基于ArcGIS 的地质灾害易发性分区评价——以永泰县为例

余浚哲

（福建省煤田地质勘查院 福建福州 350001）

1 绪论

1.1 选题背景及意义

福建省地处我国东南沿海，面朝大海背靠大山，闽西闽中两列大山贯穿福建南北，境内山地丘陵多，孕灾地质条件好，强降雨频发，且受经济发展的影响，人类工程活动较多，发生滑坡、崩塌、泥石流等灾害的频率较高。地理环境信息测绘系统（以下简称GIS）是在应用计算机信息科学，测绘学等技术基础上逐步发展壮大起来的一门基于空间数据采集处理分析交叉应用技术。本文主要依据GIS 的空间数据分析处理功能，对永泰县区域进行多个地质自然灾害风险易发区域的区划，为开展地质自然灾害风险防治研究提供重要依据。

1.2 国内外研究现状

（1）国外研究现状。国外发达国家将GIS 用于地质灾害方面研究起步较早，研究成果显著。1986 年，美国的Brabb Earl E.利用GIS 软件进行数据采集分析、编辑气象绘图等基本功能实现加利福尼亚San Mateo 地区地质灾害。1987 年，美国的Wentorth Carth M.和Ellen Strphen D.等多位学者运用GIS 对汶川区域地质工程中的地质状况作进一步的调查分析并取得不错的研究成果。1991 年，美国的campbell russellh 等学者运用GIS 对汶川滑坡地震灾害影响空间进行预测。1997 年，C.J.van Westen 等划分出滑坡灾害区划。2006 年，塞内加尔的M.Fall对达喀尔西南地区海岸山体滑坡灾害危险性等级区划。

（2）国内研究现状。国内学者于20 世纪80 年代开始进行研究。1994 年，雷明堂等应用综合地理环境信息分析系统（GIS）技术对塌陷危险地区评价影响危险因素分析，研究地区的整体塌陷，对危险区域的评价。2006 年，张有全等用GIS 区域空间梯度分析地质危险性灾害评价模型理论，研究某构建我国地质发生灾害区域发育度划分模型，采用“3S”分析技术对北京市延庆县区域进行空间分析，得到该区域地区的地质易发性灾害区域梯度划分。2009 年，许冲等通过GIS 技术与层次分析法划出地区的易发性区。2012 年李艳珠等基于高度层次综合分析法与深度GIS 综合分析法等技术，对多个研究区的火山岩溶断层塌陷情况进行深入研究。同年樊高峰等对浙江省的大型暴雨火山灾害事件进行风险评估并对其危险性进行评价，采用GIS 技术分析各个评价因子，最终得出评价结果与实际影响基本一致。2021 年，王景致等运用GIS 分析与层次分析法（AHP）对所选取的评价因子进行了分析，对研究的输电线路通道地质灾害进行了危险性划分及评价。

1.3 研究内容

本文以福州市永泰县为研究对象，收集相关资料与野外调查相结合，通过对收集到的资料进行整理转为数字资料，得到地质灾害数据。通过收集分析已公布发生的我国地质自然灾害相关信息，对永泰县事件发生时期地质灾害发生地区的经济发展趋势、发生灾害原因等基本条件进行分析，确定影响评价程度因子。本文采用科学定性与综合定量相有机结合的评价方法，通过利用综合定量指数计算法以及利用程度因子加权综合定量评判，对我国地质自然灾害发生易发性的程度因子分区问题进行因子划分上的讨论，最终利用ArcGIS 空间分析技术展示结果。

2 研究区概况

由于在中生代侏罗纪和白垩纪时大量的火山爆发，加上造山运动以来的全新构造运动，导致永泰县内地形作大幅员向上和间歇向上，逐渐构成了近现代的嵯峨地形，并自西南地区逐渐向东北地区偏斜。县内以中低山区居多，多数地方的平均海拔常在500 m～1 000 m，平均高度通常在300 m～500 m，个别地方达千米左右，山势高亢。西北部近千米山峦连绵起伏，山势高大雄伟，断面深切谷，一般海拔高程自西东向起伏下降。东北部山势较缓，平均海拔常在600 m～800 m 左右，点状散布近千米孤峰。大洋、同安、丹云、霞拔、白云质、东洋、盘谷等地构成阶级侵蚀阶面上的小丘和山间小盆地，当中又以同安—大洋盆地相对平缓开阔。

地形、地貌条件是崩塌、滑坡、泥石流等山地区域地质灾害种类与规模的主控原因［1］。地形直接控制了地质灾害的爆发形式，在高大的自然临空面、比较发育的残坡积层，以及软硬岩层体之间的山地和丘陵区，较容易造成崩塌、滑坡［2］。而地形起伏幅度较大、沟谷发育、岩层体碎裂、疏松的丘陵，往往是泥石流的多发地带［3］。永泰全县地貌类型多而复杂，且发育大量不利的地形，因此，永泰县地形地貌有利于崩塌、滑坡等地质灾害发生。

3 地质灾害易发性分区及评价

3.1 分区分析

地质经济灾害影响分区分为定性区域分析与定量分析。定性地区分析主要是由科学经验对一个地质经济灾害分区进行分析，定量分析主要是对直接影响发生地质经济灾害的各个因子要素进行非赋值化的分析。定量分析常用方法主要有统计综合定量指数法和统计综合分析法等，其中统计综合定量指数分析法比较的准确表示和指出各个要素因子对影响地质灾害可能产生的直接影响。近年来，GIS 分析技术和综合指数法相结合成为了研究地质灾害的一种有效方式。

地质灾害的发生由许多不完全确定的地质因素活动造成，目前的定量资料及预估评价分析方法根本无法有效支撑定量分析。本次综合地质地震灾害发生易发性预估评价主要采用地体定性与地质定量有机结合的评价方法，通过运用综合因子指数分析法则并利用综合因子加权综合法对地质地震灾害发生易发性的程度进行分区。在对综合地质地震灾害确定类型的基础上，构建了基于斜坡评价单元的全国区域综合地质地震灾害发生易发性预估评价因子指标体系，由9 项主要因子指标构成：坡度、坡向、高差、坡形、覆盖层面的厚度、岩性与地质岩土混合结构、斜坡地体结构、与地体构造间隙的距离、切坡高度。

3.2 评价方法

因子图层获取：对于坡度、坡向、高差与坡形4 类指标，基于ArcGIS 软件，对DEM 进行表面分析，得到各斜坡单元内坡度、坡向、高差及曲率评价因子图层。对于覆盖层厚度指标，需要基于钻探所获基础数据，选取合理的函数曲线模型来模拟整个研究区覆盖层厚度的分布情况。与构造距离这样的线性指标，则需要先做缓冲区，然后再分析斜坡单元与构造之间的距离。斜坡结构、岩性与岩土结构和切坡高度根据野外实地调查数据统计分类。

（1）坡度：利用前期收集到的高精度DEM 数据，基于ArcGIS 对其进行坡度分析，得到区域坡度分布图、坡度分布图、表面分析重分类、重分类分区图。

（2）坡向：利用高精度DEM 数据，基于ArcGIS 软件对其进行坡向计算，得到区域坡向分布图。同时进行重分类，自定义分类间隔为1，得到重分类坡向分区图。为获取每斜坡单元内的坡向数据，借助ArcGIS 中的分区统计功能，对坡向进行统计分析，可以得到每一斜坡单元所处地理位置坡向最大值、最小值、平均值、范围、众数、标准差等数值。对于坡向指标，本次研究取坡向的平均值为斜坡单元坡向值。

（3）高差：利用高精度DEM 数据，基于ArcGIS 软件对其重分类，自定义分类间隔为1，得到重分类高程分区图。为获取每斜坡单元内的高差数据，必须统计斜坡单元内高程的最大最小值，求差得到高程差。借助于ArcGIS 软件中的高程分区斜坡统计分析功能，对重组并分类后的各个高程斜坡分区统计图数据进行斜坡统计数据分析，快速得到每一个斜坡统计单元所需要处理的地理坐标位置斜坡高程的最大偏差值、最小偏差值、平均值、范围、众数、标准差等相关数值。对于高差指标，直接取上述数据中的＂范围＂即可得到斜坡单元的高差值。

（4）坡形：利用高精度DEM 数据，基于ArcGIS 软件对其进行曲率分析，得到曲率分区图。然后借助ArcGIS 中的分区统计功能，对曲率进行统计分析，可以得到每一斜坡单元所处地理位置曲率最大值、最小值、平均值、范围、众数、标准差等数值。对于两个曲率坡度指标，研究曲率过程中可选取2 个曲率的坡向平均值分别为凸形斜坡曲率单元中的坡向平均值，曲率单元平均值分别为负或正则凸形斜坡为凸型凹形斜斜坡，如2 个曲率平均值分别为正或负则凸型斜坡为凹形斜斜坡，得到曲率分布图。

（5）覆盖层厚度：以野外的实地调查数据为基础，圈定调查区域覆盖层厚度等值线图。

（6）岩性与岩土结构：以野外的实地调查数据为基础对其进行赋值。

（7）斜坡结构：根据野外的实地调查数据，对其进行赋值。

（8）与构造距离：利用收集到的构造断裂数据，基于ArcGIS 软件对其进行缓冲分析，得到构造断裂缓冲区图。然后我们借助ArcGIS 软件中的斜坡分区在线统计分析功能，对建筑缓冲区斜坡进行在线统计数据分析，可以直接得到每一建筑斜坡设计单元所当时处于的地理位置之间相对于每一构造物与缓冲区平行距离的总放大值、最小偏差值、平均值、范围、众数、标准差等相关数值。对于与构造距离指标，研究过程中取与构造距离的最小值为斜坡单元相对于构造断裂带的距离。

（9）切坡高度：根据野外的实地调查数据为基础对分析工具邻域分析缓冲区，设定距离50 m、100 m、300 m、500 m 为缓冲区距离，得到构造断裂缓冲区图。进行重分类，自定义分类间隔为1，得到重分类坡度分区图。为获取每斜坡单元内的坡度数据，借助ArcGIS 中的分区统计功能，对坡度进行统计分析，可以得到每一斜坡单元所处地理位置坡度最大值、最小值、平均值、范围、众数、标准差等数值。对于坡度指标，本次研究取坡度的平均值为斜坡单元坡度值。

根据利用ArcGIS 得出的永泰县地质灾害易发性评价图（见图1），总结出永泰县各级行政地质灾害严重易发区的地理特征分别为：

图1 永泰县地质自然灾害易发性评价

（1）地质灾害高易发区。主要集中在城峰镇、清凉镇、樟城镇、塘前镇、葛岭镇局部，面积约32.6 km2，区域内主要结构分别以紫灰、灰黑色（安山）玄武岩、安山岩、英安岩、（球粒）流纹岩、英安质晶屑熔结凝灰岩、晶屑凝灰熔岩、晶屑凝灰岩等为主，岩性易风化，风化后的产物稳定性较差；斜坡单元坡度主要为25°～35°，斜坡坡向以南、西、东南方向为主，覆盖层及全风化带厚度较厚；一些区域切坡建房等其他人类工程活动较频繁，这些因素为地质灾害的发生提供了有利条件。

（2）地质灾害中易发区。中易发区总面积为834.5 km2。区域南部地势相对低，因坡度较平缓，其地质灾害易发程度相对不高。

（3）地质灾害低易发区。低易发区总面积约1 360.1 km2，主要分布在西南部地势平坦的山区，集中分布在乡镇南部平原区。斜坡坡度较缓、高差较小、覆盖层厚度较薄，人类工程活动对边坡的扰动程度较小，使得地质灾害易发程度低。

4 结论

本文在对地质灾害类型、研究基础上，构建了基于斜坡单元的区域地质灾害易发性评价指标体系，由指标体系9 项因子构成，具体为坡度、坡向、高差、坡形、覆盖层厚度、岩性与岩土结构、斜坡结构、与构造间距离、切坡高度等9 项因子。

将易发性评价结果划分为极高、高、中、低4 个等级，面积分别为0 km2、32.6 km2、834.5 km2、1360.1 km2，面积占比分别为0%、1.5%、37.5%、61.1%，灾害点均分布在高易发区。高易发区主要分布在区内北侧向清凉镇-城峰镇-樟城镇一带；中易发区均匀分布在各个区域；低易发区主要分布南部和中部的洑口乡、嵩口镇和梧桐镇，其余区域零星分布。