基于GIS与信息量模型法的山东省蒙阴县地质灾害易发性评价

康鹏宇　孙士伟　林清禄　周媛　李月宝　肖丙建　焦永鑫　孙超　刘成帅

摘要：蒙阴县位于山东省东南部，岱崮地貌分布范围较广。近年来，随着人类工程活动的增强，崩塌滑坡泥石流灾害进一步加剧。本文在山东省蒙阴县1∶5万地质灾害风险普查的基础上，结合最新的遥感信息，选取坡度、起伏度、工程地质岩组、地质构造、地貌类型5个影响因子作为研究区地质灾害易发性的评价指标，采用信息量模型法对各评价因子进行信息量计算，通过GIS空间分析平台，建立了蒙阴县地质灾害易发性评价体系，为蒙阴县有效开展防灾减灾救灾工作，切实保障经济社会可持续发展提供有效的科学决策依据。研究区划分为地质灾害高易发区、中易发区、低易发区、非易发区４个等级，特征曲线（ROC）的线下面积（AUC）精度检验值为0.833，表明评价精度较高。

关键词：GIS;信息量模型法；地质灾害；易发性；蒙阴县；山东省

中图分类号：P694文献标识码：Adoi：10.12128/j.issn.16726979.2023.06.006

引文格式：康鹏宇，孙士伟，林清禄，等.基于GIS与信息量模型法的山东省蒙阴县地质灾害易发性评价［J］.山东国土资源，2023，39（6）：3743.KANG Pengyu， SUN Shiwei， LIN Qinglu， et al. Susceptibility Assessment of Geological Disasters in Mengyin County in Shandong Province Based on GIS and Information Model［J］.Shandong Land and Resources，2023，39（6）：3743.

0引言

地质灾害包括自然因素或者人为活动引发的危害人民生命和财产安全的山体崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝、地面沉降等与地质作用有关的灾害。地质灾害易发性指一定区域内由孕灾地质条件控制的地质灾害发生的可能性。地质灾害威胁人类安全，造成大量经济损失，给国家和人民带来巨大危害。为此，各省、市、县相继开展了地质灾害易发性评价及研究工作［19］。

目前，GIS已经成功应用在政府管理、资源保护、环境保护、城市规划建设等很多领域。随着我国经济的发展，GIS在地质灾害防治、测绘、交通运输等领域发挥着举足轻重的作用，GIS的应用主要包括综合分析评价与模拟预测。GIS信息量法是用地质灾害发生时嫡值的多少来反映地质灾害的易发性。基于GIS平台，建立评价模型，确定地质灾害与致灾因子之间的相关性，计算诱导因子对地质灾害所提供的信息量值。

基于山东省蒙阴县1∶5万地质灾害风险普查成果，根据地质灾害的发育分布规律及地质环境条件，选取影响地质灾害现状和地质灾害发生、发展的坡度、起伏度、工程地质岩组、地质构造、地貌类型5个因素作为影响因子，基于GIS和加权信息量模型进行蒙阴县崩塌、滑坡、泥石流地质灾害易发性评价，采用ROC曲线进行精度验证，为蒙阴县地质灾害防治及地质灾害预警提供依据。

1研究区概况

研究区位于山东省中南部、沂蒙山区的腹地，面积约1605.0km²。研究区地处暖温带半湿润大陆性季风气候区，南部水汽输送条件较好，降水量明显大于北部。研究区属淮河流域沂沭河水系，水系发育，支流众多，主要河流有东汶河、梓河、蒙河等。研究区总体地势南北高，中间低，由西向东逐渐倾斜。南部山区海拔一般400～1 000 m，北部、中南部低山丘陵区海拔一般200～500 m，中部山间平原区海拔一般低于200 m。研究区地层自太古代、古生代、中生代和新生代均有出露，呈NW—SE向展布，第四纪地层多分布于山间沟谷地带；主要断裂为泰安大断裂、新泰蒙阴断裂、金星头断裂和夏蔚断裂；岩浆活动较强烈，主要活动时期为太古代、元古代及中生代。

从空间上看，研究区地质灾害点主要发生在东北部、西南部低山丘陵区。截至2020年12月，研究区共发育崩塌、滑坡、泥石流地质灾害点90处，其中，滑坡15处，崩塌68处，泥石流7处（表1，图1）［1011］。

2GIS分析和信息量法模型

2.1数据来源

高空间分辨率遥感正射影像由国家高分辨率对地观测系统山东临沂数据与应用中心提供。影像时效性不超过2年，在地质灾害隐患分布区域无云覆盖，整体云雪覆盖率不大于5%，数据配准精度满足1∶1万遥感影像图制图要求，影像无重影、模糊现象，各种地物边缘清晰明确，线状和面状地物完整。

2.2GIS分析

基于GIS空间分析的因子信息采集方法，用1∶1万地形图提取基础地理信息;用遥感影像提取坡度、起伏度信息;构造及工程地质岩组主要从1∶5万地质图上提取。

2.3信息量模型

地质灾害的形成受多种因素影响，信息量模型反映了一定地质环境下最易致灾因素及其细分区间的组合；具体是通过特定评价单元内某种因素作用下地质灾害发生频率与区域地质灾害发生频率相比较。地质灾害发生的总信息量：

3评价因子

通过分析研究区地质灾害的发育分布规律及地质环境条件，将地质灾害现状和影响地质灾害发生、发展的因素作为影响因子，选择坡度、起伏度、工程地质岩组、地质构造、地貌类型5个影响因子作为地质灾害易发性的评价指标。离散型因子为工程地質岩组和地貌类型，连续型因子有坡度、起伏度和距断层距离［1216］。各评价因子分级见图2。

3.1坡度

由研究区数字高程图形（DEM）得到蒙阴县山区的地形坡度数据，地形坡度范围0°～65°。选取10 m×10 m的网格，面积为0.000 1 km²的分析窗口来计算评价网格内的平均坡度。根据地形坡度分为<10°、10°～20°、20°～30°、30°～45°、45°～60°、和>60°等6类。地质灾害点一般分布在地形坡度大于20°的地区。随着地形坡度的增加，灾害点数量增加的趋势明显。当地形坡度小于20°时，地质灾害点极少。

3.2起伏度

地形起伏度是指在限定面积范围内的地表上高程差的最大值，它是坡度的一种延伸观念，地形起伏度可以直观的反映地形起伏特征。在DEM数据基础上利用ArcGIS的空间分析工具邻域统计计算出限定尺度范围内的最大高程值與最小高程值，将2个数的差值确定为起伏度。选取10 m×10 m的网格，面积为0.000 1 km²的分析窗口来计算评价网格内的起伏度。地形起伏度分成平坦（<10 m）、微起伏（10～20 m）、小起伏（20～30 m）、中起伏（30～45 m）及大起伏（>45 m）5类。随着地形起伏高度的增加，崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害隐患的数量逐渐增多，当起伏高度达20～30 m时隐患数量达到最大，之后随着起伏高度的增加逐渐减少。

3.3工程地质岩组

不同岩性的物理力学性质不同，导致地质灾害在不同岩层中的发育程度不同。根据地层出露情况及工程地质特征，将研究区岩土体分为坚硬块状侵入岩岩组、坚硬的块状变质岩岩组、坚硬、较坚硬的中厚—厚层状灰岩岩组、较坚硬的中厚—厚层状碎屑岩岩组、较坚硬的薄层状页岩夹灰岩岩、坚硬较坚硬的薄层状页岩砂岩夹灰岩岩组、以黏性土、砂砾石为主的双层结构土、以黏性土为主的单层结构土8类。研究区坚硬的块状变质岩岩组、较坚硬的薄层状页岩夹灰岩岩组中地质灾害点分布较多，这与其岩土体结构本身为易于风化的岩浆岩或相对较软的页岩上覆相对较硬的灰岩，在构造作用、沉积作用、风化剥蚀作用等各种内外应力作用下形成的崮形地貌有直接关系。

3.4距断层距离

根据断裂发育分布的实际情况，将研究区地质灾害距断层距离情况分为＜0.5 km、0.5～1 km、1～1.5 km、1.5～3 km、＞3 km共5类。断层附近岩土体往往比较破碎，破碎的岩土体极易发生地质灾害。往往距断层越远发生地质灾害的可能性越小，而研究区泥石流分布区主要分布在断层距较大的区域。

3.5地貌类型

根据研究区1∶5万地貌图，地貌类型分为山区和平原，其中山区又划分为中山、低山、丘陵。研究区低山地貌的地质灾害隐患点数量最多，共75处，占地质灾害隐患点总数的83.33%；其次为丘陵地貌，地质灾害隐患点10处，占地质灾害隐患点总数的11.11%；中山地貌地质灾害隐患点5处，占地质灾害隐患点总数的5.55%。

4地质灾害易发性评价

4.1评价过程

利用ArcGIS软件提取得到各因子图层，进行重分类，将灾点图层和其他因子图层进行叠加统计，计算各个影响因子图层的信息量值（表2），将各个因子各分类信息量值赋值到对应的栅格图层中，运用栅格加权总和计算研究区地质灾害易发性的总信息量值，该栅格总信息量即为地质灾害易发性信息量。地质灾害分区界限值，运用ArcGIS叠加分析模块，运用重分类工具自然间断法将研究区信息量值划分为４个区间，分别为地质灾害非易发区、低易发区、中易发区、高易发区。

4.2评价结果

研究区高、中易发区主要分布在东北部和西南部低山区（图3）。地质灾害非、低、中、高易发性面积分别为312.36 km²、579.32 km²、410.34 km²、302.99 km²，占比分别为19.46%、36.09％、25.57％、18.88％。地质灾害分布数量（占比）分别为0个（0％）、0个（0％）、23个（25.56％）、67个（74.44％）。

4.3评价精度

ROC曲线可简单直观、准确地反映分析方法特异性和敏感度的关系，广泛应用于地质灾害易发性评价中。ＲOC曲线线下面积AUC值可检测地质灾害易发性评价的精度，AUC值越接近1，模型预测精度越高［1718］。

将易发性面积累计百分比作为横轴，地质灾害点数量百分比作为纵轴，得出研究区地质灾害易发性评价结果的AUC值为0.833，高、中易发区地质灾害数量（占比）分别为：67个（74.44％）、23个（25.56％），评价精度较好（图4）。

相比其他常规评价方法，评价结果与实际调查情况基本吻合，评价数据计算、分类均通过GIS完成且地质灾害易发性评价结果AUC值为0.833，均显示评价计算精度较好高。

5结论

（1）基于信息量模型，选取5个主要的影响因子，借助GIS技术对蒙阴县地质灾害的易发性进行评价。通过计算不同因子对地质灾害的信息量，叠加评价地质灾害易发性，将易发性分为地质灾害高易发区、中易发区、低易发区、非易发区４个等级，分别占研究区面积的18.88％、25.57％、36.09％、19.46％。

（2）地质灾害最为发育的区域坡度在20°～45°，起伏度在10～45m，工程地质岩组为较坚硬的薄层状页岩夹灰岩岩组、坚硬、较坚硬的中厚—厚层状灰岩岩组，距断层距离＜0.5 km或＞3 km，地貌类型为低山。

（3）通过ROC检验AUC＝0.833，高、中易发区地质灾害数量（占比）分别为：67个（74.44％）、23个（25.56％），评价效果较好，与研究区实际情况比较一致，为蒙阴县的防灾减灾提供一定的科学依据。

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Susceptibility Assessment of Geological Disasters in Mengyin County

in Shandong Province Based on GIS and Information Model

KANG PengyuSUN Shiwei LIN QingluZHOU Yuan LI Yuebao XIAO Bingjian JIAO Yongxin SUN Chao LIU Chengshuai

（1.No.7 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources， Shandong Linyi 276006， China; 2.Pingyi Bureau of Natural Resources and Planning， Shandong Linyi 273300， China; 3.Mengyin Bureau of Natural Resources and Planning， Shandong Linyi 276200， China）

Abstract：Mengyin county is located in the southeast of Shandong province with a wide distribution of Daigu landform and abundant rainfall. In recent years， accompanying with the enhancement of human engineering activities， collapse， landslide， and debris flow disasters have further intensified. Based on geological disaster risk survey with the scale of 1∶50000 in Mengyin county. Combining with the latest remote sensing information， five Impact factors have been selected as the evaluation indicators for geological disaster vulnerability in the study area， they are slope， relief， engineering geological rock formation， geological structure， and geomorphic type. The information content model method is used to calculate the information content of each evaluation factor. Through GIS spatial analysis platform， geological disaster vulnerability assessment system in Mengyin county has been established. It will provide effective scientific decision-making basis for carrying out disaster prevention， mitigation and relief work in Mengyin county and ensuring sustainable economic and social development effectively. The study area is divided into geological hazard prone areas， medium prone areas， low prone areas， and non prone areas. The accuracy test value of the offline area （AUC） of the characteristic curve （ROC） is 0.833. It is indicated that the evaluation accuracy is high.

Key words：GIS; Information model method; geological hazards; susceptibility；Mengyin county; Shandong province