信息量法下地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)探析
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【摘要】為解決以往地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)中采用定性評(píng)價(jià)的方法而出現(xiàn)的其評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際有較大出入的問(wèn)題，本文以桂東南地區(qū)北流市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)為例，提出采用信息量法及層次分析法相結(jié)合的方法進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)，以期為正在開(kāi)展的廣西桂東南丘陵地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性和風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)提供參考。
【關(guān)鍵詞】信息量法；層次分析法；地質(zhì)災(zāi)害；易發(fā)性評(píng)價(jià)
0引言
廣西北流市北部有大容山、南部有天堂山，市城區(qū)一帶為溶蝕堆積平原。北部地勢(shì)呈北高南低、由北向南傾斜；中部地勢(shì)呈東高西低、由東向西傾斜；南部地勢(shì)呈北高南低。中部地面起伏高度小于20m的平原區(qū)面積約286km2。隨著小康社會(huì)的建設(shè)和發(fā)展，人口增加和經(jīng)濟(jì)建設(shè)規(guī)模加大，城鎮(zhèn)及新農(nóng)村建設(shè)、礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)等工程，對(duì)地質(zhì)環(huán)境影響較大，導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害呈多發(fā)勢(shì)頭，給人民生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重威脅，影響北流市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。目前國(guó)外學(xué)者在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)方面已做了廣泛的研究，評(píng)價(jià)方法多種多樣。同時(shí)，地方政府部門已建立了地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)，包括災(zāi)害分布圖、危險(xiǎn)性分區(qū)圖、災(zāi)害評(píng)價(jià)等資料[1]。評(píng)價(jià)方法中，信息量法由于在建模的時(shí)候充分考慮了地質(zhì)環(huán)境各方面因素，預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性相對(duì)較高，且計(jì)算較為簡(jiǎn)便，實(shí)用性強(qiáng)，但將信息量模型與GIS系統(tǒng)結(jié)合，進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方面的研究在地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的廣西中低山丘陵地區(qū)尚欠缺。本次選取北流市為研究區(qū)，以1:5萬(wàn)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查項(xiàng)目崩塌、滑坡、不穩(wěn)定斜坡數(shù)據(jù)為研究基礎(chǔ)，考慮地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的地質(zhì)致災(zāi)因子以及孕災(zāi)地質(zhì)條件致災(zāi)因子出發(fā)，選取坡度﹑坡向、高程、巖組、斷層發(fā)育強(qiáng)度等六個(gè)地質(zhì)致災(zāi)因子和房屋建設(shè)強(qiáng)度、道路建設(shè)強(qiáng)度兩個(gè)環(huán)境致災(zāi)因子，結(jié)合當(dāng)前崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害分布密度建立地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，以ArcGIS軟件為分析工具，運(yùn)用信息量法和層次分析法對(duì)北流市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)行性進(jìn)行評(píng)價(jià)。
1研究區(qū)概況
北流市屬桂東南較典型的混合巖和花崗巖低山、丘陵地貌區(qū)，全市氣候溫暖，雨量充沛，物理化學(xué)風(fēng)化作用較強(qiáng)烈，人類工程活動(dòng)頻繁、建設(shè)強(qiáng)度大，是廣西地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)地區(qū)。據(jù)1:5萬(wàn)地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查資料，北流市發(fā)生及存在的崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害及隱患共409處，以小型土質(zhì)崩塌、滑坡為主。地質(zhì)災(zāi)害在各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有分布，以新榮鎮(zhèn)、六麻鎮(zhèn)、六靖鎮(zhèn)、新圩鎮(zhèn)、大里鎮(zhèn)、西埌鎮(zhèn)、山圍鎮(zhèn)、平政鎮(zhèn)、清灣鎮(zhèn)、隆盛鎮(zhèn)、大坡外鎮(zhèn)和石窩鎮(zhèn)居多，其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)較少。地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生多與地形地貌類型、坡度﹑坡向、高程、巖組、斷層發(fā)育強(qiáng)度等地質(zhì)環(huán)境條件息息相關(guān)[2]。
2評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)及評(píng)價(jià)因子
2.1評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)
本次評(píng)價(jià)收集到的數(shù)據(jù)主要有：1:5萬(wàn)崩塌、滑坡、不穩(wěn)定斜坡災(zāi)害詳查數(shù)據(jù)，廣西1:50萬(wàn)地質(zhì)圖，1:5萬(wàn)地形圖數(shù)據(jù)。根據(jù)地質(zhì)圖提取了地層巖性圖層、斷層要素圖層；根據(jù)地形圖提取了道路圖層、居民區(qū)圖層；利用地形圖生成DEM（分辨率25m×25m），據(jù)DEM數(shù)據(jù)生成了坡度、坡向，并通過(guò)DEM提取了研究區(qū)的斜坡單元。
2.2評(píng)價(jià)因子
2.2.1坡度。首先以1:5萬(wàn)等高線及高程點(diǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)通過(guò)ArcGIS軟件生成高程TIN模型，然后利用‘TIN轉(zhuǎn)柵格工具以25m×25m為單位生成DEM模型，再通過(guò)柵格表面—坡度工具，分析得到坡度圖，再通過(guò)柵格重分類工具將坡度分為5類。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，可知35°～45°及大于45°區(qū)間內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率較高。2.2.2坡向。以DEM模型為基礎(chǔ)，通過(guò)柵格表面—坡向工具，分析得到坡向圖，通過(guò)柵格重分類工具，將高程分為4類。經(jīng)統(tǒng)計(jì)可知，180°~270°區(qū)間地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率最高。2.2.3高程。在DEM模型基礎(chǔ)上，通過(guò)柵格重分類工具，將高程分為6類。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，高程≤150m區(qū)間地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率最高，高程大于550m區(qū)間地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率最?。ň用穹植忌伲?.2.4工程地質(zhì)巖組。根據(jù)巖性組合特征及其與各類地質(zhì)災(zāi)害的相關(guān)性，將北流市巖土體劃分為以下八大類：堅(jiān)硬花崗巖組；混合巖巖組；薄—中厚層狀堅(jiān)硬—軟弱砂巖、礫巖夾薄層狀軟弱泥巖、頁(yè)巖及泥巖、頁(yè)巖夾堅(jiān)硬砂巖、粉砂巖巖組；厚層—塊狀堅(jiān)硬、較堅(jiān)硬的礫巖、砂巖巖組；中厚層狀較堅(jiān)硬砂巖、礫巖夾薄層狀軟弱泥巖巖組；中厚層—塊狀碳酸鹽巖巖組；黏土、砂卵礫石雙層土體；黏土夾礫石、碎石單層土體。其中，厚層—塊狀堅(jiān)硬、較堅(jiān)硬的礫巖、砂巖巖組地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率最高，黏土夾礫石、碎石單層土體地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率最小[3]。2.2.5斷裂構(gòu)造影響強(qiáng)度研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造以斷裂為主，褶皺發(fā)育少，因此主要考慮斷裂的影響，將構(gòu)造影響區(qū)確定為與斷裂距離≤500m、500~1000m、＞1500m等區(qū)間范圍。從地質(zhì)圖提取斷裂線數(shù)據(jù)，采用鄰域分析-多環(huán)緩沖區(qū)工具以500m、1000m、1500m的距離對(duì)其進(jìn)行分析，得出斷裂各影響區(qū)。2.2.6居民建設(shè)影響強(qiáng)度研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)生于建房切坡處，房屋建設(shè)影響是重要的地質(zhì)災(zāi)害誘發(fā)因素，根據(jù)研究區(qū)切坡特點(diǎn)，確定居民區(qū)影響范圍為與居民區(qū)距離≤200m、200~400m、＞400m等區(qū)間范圍。從1:5萬(wàn)地形圖上提取居民面數(shù)據(jù)文件，采用鄰域分析—多環(huán)緩沖區(qū)工具以200m、400m的距離對(duì)其進(jìn)行分析，得到居民區(qū)影響區(qū)。通過(guò)疊加災(zāi)點(diǎn)與居民影響區(qū)，可知災(zāi)點(diǎn)與居民區(qū)重合度高。2.2.7道路建設(shè)影響強(qiáng)度公路主要考慮省道、縣道對(duì)地質(zhì)環(huán)境的破壞，根據(jù)大多數(shù)切坡規(guī)模，確定公路影響范圍為與道路中心線距離≤50m、50~100m、100~150m、＞100m等區(qū)間范圍。從地形圖上提取公路線數(shù)據(jù)，通過(guò)鄰域分析—多環(huán)緩沖區(qū)工具以50m、100m、150m的距離對(duì)其進(jìn)行分析，得到公路影響區(qū)。通過(guò)疊加災(zāi)點(diǎn)與公路影響區(qū)，可知公路災(zāi)點(diǎn)與公路重合度高[4]。2.2.8現(xiàn)狀災(zāi)點(diǎn)分布密度。地質(zhì)災(zāi)害一般具有群發(fā)性的特點(diǎn)，災(zāi)點(diǎn)發(fā)育現(xiàn)狀可側(cè)面反映出該地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)程度，地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生往往是具有相同或相似孕災(zāi)地質(zhì)條件的區(qū)域，即災(zāi)害集中發(fā)育的地段，其易發(fā)程度也就越高。此處用現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的密度來(lái)表示現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度。運(yùn)用ArcGIS中的空間分析-點(diǎn)密度分析生成地質(zhì)災(zāi)害密度柵格圖，并利用空間分析中的重分類工具對(duì)柵格數(shù)據(jù)按自然間斷法分為四級(jí)。
2.3評(píng)價(jià)因子信息量
通過(guò)研究北流市地質(zhì)災(zāi)害分布規(guī)律，結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害詳查數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)，選取坡度﹑坡向、高程、巖組、斷層發(fā)育強(qiáng)度、房屋建設(shè)強(qiáng)度、道路建設(shè)強(qiáng)度、現(xiàn)狀崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害分布密度等8個(gè)因素進(jìn)行評(píng)價(jià)，并進(jìn)行子類劃分。
2.4各因素權(quán)重計(jì)算
通過(guò)層次分析法確定各評(píng)價(jià)因素權(quán)重分4步[5]。建立階梯層次模型、構(gòu)建各判斷矩陣、權(quán)重計(jì)算（判斷矩陣一致性演算）、方案因素權(quán)重總排序。
3易發(fā)性分區(qū)及精度評(píng)價(jià)
3.1易發(fā)性分區(qū)
信息量乘以權(quán)重值，然后將結(jié)果賦值到相應(yīng)的因子圖層，將各因子圖層賦值到斜坡單元圖層，在斜坡單元圖層中利用字段計(jì)算器疊加八個(gè)因子圖層信息量，利用要素轉(zhuǎn)柵格工具，將疊加后的信息量，按25×25的分辨率轉(zhuǎn)換成柵格圖層，將信息量值按自然間斷點(diǎn)分級(jí)法分為四級(jí)，其數(shù)值越大，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的貢獻(xiàn)率越大，地質(zhì)災(zāi)害越容易發(fā)生。數(shù)值由低到高，分別分為低易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)、高易發(fā)區(qū)、極高易發(fā)區(qū)。
3.2易發(fā)性分區(qū)精度評(píng)價(jià)
目前，地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果尚無(wú)統(tǒng)一的劃分標(biāo)準(zhǔn)，為了驗(yàn)證本次易發(fā)區(qū)評(píng)價(jià)的精度，將研究區(qū)內(nèi)的409個(gè)災(zāi)點(diǎn)疊加到易發(fā)區(qū)評(píng)價(jià)圖中進(jìn)行驗(yàn)證，再通過(guò)統(tǒng)計(jì)，計(jì)算出災(zāi)點(diǎn)比例、占總災(zāi)點(diǎn)比例、頻率比（災(zāi)點(diǎn)比與占總柵格比例之比）等參數(shù)。頻率比表示指標(biāo)因素的分類對(duì)易發(fā)程度的重要程度，F(xiàn)R>1說(shuō)明了該分類屬性對(duì)崩塌、滑坡形成有影響，值越大，崩塌、滑坡發(fā)生的概率越大，反之概率越小。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)極高易發(fā)區(qū)的頻率比最高，從極高至低易發(fā)區(qū)，頻率比逐漸變小，低易發(fā)區(qū)頻率比最小，說(shuō)明本次易發(fā)性分級(jí)與實(shí)際吻合度高，同時(shí)，通過(guò)對(duì)比研究區(qū)與易發(fā)區(qū)的地質(zhì)環(huán)境條件，極低易發(fā)區(qū)與谷地、緩坡區(qū)域重合，也比較符合實(shí)際，可見(jiàn)方法可行。
4結(jié)語(yǔ)
地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)中，采用信息量法及層次分析法，運(yùn)用ArcGIS軟件對(duì)北流市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，分析得到的易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果與研究區(qū)實(shí)際情況吻合度較高，說(shuō)明信息量法及層次分析法適合于北流市及地質(zhì)環(huán)境條件類似的桂東南地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易性的評(píng)價(jià)。在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)中，地質(zhì)災(zāi)害影響因素具有復(fù)雜性和多樣性，故要根據(jù)評(píng)價(jià)區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件、人類工程活動(dòng)等情況取舍評(píng)價(jià)因子。并且崩塌、滑坡災(zāi)害點(diǎn)數(shù)量有限，原災(zāi)點(diǎn)的點(diǎn)位經(jīng)過(guò)北京54坐標(biāo)系、西安80坐標(biāo)系、國(guó)家2000大地坐標(biāo)等坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，點(diǎn)位可能出現(xiàn)偏差，影響信息量的計(jì)算，進(jìn)而影響評(píng)價(jià)結(jié)果，故本次評(píng)價(jià)結(jié)果的預(yù)測(cè)效果還需以后該區(qū)域新的崩塌、滑坡災(zāi)害發(fā)生后來(lái)驗(yàn)證。
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作者:潘宏堅(jiān) 單位:廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)站