基于GIS汕頭潮陽區崩塌、滑坡地質災害危險性評價

李建穎，蔡文權，方剛，李曉淳，張明亮

(1.廣東省有色金屬地質局九三一隊 廣東 汕頭 515000 2.廣東省有色金屬地質局九三五隊 廣東 惠州 516000)

汕頭潮陽區地處廣東省東部，全區總面積666.63km2，屬亞熱帶海洋性氣候，多年平均降雨量1722.81mm，降水分布由西向東雨量逐漸遞減。人口密度大，地質環境條件復雜。地質災害以崩塌隱患為主，數量較多，威脅財產巨大。通過劃定不同降雨工況下地質災害危險性分區，科學有效地進行地質災害防治。目前，國內外地質災害危險性評價常用的方法很多[1-5]，比較常用的有灰色關聯分析法、信息量法、專家打分法和回歸分析法等。本文以潮陽區為評價區域，在地質災害調查的基礎上，采用信息量法，基于ArcGIS平臺完成潮陽區地質災害危險性評價，為潮陽國土空間規劃和地質災害風險管控提供依據。

潮陽區地貌以丘陵和平原為主，二者平緩過渡。丘陵自西北向東南延伸，呈帶狀分布，海拔200m～300m，發育V型山谷，地形較平緩，坡度20°～35°，面積294.65km2，占區總面積44.2%。平原包括練江中下游三角洲平原和榕江南西岸三角洲平原，地面坡度平緩(0.1‰～0.23‰)，標高1.5 m～15m。面積371.98km2，占區總面積55.8%。區內地層發育不全，為中更新世末或晚更新世初至第四系沉積，第四系多為沖積、沖洪積、海陸交互堆積成因沉積物，以砂礫、砂、粘土及淤泥等為主。境內巖漿巖巖體北西至南東呈帶狀大面積呈巖基、巖株、巖枝、巖墻產出。出露面積約235.51km2。巖性分別為白堊紀花崗斑巖、花崗巖、中細粒鉀長花崗巖、石英閃長巖；晚侏羅世二長花崗斑巖、中細粒黑云母二長花崗巖、細粒黑云母花崗閃長巖、細粒石英閃長巖。地質構造以斷裂構造為主，全區大小斷裂構造共計17條。4條大型斷裂構造，其余均為次級斷裂。以北西向為主，北東向次之，北西部斷裂構造有12條不同規模的斷裂構造經過，節理裂隙發育，巖體破碎。據《中國地震動參數區劃圖》，大部分處于地震危險區Ⅶ線內，東南部4處鄉鎮街道處于地震危險區Ⅷ線內。

潮陽區較典型崩塌地質災害為金灶鎮徐寮村大池底崩塌。2017年5月，大池底地質災害隱患點發生小規模崩塌，崩塌體積約13.5m3。坡體主要由花崗巖風化的砂質粘土組成，因削坡建房，坡腳人工開挖形成高陡邊坡，邊坡高6m～15m，長100m，寬5m，坡度76°～81°，坡腳距房屋約3m，威脅坡腳80戶約559人，潛在經濟損失468萬元。該崩塌地質災害激發因素是強降雨，內在因素是組成邊坡巖土體具有粘結性差，遇水松軟的特性，外在因素是人類活動，開挖邊坡未及時進行治理，邊坡土體失穩產生崩塌地質災害。

1 評價思路及方法

1.1 評價思路

基于2022年廣東省汕頭市潮陽區地質災害風險調查、普查評項目成果，研究區內已查明地質災害隱患點57處，其中，崩塌52處，滑坡2處，地面沉降3處。如圖1。地質災害整體呈現“北多南少”分布特點，主要分布在區內北西部金灶鎮、谷饒鎮一帶，沿人類工程活動密集的區域分布。本次僅對崩塌、滑坡斜坡災害采用點信息量值建立模型，得到斜坡災害危險性評價技術路線。圖2。

1.2 評價模型及方法

地質災害形成受多種因素影響，信息量模型反映了一定地質環境下最易致災因素及其細分區間的組合；具體是通過特定評價單元內某種因素作用下地質災害發生頻率與區域地質災害發生頻率相比較實現。對應某種因素特定狀態下地質災害信息量公式可表示為下列公式：

式中：IAj→B：對應因素A、j狀態(或區間)下地質災害B發生的信息量；Nj：對應因素A、j狀態(或區間)下地質災害分布的單元數；N：調查區已知地質災害分布單元總數；Sj：因素A、j狀態(或區間)分布單元數；S為調查區單元總數。

當IAj→B>0時，反映對應因素A、j狀態(或區間)下，地質災害發生傾向的信息量較大，地質災害發生可能性較大，或利于地質災害發生；當IAj→B<0時，表明因素A、j狀態(或區間)條件下，不利于地質災害發生；當IAj→B=0時，表明因素A、j狀態(或區間)不提供有關地質災害發生與否任何信息，即因素A、j狀態(或區間)可剔除，排除其作為地質災害預測因子。

由于每個評價單元受眾多因素的綜合影響，各因素又存在若干狀態，各狀態因素組合條件下地質災害發生的總信息量可用下列公式確定：

式中：I：對應特定單元地質災害發生的總信息量，指示地質災害發生的可能性，可作為地質災害易發性指數；Ni：對應特定因素、第i狀態(或區間)條件下地質災害面積或地質災害點數；Si：對應特定因素、第i狀態(或區間)分布面積；N：調查區地質災害總面積或總地質災害點數；S：調查區總面積。

2 崩塌、滑坡危險性評價

2.1 評價指標體系

崩塌、滑坡發生受斜坡局部地質環境影響，地形、地層巖性等要素空間變化相對穩定。結合其分布規律、主控因素及野外調查結果，初步確定采用工程地質、地形起伏度、坡度、坡向、地質構造、土地利用類型等6個指標作為斜坡類災害易發性評價指標，采用柵格評價單元，將各評價因子量化(圖3)，將10年月平均降雨量(圖4)為誘發因素，疊加開展危險性評價。

圖3 研究區地質災害危險性評價因子Fig 3. Geological Hazard Risk Assessment Factors in The Study Area

2.2 評價因子各子類信息量確定

地質災害易發性評價時，以事件發生的頻率概率估算，信息量法的關鍵是計算并比較各個評價因子對調查區崩塌、滑坡地質災害所貢獻的信息量大小，某一單因素對地質災害發生貢獻的信息量通過下列公式計算：

式中：Ni-對應特定因素、第i狀態(或區間)條件下地質災害點數；N-調查區地質災害總點數；Si-對應特定因素、第i狀態(或區間)分布面積；S-調查區總面積

各個評價因子信息量疊加得出單個評價單元內總的信息量，計算公式：

通過計算得到各個評價單元崩塌、滑坡地質災害發生的總信息量Ij，指示崩塌、滑坡地質災害發生的可能性，可作為斜坡類地質災害易發性指數，單元的總信息量值越大代表越易發生崩塌、滑坡地質災害。計算各個評價因子在相應狀態下信息量見表1。

表1 崩塌、滑坡評價指標信息量一覽表Tab 1. List of Information on Evaluation Indicators for Collapse and Landslide

運用ArcGis空間分析中柵格疊加分析功能，將6個評價因子信息量疊加，得到各個評價單元在6個指標類別下總信息量值在-5.9084～9.4947區間內，信息量大小也就代表地質災害易發性大小。按照ArcGis平臺重分類功能中自然間斷法將崩塌、滑坡地質災害易發性信息量劃分為4個等級：高易發性(1.1589～9.4947)、中易發性(-1.1364～1.1589)、低易發性(-3.4922～-1.1364)、非易發性(-5.9084～-3.4922)。

根據各柵格單元6個評價指標，利用ArcGis重分類功能分級賦值，用柵格計算器疊加，得到柵格單元總信息量值，按自然間斷點分級法分級，得到易發性分級圖，據實際出微量調整，連片疊加，劃定地質災害易發區。潮陽區崩塌、滑坡地質災害易發區分：高易發區、中易發區、低易發區、非易發區(圖4)。崩塌、滑坡高易發區主要分布區域中部丘陵區金灶、谷饒、西臚及海門一帶，由北西向南東呈帶狀分布，地形起伏大，地形切割強烈，人類工程活動強烈。

2.3 地質災害危險性評價方法及結果

在ArcMap軟件中將降雨量因子值和易發性分區結果通過直線型闕值法將數值歸一化處理，使其規范在0和1之間，根據易發性程度指數柵格圖層，基于ArcGis平臺柵格計算器功能換算疊加(下列公式)，求取各柵格單元地質災害危險性指數，按自然間斷點分級法分級，得到不同降雨工況下極高、高、中、低危險4個等級。

Wi=0.8?Yi+0.2?Ji

式中：Wi-不同柵格單元地質災害危險性值；Yi-不同柵格單元易發性值；Ji-不同柵格單元降雨量化分值。

斜坡類地質災害危險性評價指標：易發性、近10年月平均降雨量；易發性：高易發、中易發、低易發、非易發四個等級；降雨量：潮陽區11個氣象站點近10年(2012～2021年)月平均降雨量數據，按克里金插值法生成近10年月平均降雨量等值面圖(圖5)。

在ArcMap軟件中將降雨量因子值和易發性分區結果通過直線型閑值法將數值歸一化處理，基于Arcgis平臺柵格計算器功能進行換算疊加，求取各柵格單元地質災害危險性指數，得到地質災害危險性評價結果，按自然間斷點分級法進行分級，最終將潮陽區斜坡類地質災害危險性劃分為高危險區、中危險區和低危險區(圖6、表2)。結果表明，高危險區面積16.14km2，占全區總面積2.42%，主要位于崩塌、滑坡較發育的碎裂巖區域；中危險區面積299.80km2，占全區總面積44.97%；低危險區面積350.69km2，占全縣總面積52.60%。

表2 汕頭市潮陽區地質災害危險性分區表Tab 2.Geological Hazard Risk Zoning Table of Chaoyang District，Shantou City

圖6 研究區地質災害危險性評價圖Fig 6. Geological Hazard Assessment Map of The Research Area

3 結 論

(1)通過斜坡類地質災害危險性評價結果統計，研究區綜合地質災害高危險區面積明顯大于分災種評價結果，高危險區主要位于崩塌、滑坡較發育的碎裂巖區域。

(2)選取主要評價因子有坡度、坡向、地形起伏度、土地利用類型、工程地質巖組、地質構造等6個因素評價指標，基于GIS空間分析功能將10年一遇降雨工況和易發性分析計算，采用信息量評價方法開展區域崩塌、滑坡斜坡類地質災害危險性定量評價，可為區域崩塌地質災害危險性評價工作提供參考。