不同降雨工况下地质灾害综合评价

摘要：汕头市潮阳区地处广东省东部，人口密度大，地质环境条件复杂。以汕头市潮阳区金灶镇重点调查区为例，选取斜坡坡度、地形起伏度、工程地质岩组和土地利用类型等指标，运用ArcGIS软件开展地质灾害易发性评价，然后结合不同降雨工况下历史日降雨量数据（10年、20年、50年和100年），采用ArcGIS软件进行地质灾害危险性评价，并以斜坡单元为评价单元，使用ArcGIS软件开展区域地质灾害风险评价，得到4种降雨工况的风险分区。研究表明，随着降雨重现期的延长，低风险区逐渐减少，高风险区和极高风险区逐渐增加。研究成果可指导各级地方政府防灾减灾，为汕头市潮阳区国土空间规划和地质灾害风险管控提供科学依据。

关键词：重点调查区；地质灾害；风险评价；降雨；ArcGIS软件；汕头市潮阳区

中图分类号：P694 文献标识码：A 文章编号：1008-9500（2024）10-00-08

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Comprehensive evaluation of geological hazards under different rainfall conditions

—Taking the key investigation area of Jinzao Town， Chaoyang District， Shantou City as an example

LI Jianying1， CAI Wenquan2， ZHANG Guoyuan1， JI Zhenfu1， ZHANG Mingliang1

（1. 931 Team of Guangdong Nonferrous Metals Geological Bureau， Shantou 515000， China;

2. 935 Team of Guangdong Nonferrous Metals Geological Bureau， Huizhou 516000， China）

Abstract： Chaoyang district of Shantou city is located in the eastern part of Guangdong province， with a high population density and complex geological environment conditions. Taking the key investigation area of Jinzao town in Chaoyang district， Shantou city as an example， indicators such as slope gradient， terrain undulation， engineering geological rock formations， and land use types are selected to conduct geological hazard susceptibility evaluation by using ArcGIS software， then， combining historical daily rainfall data under different rainfall conditions （10 years， 20 years， 50 years， and

100 years）， ArcGIS software is used for geological hazard risk assessment， and the slope unit is taking as the evaluation unit， ArcGIS software is used to conduct regional geological hazard risk assessment， and four risk zones are obtained under different rainfall conditions. Research has shown that with the extension of rainfall recurrence periods， low-risk areas gradually decrease， while high-risk and extremely high-risk areas gradually increase. The research results can guide local governments at all levels in disaster prevention and reduction， providing scientific basis for land spatial planning and geological disaster risk control in Chaoyang district， Shantou city.

Keywords： key investigation area; geological hazards; risk assessment; rainfall; ArcGIS software; Chaoyang district，Shantou city

近年来，受全球变暖和极端天气常态化的大气环境影响，持续降雨和台风等极端天气愈发频繁。降雨是诱发地质灾害的主要因素之一，其不同工况（降雨量、降雨强度和降雨历时等）对地质灾害的发生频率、规模及分布范围具有显著影响。进入21世纪后，在地理信息系统（Geographic Information System，GIS）、遥感（Remote Sensing，RS）和全球定位系统（Global Positioning System，GPS）的技术推动下，地质灾害成因研究取得显著进展，风险评估实现从定性向定量的飞跃，出现一系列新方法，其中，基于GIS的地质灾害风险评价技术最为成熟[1]。

广东省是我国地质灾害多发省份之一，降雨是诱发广东省地质灾害的主要因素[2]，地质灾害类型以滑坡、崩塌和泥石流为主，具有点多、分布广、规模较小和危害性大等特点。为了加强地质灾害风险源头管控，以汕头市潮阳区地质灾害详细调查成果（1∶5万比例尺）为基础，采用ArcGIS软件对金灶镇地质灾害威胁严重的集镇、迁建区和集中安置点等人口聚集区进行高精度（1∶1万比例尺）的风险评价，剖析不同降雨工况对金灶镇地质灾害的影响。研究结果可为当地的地质灾害气象预警和国土空间规划提供数据支撑与决策依据，促进防灾减灾措施的精准制定与实施[3]。

1 研究区地质环境条件

汕头市潮阳区地处广东省东部，面积为666.63 km2，属亚热带季风气候区，多年平均降雨量为1 722.81 mm，降水量由西向东逐渐递减。人口密度大，地质环境条件复杂。根据汕头市潮阳区地质灾害详细调查成果（1∶5万比例尺），地质灾害高、中易发区面积合计375.33 km2，占潮阳区面积的56.30%，属汕头市地质灾害重点防治区。

1.1 灾害点分布及重点调查分区

整体来看，汕头市潮阳区地质灾害呈北多南少的分布特点，其主要分布在潮阳区西北部的金灶镇、谷饶镇。目前，当地已查明的地质灾害隐患点有57处，包括崩塌52处、滑坡2处、地面沉降3处。结合汕头市潮阳区地质灾害的类型及分布，划分4个崩塌、滑坡重点调查区（编号Z1～Z4）和1个地面沉降重点调查区（编号Z5），如图1所示。基于地质灾害隐患点的广泛分布及其风险等级评估，选取潮阳区金灶镇重点调查区（Z1）作为研究区，即金灶镇西南部人口聚集的村镇地带，对崩塌和滑坡两类地质灾害进行综合评价。

据调查，研究区有12个孕灾地质条件点、8个地质灾害隐患点。其中，崩塌点有7个，滑坡点有1个。按照崩塌风险等级统计，高崩塌风险点有1个，中崩塌风险点有5个，低崩塌风险点有1个。按照崩塌宏观稳定性统计，不稳定有6个，基本稳定有6个，稳定有7个。滑坡点风险低，基本稳定，诱发地质灾害的主要因素是降雨和人工切坡。

1.2 斜坡单元提取

斜坡单元被定义为分水线和汇水线围成的一块区域。斜坡单元是滑坡、崩塌等地质灾害发育的基本单元，采用沟谷划分的斜坡单元作为评价单元，划分方法为集水区重叠法[4]。利用数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）的水文分析结果，分别提取斜坡单元的山谷线、山脊线（对应汇水线、分水线），将山脊线和山谷线合并，得到最终的斜坡单元。通过此方法划分研究区的斜坡单元，斜坡单元合计61个，斜坡总面积为15.90 km2。

2 地质灾害易发性评价

2.1 评价方法

经调查，人为因素是研究区地质灾害的主要诱发因素，其次是地形地貌、工程地质岩组和水文地质条件等自然因素。经过综合考量与筛选，确定多个对地质灾害发生具有显著影响的关键因素，它们共同作用于地质环境。最终，选取坡度、地形起伏度、工程地质岩组和土地利用类型作为地质灾害易发性评价指标，如表1所示。

基于GIS栅格数据模型的信息量统计方法，结合研究区选取的指标分布，以10 m×10 m的栅格单元为评价单元，开展重点调查区地质灾害易发性评价。信息量法是指计算各个评价因子在不同状态下的信息量值，应用ArcGIS软件进行信息量数据的叠加分析和重分类，得到信息量分级图。各个评价因子信息量叠加，得出单个评价单元的总信息量，作为斜坡类地质灾害易发性指数，如式（1）所示。按照自然断点分级法划分易发性指数阈值，将调查区按易发性划分为高易发区、中易发区、低易发区及非易发区。mHhwiyTXzEy/FCqGbli+pQ==重点调查区评价因子的各子类信息量如表1所示。

（1）

式中：In为研究区总信息量值；n为评价指标

数量；I（Xi，Y）为评价因子Xi对地质灾害Y发生贡献的信息量；i为评价指标序号；Ni为研究区评价指标分类单元内的地质灾害总数；N为研究区地质灾害单元总数；Si为研究区内评价因子Xi的单元数；S为研究区评价单元总数。

2.2 评价结果与分析

研究区地质灾害易发性评价结果如表2所示。评价结果表明，地质灾害高易发区集中分布于地形起伏大、人口密集的地区，面积为2.37 km2，占研究区面积的14.91%，主要分布在田心围、下寮村一带（斜坡），受威胁人口为647人，潜在经济损失为5 716.93万元；中易发区面积为4.22 km2，占研究区面积的26.54%；低易发区面积为6.55 km2，占研究区面积的41.19%。非易发区面积为2.76 km2，占研究区面积的17.36%，该区域坡度较缓，不易发生地质灾害。

3 地质灾害危险性评价

3.1 评价方法

在易发性评价的基础上，选择重点调查区各站点的不同重现期（10年、20年、50年和100年）一遇下的日降雨量数据作为评价因子，开展地质灾害危险性评价。不同工况的降雨量分布采用皮尔逊-Ⅲ型分布来求解，利用ArcMap软件的克里金插值法，对降雨量和易发性分区结果进行归一化处理[5-6]。基于ArcGIS软件栅格计算器功能，分别按不同降雨强度等级换算和叠加，利用空间分析功能，以斜坡单元为评价单元进行分区统计，最终得到不同降雨工况的危险性分区。采用自然断点法进行分级，将其分为低危险区、中危险区、高危险区和极高危险区。

3.2 评价结果与分析

当研究区面临10年一遇降雨工况及更严峻的

20年一遇降雨工况时，极高危险区均未出现，而高危险区面积则占研究区面积的5%。然而，当降雨强度提升至50年一遇的极端情况时，地质灾害的风险格局发生显著变化，极高危险区首次出现，占研究区面积的9.87%，这表明在该极端降雨条件下，研究区特定区域面临极高的地质灾害风险。高危险区面积显著扩张，从原先占总面积的5%激增到68.74%，这一急剧增加主要集中在研究区西南部，表明该区域在遭遇极端降雨时特别脆弱。

不同降雨工况下，各危险分区面积占比变化如表3所示。随着降雨重现期的延长，研究区内极高危险区与高危险区的面积占比呈明显的上升趋势。这一趋势表明，降雨强度的增加（即更长的降雨重现期）直接导致地质灾害风险的加剧，从而提高地质灾害在空间上的发生率。在100年一遇的极端降雨工况下，地质灾害危险性大幅度提升，该工况下地质灾害的发生率将大幅增加，对区域安全构成重大威胁。

4 地质灾害风险评价

4.1 评价方法

地质灾害致灾过程的随机性较强，更为极端的降雨条件会大幅增加斜坡致灾的可能性，提高风险等级[7-8]。本次地质灾害风险评价以危险性评价和易损性评价为基础，叠加危险性评价结果和易损性评价结果，得到研究区风险区划图。研究区易损性评价选择人员易损性和经济易损性两个指标，综合确定承灾体易损性[9-10]。人员易损性评价采用人口密度核算法，考虑人口密度及年龄结构，获得调查区的人员易损性。经济易损性划分为建筑物易损性和交通设施易损性，将其进行权重叠加，得到综合易损性，赋值如表4所示。

4.2 评价结果与分析

在获得不同类型承载体易损性图层的基础上，基于ArcGIS软件，对不同类型的承载体进行重分类，赋值后进行叠加，并利用空间分析功能，以斜坡为评价单元进行分区统计，得到易损性评价分区图。最终通过ArcGIS软件的斜坡单元测算相关属性值（危险性和易损性），采用式（2）计算斜坡单元的综合风险度。

R=H×V（2）

式中：R为综合风险度；H为危险度；V为易损度。

不同降雨工况下，地质灾害风险分区如图2所示，统计结果如表5所示。在10年一遇降雨工况下，极高风险区、高风险区面积占研究区面积的23.21%，主要分布在金灶镇下寮村一带的斜坡，中风险区和低风险区面积占研究区面积的76.79%；在20年一遇降雨工况下，极高风险区、高风险区面积占研究区面积的26.54%，中风险区和低风险区面积占研究区面积的73.46%；在50年一遇降雨工况下，极高风险区、高风险区面积占研究区面积的36.23%，主要分布在金灶镇田心围、高斗村一带的斜坡，中风险区和低风险区面积占研究区面积的63.77%；在100年一遇降雨工况下，极高风险区、高风险区面积占研究区面积的43.46%，主要分布在金灶镇中部、西部的斜坡，中风险区和低风险区面积占研究区面积的56.54%。结果表明，极高风险区、高风险区面积占研究区面积的比例随着降雨重现期的延长而提高，与危险性评价结果保持高度一致，尤其是在100年降雨工况下，研究区地质灾害风险大幅度提升。研究区极高风险区和高风险区主要致灾体发育于第四系残坡积层及全强风化岩层。目前，金灶镇存在的地质灾害点和隐患点大多分布于极高风险区和高风险区，与预测结果相对应。

5 结论

作为重点调查区，汕头市潮阳区金灶镇容易发生滑坡、崩塌等地质灾害。以ArcGIS软件为工具，首先对研究区开展地质灾害易发性评价，然后结合不同降雨工况，进行地质灾害危险性评价，并以斜坡单元为评价单元，开展区域地质灾害风险评价，得到4种降雨工况的风险分区。不同降雨工况下，地质灾害风险存在差异。野外实地调查结果与预测结果一致，已发生地质灾害点和潜在隐患点存在紧密的关系。这不仅证实预测模型的高度准确性，还表明其在实际应用中的可靠性。研究区地质灾害隐患点集中分布在人口密集区，存在极高风险区和高风险区，地质灾害对当地居民的生命安全构成潜在威胁，并可能导致严重的经济损失。因此，要合理安排极端天气出现时的地质灾害风险排查工作，灵活调整不同降雨工况下地质灾害的监测频率，从而防范和化解重大风险，降低研究区地质灾害损失，保障人民生命与财产安全。

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