基于三维倾斜摄影及GIS技术的华蓥山康养城地质环境危险性评价

马天华，廖禄云，陈国辉，刘泊雷，石元帅

基于三维倾斜摄影及GIS技术的华蓥山康养城地质环境危险性评价

马天华1，2，廖禄云1，2，陈国辉2，刘泊雷2，石元帅2

（1.四川省天晟源环保股份有限公司，成都 610037；2.四川省地质工程勘察院集团有限公司，成都 610072）

本文在分析三维倾斜摄影成果及研究区地质环境条件的基础上，利用GIS技术，选取了高程、坡向、坡度、曲率、地层岩性、与采空区的距离、与公路的距离、地质灾害面密度等8个评价指标，采用信息量法对研究区进行地质环境危险性评价，将研究区划分为低危险区、中危险区、高危险区，并对各危险区进行评价，在此基础上，提出了防治措施建议。结论可作为华蓥山康养城规划建设的地质基础支撑。

华蓥山康养城；倾斜摄影；GIS；信息量法；危险性评价

为贯彻落实习近平总书记关于“推动成渝地区双城经济圈建设”的部署，四川省广安市拟加快推进华蓥山康养城的建设。华蓥山康养城定位是打造资源枯竭型城市转型的发展典范、高品位深度休闲体验的旅游典范、传承历史文脉的人文典范、构建投资乐土的宜业典范，集文化朝圣体验、避暑养生度假、生态观光探奇、娱乐休闲运动等功能为一体的国际立体山地休闲度假旅游目的地①基于三维倾斜摄影技术的华蓥山康养城地质环境风险评价报告. 四川省地质工程勘察院集团有限公司，2019.。

然而，华蓥山康养城规划区由于历史采矿等一系列人类工程活动，引发了较多的地质环境问题，对华蓥山康养城规划建设带来一定的影响。三维倾斜摄影技术能为研究区提供较为全面直观的地形数据、地质灾害发育情况等地质环境要素，结合GIS技术对研究区进行地质环境危险性评价，为华蓥山康养城规划建设提供地质基础支撑。

图1 控制点布设及研究范围图

1 研究区概况

华蓥山康养城位于广安市华蓥市及邻水县中部，地处亚热带湿润季风气候区，四季分明，多年平均气温17.2℃，多年平均降雨量1082.2mm。地貌类型为低山—低中山地貌，华蓥山中段的西翼大部分是低山，只在海拔超过1000m的华蓥山背脊一带，分布有低中山地貌。地层岩性主要有二叠系、三叠系及第四系之黏性土、碎块石土、泥岩、砂岩、页岩、灰岩等，岩性岩相变化较大。研究区处于华蓥山复式背斜中段，地质构造较为复杂。滑坡、崩塌、地面塌陷等地质灾害较为发育，地质环境问题较为突出②华蓥山景区李子垭村—704转播站片区建设用地地质环境危险性评估报告. 四川煤田一四一建设投资有限公司，2018.③华蓥山景区李子—椿木坪片区建设用地地质环境危险性评估报告. 四川煤田一四一建设投资有限公司，2013.。

2 数据采集及处理

2.1 数据来源

数据采集采用电动垂降固定翼无人机CW-15，搭载五镜头倾斜云台，布设12个像控点、8个检查点及2个水泥桩控制点（图1）。正射影像时，旁向重叠度40%，航向重叠度70%；倾斜影像时，旁向重叠度75%，航向重叠度85%。完成了38km2（其中，研究区27.78km2）的航飞影像分辨率0.1m的倾斜摄影测量数据采集，形成了正射影像（DOM）、高程模型（DEM）以及全景三维模型等成果（表1）。

2.2 数据提取及处理

（1）根据倾斜摄影的成果，解译出地形地貌、地层岩性、水系、人类工程活动、地质灾害（滑坡、不稳定斜坡、崩塌、地面塌陷）等地质环境条件及地质环境问题。

表1 研究区倾斜摄影工作量

（2）基于倾斜摄影技术的基础上，利用GIS技术，提取高程、坡向、坡度、曲率、地层岩性、与采空区的距离、与公路的距离、地质灾害面密度等数据。

3 地质环境危险性评价

3.1 评价方法

本次评价采用信息量法，信息量法的理论基础是信息论，用于地质环境危险性评价的主要思路是根据对已知灾害的现实情况提供的信息，把影响因素的实测值转化为反映地质环境的信息量值。地质现象()受多种因素(x,=1,2,的影响，各种因素所起作用的大小、性质是不相同的。因此，对于区域地质问题要综合研究其影响因素类别和具体状态的组合，而不是停留在单个因素上。地质产生与否是与预测过程中所获取的信息的数量和质量有关的，用信息量来表示即为：

图3 危险性评价体系图

根据条件概率运算，上式可进一步写成：

I(y,xx…x)=I(y,x)+Ix(y,x)+…+Iy,xx…x(y,x)（2）

式中：I(y,xx…x)—因素组合xx…x对地灾所提供的信息量；P(y,xx…x)—因素xx…x组合条件下滑坡发生的概率；I(y,x)—因素x1存在时，因素x对地灾提供的信息量；—地灾发生的概率。

公式（2）说明：因素组合xx…x对地质环境所提供的信息量等于因素x1提供的信息量，加上因素x1确定后因素x对地质环境提供的信息量，直至因素xx…x确定后，x对地质环境提供的信息量。从而说明区域地质信息预测是充分考虑因素组合的共同影响与作用。

3.2 评价指标体系的建立

根据华蓥山康养城地质环境条件及人类工程活动的影响，遵循评价因子简明性、代表性和可操作性的原则，并考虑现有数据与GIS技术功能的局限性等条件，最终选取了地形地貌、地质环境、人类工程活动、灾害特征作为评价指标（白玉明，2019；袁茂珂等，2021；陈国辉等，2019；贺鹏等，2016；詹庆明等，2016；朱良峰等，2002）（图2）。

图2 重分类对话框界面

3.3 危险性分析与计算

（1）各评价指标的重分类

在实际情况中，某些因素对地质环境的影响并不完全是按要素量的增加而成正比增加的，而往往在一个数量范围内对地质环境的影响是稳定的，如距离道路2m和距离道路5m的地方其对地质环境的影响可能几乎是一样的，而150m则可能与5m的地方有较大的差异。因此，需要对部分连续数据重新分类。首先Spatial Analyst Tools中Reclass模块中的Reclassify工具，将各因子栅格图层进行重分类，随后计算出i等级所占的面积与研究区总面积比值，及分级面积比。以高程分级面积比计算为例，根据研究区地形条件高程分级为：0～200、200～400、400～600、600～800、800～1000、1000～1200、>1200；分类主要在ArcGIS空间分析模块中利用reclassify命令完成（图3）。

表2 高程评价因子重分类分级

表3 坡度评价因子重分类分级

表4 坡向评价因子重分类分级

参照区域地质环境危险性评价分级赋值形式，并依据诱发滑坡、崩塌、地面塌陷、不稳定斜坡等地质环境问题的可能性，根据《矿山地质环境保护与恢复治理方案编制规范》附录 E、2003年全国山洪灾害防治规划组定制的《山洪灾害防治规划地形地质区划技术细则》等技术标准对各个评价因子分级，各评价因子重分类情况见表2～9。

表5 曲率评价因子重分类分级

表6 地层岩性评价因子重分类分级

表7 与公路的距离评价因子重分类分级

表8 与采空区的距离评价因子重分类分级

表9 地质灾害面密度评价因子重分类分级

（2）信息量值计算

将各图层因子的属性表和对应的与地质灾害分布作“乘”运算后得到的各图层因子的属性表存为Excel表格，在Excel中按如下公式计算出每个图层各类的信息量值：

式中：为研究区像素总数；为研究区内含有滑坡分布的像素总数；S为研究区内含有评价因素x的像素数；N为分布在因素x内特定类别内的灾害点像素数。

最终得到8个图层因子内各类别的信息量值（表10～17）。然后按照各类别与对应的信息量之间的关系，对各类别赋其对应的信息量值，得到8个信息量图层。

表10 高程和灾害点的关系及其对应的信息量值

表11 坡度和灾害点的关系及其对应的信息量值

表12 坡向和灾害点的关系及其对应的信息量值

表13 曲率和灾害点的关系及其对应的信息量值

表14 地层岩性和灾害点的关系及其对应的信息量值

表15 与采空区的距离、灾点关系及对应的信息量值

表16 与公路的距离、灾点关系及对应的信息量值

表17 灾害点和灾害点的关系及其对应的信息量值

根据高程、坡度、坡向等8个指标的信息量值在-3.16～21.5之间，信息量值与地灾害危险性呈正比，信息量值越大，表明该区域发生地灾的概率越大，危险性等级也越高。

3.4 危险性评价结果及区划

完成所有评论因子信息量值栅格图层以后，运用Spatial Analyst Tools中的Map Algebra模块的RASTER Calculatr 工具，将评价因子信息值叠加，得到研究区总信息量值。并运用Reclassify工具对其进行重分类为低危险区、中危险区、高危险区三个区。

表18 研究区地质环境危险性程度分区特征表

高危险区以滑坡、地面塌陷较为发育，不稳定斜坡、崩塌（危岩）次之，发育密度为1.52个/km2；地形坡度一般在35°～45°之间；岩性多为软硬相间的紫红色砂岩、砾岩与泥岩、页岩不等厚互层，且岩层倾角多小于地形坡度；褶皱、断裂发育；在暴雨或连续降水条件下易引发地质灾害发生。按重点防治区进行地质灾害风险管控，不应进行人工切坡，防止人类工程活动引发灾害发生，尽量避开地质灾害危险区域或地段，无法避免时应进行工程治理。

中危险区主要发育不稳定斜坡为主，次为崩塌（危岩），发育密度为0.59个/km2；地形坡度一般在20°～30°之间；岩性以灰岩、白云质灰岩、钙质泥岩为主，且岩层倾角多与地形坡度接近；褶皱、断裂较为发育；在暴雨或连续降水条件下较易引发地质灾害发生。按次重点防治区进行地质灾害风险管控，应尽量避免人工切坡，对现有隐患点采取合适的防治措施，加强边坡稳定性监测。

低危险区主要发育滑坡、崩塌（危岩）为主，发育密度为0.28个/km2；地形坡度一般15°～30°；岩性以砂岩、泥岩为主且岩层倾角多大于地形坡度；受褶皱、断裂的影响较大；在暴雨或连续降水条件下可引发地质灾害发生。按一般区进行地质灾害风险管控，加强群策群防。

图４ 研究区地质环境危险性程度分区图

3.5 防治措施建议

本评价结果可作为研究区规划建设的地质依据，根据前述评价结果，提出如下建议：①应结合地质环境条件进一步优化相关规划内容；②建设时应加强地质灾害危险性评估；③必要时，应对地质灾害进行治理；④建立健全群测群防体系，落实地质灾害防治责任制。

4 结论

（1）满足精度要求的倾斜摄影技术可以较高效率的情况下提供评价所需各项因子。

（2）在倾斜摄影成果的基础上，采用GIS技术提取了高程、坡度、坡向、曲率、与采空区的距离、与公路的距离、地质灾害面密度等8个评价指标，并进行了分析与计算，结果与实际较为符合。

（3）采用信息量法对研究区进行地质环境危险性评价，评价结果与实际情况较为接近。

（4）本地质环境危险性评价结果可作为华蓥山康养城规划建设的地质基础支撑。

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Geological Environment Risk Assessment of Kangyang City of Huaying Mountain Based on 3D Oblique Photography and GIS Technology

MA Tian-hua1,2LIAO Lu-yunn1,2CHEN Guo-hui2LIU Bo-lei2SHI Yuan-shuai2

(1-Sichuan Tianshengyuan Environmental Protection Co., LTD., Chengdu 610037; 2-Sichuan Geological Engineering Survey Institute Group Co., LTD., Chengdu 610072)

Based on the analysis of 3D oblique photography results and geological environment conditions of the study area, this paper uses GIS technology to select eight evaluation indexes, including elevation, slope direction, slope, curvature, stratum lithology, distance from goaf, distance from highway, and geological hazard surface density, and uses information volume method to evaluate geological environmental risk of the study area. The study area is divided into low risk area, medium risk area and high risk area, and each risk area is evaluated. On this basis, the prevention and control measures are proposed. It can be used as the geological base support for the planning and construction of Huaying Mountain health care city.

Huaying Mountain health city; oblique photography; GIS; information volume method; risk assessment

P237

A

1006-0995（2022）04-0695-06

10.3969/j.issn.1006-0995.2022.04.030

2022-11-04

马天华（1976— ），男，重庆石柱人，本科，高级工程师，主要从事环境保护方面的工作.

陈国辉（1977— ），男，福建漳浦人，正高级工程师，主要从事水工环地质方面的研究工作