基于ＧＩＳ的陕西省安康市地质灾害易发性分区

郑治国　郭俊理　李平录

摘要：在对陕西省安康市地质灾害调查的基础上，通过选择年降雨量、坡度、海拔高程、灾害点密度、土壤类型、人类工程活动等因素，建立了评价指标体系。采用基于GIS的信息量分析模型对安康市地质灾害易发性进行了分区，将研究区划分为地质灾害高易发区、中易发区、低易发区、不易发区。其中，高易发区面积6 135 km2，占全区总面积的26.52%;中易发区面积8 096 km2，占全区总面积的35.01%;低易发区面积6 488 km2，占全区总面积的28.05%;不易发区面积2 411 km2，占全区总面积的10.42%。

关键词：地质灾害;易发性;分区;安康市

中图分类号：P642.2         文獻标识码：A

文章编号：0439-8114（2020）03-0053-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.03.011

GIS-based zoning of geological hazards susceptibility in Ankang city of Shaanxi province

ZHEGN Zhi-guo1，GUO Jun-li2，LI Ping-lu3

（1.College of Tourism and Environment Resources，Ankang University，Ankang 725000，Shaanxi，China;2.Shaanxi Key Laboratory of Disasters Monitoring & Mechanism Simulation，Baoji 721007，Shaanxi，China; 3.Ankang of Shaanxi Province Bureau of Ecological Environment，Ankang 725000，Shaanxi，China）

Abstract： Based on the survey of geography disasters in Ankang city of Shaanxi province， an evaluation index system by choosing annual precipitation， slope， elevation， point density of disasters， soil type and human engineering activities was established. Adopting information analyzing model of GIS， the susceptibility zones of geography disasters in Ankang ctiy was made. The results show that Ankang ctiy could be divide into four geological hazard zones， including high-incidence zone， middle-incidence zone， low-incidence zone and nonoccurrence zone. Among the zones， the area of high-incidence zone is   6 135 km2， covering 26.52% of the total area; the area of middle-incidence zone is 8 096 km2， covering 35.01% of the total area; the area of low-incidence zone is 6 488 km2， covering 28.05% of the total area; the area of nonoccurrence zone is    2 411 km2， covering 10.42% of the total area.

Key words： geological hazard; susceptibility; zoning; Ankang city

地质灾害是指地球岩石圈地壳表层，在大气圈、水圈和生物圈的相互作用和影响下，由于自然或人为地质作用，给人类生命、物质财富造成损失或使生态环境遭受破坏的灾害事件[1]。作为世界上受地质灾害危害最严重的国家之一，中国地质灾害的发生具有类型多、发生频率高、分布范围广等特征。这些地质灾害都会直接影响到整个国家经济的发展和人民生活的各个方面。据统计，中国每年因地震、滑坡、崩塌、泥石流、地面沉降、矿山地质灾害和土地荒漠化等灾害造成的直接经济损失高达200亿元[2]。但是，如果采取有效的防治措施，灾害造成的人员伤亡和经济损失可以明显减少。

安康市位于秦巴山区，是全国自然灾害最严重的地区之一，每年地质灾害带来的经济损失、人员伤亡及资源环境的破坏相当严重，极大地制约了该市社会、经济、资源环境的可持续发展。

本研究以安康市为对象，在传统方法的基础上结合GIS技术，综合考虑各种因素的影响，以便准确划分出地质灾害高、中、低和不易发区[3]，旨在为安康市区域性的防灾减灾及灾害管理提供科学依据，实现区域的可持续发展;同时，也期望能够由点及面，为中国的地质灾害防治对策制定和灾害管理的科学化、规范化、法制化等提供参考。

1  研究区地质环境概述

安康市位于中国内陆腹地，陕西省东南部，东与湖北省竹山县、竹溪县、郧西县、郧县为邻;南与重庆市城口县、巫溪县，四川省万源市交界;西与汉中市佛坪县、洋县、西乡县接壤;北与西安市周至县、鄠邑区、长安区、商洛市柞水县、镇安县毗邻。地理坐标为31°42′—33°49′N，108°01′—110°12′E。东西宽约200 km，南北长约240 km。属秦巴山东段，以汉水—池河—月河—汉水连线为秦岭和大巴山的分界，其北为秦岭，其南为大巴山。大巴山面积约占全市总面积的60%，秦岭约占40%;山地占92.5%（其中，海拔1 800 m以上的亚高山占10%;海拔800～1 800 m的中山占55%;海拔170～800 m的低山占27.5%），丘陵占5.7%，川道平坝占1.8%。全市地面海拔高程以白河县与湖北省交界的汉水右岸最低，海拔为170 m;秦岭东梁最高，海拔为2 964.6 m。地属北亚热带大陆性季风气候区。气候温和，雨量充沛，夏无酷暑，冬无严寒。年平均气温为15 ℃，年平均降雨量为938 mm，降水集中在7月和9月。垂直地域性气候明显;无霜期长。但因受蒙古冷高压和太平洋热带高压以及河西走廊、四川盆地热低压控制，多连阴雨和暴雨，有伏旱、大风等灾害性气候。区内大地构造上属于秦岭地槽褶皱系南部和扬子准地台北部汉南古陆的东北缘，分别由秦岭印支褶皱带和大巴山加里东褶皱带组成。褶皱与断裂发育，岩浆活动频繁，变质作用广泛，形成了沉积岩厚度变化巨大、侵入岩广泛发育、变质岩分布普遍的复杂的构造体系，同时也形成了较为优越的成矿条件，孕育着丰富的矿产资源。

2  研究区地质灾害类型和分布特征

2.1  地质灾害类型

安康市位于秦巴山东段，北依秦岭，南靠大巴山，汉江自西向东横贯而过，形成“两山夹一川”的基本地貌。区地内山高、沟深、坡陡，断裂构造、易滑地层分布广泛，地质环境脆弱，加之区域性暴雨频发，极易引发滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害，是陕西省地质灾害的多发区。据安康市国土资源局地质灾害监测站数据，该市地质灾害隐患点有1 522处，其中滑坡1 353处、泥石流96处、崩塌71处、地面塌陷 1处、地裂缝1处（表1）。这直接威胁到23 531户95 393人，房屋数万间，多处公路、铁路也受到威胁。其中威胁30人以上的地质灾害隐患点523处，占全部地质灾害的34.36%。另外，经过近几年来的强降水作用，又引发了多处新的地质灾害隐患。紫阳、岚皋、镇坪、旬阳、白河、石泉、宁陕7个县受到地质灾害威胁[4-13]。

2.2  地质灾害分布特征

2.2.1  地域特征  该地区地质灾害的分布与地形密切相关，主要分布在汉江两岸及两侧的高中山、中低山地带、沿河流及较大的沟谷两侧。这些地方地势相对低缓，堆积层分布广泛，地质构造发育，岩体破碎，人口相对集中，交通便利，经济发达，修路、建房等人类工程活动相对频繁。

2.2.2  时间特征  降雨是诱发该地区地质灾害的主要原因之一。统计资料表明，安康市在短周期气象周期内地质灾害的发生与区内降雨量呈正相关[14]。该地区长时间降雨及特大暴雨诱发的地质灾害也很多，且主要集中在5—9月。

3  地质灾害易发性分区

3.1  信息量模型的建立

针对地质灾害易发性程度的区划评价涉及诸多因素，不同研究者提出了不同的方法[15-20]。考虑到使用单因素成因分析不能充分代表区域易发程度级别，加之各因素对易发程度划分的贡献不同，以其作为划分易发程度的标志与界限具有一定的模糊性，很难用精确的定量化关系来划分和表达，因此本研究定量分析决定采用模糊综合评判法。同时，为了能够全面反映评判信息，充分考虑各因素对易发程度划分的贡献，模糊算子采用加权平均型，最终对安康市地质灾害的易发程度进行了综合评判归类。

3.1.1  信息量法原理  综合评判是同时考虑各方面因素的影响，对某一对象进行全面的评价[21]。传统的综合评价方法具有原理简单、使用方便等特点，但也存在明显不足，即评判结果偏于单一，甚至有时还会出现片面和不准确的情况。模糊综合评判是模糊数学最重要的方法之一，采用模糊综合评判法对地质灾害易发程度进行综合评价，可以获得更为客观的综合评价效果。

模糊综合评判实际上是模糊关系中的一种模糊评判矩阵（也称为模糊变换矩阵）[22]。其数学模型：假设有两个论域分别为U和V，论域U的每个元素是一个因素，论域V的每个元素均是一个等级。数学表达如下：

因素集U={u1，u2，...，un}，ui为评价因素（评价指标）;

评语集V={v1，v2，...，vn}，vi为评语等级（类别）。

对于因素集中所有因素分别进行单因素评价，可以得到从因素集到评语集的一个模糊关系矩阵[R]，[R]∈F（U×V）。

[R]=r11， r12， …， r1mr21， r22， …， r2m…， …， …， …，rn1， rn2， …， rnm

一般0≤rij≤1。Rij表示某个评价对象按第i个评语等级的隶属度。若[R]∈F（U×V）一经确定，而且存在一个模糊向量[A]∈F（U），则可惟一确定一个由因素集到评语集的模糊变换[B]：[B]=[A]。其中，[A]=（a1，a2，…，an）为评价因素权重集，ai为第i个评价因素（评价指标）的权重系数，ai=1;[B]= （b1，b2，…，bm）为综合评判结果集，bj为某个评价对象属于第j个评价等级的隶属度。

3.1.2  信息量法计算过程

1）确定因素集。经调查研究安康市地质灾害影响因子主要有人类工程活动、海拔高程、降雨量、地层岩性、地形地貌等。因此在影响因子的选取上，作以下说明：①选取具有代表性的5个县区。代表性体现在两个方面， 一方面，灾害隐患点个数上具有代表性，所选县区必须是区内各单元中灾害点个数排名靠前的;另一方面，地理位置上要具有代表性，最好汉江两岸都有分布。②降雨量的选取。降雨是诱发滑坡最重要的外在因素。降雨量的选取是以年降水量作为指标。③地形地貌在具体量化时，以坡度作为量化的参数。④地层岩性上，5个县区地层岩性基本一致，加上该因子无法具体量化，因此暂不列入考虑因素之列。⑤据安康市国土资源局地質灾害监测站统计，安康市滑坡灾害与海拔高度的关系十分密切，因此把高程作为影响因子选取。⑥人类工程活动的数据来自现场调查，以百分制来量化。各影响因子具体数据见表2，数据来源于安康市国土资源局地质灾害监测站。

利用SPSS对表2数据进行主成分分析，其过程和结果见表3、表4和表5。从表5可以看出，4个影响因子的负荷关系为人类工程活动>年降雨量>坡度>高程。

3.2  评价指标的建立

鉴于上述结论，确定了本次评价因素集的构成为U={u1，u2，u3，u4，u5}。

式中，u1为人类工程活动强度;u2为年降雨量;u3为灾害点发育密度;u4为土体类型（特征包括灾体结构类型、孔隙率、滑面的倾向、倾角和埋深）;u5为地形地貌（地形地貌因素在具体量化时，采取地形坡度赋值）。

为了满足模糊综合评判法的要求，对上述因素进行量化。具体数值根据陕西省地质一队对安康市地质环境的分析资料以及大量实例统计数据相结合确定，具体取值见表6。

3.3  评价指标权重确立

在模糊综合评判中，考虑到各項指标对总体效果的影响不同，因此不能把它们等效对待和平权处理，改用权重来体现这种重要程度的差异。在模糊综合评判中，权重的确定非常重要。确定权重的方法很多，如方差分析法、专家打分法和主成分分析法。权重系数是某一因素对地质灾害易发性相对影响的量度，系数越大，意味着该因素对地质灾害易发程度的影响越大，反之亦然。本研究采用SPSS的回归加权分析结合专家打分法给出权重系数，见表7。

3.4  地质灾害易发性分区结果

综合考虑定性分析和模糊综合评判的结果，结合安康市地质灾害的发育特点、成因与规划分析成果，经过比较分析和验证，将安康市划分为地质灾害高易发区、中易发区、低易发区和不易发区，分区结果见图1。

3.4.1  地质灾害高易发区  主要分布在汉江两岸的紫阳、汉滨、旬阳、白河等县区，铁路沿线，石泉、汉阴、宁陕、平利、镇坪等县的人口稠密地区。区内人口密集，人类工程活动频繁，易滑地层分布广泛，岩体风化破碎，垦耕程度高，地质灾害极为发育。高易发区面积6 135 km2，占全区总面积的26.52%。该区有威胁30人以上的地质灾害隐患点322处，其中滑坡290处、崩塌6处、泥石流26处，分别占该区威胁30人以上隐患点数的90.0%、1.9%、8.1%。

3.4.2  地质灾害中易发区  主要分布于汉江两岸高中山、中低山地带和沿河流及较大的沟谷两侧。区内地势相对低缓，堆积层分布广泛，地质构造发育，岩体破碎，人口相对集中，修路、建房等人类工程活动相对频繁，地质灾害相对密集。中易发区面积为8 096 km2，占全区总面积的35.01%。该区有威胁30人以上地质灾害隐患点173处，其中滑坡161处、崩塌3处、泥石流9处，各占该区威胁30人以上隐患点数量的93.1%、1.7%、5.2%。

3.4.3  地质灾害低易发区  大面积分布于安康市南部大巴山区，呈条带状或片状分布在宁陕、石泉、汉阴、旬阳、白河等县。该区属高中山、中山区，村镇较少、人口分散、人类工程活动较少，植被覆盖率较高，岩石坚硬，坡残积松散层厚度较薄，地质灾害多发生在村镇周围及公路沿线。低易发区面积为    6 488 km2，占全区总面积的28.05%。目前该区有威胁30人以上的地质灾害隐患点23处，其中滑坡22处、崩塌1处，各占该区威胁30人以上灾害隐患点的95.7%和4.3%。

3.4.4  地质灾害不易发区  主要分布在宁陕县接近秦岭主脊的高中山区和汉滨区月河盆地。不易发区面积为2 411 km2，占全区总面积的10.42%。目前该区尚未发现威胁30人以上的地质灾害点。但要加强林区保护、禁止砍伐，防止人为破坏植被。

4  结论

1）安康市主要有滑坡、泥石流、崩塌、地面塌陷、地裂缝5种地质灾害，其中经过专业队伍认定的地质灾害隐患点有1 522处，其中滑坡1 353处，占88.89%;泥石流96处，占6.31%;崩塌71处，占4.66%;地面塌陷1处、地裂缝1处，各占0.07%。滑坡、泥石流和崩塌是安康市最严重的地质灾害。

2）安康市地质灾害分布具有明显的地理时空分布特征。空间特征主要表现在地质灾害集中分布在汉江两岸河谷阶地区，该地区具有交通便利、人类活动强烈、人口密度高的特点。时间特征主要表现在地质灾害集中于每年的5—10月发生。

3）安康市地质灾害受年降雨量、海拔高度和人类工程活动的影响。选取了年降雨量、坡度、高程、灾害点密度、土体类型、人类工程活动等作为地质灾害易发性分区评价指标是合适的。

4）采用GIS技术将安康市地质灾害划分为高易发区、中易发区、低易发区和不易发区。其中，高易发区面积6 135 km2，占全区总面积的26.52%;中易发区面积8 096 km2，占全区总面积的35.01%;低易发区面积6 488 km2，占全区总面积的28.05%;不易发区面积2 411 km2，占全区总面积的10.42%。

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收稿日期：2019-11-25

基金项目：陕西省教育厅自然科学专项研究计划项目（15JK1019）;安康学院高层次人才专项研究计划项目（AYQDZR201215）

作者简介：郑治国（1979-），男，陕西乾县人，讲师，硕士，主要从事环境灾害及防治研究，（电话）13659156521（电子信箱）14653634@qq.com。