基于综合危险性指数法的永新县地质灾害易发程度分区评价

姚 涛，王 辉，张鹏涛

(1.江西省地质局生态地质大队，江西 南昌 330030；2.江西省地矿资源勘查开发有限公司，江西 南昌 330030)

通过开展科学合理的地质灾害易发分区评价，可以达到正确的认识地质灾害发育分布现状、科学地预测地质灾害未来发展趋势的目的，从而为搞好地质灾害“群测群防”的预警预报和相关管理部门制定中长期社会发展规划提供科学依据。近年来，随着RS、GIS以及统计预测模型、模式识别模型等技术方法的进步，众多学者和科研院所等在地质灾害易发程度研究领域引进和更新了众多方法，包括层次分析法(AHP)、RS和GIS法、随机森林模型、信息量法模型、神经网络模型、CF和逻辑回归模型以及综合危险性指数法等。如刘洋等(2013)在ARCGIS平台上选取年降雨量、坡度、植被覆盖率等7个影响因子，应用AHP-信息量法对四川省通江县的地质灾害危险性进行了分区评价，划分了高、中、低3个地质灾害危险区[1]；张俊等(2016)基于GIS平台选取地层岩性、构造、水系、坡度、坡向等7个影响因子，运用信息量模型和逻辑回归模型对三峡库区万州区的滑坡易发性进行了区划研究，对比研究结果认为信息量模型的预测能力大于逻辑回归模型，预测精度较高[2]；Tang et al.(2021)采用10种离散型变量，开发应用随机森林模型对江西万安县的地质灾害易发分区进行了评价，对比分析认为ICR指标的评价精度高于ILR指标[3]。Kahal et al.(2012)利用地形、地质以及地震数据等多个来源的数据集成，基于GIS采用滑坡潜力指数评估了沙特阿拉伯西北部Neom地区的滑坡危险分区[4]；樊芷吟等(2018)基于GIS平台选区地形、地质、构造等9个影响因子，运用信息量模型、逻辑回归模型以及两种模型的耦合分析对汶川县的地质灾害易发性进行了综合评价和对比，认为耦合模型评价较单一模型的评价精度更高，结果更加科学合理[5]。

鉴于永兴县的地质环境条件、地质灾害发育现状以及人类工程活动等特征，本文采用基于地质灾害危险性指数和层次分析模型的地质灾害综合危险性指数法，选取影响地质灾害形成的各类因子，进行地质灾害易发性分区评价，以期合理判别永新县地质灾害易发程度，为地质灾害防治提供依据。

1 研究区概况

永新县位于江西省西部，地处罗霄山脉中段的东侧，地貌以山地、丘陵为主，地势南北高而中部低，年平均降雨量大(约1 552.7 mm)、降雨时空分布差异明显(主要集中于每年4-6月，降雨在南北部多中部少、山区多平原少)、区内地表水系属禾水流域，河流纵横交错、全县森林植被覆盖率达70.8%。在地层岩性方面，区内大面积出露古生代以来的地层，岩浆岩仅在中南部地区有小面积分布，按照岩体岩性、岩石强度及岩体结构类型等特征可将区内工程地质岩组大致可以分为：(1)较坚硬、坚硬的中厚-厚层状砂岩、砂砾岩、页岩岩组；(2)软硬相间的薄-厚层状含煤砂岩、页岩、泥岩岩组；(3)软弱的、薄-厚层状较坚硬的砂岩、砂砾岩、泥岩岩组；(4)软弱、较坚硬的薄层状页岩、砂岩、硅质岩岩组；(5)坚硬的中厚-厚层状中等-强岩溶化灰岩、白云岩岩组；(6)较坚硬、坚硬的薄-厚层状弱岩溶化灰岩、砂岩、页岩岩组；(7)较坚硬、坚硬薄-厚层状板岩、变质砂岩、千枚岩组；(8)坚硬的块状侵入岩岩组。在大地构造位置上，该区位于南华褶皱带之罗霄-雩山褶皱带中段的永(新)-吉(安)坳陷，历经多期构造活动，使得区内地质构造特征独特而复杂，具体表现为加里东运动使得本区发育一系列北北东向-近南北向紧密线形复式褶皱、印支运动使晚古生代盖层隆起并形成开阔褶皱、燕山-喜马拉雅运动早期形成了山间盆地和以高角度正断层为主的脆性断裂，晚期由于强烈挤压扭动形成的韧脆性冲断裂、推覆构造带以及重力滑脱等。

2 地质灾害发育特征

因其地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质与工程地质条件复杂，气象条件独特，加之一些高强度削坡建房、修路、采矿等人类工程活动，导致在全县各乡镇内普遍发育。经1/5万地灾调查，共发现有地质灾害及隐患点620处，主要类型包括滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等，以滑坡和地面塌陷为主，规模主要为中小型。

从已发现的地质灾害(隐患)点来看，滑坡是永新县的主要地质灾害类型，其分布广、危害大。区内共发现有滑坡点201处、滑坡隐患点270处，占灾害(隐患)点总数的75.97%。这些滑坡地质灾害中除1处规模等级为中型外，其余均为小型；主要为土质滑坡(占滑坡总数的67.17%)，其次为碎石土滑坡(占滑坡总数的25.76%)和岩质滑坡(占滑坡总数的7.07%)；且多为新滑坡(占滑坡总数的97.47%)、浅层滑坡(占滑坡总数的99%)；在影响滑坡形成的因素方面，综合成因的滑坡占滑坡总数的75.76%，其次为自然因素(占滑坡总数的23.74%)和人为成因(占滑坡总数的0.51%)。按滑坡运动形式，可以将已发现的滑坡分为推移式滑坡(占滑坡总数的2.53%)和牵引式滑坡(占滑坡总数的97.47%)。

地面塌陷是县域内的次要灾种，调查共发生地面塌陷112处，均为岩溶塌陷。其规模等级均为小型；多为单坑式，仅个别为呈长列式展布的多坑式；绝大多数塌陷已趋稳定，仅个别塌陷尚未稳定。

另外，调查还发现有规模均为小型的10处崩塌和6处泥石流，占灾害点数的5.94%。崩塌体主要为碎块石，以工程崩塌为主，大部分不稳定，主要由人类工程活动诱发；泥石流均为暴雨性泥石流，多发生于低山地区，流域形态以沟谷为主，物质组成上则为水石流。

3 研究方法

本次研究采用定性与定量相结合的方法，在定性分析结果的基础上，结合统计获得的地质灾害综合危险性指数进行分区评价。其中定性分析以地质灾害主要特征为分区依据进行；定量分析的工作流程是(1)依据研究区的地质环境条件、地质灾害发育现状以及人类工程活动等因素选择合理的单元面积运用栅格数据处理方法划分单元网格；(2)根据研究区地质灾害的影响因素(如地质条件、地貌条件以及人类工程活动等)确定评价因子后，采用层次分析法对评价因子进行权重赋值(具体方法参见文献[6])，进而按照相关经验公式[7]计算潜在地质灾害强度指数；(3)对灾害点密度、灾害面积密度以及灾害体积密度等参数归一化处理后，按照经验公式计算获得现状地质灾害强度指数；(4)以评价单元的潜在地质灾害强度指数与现状地质灾害强度指数为参数，依据地质灾害综合危险性指数计算经验公式进行换算叠加，通过对所获的指数值进行统计分析后确定合理的分区区间值从而达到对地质灾害危险性分级的目的，最终形成定量分析结果，划分地质灾害易发程度区。

3.1 单元网格划分

用于评价的单元面积一般可以为1 km×1 km～3 km×3 km，在地质条件变化不大的区域，单元面积可取高限，地质条件复杂或需详细研究的地区，单元面积可取低限[8]。结合永新县独特的地质环境条件及地质灾害发育特点，本次研究工作将县内单元网格面积取0.5 km×0.5 km，最终形成单元网格数为9 082个，其中县界周边的非整数网格有802个。

3.2 评价因子权重赋值

从发现的地质灾害(隐患)点特征来看，研究区内影响地质灾害形成的主要因素以内在因素为主。本次选用地质条件(岩土类型、地质构造)、地貌条件(自然坡度、自然坡高)以及人类工程活动(矿山开采、人工切坡)为主要评价因子，采用层次分析法结构模型进行分析计算，获得各评价因子的权重值分别为0.195 8、0.493 4以及0.310 8(表1)。

3.3 潜在地质灾害强度指数计算

潜在地质灾害强度指数是控制评价单元地质灾害形成的各评价因子充分程度的表度分值与各形成条件权重值的乘积之和。本次研究采用mapgis软件对网格内的各因子进行叠加，获得本区的潜在地质灾害强度指数值为0.558 7～3.475 6，主要集中分布在1.1～2.5之间。

3.4 现状地质灾害强度指数计算

研究区各评价单元的现状地质灾害强度指数主要为崩、滑、流及地面塌陷强度指数。首先进行归一化处理得出灾害个数密度系数(a)，即单元网格面积内的灾害个数与整个区划面积内的灾害个数之比，同理可以得出归一化处理后的面积密度系数(b)和体积密度系数(c)。

经分析计算，永新县崩、滑、流网格区内有值的为181格，占整个网格数的1.99%，其中a=0.871 9～16；b=0.114～106.78；c=0.004 6～22.717，由此计算获得全县的崩、滑、流强度指数R=a+b+c=1.164～130.376；地面塌陷网格区内有值的为91格，占整个网格数的1.001%，其中a=8.251～33.088；b=0.017 5～386.85；由此计算获得全县的地面塌陷强度指数R=a+b=8.29～395.12。

表1 永新县地质灾害易发程度分区评价因子及权重

3.5 地质灾害综合危险性指数计算

根据各单元的地质条件、地形地貌以及人类工程活动等条件按上述方法进行定量统计后，利用MAPGIS空间分析功能[9]，对潜在地质灾害强度指数和现状地质灾害强度指数分别取权重值=0.6和0.4后进行换算叠加分析，获得各评价单元的地质灾害综合危险性指数Z=0.335 2～159.015 1。

3.6 易发程度分区

依据地质灾害综合危险性指数值区间分布特征，按其主要拐点(0.38、0.7、1.16)进行取值，根据取值范围进行地质灾害易发区划分，将研究区的地质灾害综合危险性指数(Z值)划分为4级，其中Z>1.16为地质灾害高易发区，有3 379个单元网格，占整个单元网格数的37.21%；0.7

4 分区结果与分区评价

4.1 分区结果

以定性与定量评价相结合的方式，将永新县地质灾害易发程度分区划分为4个区域，即高易发区、中易发区、低易发区和不易发区。其中高易发区分布于永新县北部的龙田-龙门-芦溪以北和南部的三湾-曲白-坳南一带，分区面积约1 285.71 km2，占全县总面积的58.61%，分区内已发现有地质灾害点405处，占灾害点总数的65.53%。中等易发区分布于永新县中部的文竹镇、烟阁乡、才丰乡一带，分区面积497.76 km2，占全县总面积的22.69%；已发现灾害点103处，占灾害点总数的16.67%。低易发区分布于永新县中西部的龙田-澧田-高市以南和东部的怀忠镇一带，分区面积约234.24 km2，占总面积的10.68%；已发现灾害点30处，占灾害点总数的4.85%。不易发区分布于永新县中部的台岭-龙门-象形一带，分区面积约175.89 km2，占总面积的8.02%；已发现灾害点3处，占灾害点总数的0.48%。

4.2 分区评价

地质灾害高易发区地貌以中山、低山为主，在中乡至永新县城一带以丘陵及堆积平原为主。自然坡高一般8～60 m，自然坡度15°～40°。区内多年平均降雨量1 321.6～1 346.5 mm。岩土类型以碎屑岩、碳酸岩以及变质岩为主，其次为松散岩类。地质构造活动较强烈，可分基底褶皱和盖层褶皱。公路切坡、切坡建房等人类工程活动强烈，房后及公路切坡高1.5～35 m，坡度35°～80°。区内已发现的地质灾害点共405处，其中滑坡136处，崩塌8处，地面塌陷52处，泥石流5处，灾点密度0.32处/km2。区内滑坡隐患184处，崩塌隐患20处。

地质灾害中易发区地貌以侵蚀构造高丘及堆积平原为主；山体坡度一般为20°～35°，沟谷多呈“U”形，局部地段基岩裸露，植被良好。区内多年平均降雨量1 355.9左右。岩土类型以松散岩体为主，地质构造较复杂。区内切坡建房、公路切坡等人类工程活动较强烈。房后切坡及公路切坡高2～25 m，坡度32°～85°。区内共有地质灾害点103处，其中滑坡54处，崩塌1处，地面塌陷48处。灾点密度0.21处/km2，隐患点共74处，其中滑坡隐患73处，崩塌隐患1处。隐患点密度0.15处/km2。

地质灾害低易发区内地貌为丘陵及堆积平原为主；自然斜坡较矮，山体坡度一般为15°～25°，沟谷多呈“U”形，植被良好。区内多年平均降雨量1 405.6 mm左右。岩土类型以松散岩体为主。区内切坡建房、公路切坡等人类工程活动较强烈。房后切坡及公路切坡高1.5～10 m，坡度45°～85°。区内灾害类型为滑坡、地面塌陷，共有地质灾害点30处，其中滑坡9处，地面塌陷12处。灾点密度0.21处/km2。地质灾害隐患点共74处，其中滑坡隐患73处，崩塌隐患1处。地质灾害隐患点密度0.12处/km2。

地质灾害不易发区内地貌以丘陵及堆积平原为主；自然斜坡较矮，山体坡度一般为15°～25°；岩土体类型主要为松散岩类及红色碎屑岩类为主。区内地形较平坦，公路切坡、切坡建房等人类工程活动不太强烈。区内地质灾害隐患点3处，地质灾害点密度0.02个/km2。

5 结语

(1)在层次分析模型基础上选取地质条件、地形地貌、人为条件为评价因子并赋权重值，获得永新县潜在地质灾害强度指数为0.558 7～3.475 6；利用归一化处理后得出的灾害个数密度系数、面积密度系数和体积密度系数计算获得永新县崩、滑、流强度指数为1.164～130.376，地面塌陷强度指数为8.29～395.12。通过换算叠加获得永新县地质灾害综合危险性指数为0.335 2～159.015 1。

(2)依据地质灾害综合危险性指数(Z值)分布区间统计结果，可以将本区地质灾害易发程度分区划分为4个，即Z>1.16为地质灾害高易发区；0.7

(3)依据地质灾害易发区主要特征进行的定性评价与依据地质灾害综合危险性指数综合进行的地质灾害易发程度分区结果与实地调查的灾害点、隐患点分布基本吻合，较为准确的反映了地质条件、地形地貌条件以及人为条件对地质灾害形成的控制作用和规律。可以为下一步地质灾害防治分区和评价提供科学依据。