以凝灰质碎屑岩为主的岩组地段。