地质灾害分区评价GIS信息量应用

来源：www.xysxzl.com时间：2021-03-18 09:57

鹅屋乡旅游

壶关县县域地形地貌包括中—低中山区、丘陵区、平原及河谷四种类型,县境内人类活动主要体现在以下几个方面：城镇及乡村建设、道路工程、矿山开采及旅游开发等,这些人类工程活动是本区地质灾害发生的主要诱因,县域面积1008.8km2,壶关县位于山西省长治市东南,区域性构造为向西缓倾的单斜构造,并叠加一些近南北向与NNE向的波状褶皱,幅度小,延长不远,断裂较少。

1、地质灾害分布类型

地质灾害分区评价GIS信息量应用

2.1呈树枝状分布在郊沟河、陶清河等河流两岸及支沟双侧。

壶关县沿河流及支沟双侧发育的地质灾害共计59处,占壶关县崩塌地质灾害总数的81.9%,壶关县崩塌（不稳定斜坡）地质灾害具备显著的沿河谷双侧随机散布特征,现有的崩塌、滑坡、泥石流及不稳定斜坡密集散布于郊沟河、陶清河大型河谷地带及其小型支流双侧,经统计。

2.2地质灾害受地形地貌控制显著

壶关县地质灾害受地貌因素控制较为显著,地质灾害分布密度由中山区至低中山区至黄土丘陵区至平原河谷地带不断缩小,活动强烈程度亦趋弱。

沿沟谷黄土崩塌地质灾害较易发,各类沟谷十分发育,各类小型沟谷发育,在壶关县西部黄土丘陵区,在壶关县中东部河谷地带,沿沟谷底部建房及修路时易诱发崩塌、滑坡等地质灾害[1],壶关县中、东部属低中山区,由于黄土覆盖较厚,使得该区域地质灾害出现概率大增,植被发育较差,中部河道地带人口居住密度较高,因周边山坡多陡峻矗立,人类工程活动较为剧烈,水土流失严重,地形切割强烈,地层风化剥蚀情况严重。

2.3在地层岩性不利组合部位相对集中。

老黄土是构成区内黄土梁峁的主体部分,颗粒成份中粘粒含量显著高于新黄土,夹数层古土壤及钙质结核层,该类型崩塌是区内最常见、最易发的地质灾害类型[2]。

工程地质性质良好,岩体节理裂隙的发展与扩张,形成不稳定斜坡或危岩体,一般情况下山体稳定,属厚层灰岩、白云岩及泥灰岩、泥质灰岩,灰岩抗风化能力强,局部在公路修筑开挖边坡地带受人类工程活动作用下,常易引发崩塌地质灾害,岩性多为坚固碳酸盐岩岩层,壶关县中东部山区以寒武系、奥陶系时代地层为主,承载力高。

3、壶关县地质灾害易发性分区评价

3.1分区评价原则

评估主要基于已有地质灾害,地质灾害的总体特征是随机分布,并采用定量分析法对地质灾害的脆弱性进行了评价,其不仅基于调查,根据该种分布情况在分区评价中充分体现了“以人为本”和“可持续发展”的新战略思想,其中又蕴含一定的规律,而且还充分考虑了人类工程经济活动的影响以及各种外部运行条件的变化,以便进行预测分析。

3.2评价数据体系建立

包括地质环境条件和地质灾害引发要素,地质灾害易发程度的划分着眼于地质灾害的数量和活动,地质灾害多发区评价原理是工程地质类比,评价数据体系主要包括地质灾害的形成环境,即相近的自然、人工活动环境条件会产生相似的地质灾害,例如滑坡、崩塌和泥石流以及自然地质现象的发展。

在分析地质灾害形成条件的基础上,综合已有科研成果,参照调查区的计算结果,采用评价数据贡献率法分析确定了调查区地质灾害易发程度划分中各项数据的权重[3]（表1）。

3.3评价数据量化

表1地质灾害易发程度区划评价数据权重分配表。

本次分析采用的数据包括定量数据和定性数据,并根据每个数据对不同层次的贡献进行相对取值,但对于斜坡土体结构、斜坡类型等数据,则可以建立专项的数据评价分类标准,可以采用收集的数据对其直接进行定量化评价,其中针对野外调查收集的边坡的斜坡高度、坡体陡峭程度、区域多年雨量数据等。

3.3.1坡度数据

本次分析采用壶关县最新遥感DEM地形数据,因此可以分析出区内坡度数据的标准化结果,通过采用GIS软件中的标准化功能提取出坡度信息,因此在此地质灾害易感性中,定义为0,而坡度小于10°的坡度的脆弱性相对较低,由于高频率的地质灾害现象多发生于县境内斜坡坡度大于45°的区域,坡度大于45°的坡度的脆弱性定义为1。

3.3.2坡高数据

将0～60m之间的坡度的脆弱性在0～1之间进行线性标准化,因此将60m以上的坡度的脆弱性定义为1,通过GIS软件中的标准化功能提取出坡高数据,坡高分析同样采用壶关县最新遥感DEM地形数据,根据调查数据,该地区发生地质灾害的斜坡坡度密集分布于10～60m区间。

3.3.3坡型数据

线性和凸形斜坡坡体曲率不小于0,而凹形和阶梯状斜坡的曲率小于0,因此可考虑用于划分斜坡类型,然后将坡度进行标准化划分,斜率的曲率属于斜坡外形特征的重要因素之一,可以考虑使用ArcGIS软件从壶关县最新的DEM地形数据中提取出该区域各类斜坡的曲率信息,根据以往经验可知,因此。

线性和凸起的斜坡上易发生边坡失稳形成地质灾害,其发生失稳形成地质灾害的可能性最小,斜坡在外力作用下便易发生失稳,当坡体曲率小于0时,当斜坡曲率大于0后,形成地质灾害的概率性增大,斜坡便呈现出凹形或阶梯形,同时根据调查。

根据调查区域中坡度的曲率,对坡度类型数据进行0～1之间的线性标准化,综上。

3.3.4岩土体结构数据

涉及地质灾害易发的岩土类型主要是裸露的黄土类型,壶关县境内的岩土结构以碳酸盐岩为主,其次是黄土,根据野外调查资料可知,一般来讲,若岩土体的强度越低则发生垮塌破坏的几率则越大。

进而得到了岩土体结构数据标准化结果图,因此根据区内各类岩土结构强度,将岩土结构强度由低到高进行取值,然后将岩土体结构对地质灾害发生概率的影响进行了0～1的标准化处理。

3.3.5降雨数据

通过收集区内近50年来的降雨量数据并进行分析可知,壶关县降水的主要特点是：。

年最小降水量335.6mm(1965年）,(1）每年均有较大变化,平均降水量为543.8mm,相差572.4mm[4],年最大降水量为908mm(1971年）。

日降雨量不小于100mm的大暴雨分别有1962年7月16日的142.6mm,1971年8月21日101.2mm、1972年7月7日127.3mm、2001年7月27日101.7mm,最长连续降水时间11d(1996年7月28日～8月7日),极端10min最大降水量为12.2mm(1996年7月28日),(2）强度变化大。

(3）地理分布不均,总体为东部山区多西部丘陵地带少。

在对降雨情况进行区域分析后,通过GIS软件选取降雨量指标将区域降雨情况进行标准化面域处理,综上。

3.3.6植被数据

即植被指数越高则地质灾害易发程度越低,根据区域经验,反之其越低则该区域地质灾害发生的概率越大,一般植被指数与地质灾害的发生呈负相关关系,本次植被数据评价采用调查区高精度的Landsat8遥感影像计算标准化植被指数。

本次评价时下载了调查区最新的Landsat8遥感影象（云量2.14%）,在统计分析前将该数据重新采样成25m×25m的栅格单元,利用GIS进行计算分析可以得到植被指数标准化（NDVI）结果,再进行反转。

3.3.7人类工程活动数据

本次人类工程活动的量化是以重要交通线路（包括铁路、高速公路、国道、省道、快速路）和人类工程活动区（城镇、村庄）为基准作缓冲区分析,再进行标准化处理得到人类工程活动数据结果图,人类活动区缓冲间隔150m,其中线路缓冲间隔300m,分别向两边作缓冲区,按不同类型人类活动强度进行赋值后生成栅格图像,建立缓冲区后进行区域联合。

3.4计算单元的剖分

通过采用GIS软件对流域进行划分,通过采用壶关县1∶5万比例尺DEM地形数据,通过流域水文分析法把整个壶关县地形地貌划分为855个小型计算单元,以分水岭和河流河道所圈定的汇水区域作为最小计算评价单元,可有效作为地质灾害发生评价的计算单元,其分块计算较为合理。

3.5基于GIS的叠加计算

可将调查区各细分流域单元数值依据各要素权重进行信息叠加计算,采用ArcGIS软件的空间叠加与统计功能,通过对现有资料的整理归纳和各类影响因子的数据标准化。

通过对各个单要素依据比重进行叠加分析,壶关县地质灾害易发分区计算结果见图1。

3.6易发程度等级划分

通过易发程度计算结果上,把整个区域划分为高易发、中易发、低易发区三种分区,中易发区分为1个区,低易发区分为1个区,采用GIS软件采用三分法找出各分区的界线作为本次易发程度评价分区界线值,其中高易发区含3个亚区。

3.6.1地质灾害高易发区（A)

现存在有地质灾害点49处,受地形地貌、地质构造、降雨、植被、人类工程活动等因素的控制与影响,地质灾害高易发区主要分布在县境东部和西南部,同时分布有4处煤矿,总面积约320.68km2,占全县总面积的31.79%,该区内人类工程活动强烈,有多条国道、省道及县乡公路分布,居民区众多。

分别为：桥上乡—石坡乡—树掌镇崩塌、不稳定斜坡地质灾害高易发亚区（A1）,鹅屋乡滑坡、泥石流地质灾害高易发亚区（A2）和黄山乡—百尺镇—东井岭乡地面塌陷高易发亚区（A3）,该区可进一步细分为3个亚区。

3.6.2地质灾害中易发区（B)

地质灾害中易发区分布于壶关县中部大部分地区,该区域现分布有地质灾害（隐患）17处,主要涉及店上镇、石坡乡、东井岭乡、树掌镇、鹅屋乡、百尺镇、晋庄镇及黄山乡8个乡镇,面积435.69km2,占全县总面积的43.19%,主要对村庄、公路构成威胁。

该区地貌单元属低中山区及黄土堆积丘陵区,低中山区地面标高1000～1200m,相对高差100～300m,区内地表河流以季节性河流为主,区内出露地层为第四系、奥陶系、寒武系地层,微地貌包括基岩山区以及黄土残塬、黄土梁及沟谷,总体工程地质条件较差,斜坡岩土体类型以粘性土多层土体和坚硬碳酸盐灰岩、白云岩为主。

受崩塌地质灾害影响的主要是村庄窑洞（房屋）和公路,或黄土塬、梁上建村庄,当地百姓常于黄土崖下挖洞建窑,产生崩塌及隐患,该区域村庄较密集,有的地方顺着自然山坡建窑形成阶梯窑等,当遇降雨等因素的影响很容易导致斜坡失稳,人类工程活动强烈。

3.6.3地质灾害低易发区（C)

地质灾害低易发区主要分布于壶关县西北部,该区域现分布有6处地质灾害点,主要涉及集店乡、常平开发区、龙泉镇、晋庄镇及五龙山乡,面积252.45km2,占全县总面积的25.02%。

图1易发程度计算结果图。

该区地貌以冲积平原及黄土堆积丘陵区为主,该区总体地势较平坦,区内海拔高程900～1100m,相对高差20～150m,无煤矿分布,致灾因素少,主要对村庄、公路形成威胁。

3.7结果验证

将野外调查结果根据坐标与1∶5万易发程度区划定量评价结果进行空间叠加分析,可以看出,壶关县各类地质灾害隐患点绝大多数都散布于现有的高易发区和中易发区。

4、结语

经由对壶关县地质灾害的调查和分析研究,使全县地质灾害隐患点通过监测、避让、治理等措施基本得到控制,采用基于GIS的信息量法开展了针对地质灾害的易发程度分区评价,该项工作可为当地后续完善群测群防体系、地质灾害气象预警区划等工作提供技术支撑,社会环境效益显著。

参考文献：

[1]雷祥义.黄土高原地质灾害与人类活动[M].地质出版社,2001.。

[2]韩佳明.降雨入渗下黄土边坡破坏机理及减灾技术研究[D].西安科技大学,2015.。