基于GIS的甘肃省灵台县地质灾害易发性区划研究*

丁伟翠,薛星桥,杨强,孙秀娟

(1.中国地质科学院地质研究所,北京100037;2.中国地质调查局水文地质环境地质调查中心,河北保定071051)

我国西部黄土地区地质环境较脆弱,是地质灾害高发区域,区内经济发展与地质灾害的矛盾日益突出[1-2]。在过去几十年的经济发展过程中,由于对其区划研究不够全面,使社会和人民生命财产蒙受了巨大的损失,因此,开展以滑坡、崩塌、泥石流、不稳定斜坡灾害为主体的地质灾害易发性区划研究,对减少地质灾害的发生、优化土地使用、进行环境保护、提高地质灾害风险预测、评价研究、整体综合防治具有十分重要的理论和实际意义。GIS技术的飞速发展为进行地质灾害易发性区划深入研究提供了一个卓有成效的技术平台与研究途径。

选取地处陇东黄土区的甘肃省灵台县作为研究区域,采用袭扰系数法和空间信息系统分析法结合信息量法的思路[3-5],对灵台县的地质灾害易发性区划进行研究,生成灵台县地质灾害易发性区划分级图。灵台县地质灾害易发性区划图可为政府管理部门进行土地规划、减灾防灾、灾害治理和制定相关的法规条例提供科学依据。

1 研究区基本情况

灵台县位于陇东黄土高原南缘,总面积2 038 km2,地势西北高、东南低,海拔890～1 520 m,属黄土高原沟壑区。交通以公路为主,经济发展以农林牧业为主。区内属暖温带半干旱大陆性季风气候,冬长夏短,气候干燥,年平均气温8.6℃,年平均降水量654.4 mm。该区出露地层主要为白垩系泥岩、粉细砂岩与棕红色砂质泥岩,新近系棕红色黏土,第四系午城、离石、马兰黄土。地下水根据赋存特征可分为第四系松散岩类孔隙水与前第四系碎屑岩类裂隙水两种类型。

通过对灵台县野外地质灾害详细调查,查明该地地质灾害有滑坡286个、崩塌29个、泥石流8个、不稳定斜坡73个。威胁居民、公路、水库等地质灾害隐患点有109个,其中滑坡12个、崩塌20个、不稳定斜坡73个、泥石流8个。灾害多发生在在人居密集和人类工程活动频繁的川台区。

2 基于GIS的地质灾害易发性区划

首先在MapGIS 6.7平台上,以灵台县地质灾害分布图为底图采用袭扰系数法生成初步的地质灾害易发性区划图,然后把该地区地质灾害的主要影响因素地貌类型、地层岩性、降雨量分布、地形坡度及植被分布的各个图件按照不同的标准进行分级,采用专家打分的方法确定各个影响因素的权重,最后在M apGIS 6.7中将初步地质灾害易发性区划图与各个影响因素图进行叠加生成最终的灵台县地质灾害易发性区划图。

2.1 生成基于袭扰系数法的初步地质灾害易发性区划分级图

经典袭扰系数法是以反映地质灾害发育密度和规模的袭扰系数R值为依据,对调查区地质灾害易发程度进行定量分析与评价的一种方法[6]。R值综合考虑了单位面积内灾害点的个数、面积和体积。

袭扰系数法对灵台县地质灾害易发性区划的具体方法如下:

①首先在1∶5万灵台县地质灾害调绘图上进行网格剖分,共剖分8 084个网格,每个网格单元代表的实地面积为500 m×500 m,并对跨越河流、沟谷、山脊的网格进行处理,沿地形线进行进一步剖分,使其合理化。

②分别计算每一个网格单元内滑坡、崩塌、泥石流和潜在不稳定斜坡等地质灾害的个数、面密度、体积密度。采用专家评判方法,将高易发、中易发、低易发、不易发之间的界限值确定出来如表1,表1中每个网格中灾害点个数、体积密度、面积密度按最高一项确定其袭扰系数值,计算出每个网格的地质灾害易发性袭扰系数,将评价区的易发性分为4级,即:高易发、中易发、低易发和不易发,其易发袭扰指数分别给予4,3,2,1。

③以R值为依据自动生成初步地质灾害易发性等值线图,然后根据R值的界限给不同级别赋上不同的颜色从而生成初步的地质灾害易发性区划分级图。在表1所示的地质灾害易发性袭扰系数值的取值原则基础上,生成初步地质灾害易发性区划分级图如附图9所示。

表1 地质灾害易发性袭扰系数值的取值原则

2.2 地质灾害影响因素的分级标准及权重确定

影响灵台县地质灾害的主要因素有地貌类型、地层岩性、降雨量分布、地形坡度、植被覆盖度,将这5个影响因素作为地质灾害评价指标,把各个影响因素的地质灾害易发程度分为高、中、低易发区和不发育区4个等级,其易发指数分别给予4,3,2,1。并建立相应评价体系(见表2)。

根据表2的评价标准,绘制出各个影响因素的地质灾害影响程度分区图,如附图10-14。

采取专家打分的原则来确定各个影响因素的权重,本次共发出了80份专家打分表,收回60份,从收回的专家打分表中将各个影响因素的权重进行加权平均得出各个影响因素的最终权重,初步地质灾害易发性分区图权重为0.4,地貌类型权重为0.153,地层岩性权重0.104,降雨量权重为0.081,地形坡度权重为0.162,植被覆盖权重为0.1。

表2 地质灾害影响因素易发程度分区评价标准

3 地质灾害易发性区划分级图生成

以灵台县初步地质灾害易发性区划图为基图,将各个影响因素对地质灾害影响分区图乘以各自的权重并叠加到基图中,生成灵台县地质灾害易发性区划图,然后对生成图件进行最后的修整得出最终的灵台县地质灾害易发性区划图(如附图15)。

由统计可以得出四个易发性分区的面积,所占面积比例,地质灾害点数量、占总数比例及面密度见表3。

表3 灵台县地质灾害易发性区划图说明表

4 结论

选用灵台县地质灾害的易发性区划作为研究对象,基于GIS技术采用袭扰系数法与空间信息系统分析法结合信息量法的思路,在1∶50 000地质灾害详细调查成果基础上,对研究区进行网格剖分,并制定判别原则给每个网格赋予地质灾害易发性袭扰系数,以此为依据生成了初步的地质灾害易发性区划图;将地貌类型、地层岩性、降雨量分布、地形坡度、植被覆盖度5个主要影响地质灾害发生的影响因素的灾害易发性分区图叠加到初步地质灾害易发性区划图中,生成了最终的灵台县地质灾害易发性区划图。该区划图反映了该县的地质灾害现状,从图中可以很容易找出高易发、中易发、低易发、不易发各个区域的准确位置。

(1)高易发区主要分布在达溪河和黑河两岸陡坡及支流的河谷阶地中的黄土层高陡斜坡上,以中台镇及黑河流域的梁原乡分布面积较大,其他都是零星分布,面积较小。地质灾害类型以滑坡、不稳定斜坡及崩塌为主。特大型及大型地质灾害点均在此区域。区内工程地质条件较差,黄土层比较松散,表层风化比较严重,节理、裂隙十分发育,地形坡度较陡,植被不发育,人口密集,加之人类工程活动极为强烈,发生地质灾害威胁性较大。

(2)中易发区主要分布在达溪河和黑河流域及其支流的沟谷中高陡斜坡上,以中台镇、什字镇、梁原乡、星火乡、西屯乡分布较广。地质灾害以滑坡和不稳定斜坡为主,崩塌、泥石流次之。区内地形坡度较大,岩层工程地质条件较差,表层节理、裂隙十分发育,植被覆盖较差,人口密集,加之人类工程活动很强烈,较易发生地质灾害。

(3)低易发区主要分布在达溪河和黑河流域的沟谷地形坡度较缓地段,广泛分布于达溪河和黑河流域沿线各个乡镇,分布面积较大。区内岩层工程地质条件相对较好,节理、裂隙仅局部发育,地形坡度较缓,植被相对比较发育,稳定性较好,但存在地质灾害发生的可能性。

(4)不易发区主要分布在什字塬上,新集、百里的林场区域和西南部的小台塬以及比较宽阔的河谷中,以朝那镇、什字镇、西屯乡、独店乡黄土塬以及百里乡林场分布为主。区内工程地质条件都比较好,或者地形平坦,或者植被较发育,总体的稳定性较好。

本研究为政府部门进行土地规划、减少灾害、有效地防治地质灾害提供了有力依据,同时为进一步研究该县的地质灾害发展趋势,对重点区域进行预测评价、风险评估及灾害研究和进行地质灾害气象预警研究打下了坚实的基础。

[1] 任春林.陕北黄土区地质灾害风险评估及综合防治对策研究[D].西安:长安大学2005.

[2] 高宇.基于GIS的黄土地区滑坡危险性评价研究[D].西安:长安大学,2005.

[3] 阮沈勇,黄润秋.基于GIS的信息量法模型在地质灾害危险性区划中的应用[J].成都理工学院学报,2001,28(1):89-92.

[4] 光磊.基于GIS的信息量法在滑坡危险性评价中的应用[J].地质与资源,2005,14(3):231-233.

[5] 崔爱平.应用信息系统空间分析和袭扰系数法对略阳县地质灾害易发区的划分[J].灾害学,2004,19(2):51-55.

[6] 傅卫东.地质灾害易发性区划研究与防治对策[D].北京:中国地质大学,2005.