基于GIS的泾川县地质灾害易发性评价

孙莹洁,田运涛,王爱军

(中国地质调查局水文地质环境地质调查中心,河北保定 071051)

基于GIS的泾川县地质灾害易发性评价

孙莹洁,田运涛,王爱军

(中国地质调查局水文地质环境地质调查中心,河北保定 071051)

GIS;地质灾害;易发性;泾川县

基于GIS平台,选取地貌、坡度、岩性、降雨、植被 5个地质灾害影响因子并结合野外调查资料,采用指数加权分析方法对甘肃省泾川县进行地质灾害易发性分区。按照地质灾害的易发性分级,将研究区的地质灾害易发性划为 4类,其中高易发区面积为 364.90 km2,中易发区为392.99 km2,低易发区为 200.01km2,不易发区为 506.18 km2,分区结果表明,泾川县地质灾害总体表现出群发性、突发性和周期性等特点。

地质灾害易发区是指具备地质灾害发生的地质构造、地形地貌、气候条件,容易或者可能发生地质灾害的区域[1]。地质灾害易发性分区是地质灾害调查中的重要环节,也是防治地质灾害发生与减轻地质灾害威胁的重要参考。本文以甘肃省泾川县为研究对象,基于GIS平台,采用指数加权分析方法对研究区地质灾害易发性进行了分区[2-3]。

1 研究区概况

(1)地形地貌。泾川县位于甘肃省平凉市东部,地理位置介于东经 107°15′— 107°45′、北纬 35°11′— 35°31′之间,东西长57 km,南北宽 36 km,总面积 1 464 km2;位于六盘山脉关山之东130 km处,地形西高东低,海拔 930—1 462m,最高点在西南部的四岭塬,最低点在东南部的泾河河道;属陇东黄土高原地貌,主要地貌类型有黄土梁峁沟壑、黄土低山丘陵、黄土残塬和河谷川地 4种,其中黄土梁峁沟壑地貌分布面积最广,占总面积的 60%以上。

(2)地层岩性。泾川县地层出露以第四系黄土及河流相堆积物覆盖为主,白垩系志丹群罗汉洞组和泾川组地层呈近水平产状出露于河谷坡脚和沟谷下游,地层结构相对简单。白垩系(K)包括罗汉洞组和泾川组,其中罗汉洞组岩性为棕红色或紫红色局部土黄色长石砂岩夹紫红色泥质砂岩、砂质泥岩;泾川组岩性为紫红色或粉红色泥岩、砂质泥岩和蓝灰色泥质灰岩,底部与罗汉洞组整合接触,顶部与上覆第四系不整合接触。第四系地层分布较广,面积约 1 335 km2,占总面积的 90%以上,其中下更新统岩性为棕红色黄土夹多层薄层姜石层,坚硬致密,厚度多小于 100 m;中更新统为黄色—浅黄色亚黏土或黄土,夹 3～5层古土壤层和钙质结核,土质松软,厚 100～150m;上更新统(Q3)上部为冲洪积黄土,疏松,厚 30 m左右,下部有3～5m厚的卵石层;全新统(Q4)分布于河谷及其支沟,上部为褐黄色粉土,下部为圆砾。

(3)气象水文。泾川县属陇东南部冷温带半湿润区,夏短冬长,冬春干旱多风,夏秋阴湿多雨,年平均气温 10℃;年降水量 555.0mm,降水年内分配不均,汛期(5—9月)降水量 462.8 mm,占全年降水量的 83%。泾川县属黄河二级支流泾河流域,泾河干流由西向东从县境穿过,县域南部分布有汭河、黑河等支流,北部分布有红河、蒲河等支流。

2 野外调查

通过详细调查泾川县地质灾害现状,查明县境内地质灾害点共 505个,其中滑坡 321处、崩塌 29处、泥石流 5处、不稳定斜坡 147处、地裂缝 3处等。滑坡、崩塌和不稳定斜坡主要分布于黄土残塬塬边及黄土梁峁沟壑区,其中滑坡均为老滑坡,物质成分以中、上更新统黄土为主;崩塌多为黄土崩塌,也有少量基岩崩塌,规模以小型为主;不稳定斜坡均为黄土斜坡,多由人工削坡建窑、建房引起,只有极少数为自然斜坡。泥石流沟谷侵蚀强烈,冲刷深度较大,在各种外力作用下沟谷两侧产生了严重的垮塌、坍方,遇强降雨易形成中小型泥流。地裂缝多是由于黄土本身的湿陷性和降水入渗引起的,长度在几十到几百米,宽度为十几到几十厘米不等。

3 地质灾害易发性分区

3.1 技术路线

在地质灾害野外调查的基础上,通过遥感图像解译,对研究区地形图进行剖分,将剖分网格与滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害点分布图进行空间运算,首先对包含灾害点的网格和不包含灾害点的网格分别进行灾害易发性赋值,并利用 MapGIS的DTM分析功能生成初步地质灾害易发性区划图,然后将地质灾害的各个影响因素图如地形地貌图、地层岩性图、地形坡度图、降水量分布图、植被覆盖度图等叠加到初步地质灾害易发性区划图中,最后采用指数加权方法计算并绘制出泾川县地质灾害易发性分区图[4-5]。具体区划流程见图 1。

3.2 数据准备

将泾川县 1∶5万地形图剖分为 17 021个网格,网格单元尺寸为 300m×300m。利用MapGIS的空间分析功能将剖分后的网格与地质灾害点分布图叠加,得到包含灾害点的网格和不包含灾害点的网格,分别将其易发性等级赋值为 4和 0。再利用 DTM分析功能将上述网格生成 4个等级的初步地质灾害易发性区划分级图,其中等级值 4— 3、3— 2、2— 1、1—0分别对应的易发性等级为高易发、中易发、低易发和不易发(图 2)。

影响泾川县地质灾害发育的主要因素有地貌类型、地形坡度、地层岩性、降水量、植被覆盖度等,将这些因素作为地质灾害评价指标并按其对地质灾害的影响程度分为高、中、低、不易发 4个等级,易发性指数分别赋值为 4、3、2、1(见表 1)。根据表 1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,见图 3。

表 1 地质灾害影响因素易发程度分区评价标准

3.3 计算方法

泾川县地质灾害易发性分析采用指数加权法。计算时,首先要获得各评价指标的单因素指数值,然后通过计算各评价指标的权重系数求得各指标对待评判目标的贡献值,最后按照综合指数(F)对评价区域进行等级划分。其计算公式为

式中:F为综合指数,即各指标对待评判目标的贡献值;fi为第 i个指标的单因素指数;wi为第i个指标的权重系数,由层次分析法求得;n为指标总数。

本文采用的单因子评价指标包括地貌类型、地形坡度、地层岩性、降水量、植被覆盖度等,通过分析它们对地质灾害易发性的贡献值,对泾川县的地质灾害易发性进行分区。采取层次分析法确定各影响因素的权重,确定初步地质灾害易发性分区权重为 0.377,地貌类型为 0.204,地形坡度为 0.165,地层岩性为 0.088,降水量为 0.083,植被覆盖度为 0.083。

图4 泾川县地质灾害易发性分区

3.4 评价结果分析

以泾川县初步地质灾害易发性区划图为基图,在 MapGIS中将各个影响因素叠加到基图上,利用指数加权方法求得各个网格的易发性指数值,将易发性指数值按一定区间分为 4个等级,并将每一等级赋予特定的颜色,即生成泾川县地质灾害易发程度区划分级图。对泾川县易发性区划分级图进行整理,根据分区原则和综合规划修改得出泾川县滑坡、崩塌、泥石流易发程度区划图(图 4),将其细分为高易发区、中易发区、低易发区、不易发区,其中高易发区面积为 364.90 km2,占总面积的24.93%,发育有灾害点 339处,占灾害点总数的 67.13%;中易发区面积为 392.99 km2,占总面积的 26.84%,发育有灾害点147处,占灾害点总数的 29.11%;低易发区面积为 200.01 km2,占总面积的 13.66%,发育有灾害点 16处,占灾害点总数的3.17%;不易发区面积为 506.18 km2,占总面积的 34.57%,发育有灾害点 3处,占灾害点总数的 0.59%。

4 结 语

(1)基于 MapGIS平台,选取地貌、坡度、岩性、降雨、植被共5个地质灾害影响因子,结合泾川县野外调查资料,采用网格叠加及指数加权方法进行泾川县地质灾害易发性分区,结果表明泾川县地质灾害总体表现出群发性、突发性和周期性等特点。

(2)受地形地貌、地质构造、水文地质条件和人类工程活动等因素的影响,泾川县地质灾害具有分区分带的特点,地域分异性明显。滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害主要以带状分布在泾河、汭河、红河、黑河河谷两侧的黄土残塬塬边及黄土残塬与侵蚀冲沟之间,当地工程地质条件较差,地形坡度较大,植被发育不良且人类工程活动较频繁。降雨时随着雨水的渗入,斜坡中的软弱夹层会逐渐软化,强度急剧降低,在地震或重力的作用下,斜坡变形失稳容易形成滑坡或崩塌。

(3)地貌、坡度等地质灾害影响因子的选取、分级及其与初步地质灾害易发性分区权重的确定尚没有统一的标准,而它们对易发性分区结果的影响较大,还需要进一步研究。

[1]胡金,李波,杨艳锋.GIS在云南鲁甸县地质灾害易发性分区中的应用[J].灾害学,2008,23(1):73-76.

[2]张朝洪,廖根权,徐曙林.嘉陵江流域北碚段基于 GIS平台的地质灾害易发性评价[J].地质灾害与环境保护,2009,20(3):45-49.

[3]李正国,吴健生,李卫峰.密云县地质灾害危险性评价[J].水土保持研究,2005,12(4):78-81.

[4]敖浩翔,况明生,刘晶.基于GIS的泥石流发生域危险性评价——以大寨沟流域为例[J].水土保持研究,2006,13(3):171-173.

[5]白晓华,吴玮江,冯乐涛.甘肃东部滑坡的 GIS分析评价[J].中国水土保持,2007(4):55-56.

P694

A

1000-0941(2011)05-0046-03

中国地质调查局地调项目(1212010814012)

孙莹洁(1983— ),男,山西朔州市人,硕士,主要从事水文地质、工程地质和环境地质方面的研究。

2011-02-01

(责任编辑 李杨杨)