基于GIS的灵山县地质灾害易发性分区评价研究

黄希明， 江思义

(广西壮族自治区地质环境监测站，广西 南宁 530029)

0 引言

从地质环境角度，对可能发生地质灾害的状况进行易发性预测评价具有重要的实际意义，预测评价结果可为国家和地方政府的地质灾害应急管理和防灾减灾提供可靠的科学依据和资料[1]。

2000年我国制定了县(市)地质灾害调查与区划基本要求，陆续出现了地质灾害易发分区性评价的研究成果。2002年，叶凤珍等[2]以广西田林县为例，对该区域进行了地质灾害易发程度分区与评价；同年，钟荫乾[3]总结了地质灾害易发性评价的评价方法和崩塌、滑坡、泥石流、岩溶塌陷的易发程度评价因子，强调必须同时注重灾害现状和形成条件两类；其后随着GIS技术在我国的快速发展，全国各地以县(市、区)为单位的地质灾害易发性评价如雨后春笋一样不断冒出；席盼盼[4]借助GIS技术对西藏自治区林芝市的朗县进行了地质灾害易发性评价研究；金建府[5]基于GIS技术，建立模糊综合评判模型对西藏自治区日喀则市的地质灾害易发性进行了评价研究；王峰[6]选取Logistic回归模型与模糊综合评价模型对四川省巴中市南江县地质灾害易发性区划进行了研究；杨姗妮[7]以福建省为例，对东南沿海地区地质灾害易发性评价方法进行了研究。相关的研究成果不胜枚举，区域不同，选取的地质灾害易发性分区评价的因子不同，再结合恰当的数学方法或评价模型成为地质灾害易发性分区评价研究的关键。

1 研究区概况

灵山县位于广西南部，钦州市东北部，隶属钦州市。地理坐标为东经108°44′～109°35′，北纬21°51′～22°38′，全县总面积3 558.58 km2。灵山县地势东北高，中南低，西北成脊状。东北为六万大山的余脉，西北为十万大山的余脉。受印支构造运动的影响，大量岩浆岩入侵而形成由花岗岩岩体所盘踞的格局，属桂东南典型的花岗岩地区。人类工程活动频繁，大多数农村地区农民对地质灾害防灾意识薄弱，是广西地质灾害多发县。

通过资料搜集和地质灾害详细调查，全县地质灾害点共591个，平均密度为0.166处/km2，其中滑坡42处、崩塌367处、不稳定斜坡168处、岩溶地面塌陷13处、泥石流1处。

2 评价方法与评价因子研究

2.1 评价方法研究

地质灾害易发性分区的方法有很多，总体上可分为定性分析和定量评价两种，定量评价目前成为主导[6]。本次研究采用在定性分析工作区地质灾害发育特点的基础上，利用GIS技术定量进行易发区划分。具体方法步骤如下：

(1)根据灵山县地质灾害发育特点，确定控制和影响地质灾害发生的主要(n个)因素，建立灵山县地质灾害易发性评价指标体系；以定性评价方法建立各评价因子的影响范围，并进行单因素评价分区，划分为最多4个等级、最少2个等级，赋单因素评价值(Yi)。

(2)采用专家打分法确定各因素权重值(Wi)。

(3)以GIS平台为依托，对各影响因素进行叠加分析，将研究区按各评价因子划分为地质灾害易发性各异的多个分区。

(4)依据各分区评价因子打分值及各因子的权重值，用加权的方法计算各分区地质灾害易发性综合评价值(R)。

(5)根据各区域综合评价得分的高低，进行地质灾害易发性分区。

2.2 评价因子的选取

地质灾害易发区的评价因子可从现状地质灾害发育特征、基础地质条件和地质灾害诱发因素三个大方向作为一级要素进行评价。在此基础上进行再次细分，可分为地质灾害发育密度、地貌类型、相对高差、岩组类型、残坡积层厚度、多年平均降雨量、人类活动强度7个二级要素。在综合分析了灵山县地质灾害的形成条件和影响因素的前提下，建立灵山县地质灾害易发性评价指标体系，如图1。

图1 灵山县地质灾害易发性评价指标体系

2.2.1 地质灾害发育密度

本次研究发现的地质灾害总数量为591处，其分布极不均匀，沙坪—烟墩—平南一带、丰塘—石塘一带、罗阳山南西端，地质灾害分布较为密集，太平、县城—平山一带次之，陆屋—那隆—新圩谷地地质灾害分布较稀疏。将灵山县按现状地质灾害分布密集程度划分为4类分区，地质灾害分布最密集的区域评价值赋4分，然后依次赋3分、2分，分布最稀疏的区域赋值1分。得到研究区现状地质灾害分布密度单因素评价分区图。

2.2.2 地貌类型

地貌类型是影响地质灾害发育与分布的重要因素之一。由资料显示，低山丘陵地貌区各类地质灾害及总地质灾害分布数量和密度均最大，低山地貌区次之，红层丘陵盆地地貌区再次，低丘谷地地貌区各类地质灾害及总地质灾害分布数量和密度最小。各地貌单元地质灾害分布数量与密度极不均匀，从统计角度来看，地貌类型应是影响地质灾害发育与分布的主要因素之一，作为本次易发分区的评价因素。低山地貌区地质灾害分布数量和密度较低山丘陵地貌区低，其原因应是低山地貌区山高坡陡，人类工程活动较弱所致，仅从地貌角度考虑，低山地貌区较低山丘陵地貌区地质灾害应更易发生。为保持评价要素的相对独立性，地貌类型单要素评价赋值如下：低山地貌4分，低山丘陵3分，红层丘陵盆地2分，低丘谷地1分。得到研究区地貌类型单因素评价分区图。

2.2.3 自然斜坡坡度

仅从地形坡度角度考虑，坡度越陡峻的区域，应更易发生地质灾害。分析区域资料可知，灵山县地形坡度<8°的地质灾害分布数量及密度较小；坡度介于8°～15°之间的区域地质灾害分布数量及密度稍大；坡度介于15°～30°之间的区域地质灾害分布数量及密度最大；坡度大于30°的区域地质灾害数量少，分布密度小于坡度介于15°～30°之间的区域，其原因可能是因为坡度大于30°的区域分布面积小，且多在低山区，山高坡陡，人烟罕至，缺少重要的人为诱发因素。从以上统计来看，随着地形坡度增加，地质灾害发育数量和密度呈明显上升趋势，工作区地形坡度对地质灾害的影响和控制作用明显，地形坡度作为本次易发分区的评价因素之一。地形坡度单要素评价赋值如下：坡度>30°得4分，坡度15°～30°得3分，坡度8°～15°得2分，坡度<8°得1分。在ArcGIS平台中，利用1∶5万数字地形图的等高线和高程点生成DEM(Topo to Raster)，然后再利用DEM计算坡度(Slope)，得到研究区自然斜坡坡度单因素评价分区图。

2.2.4 相对高差

灵山县各地形坡度区间内，高差在10～40 m的区域，地质灾害分布数量和密度最大；高差大于80 m的区域，地质灾害分布数量和密度最小；高差在10 m之内的区域，其分布面积大，地质灾害数量多，但地质灾害分布密度较小；高差在40～80 m的区域，地质灾害分布数量和密度介于10～40 m和大于80 m的区域。灵山县现状地质灾害绝大部分为人为诱发，从村庄、厂矿、公路、农田等的分布来看，高差越大的区域，人类工程活动越弱；高差大于80 m的区域，村庄、厂矿、公路、农田等分布已非常稀疏，多分布原生或次生林地；高差在10 m之内的区域村庄、厂矿、公路、农田等的分布则非常密集；剔除人类工程活动影响，相对高差对工作区地质灾害的影响和控制作用还是较明显的。相对高差单要素评价赋值如下：高差>80 m得4分，高差40～80 m得3分，高差10～40 m得2分，高差<10 m得1分。在ARCGIS平台中，利用1∶5万数字地形图的等高线和高程点生成DEM(Topo to Raster)；然后根据地形特征和山脚谷地或附近山脚城镇、公路分布将工作区分为若干个区，每个区根据谷地城镇、公路高程赋一个起算高程值；将“高程起算面文件”转换为栅格文件，与DEM作栅格差值计算(Raster Minus)，得到研究区相对高差单因素评价分区图。

2.2.5 工程地质岩组

由灵山县各工程地质岩组分布区可见，散体状极软全-强风化花岗岩岩组分布区地质灾害分布数量和密度远高于其他岩组区；薄-中厚层较坚硬硅质岩岩组、薄-中厚层较坚硬-软弱砂页岩岩组分布区地质灾害分布数量和密度明显高于其他类岩组区；中厚层坚硬-软弱砂岩、砾岩夹泥岩岩组、薄-中厚层较坚硬-软弱碎屑岩夹碳酸盐岩岩组分布区地质灾害分布数量和密度明显高于厚层中等岩溶化坚硬纯碳酸盐岩岩组。从统计结果来看，工作区工程地质岩组对地质灾害的影响和控制作用较-强风化花岗岩岩组得4分，薄-中厚层较坚硬硅质岩岩组、薄-中厚层较坚硬-软弱砂页岩岩组得3分，中厚层坚硬-软弱砂岩、砾岩夹泥岩岩组、薄-中厚层较坚硬-软弱碎屑岩夹碳酸盐岩岩组得2分，厚层中等岩溶化坚硬纯碳酸盐岩岩组得1分。得到研究区工程地质岩组单因素评价分区图。

2.2.6 残坡积土层厚度对灵山县残坡积土层厚度与地质灾害发育类型、数量、密度关系进行统计(取560处有残坡积土层厚度记录的地质灾害点进行统计分析)。统计结果显示，残坡积层厚度越大的区域，地质灾害分布密度越大，坡积层厚度对地质灾害的影响和控制作用明显，作为地质灾害易发程度评价因素之一。残坡积层厚度单要素评价赋值如下：厚度3.0～4.5 m得4分，厚度1.5～3.0 m得3分，厚度1.0～1.5 m得2分，厚度<1.0 m得1分。得到研究区残坡积土层厚度单因素评价分区图。

2.2.7 多年平均降雨量

利用多年平均降雨量参与地质灾害易发程度评价。多年平均降雨量单要素评价赋值如下：多年平均降雨量>1 800 mm得4分，1 700～1 800 mm得3分，1 600～1 700 mm得2分， <1 600 mm得1分。得到研究区多年降雨量单因素评价分区图。

2.2.8 人类工程活动

人类工程活动是诱发地质灾害最活跃最积极的因素，其对地质灾害的形成发育的影响是极为复杂的，如何定量化反映是个难题。野外调查发现，对灵山县斜坡稳定性影响最大的是城镇化建设、农村建设和道路交通建设中进行的人工切坡，本次详查工作收录及调查发现的591处地质灾害中基本上与之有直接关系。鉴于此，本次主要根据遥感解译的人工切坡密度和规模，将工作区人类工程活动强度分为四级，强、较强、中、弱，分别赋值4分、3分、2分、1分。得到研究区人类工程活动强度单因素评价分区图。

2.2.9 地震

灵山县是广西历史上有记载遭受地震灾害最严重的县，其在地震构造分区上属桂东南强震构造区。根据灵山县活动性构造分布、历史地震分布及震级，将灵山县地震强度分为四级，强、较强、中、弱，分别赋值4分、3分、2分、1分。得到研究区地震单因素评价分区图。

2.3 评价因子权重计算和分级赋值

在选用的地质灾害发育密度、地貌类型、自然斜坡坡度、地形相对高差、工程地质岩组、残坡积土层厚度、人类活动强度、多年平均降雨量、地震9项评价因素权重打分的基础上，计算各因素算术平均值作为该因素的权重(表1)，权重总和为1。

表1 灵山县地质灾害易发程度评价中各参评因素赋值标准及权重分配表

2.4 ArcGIS加权叠加及量化分析

利用ArcGIS系统的空间分析功能将9个参与易发程度评价的单因素图作叠加分析(Analysis Tools->Overlay->intersect)，得出带有叠加属性的不同分区。在以上叠加分区的基础上，利用ArcGIS系统的“字段计算(Data Management Tools->Fields->Calculate Field)”功能，计算分区各自的综合评价值。为便于易发区划分，以综合评价值为准，对各区渐变赋色。

按地质灾害易发性综合评价得分的高低，进行地质灾害易发分区。本次采用突变点法进行确定，经过统计分析，从中找出突变点作为易发程度分区界线值，将区域划分为不易发区、低易发区、中易发区和高易发区4个不同等级的区域(图2)。同一易发等级的区域，将花岗岩分布区与其他岩类分布区区分开来，并对其进行分区编号。

依据地质灾害易发程度区划结果，地质灾害易发程度划分为高易发区、中易发区、低易发区、不易发区4个等级，共13个地质灾害易发亚区，各区具体分布位置见图2。

据统计，灵山县地质灾害高易发区总面积为862.03 km2，占全县总面积的24.22%，包括4个地质灾害高易发亚区；地质灾害中易发区总面积为336.31 km2，占全县总面积的9.45%，包括2个地质灾害中易发亚区；地质灾害低易发区总面积为1 360.52 km2，占全县总面积的38.23%，包括4个地质灾害低易发亚区；地质灾害不易发区总面积为999.72 km2，占全县总面积的28.10%，包括3个地质灾害不易发亚区。灵山县各地质灾害易发亚区的具体情况及基本特征见表2。

图2 灵山县地质灾害易发程度分区图

分区亚区现状地质灾害易发程度面积/km2占全县面积百分比/%编号名称面积/km2占全县面积百分比/%滑坡/处崩塌/处泥石流/处不稳定斜坡/处岩溶地面塌陷/处合计/处密度/(处·平方公里-1)涉及乡镇高易发A862.0324.22A1-1龙渊村—教塘村花岗岩高易发区244 6.885690190930.381 武利、檀圩、新圩、佛子A1-2平南镇—烟墩镇花岗岩高易发区310 8.731413103511810.584 旧洲、沙坪、烟墩、平南、灵城、三隆、那隆A1-3丰塘镇—深水村花岗岩高易发区153 4.3136004401070.699 丰塘、平山、石塘A1-4象山村—白花村花岗岩高易发区153 4.301221260500.327 石塘、平山、佛子中易发B336.319.45B1-1平山镇—石塘镇花岗岩中易发区185 5.201160100270.146 石塘、平山、佛子、灵城B1-2太平镇—镇南村花岗岩中易发区151 4.25213070220.146 太平、旧洲

续表2

分区亚区现状地质灾害易发程度面积/km2占全县面积百分比/%编号名称面积/km2占全县面积百分比/%滑坡/处崩塌/处泥石流/处不稳定斜坡/处岩溶地面塌陷/处合计/处密度/(处·平方公里-1)涉及乡镇低易发C1360.5238.23C1-1伯劳镇—秧地塘村花岗岩低易发区387 10.90010030130.034 伯劳、武利、檀圩、新圩、佛子C1-2教马村—石堆村花岗岩低易发区253 7.120000000 太平、旧洲、烟墩、三隆、那隆、陆屋C2-1文利镇—木棉村碎屑岩低易发区615 17.3210300145590.096 文利、伯劳、陆屋、三隆、那隆C2-2灵城镇—佛子镇碎屑岩低易发区102 2.8935027170.166 灵城、平南、佛子不易发D999.7228.10D1新圩镇—古城村碎屑岩不易发区570 16.071101030.005 陆屋、三隆、那隆、檀圩、灵城、新圩D2新民村—升安村碎屑岩不易发区203 5.720000000.000 伯劳、文利D3那线村—金银村碎屑岩不易发区224 6.31210070190.085 太平、沙坪、烟墩、平南合计3558.581003550100423671168135910.166

3 结论

(1)建立了灵山县地质灾害易发性评价指标体系，灵山县地质灾害易发性评价因子包括地质灾害发育密度、地貌类型、自然斜坡坡度、地形相对高差、工程地质岩组、残坡积土层厚度、人类活动强度、多年平均降雨量、地震9个影响地质灾害易发性的地质环境因素。

(2)依据预测分区指标计算，灵山县地质灾害高易发区总面积为862.03 km2，占全县总面积的24.22%；地质灾害中易发区总面积为336.31 km2，占全县总面积的9.45%；地质灾害低易发区总面积为1 360.52 km2，占全县总面积的38.23%；地质灾害不易发区总面积为999.72 km2，占全县总面积的28.10%。

(3)以灵山县地质灾害详细调查成果资料作为依据，建立灵山县地质灾害易发分区评价指标体系，利用ArcGIS的空间分析功能对研究区地质易发性进行评价研究，其结果相对科学、直观、准确。