谷城县滑坡灾害易发性评价与易滑地层识别*

李 林，晏鄂川，张 懿

中国地质大学（武汉）工程学院，湖北 武汉 430070

滑坡灾害在谷城县分布广泛、发生频繁，对当地社会经济发展及人身财产安全造成了不利影响。滑坡灾害易发性评价是滑坡灾害风险评价中最基础的工作，评价结果能为滑坡灾害预测和防治提供重要的依据。在滑坡灾害易发性评价研究中普遍运用的方法有层次分析法、信息量法、模糊评价法、广义加法模型、逻辑回归模型、分类与回归树等[1]。郎文霞[2]、张英[3]、牛树轩[4]、贾贵义等[5]分别采用层次分析法、信息量法、加权信息量法和组合赋权法等，开展了滑坡灾害易发性或者危险性分区评价。Lee 和Min[6]采用逻辑回归模型评价了韩国Yongin地区滑坡灾害易发性；Yesilnacar 和Topal[7]评价了土耳其Hendek 地区的滑坡灾害易发性，并对比了神经网络模型和逻辑回归模型的评价结果。在很多相关研究中，对高程、水系、断层缓冲等区内连续变化因子分级的依据不足，未反映滑坡发育情况在不同单因子分段中的规律，最终区域分析结果的准确性会受到一定的影响。而且谷城县滑坡分布发育的区域性规律研究工作成果较少，利用易发性评价结果进行易滑地层的研究也鲜有涉及，大多数研究局限于单体滑坡稳定性分析和防治研究。基于此，根据现有资料，文章以谷城县全境为研究范围，统计研究区内滑坡分布及发育的各项要素。通过对滑坡各影响因子的深入分析，完成滑坡灾害易发性评价，为谷城县滑坡灾害的预测奠定基础，并为滑坡灾害防治工作提供地质依据。

1 研究区概况

谷城县位于湖北省西北部，地处秦岭、大巴山东延余脉与鄂北岗地接壤地带，降雨充沛，是一个以低山丘陵为主体、中低山与岗地为辅的多地貌单元区，地势自南西向北东降低，呈现南西、中部、北东三级阶梯状的特征。研究区位于扬子准地台一级构造区北缘，地处秦岭褶皱系大地构造区，断裂及褶皱发育。出露地层较全，广泛分布的变质岩和碎屑岩主要为武当群片岩和志留系碎屑岩，岩性软弱，岩体结构较为破碎，风化强烈。按照成因及岩性，考虑其结构、物理力学性质及工程地质特性，把区内岩土体划分为8 个工程地质岩组，见表1。

调查显示，截至2015 年底，谷城县共发育滑坡226 处，点密度8.83 处/100km2，滑坡总体积2427.26×104m3，西南部分布最多，中部和南部次之，东北部分布最少。滑坡灾害共造成2 人死亡，经济损失达3267.21 万元。

表1 谷城县工程地质岩组划分

2 滑坡易发性评价方法

对滑坡地质灾害进行易发性评价的关键在于三点：评价因子分级、评价模型因子分级赋值以及确定评价因子的权重。

2.1 评价因子分级

评价因子主要分为连续因子和离散因子，离散因子自身即可保证各分级之间的差异性，而连续因子并没有明显分界线，因此为保证连续变量单因子分段的合理性，需对连续变量因子进行敏感性分析。敏感性分析采用下式：

根据各个单因子不同等级的敏感性系数差异性，对敏感性系数相近等级进行归并，从而得到相对可靠的单因子分区图。

2.2 评价模型因子分级赋值

在以往的研究中，评价因子赋值常采用人工赋值，这种方法较为主观，受研究者影响较大。为减少人为因素的影响，研究采用滑坡发育度作为评价因子赋值。滑坡发育度是以各个等级滑坡发育数量来衡量的，其公式如下：

式中：im为单因子权重值。

2.3 确定评价因子的权重

文章运用组合赋权法确立因子间的权重关系，其优点是既利用客观赋权法考虑了滑坡发生的客观现状，又采用主观赋权法预测了未来滑坡的区域易发情况。

式中：n={1,2,…,a}；m={1,2,…,b}；b 为选择的评价因子个数；a 为因子m 内总共划分的等级数。

（2）主观赋权法选择层次分析法。根据表1，结合专家打分评估所选评价因子的重要性来构造判断矩阵，判断矩阵必须通过一致性检验，见式（7）、（8）。若CR ＜0.1，则判断矩阵具备一致性，否则调整矩阵各项，直至满足CR ≤0.1 的条件。最终计算具有良好一致性的判断矩阵最大特征值对应的特征向量，将其归一化后得到各因子的主观权重值。

式中：CI 为一致性指标；CR 为一致性比例；RI 为平均一致性指标；λmax为判断矩阵的最大特征值；n 为判断矩阵的阶数。判别矩阵中各因子的标度含义见表2，各因子标度的平均一致性指数RI 值的取值范围见表3。

表2 判断矩阵中各因子标度含义

表3 平均一致性指数RI 的取值

（3）组合权重计算。首先，通过欧式距离函数合理组合客观权重ωk和主观权重ωz，见式（9）；其次，客观权重的分配系数α 和主观权重的分配系数β 需满足式（10）和式（11）；最后，当分配系数确定后，可通过式（12）计算各因子的组合权重值。

3 滑坡易发性评价过程与结果

3.1 因子选取及敏感性分析

基于现有资料，遵循所选因子应具备评价过程中可操作性和独立性的原则，根据岩土体类型的选取分析地层岩性的影响，根据高程分布的选择分析地形地貌的影响，根据断层分布的缓冲分析地质构造的影响，根据水系分布的缓冲分析水系的影响，根据谷城县多年降水等值线图分析降水的影响，根据路网分布的缓冲分析人类活动的影响。将所选评价因子分为连续因子和离散因子两类，对所选的连续因子（高程分布、水系缓冲、断层缓冲、路网缓冲）进行敏感性分析。

已有研究表明[8-9]，高程、水系距离等连续因子对灾害发生的影响随其值的变化呈现出较明显的相关性，同时在评价时通常需要确定连续因子的分段区间值，但以往研究者多采用均等区间划分高程等连续因子，较少对区间值进行讨论。基于此，文章结合研究区的具体情况，为使连续因子的区间值划分更为准确合理，采用敏感性分析的方法探讨连续因子相对准确合理的区间值。根据区内连续因子的分布，将研究区分为20 个每段78m 高差的高程段（最大高程为1560m）；根据与水系的距离（100m,200m,…,1500m）将高程划分为16个分段；根据与断层的距离（100m,200m,…, 3000m）将高程划分为31 个分段；根据与路网的距离（100m,200m,…,2500m）将高程划分为26 个分段。各连续因子分段及滑坡分布见图1。运用式（1）对连续因子进行敏感性分析，计算各因子每段的敏感系数，各因子的敏感性分布见图2。

把敏感性系数相近的分段合并：对于高程，将1 ～3段、4 ～6 段、7 ～9 段、10 ～20 段合并，最终划分为4段。对于水系缓冲，将1 ～2 段、3 ～7 段、8 ～10 段、11 ～14 段、15 ～16 段分别合并，最终划分为5 段。对于断层缓冲，将2 ～8 段、9 ～17 段、18 ～22 段、23 ～29段、30 ～31 段分别合并，最终划分为5 段。对于路网缓冲，将1 ～2 段、3 ～5 段、6 ～7 段、8 ～15 段、16 ～26 段分别合并，最终划分为5 段。对连续因子进行重新分段后，得到分区结果（见图3）。对于离散因子（岩土体类型和降水），根据现有资料，可得出不同岩土体类型、不同降水量区域的滑坡分布情况（见图4）。

3.2 因子权重计算结果

用2.3 节中的计算方法对选取的6 个因子的权重进行计算，计算结果见表4。

3.3 易发性评价结果

图1 连续因子分段及滑坡分布

对谷城县滑坡灾害进行易发性评价，评价结果见图5。图中5 个等级为易发性等级，等级越高，说明综合条件下其内部具有更高的滑坡发生可能性。绝大部分的滑坡灾害点分布于易发性高等级4 和5 的区域。谷城县滑坡灾害易发性各个等级区域所占全县面积及其比重见图6。1 ～5 等级分别占县域面积的8.7%、23.3%、24.4%、24.3%、19.3%。

将图5 与图3、图4 对照可看出，易发性高等级区域与变质岩类、碎屑岩类分布区域和高降水量分布区域较吻合，其分布范围大体一致，且滑坡灾害多发生在高程低于700m、距断层较近、距路网较近、河流切割明显的蜿蜒带状区域。

3.4 易滑地层的确定

利用滑坡灾害易发性区划结果，绘制各岩组区域易发性等级面积占比图（见图7），由该图可知变质岩类和碎屑岩类区域高易发等级（4、5 等级）面积占比显然高于其他区域。对照各岩组覆盖区域滑坡灾害密度表（见表5）亦可看出，变质岩类和碎屑岩类区域滑坡灾害密度明显高于其他区域，故变质岩类和碎屑岩类地层为谷城县易滑地层。

易滑地层单独在谷城县区内的分布见图8。4、5 等级的易发性高等级区域大范围被变质岩类覆盖，还有较大范围被碎屑岩类覆盖。根据表1 与谷城县地层分布情况，基于区域滑坡分布规律，该区域滑坡易滑地层以志留系碎屑岩层位和武当群片岩层位为主。

4 结论

（1）选取研究区滑坡易发性区划影响因子，采用单因子敏感性系数，单独分析连续因子对区内滑坡发育的敏感性，合理化连续单因子分区。

图2 连续因子分段敏感性系数分布图

图3 连续因子分区结果

图4 谷城县岩土体类型与降水图

表4 谷城县各因子权重值计算

（2）运用组合赋权法计算因子贡献权重，采用滑坡发育度和易发性综合指标评价了谷城县滑坡易发性，将县域划分为5 个滑坡易发性等级。1 ～5 等级分别占县域面积的8.7%、23.3%、24.4%、24.3%、19.3%。易发性高等级（4、5 等级）区域主要为沿路网和河流切割明显的呈蜿蜒带状分布的变质岩和碎屑岩片区。

图5 谷城县滑坡地质灾害易发性区划图

图6 易发性各等级面积及比重分布

图7 各岩组易发性等级面积占比图

（3）利用滑坡灾害易发性区划结果，绘制各岩组区域易发性等级面积占比图，可知变质岩类和碎屑岩类覆盖区域易发性高等级（4、5 等级）面积占比明显高于其他区域，且该区域滑坡灾害密度明显高于其他区域，故得出武当群片岩和志留系碎屑岩为谷城县易滑地层的结论。

表5 各岩组覆盖区域滑坡灾害密度

图8 谷城县滑坡易发性高等级（4、5 等级）区域与易滑地层分布关系图