陕西省志丹县地质灾害风险调查评价研究

田垚，周少伟，阮征，毕丽莎，邹莉菲

摘要：为将潜在风险指标考虑到区域地质灾害风险评价体系中，更好地研判区域地质灾害形势，以陕西省延安市志丹县为研究区，在地质灾害隐患早期识别和详细调查的基础上，总结分析了研究区地质灾害的分布特征和形成条件；基于高精度DEM数据，对研究区具备孕灾条件的区域划分了栅格单元，并开展大比例尺（1∶50 000～1∶10 000）调查，查明了孕灾地质环境条件和危险区范围内的承灾体。通过统计分析，确定了研究区地质灾害发育的主要影响因子，采用信息量模型，实现了所有栅格单元的地质灾害易发性评价，再叠加区域内主要诱发因素，进行地质灾害危险性评价，进而开展地质灾害易损性和风险性评价。结果表明：研究区的地质灾害极高风险区、高风险区、中风险区、低风险区面积分别占调查区总面积的0.32%、9.42%、69.38%、20.87%，并通过典型隐患点实地核查，验证了评价结果的可靠性。研究成果掌握了研究区地质灾害风险底数，明确了地质灾害风险分布区域和发育特征，可为进一步实施地质灾害风险区划提供基础依据，有利于提高地方地质灾害综合防治能力。

关键词：地质灾害； 风险评价； 栅格单元； 县域； 陕北地区

中图法分类号：P694文献标志码：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.09.006

文章编号：1006-0081（2023）09-0035-10

0引言

陕北地区黄土高原沟壑纵横，地形地貌变化起伏大，崩塌等突发性地质灾害频繁发生，是陕西省地质灾害重点防范区［1］。开展地质灾害风险评价有助于及时迅速判断出地区地质灾害局势，采取相应风险管理措施，减少地质灾害导致的损失［2-3］。為此，中国开展了不同比例尺和基本单元的地质灾害调查分析［4］，如在陕北地区依次开展了1∶100 000、1∶50 000地质灾害详细调查等。然而，以往研究多以历史灾害等基础调查数据进行地质灾害区划或调查，区域地质灾害风险评价体系中未充分考虑潜在风险指标，与中国新形势下防灾减灾工作的新要求存在一定差距［5］。

基于ArcGIS空间分析技术及高精度基础数据进行区域地质灾害风险评价，可较好地分析和评价区域地质灾害发生的可能性及灾害损失［6-7］。本文以陕西省延安市志丹县为研究区，基于高精度光学遥感数据进行地质灾害隐患早期识别，对研究区具备孕灾条件的区域划分栅格单元，识别可能的地质灾害隐患；通过构建并完善地质灾害风险评价体系，利用ArcGIS技术，从研究区地质灾害易发性、危险性、易损性和风险性等4个方面进行综合分析，确定了研究区地质灾害风险等级。本次评价明确了研究区内地质灾害风险分布区域和发育特征，为进一步实施地质灾害风险区划、提高综合防治能力提供基础依据。

1地质环境条件及地质灾害概况

1.1地质环境条件

研究区位于延安市西北部，西部与吴起县相连，东部与安塞县接壤，北部毗邻榆林市靖边县，南部与甘泉、富县交界，西南部邻接甘肃省合水县、华池县。研究区处于黄河中游，黄土高原中部，地理坐标108°11′56″～109°03′48″E，36°21′33″～37°11′49″N［8］，南北长约92.2 km，东西宽约76.8 km，总面积3 794 km2。研究区整体地势由西北向东南缓倾，境内有洛河、周河、杏子河共3条河流，依地势由西北向东南贯穿全域，构成土石山区、黄土丘陵沟壑区和河谷阶地区地貌［9］。根据成因，可分为剥蚀-侵蚀地貌、堆积-侵蚀地貌和河流地貌。研究区属暖温带温凉气候区，具有典型的大陆性季风气候特征。多年平均降水量535.93 mm，降水量年际变化大，年最大降水量805.7 mm（2013年），最小降水量仅316 mm（1999年），两者相差2.5倍。年内降水量分配不均匀，且多集中在6～9月。

研究区主要出露中-新生代地层，包括白垩系、新近系及第四系地层。白垩系主要为河湖相砂岩、泥岩地层［10］，是一套干燥性红绿相间的砂岩、泥页岩层，在区内广泛分布，呈现西部厚、东部薄的分布规律；新近系和第四系主要为风成黏土与黄土，其中新近系分布面积广、不连续，零星出露于洛河、周河、杏子河等3条干流的一、二级支沟谷壁或沟脑位置；第四系以黄土为主，全区皆有分布，其不整合于前第四系地层之上，受古地理环境控制，沉积厚度变化较大。中、上更新统黄土是沟谷边坡的主要组成物质，其透水性较强，遇水易崩解，易发生崩塌、滑坡等地质灾害［11］。

研究区地处华北陆块鄂尔多斯地块中东部陕北盆地，属于岩石圈厚度最大（＞200 km）的区域之一。在构造上属于以延安地区为中心的陕北单斜翘曲构造［12］，呈东高西低的大斜坡，为陕甘宁拗陷向斜构造的二级构造隆起［11］。本区的新构造运动主要是地壳间歇性的缓慢抬升，以面状风化剥蚀、河谷持续下切为主要特征，并伴随洛河、周河、杏子河及其支流的强烈下切，在河流两侧形成1～2级侵蚀堆积阶地，河谷两侧有大片基岩出露。在地貌结构上，表现为梁、峁和河、沟、壑相间分布，形成如今沟壑纵横、河谷深切、梁峁起伏、沟坡陡峻的地貌特征，具备滑坡、崩塌等地质灾害发生的地形地貌条件［13］。

1.2地质灾害发育特征

基于高分辨率光学遥感数据和合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术［14］，对研究区地质灾害隐患进行了早期识别，共解译地质灾害隐患点21处，经现场勘察验证，结合变形程度和威胁对象，最终确认地质灾害隐患点10处。在此基础上，开展了大比例尺（1∶50 000～1∶10 000）地质灾害隐患点和孕灾地质环境条件详细调查。结果表明：受其地质环境条件、水文气候等自然条件以及近年来切坡建窑和修路等人类活动的影响，研究区内地质灾害较发育，截至2021年底，共计确认地质灾害隐患点52处（含解译确认的10处地质灾害隐患点），其中滑坡33处、崩塌19处，如图1所示。研究区地质灾害的分布与地貌关系密切，并与降雨条件高度相关，具有小规模、集中发育的特点；滑坡以牵引式的蠕变阶段滑坡为主，崩塌则以滑移式土质崩塌居多。52处地质灾害隐患点共威胁220户861人、1 214间房屋，潜在经济损失8 885.5万元。

2地质灾害风险评价体系构建

地质灾害风险性评价是评价在某一区域和时间段内，各类承灾体由于地质灾害所造成损失的可能性［15］，其在地质灾害易发性、危险性和易损性评价的基础上，通过定性与定量相结合的方法，实现地质灾害风险性评价，并且依据矩阵分析法，将地质灾害风险划分为极高、高、中、低共4个等级［16］。地质灾害风险评价思路如图2所示。

2.1评价单元划分

依据《地质灾害风险调查评价技术要求（1∶50 000）（试行）》（以下简称“技术要求”）［19］，以栅格单元作为基本评价单元，基于研究区地理底图和精度25 m的DEM数据，根据地质环境条件，按照地形地貌、地层岩性、地质构造等将研究区域划分为6 070 875个25 m×25 m的栅格单元（图3），并进行了圈定编号，进而提取出地质灾害定量评价的指标。

2.2地质灾害易发性评价方法

地质灾害易发性是指在某一区域内，由孕灾地质条件控制的地质灾害发生的可能性，是充分考虑各种地质环境因素的叠加作用后，评价某特定地质环境中发生地质灾害的可能性，以期在研究区突显出可能不安全的“危险区段”。目前采用的易发性评价方式多包括层次分析法、逻辑回归模型、模糊综合评判法、人工神经网络模型、信息量模型、支持向量机、GIS技术分析等［17-18］。本文选取信息量模型反映特定地质环境条件下致灾因素及其细分区间的组合［19］，其中对应某种因素特定状态下的地质灾害信息量可用式（1）确定：

IAj=lnNj/NSj/S（j=1，2，3，…，n）（1）

式中：IAj为因素A在j状态下发生地质灾害的信息量；Nj为因素A在j状态（或区间）下地质灾害分布的单元数；N为研究区已知有地质灾害隐患点分布的单元总数；Sj为因素A在j状态（或区间）分布的栅格单元数；S为研究区栅格单元总数［20］。

对于多因素产生叠加作用，且各种因素存在多种状态的栅格单元，各状态因素的叠加作用下地质灾害发生的总信息量可用式（2）确定：

I=∑ni=1lnNi/N′Si/S（2）

式中：I为某斜坡单元地质灾害发生的总信息量；Ni为特定因素在i状态（或区间）条件下的地质灾害面积（或隐患点数）；Si为特定因素在i状态（或区间）条件下的栅格单元数；N′为研究区地质灾害总面积或总地质灾害隐患点数［21］。

2.3地质灾害危险性评价方法

地质灾害易发性仅考虑了影响地质灾害发育的静态因素，未考虑在特定时间段诱发地质灾害形成的因素［22］。地质灾害危险性是指以地质灾害易发性评价为基础，叠加区域内主要诱发因素致灾概率图层，如降雨、地震等因素，对某区域在特定时间内发生一定规模及类型的地质灾害可能性进行评价［23］。

2.4地质灾害易损性评价方法

地质灾害易损性是指承灾体可能遭受地质灾害破坏的严重程度［15］，主要评价承灾体的价值。依据技术要求，在评估人员及基础设施的易损性后，选择合适权重并重新确定承灾体易损性，进而确定调查区易损性。易损性评价因子包括建筑物易损性、地质灾害点及隐患的威胁人口易损性、交通设施易损性及其他重要设施易损性，对建筑物、人员、道路及其他重要设施易损性赋值见表1。

2.5地质灾害风险性评价方法

地质灾害风险性评价是在地质灾害易发性、危险性、易损性评价的基础上，通过定性与定量相结合的方法，依据矩阵分析法，确定地质灾害风险等级。具体划分为极高、高、中和低4个等级［16］。

3研究区地质灾害风险评价

3.1数据来源

研究区地质灾害风险评价基础数据主要包括地形地貌、地质、植被覆盖度、土地利用、社會发展等。其中，1∶50 000数字化地形图、1∶50 000地质图、土地利用现状、社会发展等数据通过收集获得；精度优于30 m的DEM、精度优于1 m的遥感影像通过实测获得；地质灾害、斜坡结构、植被覆盖度、孕灾地质环境、承灾体房屋和人员信息等通过野外调查及勘查并结合第3次国土调查数据确定。

3.2地质灾害易发性评价

根据研究区地质灾害的孕灾地质条件、发育特征和分布规律，以地质灾害形成的条件分析为基础，选取斜坡坡度、坡向、坡高、坡型、地貌单元类型、工程地质岩组等6个影响因子形成区内地质灾害易发性分区的评价指标，在栅格单元内求取各因素平均值作为易发性评价因子指标，将6个影响因子图层依次和地质灾害隐患分布图使用ArcGIS进行空间分析［24］，得到不同因子的分布密度，并由式（2）计算得到各影响因子图层对地质灾害隐患影响的信息量值（表2）。

根据信息量值将6个影响因子重新生成6张信息量图，并进行空间叠加分析，最终生成以总信息量值作为评价指标的地质灾害易发性指数图［25］（图4）。

利用ArcGIS中自然断点法（Natural Break Method）将研究区地质灾害易发性分为极高、高、中、低4个等级，如图5所示。

根据研究区地质灾害发育现状，高易发区和极高易发区有地质灾害隐患点43个，占全部隐患点数量的82.70%，表明上述评价方法和结果较为合理。

3.3地质灾害危险性评价

通过总结分析研究区地质灾害的形成机理，将地质灾害危险性定义为在降雨的诱发作用下，地质灾害的发生概率。降雨量与地质灾害隐患点分布关系如图6所示。

结合地质灾害发育情况，采取信息量模型方法完成计算评价，年均降雨量信息量值见表3。重新生成一张因子致灾概率即信息量图层，与地质灾害易发性完成空间叠加分析，生成以总信息量值为评价指标的地质灾害危险性指数图［25］（图7）。

利用ArcGIS中自然断点法将研究区地质灾害危险性分为极高、高、中、低4个等级，如图8所示。

根据研究区地质灾害发育现状，高危险区和极高危险区有地质灾害隐患点42个，占全部隐患点数量的80.77%，表明上述评价方法和结果较为合理。

3.4地质灾害易损性评价

根据研究区地质灾害发生的特点，本次易损性评价参照技术要求，对建筑物、人员、道路及其他重要设施易损性赋值见表4。

3.4.1建筑物易损性

在实际调查的基础上，根据三调城镇村用地情况，选择对建筑物面积归一化处理的方法，取归一化值作为调查区内的基础易损性［15］（图9）。

3.4.2人员易损性

根据调查获取地质灾害点及隐患的威胁人口数量，选择核密度算法，进行重分类，依照表4进行易损性赋值，获得人员易损性［15］（图10）。

3.4.3交通设施及其他生活设施

根据研究区第3次全国国土调查成果，采用省级道路（0.5）、城市道路（0.3）、农村道路（0.2）及采矿用地（1.0）作为设施承灾体参与易损性评价，按照不同设施类型和等级，依照表4进行研究区设施易损性赋值，如图11所示。

3.4.4综合易损性评价

选择不同类型承灾体易损性进行叠加［15］，利用ArcGIS中自然断点法将研究区易损性分为易损性极高、高、中和低4个级别，如图12所示。

3.5地质灾害风险性评价

综合考虑地质灾害危险性和易损性评价结果，根据技术要求中的地质灾害危险性和易损性等级划分（表5），把地质灾害风险性分为4个级别：极高、高、中和低，得到研究区地质灾害风险性评价（图13）。

根据评价结果，研究区的地质灾害极高风险区面积达12.21 km2，占调查区总面积的0.32%，共发育地质灾害隐患点11处，占隐患点总数的21.15%，灾害点密度为0.900 9个/km2；地质灾害高风险区的面积达357.62 km2，占调查区总面积的9.42%，共发育地质灾害隐患点22处，占总隐患点数的42.31%，灾害点密度为0.061 5个/km2；地质灾害中风险区的面积达2 632.11 km2，占调查区总面积的69.38%，共发育地质灾害隐患点17处，占总隐患点数的32.69%，灾害点密度为0.006 5个/km2；地质灾害低风险区的面积达到792.06 km2，占调查区总面积的20.88%，共发育地质灾害隐患点2处，占总隐患点数的3.85%，灾害点密度为0.002 5个/km2，如表6所示。

4结果验证与讨论

为检验本次评价结果的可靠性，选取1处高风险隐患点和1处中风险隐患点进行实地验证。

（1） 高风险隐患点。图14，15为滑坡隐患点，地貌类型为黄土峁地貌，剖面形态整体呈凹形，地势北高南低，上部陡峭，下部较缓，滑坡后缘呈圈椅状，滑壁高约30 m，斜坡结构为土质斜坡，坡度40°～45°，平均坡度约30°。前缘北侧临空面高差达33 m，临空坡度约60°～70°，在地貌上具备滑坡的必要条件。滑动面的不同部位有差异，后缘滑壁底部的冲沟中可见清晰滑面，处于红土中，倾角为30°～40°，与坡向一致，滑动面擦痕明显可见，上部土体中发育类似破劈理状的平行裂缝，缝间可见黄土填充物，裂缝与滑面相交的锐角指向滑动方向；中下部滑动面处在下部基岩上方，滑体下部为碎石土，表面可见擦痕［26］。该隐患点共有居民18户141人、房屋219间，威胁财产1 121万元，综合风险等级评价为高风险合理。

（2） 中风险隐患点。图16，17为崩塌隐患点，地貌类型为黄土梁峁沟壑区，呈上缓下陡状，斜坡结构为土质斜坡，边坡坡体陡峭，整体坡度约65°～75°，体积约0.89万m3，属小型黄土崩塌。坡体下部可见修建窑洞形成的人工边坡，整个山梁东南段可见新近开挖痕迹，形成5级人工陡坎。坡體整体风化程度较高，所处斜坡植被稀疏，仅有少许杂草，坡面植被覆盖率15%。北侧坡体裂隙发育明显，可见松散残坡积土。坡顶东侧有一处宽约0.4 m、长约4 m、走向320°的裂缝。边坡坡脚处窑洞由于年久失修，其顶部可见裂缝较多，并出现洞前垮塌现象，使坡体支撑点的强度减弱，进而发生塑性屈服破坏，对坡体整体稳定性影响较大。该隐患点共有居民8户32人、房屋24间，威胁财产122万元，综合风险等级评价为中风险合理。

根据评价结果，研究区地质灾害在空间上呈现出相对集中和条带状分布的特征，并形成极高、高、中和低易发区。其中，在黄土丘陵沟壑区相对集中分布，在河流沟谷两侧沿水系呈线性分布；沟谷发育期、坡体地质结构、坡体形态等对崩塌、滑坡等地质灾害的形成具有控制作用，地下水和植被对崩塌、滑坡等地质灾害的形成有一定影响，而人类工程活动和降水的叠加作用对崩塌、滑坡等地质灾害的形成具有决定作用［27］。

5结论

（1） 研究区地质灾害隐患点多面广，共发育地质灾害隐患点52处，其中滑坡33处、崩塌19处。滑坡以牵引式的蠕滑变形为主，崩塌则以滑移式土质崩塌居多，研究区地质灾害的分布与地形地貌关系密切，多发生在黄土丘陵沟壑区。

（2） 研究区地质灾害高风险隐患点2处，占地质灾害隐患总数的3.85%；中风险隐患点3处，占地质灾害隐患总数的5.77%，以中小型滑坡为主，危害性以中、高等级为主，活动性主要为中级；低风险隐患点47处，占地质灾害隐患总数的90.38%，在洛河、周河及其支流流域均有分布，多分布于黄土丘陵地貌，规模以小中型为主，危害性与活动性均以低等级为主。

（3） 评价结果及实地验证表明本次调查评价方法和结果较合理，掌握了研究区内地质灾害风险底数，明确了地质灾害风险分布区域和发育特征。科学认识区内地质灾害致灾规律，分析地质灾害孕灾条件及成灾模式，进一步开展地质灾害风险防控区划，为做好地质灾害防治工作、有效减轻地质灾害风险提供了依据，有利于提升地方的地质灾害综合防治能力，更好地服务于研究区国土空间用途管制、规划控制以及经济社会高质量发展。

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（编辑：江焘，高小雲）

Research on investigation and evaluation of geo-hazards risk in Zhidan County，Shaanxi Province

TIAN Yao，ZHOU Shaowei，RUAN Zheng，BI Lisha，ZOU Lifei

（Shaanxi Geological Science and Technology Center，Xian 710054，China）

Abstract： In order to combine risk factors in evaluation system of geo-hazards risk for certain regions and to better study and judge the regional geological disaster situation，taking Zhidan County in Yanan City，Shaanxi Province as the study area，based on the early identification and detailed investigation of geological hazards，this paper summarized and analyzed the distribution characteristics and formation conditions of geological hazards in the study area.Based on the high-precision DEM data，the grid units were divided and a large-scale （1∶50 000～1∶10 000） survey was carried out to find out the disaster pregnant geological environmental conditions and the disaster bearing body within the dangerous area.The main influencing factors of geological disaster development in the study area were determined through statistical analysis.The information volume model method was used to evaluate the geological hazards susceptibility of all grid units，and the geological hazards risk was conducted by stacking the main inducing factors in the area.On this basis，the vulnerability and risk of geological hazards were evaluated.The results showed that：areas of extremely high risk，high risk，medium risk and low risk of geological disasters in the study area accounted for 0.32%，9.42%，69.38% and 20.87% of the total area of the survey area，respectively.The reliability of the evaluation results was verified by the field verification of the typical geological hazards potentials.The risk base number of geological hazards in the study area was mastered，and the risk distribution area and development characteristics of geological disasters were defined.This provides a basis for further implementation of geological disaster risk regionalization and is conducive to improving local comprehensive prevention and control ability of geological disasters.

Key words： geological hazards； risk evaluation； grid unit； county territory； Northern Shaanxi area