基于GIS的地质灾害风险区划评价 ——以维西傈僳族自治县为例

刘亮亮，谢菲

(云南大学资源环境与地球科学学院,昆明　650091)



基于GIS的地质灾害风险区划评价
——以维西傈僳族自治县为例

刘亮亮，谢菲

(云南大学资源环境与地球科学学院,昆明650091)

摘要：在对维西傈僳族自治县主要地质灾害类型资料收集的基础上，表明维西傈僳族自治县地质灾害的形成与发生是多种致灾因子相互影响的结果。以维西傈僳族自治县1 km×1 km网格为单元，通过分析维西傈僳族自治县地质构造、岩土体类型、地形地貌、生态植被等自然因素以及矿产开采及其他人类活动因素。在对以上数据进行综合分析的基础上，利用ARCGIS分析工具构建风险区划评价体系，划分地质灾害风险区划等级分布图，并通过历史地质灾害数据对其进行检验，结果表明：维西傈僳族自治县地质灾害风险区划等级分布图中的高风险区平均覆盖了历史地质灾害78%的区域范围，该研究可为维西傈僳族自治县的地质灾害防治提供科学的依据。

关键词：维西傈僳族自治县；地质灾害；GIS；风险区划

地质灾害是指在自然或者人为因素的作用下形成的不良地质现象，通常为直接或间接对人类生命财产、环境造成破坏和损失的地质作用或现象。例如崩塌、滑坡、泥石流、地裂缝、地面沉降、地面塌陷等。对地质灾害从不同的角度与标准进行分类往往十分复杂。从其成因而论，主要由自然变异导致的地质灾害称自然地质灾害，由于人为作用诱发的地质灾害则称人为地质灾害；从地质环境或地质体变化的速度而言，可分突发性地质灾害与缓变性地质灾害两大类，前者如崩塌、滑坡、泥石流、地裂缝、地面塌陷、地裂缝等，即习惯上的狭义地质灾害，后者如水土流失、土地沙漠化等，又称环境地质灾害； 根据地质灾害发生区的地理或地貌特征，可分山地地质灾害，如崩塌、滑坡、泥石流等，平原地质灾害，如地质沉降等。

地质灾害潜在危险性评估是指未来时期将在什么地方可能发生什么类型的地质灾害，其灾害活动的强度、规模以及危害的范围、危害强度的一种分析、预测。地质灾害潜在危险性受多种条件控制，具有不确定性。地质灾害活动条件的充分程度是控制地质灾害潜在危险性的最重要因素，包括地质条件、地形地貌条件、气候条件、水文条件、植被条件、人为活动条件等。历史地质灾害活动对地质灾害潜在危险性具有一定影响,这种影响可能具有双向效应，有可能在地质灾害发生以后，能量得到释放，灾害的潜在危险性削弱或基本消失；也可能具有周期性活动特点，灾害发生后其活动并没有使不平衡状态得到根本解除，新的灾害又在孕育，在一定条件下将继续发生。目前地质灾害危险性评估的方法主要有：发生概率及发展速率的确定方法，危害范围及危害强度分区，区域危险性区划等。

本文采用区域危险性区划方法选取具有研究区域代表性的自然致灾因子、人类活动影响因子数据构建评价指标体系，建立地质灾害风险模型。利用ArcGIS作为工具绘制维西傈僳族自治县地质灾害风险区划图，并和研究区历史地质灾害数据进行对比分析，验证风险区划图科学性，为维西傈僳族自治县地质灾害的防治提供科学的依据。

1研究区概况

维西傈僳族自治县地处世界自然遗产“三江并流”腹地，海拔落差较大，由南往北呈阶梯状抬升，县境地貌类型复杂多样，有高山、河谷、山间小盆地和高山褶断，县域内江河纵横，水网密布，光、温、降水分布皆不均匀，形成立体气候。近年来，由于人类活动以及矿业活动增强，县域生态环境遭到严重破坏，导致水土流失日益严重，崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害活动频繁发生，并逐年加剧。全县发育的地质灾害主要有滑坡、不稳定斜坡、泥石流和崩塌4种类型，其中造成损失、威胁危害较大的为不稳定斜坡和滑坡。2012年迪庆藏族自治州维西傈僳族自治县永春乡庆福村希达铁矿厂发生山体滑坡，造成正在矿区植树造林的8名群众遇难。2014年7月10日10时45分，迪庆藏族自治州维西傈僳族自治县保和镇保和村发生泥石流，造成村民财产遭受损失，所幸未造成人员伤亡。因此在维西傈僳族自治县这样特殊的区域进行地质灾害区划风险评价具有重要的现实意义。

2数据选取与技术方法

2.1研究区数据选取

地质灾害易发区系指容易产生地质灾害的区域，依据维西傈僳族自治县特殊地质灾害发育的特点选取评价因子，以地质灾害易发性做为评价结果选择了基础地理因子和人文诱发因子作为评判因子，包括地形地貌、地震烈度、地质灾害点、矿产点、交通、土地利用、居民点7个评价因子。研究区历史灾情数据为维西傈僳族自治县2010～2014年历史灾情数据。

将上述因子数据进行整理处理的基础上，利用ARCGIS软件建立地质灾害风险评价Personal Geodatabase数据库。

2.2风险评价方法及技术路线

2.2.1地质灾害风险评价方法

依据研究区特殊的地理环境，按照地质灾害风险评价理论，建立以下风险评估模型：

D=d1N+d2P；N=r1Sl.r2Ei.r3Gd；

P=r4Qo.r5Rt.r6Lu.r7He

式中,N表示自然致灾因子的危险性；P表示人文活动因子的致灾危险性；Sl为坡度因子；Ei为地震烈度因子；Gd为地灾点因子；Qo为矿产点因子；Rt为交通干线因子；Lu为土地利用因子；He为居民点因子；d1和d2分别表示自然和人文因子二者的权重；r1～r7分别表示坡度、地震烈度等七个因子的权重。文中权重确定采用综合得分法确定，d1和d2分别取0.38和0.62；r1～r7分别取0.45、0.2、0.35、0.4、0.15、0.2、0.25。

2.2.2地质灾害风险评价技术路线

利用维西傈僳族自治县地形地貌、地震烈度等评价因子数据进行地质灾害风险区划评估，本研究涉及灾害学和GIS的双领域交叉应用。在对研究区数据收集整理的基础上，利用研究区30 m分辨率的DEM数据、地震点数据、历史统计发生的灾害点数据、矿产分布点数据、交通路线图、土地利用规划图、行政区划图为信息源，将数据按照1 km×1 km网格为单元在基于GIS的空间分析基础上进行评价因子的信息提取，构建风险区划评价指标数据库；最后利用ARCGIS的空间分析中的叠置分析工具，计算研究区每一个栅格单元的地质灾害风险指数，利用上述风险评估模型进行计算，从而得到研究区的地质灾害风险区划图。

具体技术路线如下图(图1)所示：

图1　地质灾害风险区划模型技术路线图

3结果与分析

3.1地形地貌

利用维西傈僳族自治县30 m分辨率的DEM数据提取维西傈僳族自治县坡度数据。根据已有的研究成果显示，崩塌、泥石流等地质灾害主要分布在10°～60°范围之间，坡度在10°以下的区域基本上不会发生地质灾害现象，而大于60°的区域内发生地质灾害的现象基本上达到100%。当然，地质灾害的发生还和区域内的坡度变化率以及坡形等因素有关，但为了简化计算，本研究采用已有的研究成果基础上，直接在坡度低于10°的地区赋值为0，坡度大于60°的地区赋值为1，将坡度赋值进行归一化至0～1之间进行处理，利用坡度分布图来反应坡度的构成对地质灾害风险形成的影响程度。坡度分布图如下图(图2)所示。

图2　坡度分布图

在得到的坡度分布上，按照《水土保持综合治理规划通则(GB-T15772-1995)》条例，同时按照临界坡度分级法原则，依据汤国安等人的大量实验研究结果，将坡度10°～15°划分为缓坡区，经归一化处理之后赋值为0.1；坡度在15°～25°为较陡坡，经归一化处理之后赋值为0.2；坡度在25°～35°为陡坡，经归一化处理之后赋值为0.3；坡度在大于35°时为急陡坡，经归一化处理之后赋值为0.4。

3.2地震烈度

地震烈度是指地震时某一地区的地面和各类建筑物遭受到一次地震影响的强弱程度。研究区内新构造运动活跃，区域内由地震引发的滑坡等地质灾害也时常发生，因此在本研究中将地震活动作为一项评价因子进行考虑。依据地震烈度图发现维西傈僳族自治县90%以上区域位于地震烈度Ⅶ区域范围内，其余部分全部位于地震烈度Ⅷ区域范围内，因此将维西傈僳族自治县地震烈度按照两个等级划分，经归一化处理之后赋值为0.34和0.66，以便进行下一步的评价。地震烈度分布图如下图(图3)所示。

图3　地震烈度分布图

3.3地质灾害点

维西傈僳族自治县地貌类型复杂多样，有高山、河谷、山间小盆地和高山褶断，凹陷枯湖沉积地或草甸，由于河水冲刷和自然风化，地貌常被分割，形成典型的"V"型地貌。地质灾害点、地质灾害隐患点较多，根据维西县国土资源局提供数据，重点观察的地质灾害点达到32处，其中高危地质灾害点5处。根据得到的地质灾害点数据，利用ARCGIS的缓冲区分析工具，以灾害点为中心，按照50 m、100 m、200 m、500 m进行缓冲区划分，经归一化处理之后将各范围赋值为0.4、0.3、0.2、0.1。地质灾害点分区图如下图(图4)所示。

图4　地质灾害点分布图

3.4矿产点

地质灾害的发生除了与当地的基础地理环境有关以外，还与当地的人文活动等其他因素有关。近年来，由于矿山开采、基础设施建设等人类活规模增大、频繁，加上维西傈僳族自治县山地面积占总面积的90%左右，人类活动对生态环境有一定影响和破坏，诱发了部分灾害，特别是矿山开发、乡村公路建设等，一方面加快了当地社会经济的发展，但另一方面使区内的地质环境遭到不同程度的破坏，斜坡体稳定性遭受破坏，同时建设中的弃土废渣沿斜坡堆放，造成区域内一定的水土流失，不合理的开发建设和人类活动，是区域内诱发地质灾害发生的重要因素之一。根据得到的矿产点数据，利用ARCGIS的缓冲区分析工具，以矿产点为中心，按照50 m、100 m、200 m、500 m进行缓冲区划分，经归一化处理之后将各范围赋值为0.4、0.3、0.2、0.1。矿产点分区图如下图(图5)所示。

图5　矿产点分布图

3.5交通干线

关于交通线路对于地质灾害的影响，在线路的建设过程中，可能引发或者加剧的以及可能遭受的地质灾害类型主要有地面沉降、活动断裂、滑坡等。而在已建成通车的交通线路中，发生地质灾害点距离道路距离越近，则可能造成的财产损失以及人员伤亡概率越大。在上述讨论的基础上，以交通线路为基准，按照距离道路范围50 m、100 m、200 m、500 m进行缓冲区划分，经归一化处理之后将各范围赋值为0.4、0.3、0.2、0.1。交通分区图如下图(图6)所示。

图6　交通干线分布图

3.6土地利用

近年来中国经济保持较快的发展势头，固定资产投资大幅度增加，修路切坡、建筑切坡、矿山开采、坡地开发等人类活动明显加强，大大增加了斜坡的不稳定性。据气象部门预测，未来全球变暖将会使极端降水事件有增多的趋势，从而导致突发性地质灾害呈加剧的趋势。只有从合理的土地利用规划入手，限制土地利用行为，承担水土保持的责任，才能有效地防范地质灾害或将地质灾害的损失降到最低程度。在已有的土地利用类型区划图上，按照未利用土地、草地/园地、林业用地、耕地/居民点、水域将维西傈僳族自治县县域进行划分，经归一化处理之后分别赋值0.33、0.26、0.2、0.13、0.08。划分结果如下图所示(图7)。

图7　土地利用现状图

3.7居民点

不同地质灾害的主要受灾体不同。受灾体数量、价值及其对地质灾害的抗御能力与灾后可恢复性不同,地质灾害造成的破坏损失程度也不同。在同等灾害强度下,受灾体数量越多，价值越高，对灾害的防御能力和灾后恢复性越差，灾害的破坏损失越严重。居民点作为一个区域的政治、经济、文化中心，具有人口密度大、建筑物集中、交通便利等特点。地质灾害发生后，一个区域的居民点作为受灾体，是作为灾害评估的重点区域，对于居民点，也按照同样的方法，利用ARCGIS的缓冲区分析工具，以居民点为中心，按照50 m、100 m、200 m、500 m进行缓冲区划分，经归一化处理之后将各范围赋值为0.4、0.3、0.2、0.1。居民点分区图如下图(图8)所示。

图8　居民点分布图

4结果与讨论

通过以上7个评价指标因子进行分级量化以后，各个不同的数据被统一到了一个相同的体系之内，对于每一个评价因子，被认为比较危险的区域都被赋予一个相对较高的数值，利用上文的风险评估模型，对应综合得分法获取的权重值，利用ARCGIS的叠加分析工具通过合并所有的数据进行计算，得到维西傈僳族自治县地质灾害风险区划评价综合得分图(图9)。

图9　综合得分分布图

4.1风险区划结果

根据维西傈僳族自治县风险区划综合得分图，其中高风险区(综合得分≥3)占整个研究区的12.6%，较高风险区(3>综合得分≥2)占整个研究区的31.4%。再经过查询对比维西傈僳族自治县县域行政区划图和0.6 m分辨率Google遥感影像(图10)验证可知，位于县域内的城区二道河流域，腊普河流域、永春河流域，康普乡澜沧江沿岸危险区域，叶枝镇梓里村附近区域，白济汛乡共园村附近区域以及攀天阁乡、维登乡部分区域发生地质灾害的风险性较高。

4.2区划结果验证

对于以上区域，经过对比历史地质灾害资料得知：

(1) 头道河、二道河滑坡、泥石流地质灾害区。头道河、二道河区域受历年来连续降雨形成的泥石流灾害冲击，在未经过治理之前，滑坡泥石流已堵塞漫槽所有拦砂坝。历史资料显示在2011年汛期间，“两河”先后多次发生中、小型泥石流。在本研究预测中，已将县城头道河、二道河泥石流地质灾害作为重点危险区列出，范围及危险程度预测相对准确。

(2) 腊普河流域、永春河流域。腊普河、永春河流域具有地质结构复杂，岩性破碎以及地形高差大、坡度陡，地貌复杂的区域特征；同时，该区域土层和植被破坏程度严重，水土流失问题突出；加之极端气候影响及局部暴雨侵润的作用下，目前，该区域已孕育并形成地质灾害隐患，两岸部分区域不同程度出现山体裂缝、塌陷、局部小型滑坡等隐患严重。在2011年汛期间，发生不同程度滑坡、泥石流。在本研究预测中，已将塔城镇塔城村、启别村、永春河两岸山洪泥石流等地质灾害作为重点危险区包括。在汛期发生了不同规模的地质灾害。预测与实际情况基本相符。

(3) 澜沧江沿岸危险区。由于山高谷深，地质构造复杂，特别是汛期间，康普乡普乐村谷岔滑坡、巴迪乡巴迪洛滑坡等隐患点不同程度的发生了滑坡、泥石流地质灾害，预测与实际情况基本相符。

(4) 矿山地质灾害。存在不同程度地质灾害隐患的部份矿山，发生了不同程度的山体滑坡、泥石流等地质灾害，预测与实际基本相符。

(5) 新建、改建公路地质灾害。香格里拉至维西、维西至福贡公路、维西至德钦公路、白济汛的洛吉古至石月亮维西段承建年内不同程度的发生小规模滑坡、坍塌等地质灾害。预测与实际基本相符。

4.3讨论及展望

(1) 通过对维西傈僳族自治县地质灾害调查和综合分析，维西傈僳族自治县总体地质灾害强发育，地质灾害的形成与发生是多种致灾因素相互作用的结果。

(2) 维西傈僳族自治县地质构造较复杂，地质灾害主要包括滑坡、崩塌、泥石流、不稳定斜坡4种类型；灾害分布较广，尤其是滑坡和不稳定斜坡两种所占比例较大，滑坡和不稳定斜坡均以稳定性较差为主。

图10　维西傈僳族自治县RS地质灾害区分布图

(3) 境内地质灾害成因分析研究得出结论：地质构造、地震烈度、地形地貌等因素是滑坡、泥石流、崩塌及不稳定斜坡形成的基本条件；人类活动等因素是形成滑坡、泥石流、崩塌及不稳定斜坡的主导因素。

地质灾害的发生是多种因素共同作用的结果。按照此次分析研究得到结果，在很大程度上和现实资料结果描述基本一致，可以很好的为维西傈僳族自治县防灾减灾提供一个科学的参考依据，指导抗灾防灾工作。不足的是，依据以往研究可知，例如降水、岩性等条件也是地质灾害形成的主要因素，本文所分析的各风险要素中，受资料来源的限制，很多因子并未涉及，对于一些因子的情况作了简化处理，有待进一步完善。

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E-mail:ynliu16@fox mail.an

GEOLOGICAL DISASTERS RISK ZONING EVALUATION BASED ON GIS——IN WEIXI LISU AUTONOMOUS COUNTY FOR EXAMPLE

LIU Liang-liang,XIE Fei

(School of Resource Environment and Earth Science, Yunnan University, Kunming650091,China)

Abstract:On the basis of collecting the major geological disasters type information of Weixi Lisu Autonomous County, the result indicated that the occurrence of geological disasters in Weixi Lisu Autonomous County is because of a variety factors. Using grid of 1 km × 1 km unit in Weixi Lisu Autonomous County, by analyzing geological structure, rock and soil type, topography, vegetation and other natural factors of Weixi Lisu Autonomous County, as well as mining and other human activities. A comprehensive analysis of the above data, using ARCGIS analysis tools to build risk zoning Evaluation System, approach the Geological disasters risk zoning maps ratings, through its historical data examine the result of Geological disasters risk zoning, the conclusion indicate: Weixi Lisu Autonomous County zoning of Geological Disaster Risk rating distribution in high-risk area covered an average of 78% of the historical range of geological disasters in the region, the study for Weixi Lisu Autonomous County of geological hazards provide a scientific basis for prevention and control of geological disasters.

Key words：Weixi Lisu Autonomous County; geological disasters; GIS; risk zoning

作者简介：刘亮亮(1989-)，男，河南平顶山人，硕士研究生。主要从事地理信息系统空间信息共享、地理空间路径优化工作。

中图分类号：X141;P694

文献标识码：A

基金项目：国家自然科学基金：基于智能式地理信息系统的云南超特高压输电路径优选模拟研究(51467022);云南大学第七届研究生科研创新实验项目：基于GIS的特高压输电线工频电磁场分布特征模型研究及三维可视化实现(201439)

收稿日期：2015-12-30改回日期：2016-01-25

文章编号：1006-4362(2016)01-0037-07