基于Arc GIS的地质灾害巡查单元划分——以珠海市为例

赖 波，刘 佳，吴舒天

（1.广东省珠海工程勘察院，广东 珠海519000；2.广东省地质局第一地质大队，广东 珠海519000）

近些年，强降雨或持续性降雨引发的地质灾害越来越频繁，而大多数地质灾害发生之前具有明显的征兆，因此，在地质灾害发生之前开展地质灾害巡查工作显得十分必要。珠海市由强降雨引发的地质灾害相对严重。目前，珠海市地质灾害巡查主要分为专业地质灾害巡查及巡查员定期巡查两种形式，其中专业地质灾害巡查以专业的地质工作技术队伍为主体，开展汛前排查、汛中巡查和汛后复查工作；巡查员定期巡查则是按照当地政府规定的地质灾害巡查制度，在特定的时期，按照规定的巡查路线开展的巡查。以上两种地质灾害巡查形式各有优点，但缺点是专业地灾巡查成本较高、频率较低，而巡查员定期巡查频率高、但专业性较差。为解决地质灾害巡查工作难题，提高工作质量，鲁学军等[1]、吴晨曦[2]设计和开发了地质灾害巡查系统软件；李祥[3]、刘浩等[4]、王腾[5]、罗晴明等[6]对地质灾害动态监测预警系统建设及其应用进行了深入的研究。虽然以上地质灾害巡查软件的设计开发和监测预警系统的建设给地质灾害巡查员带来了便利，但是软件设计开发还处于初级阶段，实用性较为局限，对地质灾害巡查员的管理及野外实地巡查条件、路线、范围、频率、要求等尚缺乏软件支持。本文利用ArcGIS软件在珠海市地质灾害危险性划分的基础上，综合村界、年度巡查面积范围、巡查路线进行地质灾害巡查单元划分，进一步完善了珠海市地质灾害巡查管理；同时为地质灾害巡查员及时、高效、精确的巡查地质灾害提供了便利。

1 地质灾害发育特征

根据刘佳等[7]、赖波[8]成果：截止2019年4月2日，珠海市共发现地质灾害隐患点310处，其中崩塌点109处、滑坡点26处、不稳定斜坡点175处，共威胁人口1694人，潜在经济损失14955万元。地质灾害点及不稳定斜坡点分布情况见图1。

1.1 崩塌

截止2019年4月2日，珠海市共发现崩塌地质灾害点109处。按规模划分：均为微型地质灾害点；按成因类型划分：土质崩塌29处、岩质崩塌61处、土岩复合崩塌19处。

1.1.1 土质崩塌

土质崩塌在空间上多发生于风化壳较厚且坡度大于50°的早期村民削坡建房及公路削坡沿线地区；时间上通常发生于持续性降雨之后。此类崩塌特点主要由降雨自然因素诱发，破坏模式一般为滑移式，具有发育缓慢、突发性强、势能大、危害性大、影响面广的特点。

1.1.2 岩质崩塌

岩质崩塌在空间上多发生于坡度大于70°的公路削坡沿线和废弃采石坑地区；时间上通常发生于强降雨过程中或之后。此类崩塌特点主要由降雨自然因素和人为因素共同诱发，具有发育快、突发性强、难预防、危害性大、影响范围难预测的特点。该类崩塌破坏模式一般为倾倒式或拉裂式。

1.1.3 土岩复合崩塌

图1 珠海市地质灾害隐患点分布图Fig.1 Distribution map of geological hazards potential points in Zhuhai City

此类崩塌综合了土质崩塌和岩质崩塌的特点，主要由降雨等自然因素诱发，坡面岩体风化程度强烈，岩石呈碎块状或散体状，土体透水性较好，饱水后强度迅速降低，破坏模式通常为拉裂式崩塌。此类崩塌具有突发性强、破坏性大、影响范围广的特点。

1.2 滑坡

截止2019年4月2日，珠海市共发现滑坡地质灾害点26处。按规模划分：均为小型滑坡；按成因岩土类型划分：土质滑坡17处、岩质滑坡2处、土岩复合滑坡7处。

其中，Eff是运营效率；size为企业规模，用总资产对数衡量；ms为市场份额，由公司销售额占该行业企业总收入的比例表示；cfi表示自由现金流，用企业自由现金流与总资产的比值衡量；div为经营多样化，用营业收入来源中不同行业数量来表示；age表示上市年限；e为残差，即为所求的管理者能力变量。

珠海市滑坡多发生于风化壳较厚的人工边坡地区，主要由降雨自然因素诱发，少数由人为因素诱发。滑坡体外形多为直线型，后缘拉裂缝一般不发育，基本上均已发生下错或滑塌，大部分滑体已滑落至坡脚，后缘滑坡壁明显，滑床形态为直线型和圆弧型。滑坡的成灾规模较小，危害性较大，物质成分以土质为主。

1.3 不稳定斜坡

截止2019年4月2日，珠海市共发现不稳定斜坡175处，按成因岩土类型划分：土质不稳定斜坡61处、岩质不稳定斜坡64处、土岩复合不稳定斜坡50处。

1.3.1 土质不稳定斜坡

此类斜坡主要分布于风化壳较厚的剥蚀残丘和台地地区，主要由人为削坡形成。坡体主要由残坡积土、全风化岩及强风化岩组成。边坡坡顶及上部为残坡积层，厚度在1～5 m之间，以下为岩体全风化后的粘性土以及呈半岩半土状的强风化岩。残坡积层干燥状态下孔隙率大，结构松散，透水性好；全风化和强风化岩裂隙较发育，透水性较好。当斜坡坡度＞60°时，易发生错断式崩塌，发生部位一般在坡面的中上部或坡顶处，崩塌体主要是残坡积土和全风化岩；当坡度＜60°时，易发生滑移-拉裂式滑坡，滑坡体主要是残坡积层和全风化及强风化岩。

1.3.2 岩质不稳定斜坡

此类斜坡主要分布于基岩出露明显的公路沿线地区，坡体顶部土层厚度较薄，坡面以中风化岩为主，岩体完整性较差，裂隙较发育，形成较多不利结构面。此类斜坡坡度一般较陡，易发生崩塌地质灾害，破坏模式一般为倾倒式和拉裂式，且以掉块坠落的方式为主。

1.3.3 土岩复合不稳定斜坡

此类斜坡按物质成分可分为两种：一种是上部为土体，下部为岩体的斜坡；另一种呈半岩半土状，以强风化岩为主的斜坡。上土下岩斜坡主要是上部土体易发生变形破坏，且主要沿土岩接触面发生滑坡或崩塌；半岩半土斜坡通常存在软弱结构面，破坏模式一般沿软弱结构面发生滑坡或崩塌[9-12]。

2 地质灾害危险性划分

地质灾害危险性划分是地质灾害巡查单元划分的基础，是综合地质灾害发育特征及各种地质灾害影响因素的结果。地质灾害的危险性高低是确定地质灾害巡查员进行野外地质灾害危险区域巡查范围、巡查频率、巡查详细程度等的重要依据。

2.1 划分方法

运用ArcGIS的空间分析工具对珠海市进行网格单元划分，综合各数据源，对不同的数据源采用单元格为200 m×200 m进行分析，共划分出680个计算单元。

2.2 致灾因子确定及权重分配

综合珠海市地形地质环境条件、地质灾害发育特征及地质灾害影响因素，其中基础因子（地质环境背景）选取地形坡度、地貌类型、地质构造、地层岩性；引发因子（外界因素）选取降雨量和人类工程活动这6项指标作为地质灾害危险性划分的评价指标。根据刘佳等[7]、吴舒天等[14]以及近些年珠海市地质灾害应急调查报告（表），采用定量、半定量的方法，研究各致灾因子与地质灾害空间分布的对应关系和内在联系，确定各致灾因子的权重值分配（表1）。

2.3 致灾因子分级量化及归一化

致灾因子按照不同级别的相对贡献来取值，将其量化及归一化[15-18]（表2），各致灾因子分级量化及归一化后，再进行200 m×200 m栅格化处理，可得到各致灾因子的分级归一化分布图（图2-图7）。

2.4 致灾因子叠加成图

采用ArcGIS的栅格计算工具，按以下公式将6个致灾因子的分级归一化图同权重叠加计算，形成珠海市地质灾害危险性指数栅格图，再利用ArcGIS提供的自然间断法，制作形成地质灾害危险性等级单元格图[19－23]（图8）。

表1 致灾因子权重值分配表Table 1 Weight value distribution of disaster factor

表2 致灾因子量化及归一化Table 2 Quantification and normalization of disaster－causing factors

图2 地形坡度分级归一化图Fig.2 Grading normalization map of Terrain Slope

图3 地貌类型分级归一化图Fig.3 Hierarchical normalization map of geomorphological types

图4 地质构造分级归一化图Fig.4 Hierarchical normalization map of geological structures

图5 地层岩性分级归一化图Fig.5 Classification normalization map of rocks

图6 降雨量分级归一化图Fig.6 Grading Normalization map of rainfall

图7 人类工程活动分级归一化图Fig.7 Scaled normalization map of human engineering activity

式中：SI－地质灾害危险性综合指数；Wi－各致灾因子权重；IFi－各致灾因子归一化值。

3 地质灾害巡查单元划分

地质灾害巡查单元划分是在地质灾害危险性等级划分的基础上，叠加村界、地质灾害年度巡查路线和面积，然后形成不同等级的地质灾害巡查单元。

3.1 巡查单元划分因素分析

由于地质灾害巡查员在巡查过程中采用方形巡查单元格划分是不可操作的，应考虑地质灾害巡查员在巡查过程中是以所在村行政边界范围的事实，综合地质灾害点分布位置、地质灾害危险性分区、地质灾害预警等级等因素，采取相应的地质灾害巡查制度。因此，地质灾害巡查单元划分需叠加多方面因素后进行综合划分，成果才能真正为地质灾害巡查管理提供便利，提高地质灾害巡查工作效率。为此，本文根据珠海市地质灾害危险性分区和珠海市地形地理特征，为地质灾害巡查员设计了地质灾害巡查路线。地质灾害巡查路线是巡查员根据现有地质灾害巡查制度，基于地质灾害预警等级，对地质灾害危险性相同等级范围内各地质灾害点串联起来可通行的路线。巡查路线长度是不同地质灾害危险性等级范围内地质灾害巡查路线的总和。

图8 珠海市地质灾害危险性等级单元格图Fig.8 Risk level unit map of the geological hazard in Zhuhai

在地质灾害巡查单元划分之前，首先对各村不同地质灾害危险性等级面积和巡查路线长度进行统计。因此，采用村界切割地质灾害危险性等级单元网格数据，令危险性等级单元格和村界相交，通过ArcGIS软件中的相交分割功能，按村统计不同地质灾害危险性等级面积及巡查路线长度。以2018年为例，珠海市共155个村存在地质灾害安全隐患，则按上述方法分别计算出珠海市各村不同地质灾害危险性区面积（表3）。

作为地质灾害巡查员，在地质灾害预警信息发布后，不是对所有的地质灾害危险区域做巡查，而是基于不同预警级别和不同地质灾害危险性分区，采取不同的地质灾害巡查制度。按照珠海市地质灾害巡查工作标准：当地质灾害预警信息达到三级（黄色）以上，则需进行地质灾害巡查工作。其中地质灾害预警信息为三级（黄色）时，需要对危险性高的区域做巡查；当地质灾害预警信息为二级（橙色）时，需要对危险性高和中的区域做巡查；当地质灾害预警信息为一级（红色）时，需要对危险性高、中、低的区域均做巡查。因此，可以按照以下公式来计算各村在每年发布地质灾害三级及以上预警信息后需要巡查的总面积。

式中：S－年巡查总面积；A－高危险区面积；B－中危险区面积；C－低危险区面积；X－每年三级预警次数；Y－每年二级预警次数；Z－每年一级预警次数。

以2018年为例，珠海市共发布地质灾害预警信息一级1次、二级2次、三级5次。按上示公式计算珠海市存在地质灾害安全隐患的155个村年度巡查面积（表4）。

表3 2018年珠海市各村地质灾害不同危险性区域面积统计表Table 3 Risk unit area of geological hazards in each village of Zhuhai City in 2018

表4 2018年度珠海市各村地质灾害巡查总面积统计表Table 4 Total area of geological hazard inspection in each village of Zhuhai City in 2018

3.2 巡查单元划分结果

将珠海市存在地质灾害安全隐患的各村年度巡查面积范围、巡查路线映射到地质灾害危险性等级单元格图中，最后形成珠海市地质灾害巡查单元划分图（图9）。从图中可以看出：珠海市地质灾害重点巡查区（巡查频率高）、且面积大的区域主要有4个，分别是香洲区情侣南路-情侣中路公路沿线削坡区、高栏港经济区南水镇周边村民建房削坡区及高栏岛南部公路沿线削坡区、斗门区平沙镇连湾村村民建房削坡区；地质灾害次重点巡查区（巡查频率较高）、且面积较大的区域主要有7个，分别是高新区淇澳岛公路沿线削坡区、情侣北路以西村民建房削坡区、横琴新区村民建房削坡区、金湾区三灶镇村民建房削坡区、高栏港经济区高栏岛西部公路沿线削坡区、斗门区井岸镇-斗门镇南部村民建房削坡区以及斗门镇北部大赤坎村村民建房削坡区。以上划分出的地质灾害重点巡查区和次重点巡查区可以有效指导地质灾害管理部门按轻重缓急预防和监测地质灾害发育情况，特别在汛期（4～10月），着重安排专业地灾巡查队伍和各村地灾巡查员重点排查、巡查和监测的区域。该结果也可为珠海市地质灾害预警中心发布地质灾害预警信息时提供借鉴、为地质灾害防治部门和应急抢险技术中心防灾减灾工作提供地学依据。

4 结论

（1）统计了珠海市地质灾害类型与数量，采用单元格为200 m×200 m对全市存在地质灾害风险的155个村进行了地质灾害危险性单元划分，共划分出680个计算单元。

（2）在地质灾害危险性等级划分的基础上，叠加村界、地质灾害年度巡查路线和面积，划分出高危险区75.66 km2、中危险区191.56 km2、低危险区275.37 km2；进而确定了地质灾害重点巡查区4个、次重点巡查区7个。

（3）珠海市地质灾害地质灾害巡查单元划分进一步完善了珠海市地质灾害巡查管理工作，同时为巡查员及时、高效、精确巡查地质灾害提供了便利。

图9 珠海市地质灾害巡查单元划分图Fig.9 A map of the geological disaster inspection unit in Zhuhai