基于GIS的竹山县一般调查区地质灾害风险评价.pdf

年月J o u r n a l o fG r e e nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y第 卷第 期收稿日期:作者简介:黎昕(),男,助教,主要从事国土资源调查与管理、摄影测量与遥感相关教学工作.基基于于GG II SS的的竹竹山山县县一一般般调调查查区区地地质质灾灾害害风风险险评评价价黎 昕,李小飞(湖北国土资源职业学院,湖北 武汉 ;湖北省地质局冶金地质勘探大队,湖北 十堰 )摘要:竹山县地质环境条件复杂,历来是地质灾害多发易发、灾情严重的地区.根据前期已收集到的竹山县地质灾害发育及分布特征资料,结合地理信息系统软件(A r c G I S),综合使用层次分析、信息量、专家打分等方法,获取坡度、高差、地质构造、工程地质岩组、地表水系特征五类指标的地质灾害易发性权重,进行竹山县滑坡地质灾害易发性划分;根据得到的易发分区图,叠加诱发因子降雨量,获取竹山县地质灾害危险性分区结果;根据竹山县人口易损性和经济易损性两大评价因子,通过栅格叠加对竹山县综合承灾体易损性分布情况进行划分;结合承灾体价值数据进行综合分析,得到竹山县地质灾害风险评价专题图.结果表明:竹山县极高风险区与高风险区灾害点达 处,主要集中在柳林乡新集镇、官渡镇桃源村等人口密集区域,应及时采取对应的防治与监测措施.关键词:地质灾害;易发性;危险性;易损性;风险评价中图分类号:X 文献标识码:A文章编号:()G e o l o g i c a lD i s a s t e rR i s kA s s e s s m e n t o fG e n e r a l S u r v e yA r e a i nZ h u s h a nC o u n t yB a s e do nG I SL iX i n,L iX i a o f e i(H u b e iL a n dR e s o u r c e sV o c a t i o n a lC o l l e g e,W u h a n,H u b e i ,C h i n a;M e t a l l u r g i c a lG e o l o g i c a lE x p l o r a t i o nB r i g a d e,H u b e iB u r e a uo fG e o l o g ya n dM i n e r a lR e s o u r c e s,S h i y a n,H u b e i ,C h i n a)A b s t r a c t:T h eg e o l o g i c a l e n v i r o n m e n t o fZ h u s h a nC o u n t y i s c o m p l e x,a n d i th a s a l w a y sb e e na na r e aw i t hf r e q u e n t a n ds e r i o u sg e o l o g i c a ld i s a s t e r s I nt h i sp a p e r,b a s e do nt h ed a t ao fg e o l o g i c a lh a z a r dd e v e l o p m e n t a n dd i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c s i nZ h u s h a nC o u n t yc o l l e c t e d i nt h ee a r l i e r s t a g e,c o m b i n e dw i t ht h eg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m s o f t w a r e(A r c G I S),c o m p r e h e n s i v eu s eo fa n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s(AH P),i n f o r m a t i o nv o l u m e,e x p e r ts c o r i n ga n do t h e rm e t h o d s,f i r s to b t a i nt h eg e o l o g i c a lh a z a r ds u s c e p t i b i l i t yw e i g h t so f f i v e i n d i c a t o r so f s l o p e,e l e v a t i o nd i f f e r e n c e,g e o l o g i c a l s t r u c t u r e,e n g i n e e r i n gg e o l o g i c a l r o c kf o r m a t i o n,a n ds u r f a c ew a t e rs y s t e mc h a r a c t e r i s t i c s,a n dt h e nd i v i d et h e l a n d s l i d eg e o l o g i c a lh a z a r ds u s c e p t i b i l i t y i nZ h u s h a nC o u n t y;A c c o r d i n g t o t h eo b t a i n e dp r o n e z o n i n gm a p,t h e i n d u c e d f a c t o rr a i n f a l l i ss u p e r i m p o s e dt oo b t a i nt h er e s u l t so fg e o l o g i c a lh a z a r dr i s kz o n i n g i nZ h u s h a nC o u n t y;T h e n,a c c o r d i n gt ot h e t w oe v a l u a t i o nf a c t o r so fp o p u l a t i o nv u l n e r a b i l i t ya n de c o n o m i cv u l n e r a b i l i t yo fZ h u s h a nC o u n t y,t h ev u l n e r a b i l i t yd i s t r i b u t i o no fZ h u s h a nC o u n t y s c o m p r e h e n s i v ed i s a s t e rb e a r i n gb o d y i sd i v i d e db yg r i ds u p e r p o s i t i o n;F i n a l l y,c o m b i n e dw i t ht h ev a l u ed a t ao fh a z a r db e a r i n gb o d y,at h e m a t i cm a po fg e o l o g i c a lh a z a r dr i s ka s s e s s m e n t i nZ h u s h a nC o u n t yi so b t a i n e d T h er e s u l t ss h o wt h a tt h e r ea r e h i g hr i s ka r e a s a n dd i s a s t e rp o i n t s i nh i g hr i s ka r e a s i nZ h u s h a nC o u n t y,w h i c ha r em a i n l yc o n c e n t r a t e d i nd e n s e l yp o p u l a t e da r e a ss u c ha sX i n j iT o w no fL i u l i nT o w n s h i pa n dT a o y u a nV i l l a g eo fG u a n d uT o w n C o r r e s p o n d i n gp r e v e n t i o na n dm o n i t o r i n gm e a s u r e ss h o u l db e t a k e n i nt i m e K e yw o r d s:G e o l o g i c a lD i s a s t e rS u s c e p t i b i l i t yR i s kV u l n e r a b i l i t yR i s kE v a l u a t i o n黎昕,等:基于G I S的竹山县一般调查区地质灾害风险评价生态文明建设:自然与生态 引言地质灾害(主要指滑坡、崩塌等)的形成与地质条件、气象条件、人类活动等影响因子有紧密联系.地质灾害风险评价是定量分析调查评价区域内地质灾害发生的概率及所造成的损失,对调查区域进行地质灾害风险区划.地理信息系统技术是一种由多个学科交叉组成的先进技术,以G I S技术为基础的地质灾害风险评价,受到了相关学者和工作人员的广泛关注.目前已进行了大量质灾害风险评价相关的研究.杨佳旺等指出遥感技术、干涉合成孔径雷达技术可充分应用于地质灾害调查与前期资料收集,为地质灾害评价提供了新思路与新技术.现今高分系列等民用遥感卫星具有数据分辨率高的特点,可提取广域范围内的灾害信息,对国内的地质灾害研究提供了极大的便利 ;祁于那采用层次分析与熵值定权法开展了灾害易发性评价;文献结合信息量模型和确定性系数模型确定了瑞丽市地质灾害易发性分区;于开宁等使用层次分析法突变理论组合模型评价了平山县地灾危险性;王飞飞,郭佳等,连志鹏,李巍林 使用G I S软件,结合层次分析法、专家打分法、信息量法等方法进行了地灾风险综合评价.上述研究综合应用了遥感、合成孔径雷达等先进技术,基于G I S软件的空间分析功能,采用信息量法、熵值定权法等多种方法,定性与定量相结合,先结合研究区实际确定地质灾害评价因子与判别矩阵,再采用定量方法对各评价因子进行综合空间分析以确定其权重,并对其进行适当修正,减少了人为主观因素对评价结果的影响,使风险评价结果更为准确合理.本文以十堰市竹山县为研究区域,结合前期已收集到的研究区气象水文、地质环境条件、灾害点特征及分布等资料,采用层次分析法、专家打分法、信息量法等方法建立评估模型,使用A r c G I S软件从竹山县一般调查区地质灾害的易发性、危险性、易损性等方面进行研究分析,再将各评价因子进行叠加,最终确定全县一般调查区风险等级,其成果可为竹山县灾害风险管控与防治区划提供依据.研究区概况竹山县位于鄂西北山区,山地面积广大,平地零星分布;地势由南西向北东倾斜,中部和中西部多河川盆地,地质构造复杂,地层分布广泛;气候温暖湿润,受到环流影响,具有明显的气候交替.山区地形对水的流向有明显制约,大气降雨也影响着水资源的动态变化.结合综合调查资料,区内地质灾害类型主要以小型滑坡为主.易发性评价 评价方法地质灾害的形成并非受单一因素的影响,评价时需将坡度、相对高差等多个因素进行综合分析.层次分析法是一种将与决策密切相关的指标划分为目标、准则和方案等层次,通过分析与对比,进行定性和定量的综合决策分析,从而得到解决问题最优方案的方法.本研究采用层次分析法评价灾害易 发 性,计 算 确 定 易 发 性 权 重 的 步 骤 如 图所示.图层次分析法确定风险权重流程地质灾害的产生与其所处的地质环境条件密切相连,结合前期已收集到的遥感、地质勘查、气象水文数据,运用层次分析法建立地灾易发性评价模型,选取地形地貌(含坡度、相对高差)、地质环境条件(含地质构造、工程地质岩组)、地表水系等因素作为评价指标,由此建立评价指标体系.评价因子从地质灾害形成条件和发育规律可以看出,地质灾害易发程度受各种影响因子的影响程度不一,各影响因子均有定量、定性因子,且各定量因子之间的量纲不同.本次地质灾害易发性评价过程中,针对定性因子,采用专家打分法根据该因子对地质灾害易发性的影响程度的大小确定赋值;针对定量 年月绿 色 科 技(J o u r n a l o fG r e e nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y)第 期因子,则直接将数值带入计算,再对所有因子数据进行直线归一化,参与最后评价计算.坡度、相对高差因子坡度与相对高差对坡体势能有直接影响,是易发性评价的重要影响因素.利用A r c G I S从高程数据中分别提取坡度、坡向信息,将竹山县坡度划分为、四级,将坡高划分为 m、m、m,m四级.地质构造因子竹山县构造发育集中,地震较为频繁,容易诱发地质灾害.使用A r c G I S软件对竹山县断层作缓冲分析,将竹山县划分为距断层小于 m,m,m,大于 m等四个等级区域.工程地质岩组因子不同岩土体的岩体力学性质差异较大,影响着斜坡变形方式与规模.根据前期收集的竹山县地层岩性资料,将县域岩组划分为第四系松散岩类、变质 岩 类、碎 屑 岩 类、碳 酸 岩 类、侵 入 岩 类 五 大类别.地表水系因子地表水会削弱坡体前缘抗力,容易诱发地质灾害.根据全县水系的分布状况对竹山县水系进行缓冲分析,分为距水系 m,m,m和 m等个区域.运用层次分析法分析类因子特征向量,分别计算 其 权 重,并 验 证 其 合 理 性,计 算 结 果 见表.表地质灾害易发性权重值因子坡度相对高差地质构造工程地质岩组地表水系特征滑坡权重 崩塌权重 易发性评价结果信息量法认为,某种地质环境因素提供的发生崩塌滑坡的可能性,可以通过计算该因素的信息量来度量,用该因素信息量的大小来评价这一因素对崩塌滑坡发生的影响,.结合各因子权重,使用A r c G I S栅格叠加分别获取竹山县滑坡、崩塌地灾易发性等级数据.根据滑坡和崩塌灾害易发性分区结果,采用就高原则,将易发性划分为高、中、低三个等级(竹山县地质灾害历年来多发易发,经有关专家建议,将非易发区归并到低易发区中),可得到基于A r c G I S叠加分析的竹山县地质灾害易发性分区成果.危险性评价危险性评价需在易发性评价的基础上,考虑灾害诱发因素.年平均降雨量是竹山县主要的灾害诱发因素,根据前期收集的竹山县降雨量数据,将竹山县年平均降雨量共划分为个等级,分别为 mm、mm、mm、mm.将易发分区叠加诱发因子降雨量,计算每个栅格的灰度值,获取竹山县灾害危险性信息量值,再对其进行重分类,将竹山县地灾危险性划分为极高、高、中和低个等级,可得到竹山县地质灾害危险性分区成果.易损性评价易损性评价能反映区域承灾能力的强弱,指导防灾减灾工作,保障人民生命和财产安全,包括人口易损性和经济易损性.人口易损性人口密度大的区域,发生地质灾害时造成的损失通常也就越大,所以人口指标在评价中占比很大.根据竹山县的经济情况与政府对灾害的宣传情况,设定竹山县人口易损概率为 .考虑到人口和灾害危险区划分有密切关系,本研究设定地质灾害易损性系数与土地资源易损性系数相同.除人口密度外,还可选取人类工程活动与夜光强度作为评价因子.地质灾害主要发生在道路通达、密集且距离道路 m范围内,灾害发生频率随着路网距离的升高而逐渐降低,道路可作为人类工程活动的重要因子,夜光强度程度及其他因子亦能反映该区域人口相对集中情况.使用A r c G I S软件重分类与栅格计算器对上述因子进行综合分析,即可得到竹山县人口密度分区图,由于竹山县县域面积大,且大部分为山区,人口不集中,为了更加确切地反映人口密度情况,将人口密度分区图、遥感人类工程活动分区图及遥感夜黎昕,等:基于G I S的竹山县一般调查区地质灾害风险评价生态文明建设:自然与生态光分区图个因子进行归一化,再按照进行叠加分析,由此来反映人口易损性,得出人口易损性分区成果.经济易损性选取不同土地利用类型承灾体的潜在损失作为评价指标进行评价,经济易损性可按下式进行计算:物质易损性承灾体潜在损失承灾体总价值受损概率()承灾体总价值承灾体每平米造价承灾体面积()参照 地质灾害风险调查评价规范 附录E,土地资源易损性与地质灾害危险性分区存在一定的关系,如表所示.综合竹山县实际情况以及参考其他地区地灾易损性评价方法,对竹山县土地利用数据设定修正系数和单价,故人口和经济实际易损性系数修正系数易损性系数,如表所示.根据竹山县土地利用数据以及易损性系数,使用A r c G I S栅格分析功能得到竹山县经济易损性分布数据,再采用自然断点法,可将研究区按经济 易 损 性 大 小 分 为 低、中、高、极 高 经 济 易损区.表土地资源易损性参照地质灾害危险分区土地破坏状态易损性本研究采用易损性低危险区无损坏中危险区凹凸不平,影响使用 高危险区严重凹凸不平,严重影响使用 极高危险区成为荒地,无法使用 表竹山县一般调查区地质灾害易损性评级指标系数地质灾害危险性分区单价/元修正系数极低危险区易损性低危险区易损性中等危险区易损性高危险区易损性耕地 园地 林地 交通用地 水域 建筑用地 其他用地 易损性综合评价选取竹山县人口易损性分区图和经济易损性分区图,依据公式:综合易损性人口易损性经济易损性,在A r c G I S中通过栅格叠加得到竹山县综合承灾体易损性分布数据;再采用自然断点法,可将研究区按承灾体易损性大小分为低、中、高、极高综合易损区.风险评价根据竹山县地灾危险性与易损性评价成果,采用矩阵叠加的分析方法得到竹山县一般调查区地灾风险等级划分表,如表所示.表竹山县一般调查区地灾风险等级划分易损性危险性风险等级极高高中低极高极高极高高中高极高高中中中高高中低低高中低低基于上述模型与方法,结合上述危险性和易损性评价结果,使用A R C G I S软件将数据归一化,再使用栅格计算器获取竹山县灾害风险指数.然后对风险指数进行重分类,分为极高、高、中、低四个等级,最终得到了竹山县地质灾害风险评价区划图.经统计分析可知,竹山县地质灾害中风险区的面积最大,高风险区次之,极高风险区和低风险区的面积较小.极高风险区发育灾害点为 处,占全区地质灾害点数的 ;高风险区发育灾害点为 处,占全区地灾点数的 ;在中风险区发 育 灾 害 点 为 处,占 全 区 地 灾 点 数 的 ;低风险区发育灾害点仅有处,占全区地灾点数的 .图竹山县一般调查区地质灾害风险评价分区 年月绿 色 科 技(J o u r n a l o fG r e e nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y)第 期 结论与讨论本文根据竹山县气候、水文、地层岩性等环境条件和地质灾害分布与发育情况,采用层次分析、信息量等定性与定量相结合的方法,结合各类评价因子对竹山县一般调查区地质灾害风险性进行了综合评价,将全县分为地质灾害极高风险、高风险、中风险和低风险大区域,最终获取了竹山县灾害风险评价分区图.结合竹山县乡镇分布数据可知,极高风险区主要分布于柳林乡新集镇、滩村官渡镇等区域,高风险区主要分布于官渡镇桃源村柳林镇白河村、深河乡茅坝村两道村等区域,中风险区主要分布于柳林乡公祖村官渡镇上庸镇九华村、潘口乡鱼岭村文峰乡太河村等区域.极高、高、中风险区灾害点数量较多,人口分布普遍较密集,应作为后续地质灾害防治与监测的重点区域;低风险区灾害点较少,地质环境破坏程度较低,可对灾害点进行针对性监测与防治.参考文献:王帅永县域地质灾害风险评价研究D成都:成都理工大学,凡玲龙基于G I S技术的地质灾害风险评价探讨J江西建材,():杨佳旺,钱建平,龙思远,等遥感技术在中国地质灾害中的应用J防灾减灾学报,():张焜,李晓民,马世斌,等 G F图像在中印边境楚鲁松杰村地质灾 害 调 查 中 的 应 用 J国 土 资 源 遥 感,():郑雄伟,杨金中,陈玲,等国土资源卫星地质矿产应用成效J国土资源遥感,(S):刘小玉“基于国产卫星的地质灾害调查系统”在黄土滑坡区的示范应用研究J西北地质,():祁于娜,王磊层次分析熵值定权法应用于山区城镇地质灾害易发性评价J测绘通报,():李益敏,李盈盈,李驭豪,等基于G I S的瑞丽市地质灾害易发性研究J四川地质学报,():于开宁,吴涛,魏爱华,等基于AH P突变理论组合模型的地质灾害危险性评价:以河北平山县为例J中国地质灾害与防治学报,():王飞飞 A r c G I S信息量模型方法在区域地质灾害风险评价中的应用J内蒙古煤炭经济,():郭佳,赵之星,刘志奇,等结合信息量与AH P模型的阳泉市矿区地质灾害风险评价J测绘通报,():连志鹏,厉一宁,刘磊,等基于A r c G I S的湖北省远安县地质灾害风险定量评价J华南地质,():李巍林基于AH P信息量法的柳林县地质灾害风险评价及风险管控研究D河北地质大学,于小涵,孙金辉,徐海龙层次分析法在我国海洋生态系统中的应用进展J天津农学院学报,():唐坪博罗县地质灾害形成机理及防治措施J中国资源综合利用,():王磊,常鸣,邢月龙基于信息量法模型与G I S的滑坡地质灾害风险性评价J地质灾害与环境保护,():陈绪钰,倪化勇,李明辉,等基于加权信息量和迭代自组织聚类的地质灾害易发性评价J灾害学,():吴润霖,党星海,周兆叶,等岷县地质灾害易损性模糊综合评价J地理空间信息,():,刘孟宇,邓辉,张文江基于G I S和信息量模型的青海大通县地质灾害危险性定量评价分析J四川地质学报,():许强,张一凡,陈伟西南山区城镇地质灾害易损性评价方法:以四川省丹巴县城为例J地质通报,():(上接第 页)C o h e ns c h a c h a m E,W a l t e r sG,J a n z e nC,e ta l N a t u r eb a s e ds o l u t i o n st o a d d r e s sg l o b a ls o c i e t a lc h a l l e n g e sRG l a n d:I U C N,向芸芸,杨辉,周鑫,等生态适宜性研究综述J海洋开发与管理,():杨雷 黄河保护法 背景下水土保持与生态修复的制度调适:以流域中上游地区为规制重点J西北民族大学学报(哲学社会科学版),():彭世良,余德清,张永忠,等洞庭湖区生态修复现状及应对策略J国土资源导刊,():傅伯杰国土空间生态修复亟待把握的几个要点J中国科学院院刊,():