基于GIS的岩溶山区典型县域地质灾害风险评价分区研究
摘要
关键词
GIS;地质灾害;风险评价;分区
正文
中图分类号:P208
引言
岩溶山区地形复杂,地质条件多变,属于地质灾害频发区域。地质灾害不仅严重威胁着当地人民的生命财产安全,还制约了区域经济的可持续发展。特别是在一些典型的县域地区,由于地质环境脆弱、人类工程活动频繁,地质灾害的风险更加突出。随着地理信息系统(GIS)技术的不断发展,其在地质灾害风险评价中的应用也日益广泛。GIS技术具有强大的空间数据分析和处理能力,能够实现对地质灾害隐患点的精确定位、对地质灾害易发区的准确划分,以及对地质灾害风险的科学评估。对丰富和完善地质灾害风险评价的理论和方法体系,为岩溶山区的地质灾害防治提供新思路和技术支持提供帮助。
1 研究区域概况
本研究选取的岩溶山区典型县域,位于我国南方某省份的腹地,地理位置优越但地质环境复杂。该区域以其独特的喀斯特地貌著称,地形起伏大,山地与丘陵交错,沟壑纵横,为地质灾害的发生提供了潜在的自然条件。气候上,该区域属于亚热带季风气候,降水充沛但分布不均,尤其是雨季时强降水频发,极易诱发地质灾害。
地质构造方面,该县域地处多个地质构造带的交汇处,地层岩性复杂多变,既有坚硬的碳酸盐岩,也有软弱的碎屑岩,这为地质灾害的形成提供了物质基础。同时,区域内新构造运动活跃,地震时有发生,进一步加剧了地质灾害的风险。
水文地质条件也是影响地质灾害发生的重要因素。该区域地下水丰富,但分布不均,且受地形地貌影响,地下水流动复杂,对岩土体的稳定性产生不利影响。特别是在岩溶发育地区,地下水活动更是频繁,常常导致地面塌陷、滑坡等地质灾害的发生[1]。
此外,人类工程活动也是该区域地质灾害频发的重要原因之一。随着经济的快速发展和城市化进程的加快,人类活动对地质环境的干扰日益加剧,如不合理的开挖、爆破、堆载等,都极大地增加了地质灾害的发生概率。
2 地质灾害类型及发育特征
本研究区域内的地质灾害类型多样,主要包括滑坡、崩塌以及不稳定斜坡等。这些地质灾害在该区域具有显著的发育特征。
滑坡是区域内最为常见的地质灾害之一,其发生往往与强降雨、地形坡度、岩土体性质以及人类活动等因素密切相关。滑坡体规模不一,有的仅涉及少量岩土体,有的则可能涵盖整个山坡,对下方的居民点和交通设施构成严重威胁。滑坡的发育特征表现为突发性强、破坏力大,且常常在雨季或人类活动频繁时期集中发生。
崩塌则是另一种常见的地质灾害,主要发生在陡峭的山坡或悬崖边缘。崩塌体通常由岩石或大块土体组成,一旦失稳,将迅速下落,对下方的建筑物、道路和人员造成巨大危害。崩塌的发育特征为发生突然、速度快、冲击力强,且难以预测和防范。
不稳定斜坡是指那些由于地形、岩土体性质或人类活动等因素导致稳定性较差的斜坡。这些斜坡在受到外力作用时,容易发生滑动或崩塌,对周边环境构成潜在威胁。不稳定斜坡的发育特征表现为长期存在、稳定性差、易受外界因素干扰,且一旦失稳,后果将十分严重。
3 GIS技术概述
GIS技术,即地理信息系统,是一种基于计算机硬、软件系统的空间数据管理和分析技术。它能够对地球表层(包括大气层)空间中的地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述。GIS技术将地理信息与计算机技术深度融合,通过地图、图表、文字等形式,直观展示地理现象的空间分布和动态变化。它不仅能够处理空间数据,还能结合属性数据,进行复杂的空间分析和模拟预测,为资源管理、环境监测、城市规划、灾害预防等领域提供科学决策依据。GIS技术具有强大的空间数据处理能力和可视化表达功能,是现代地理科学和信息技术的重要组成部分。
4 地质灾害风险评价分区
4.1 地质灾害易发性评价
利用信息量模型法对地质灾害易发性进行评估。根据当地相关要求,以及地质条件特点,选择坡度、相对高差、坡形、地质结构、工程地质群、坡体结构、地表水条件等为易发区的信息因素,采用“25米×25米的 DEM”计算、线文件(如构造、河流等)缓冲分析、三调数据(以下简称“三调”)的分区统计,以实体勾画出的崩塌滑坡地质灾害分布区为依据,计算出7种因素下的崩塌滑坡地质灾害信息的大小(见表1)[2]。
表1:研究区域地质灾害易发性因子取件信息量计算表
因子类型 | 因子区间 | 分区面积 | 滑坡 | 崩塌 | |||||
值(km2) | 占比(%) | 面积(m2) | 占比(%) | 面积(m2) | 占比(%) | 信息量 | |||
坡度 | 00-10 | 627.7 | 22.3 | 141875 | 14.1 | -0.46 | 0 | 0.0 | 0.0 |
10-20 | 765.4 | 27.2 | 460000 | 45.7 | 0.52 | 0 | 0.0 | 0.0 | |
20-25 | 351.3 | 12.5 | 212500 | 21.1 | 0.53 | 0 | 0.0 | 0.0 | |
>25 | 1071.2 | 38.0 | 191875 | 19.1 | -0.69 | 845000 | 00.0 | 0.97 | |
坡度 | 凹形 | 650.3 | 23.1 | 184375 | 18.3 | -0.23 | 224375 | 26.6 | 0.14 |
直线形 | 1570.3 | 55.8 | 681875 | 67.8 | .20 | 248125 | 29.4 | -0.64 | |
凸形 | 594.9 | 21.1 | 140000 | 13.9 | -0.42 | 372500 | 44.1 | 0.74 | |
相对高差 | 0-100 | 96.5 | 3.4 | 10000 | 1.0 | -124 | 5000 | 0.6 | -1.76 |
100-150 | 380.8 | 13.5 | 123750 | 12.3 | -0.10 | 11875 | 1.4 | -2.26 | |
150-200 | 1049.4 | 37.3 | 693125 | 68.9 | 0.61 | 63125 | 7.5 | -1.61 | |
200-300 | 1281.1 | 45.5 | 179375 | 7.8 | -0.94 | 765000 | 90.5 | 0.69 | |
>300 | 7.7 | 0.3 | 0 | 0.0 | 0.0 | 0 | 0.0 | 0.0 | |
地址构造 | 0-100 | 132.3 | 4.7 | 56875 | 5.7 | 0.19 | 43750 | 5.2 | 0.10 |
100-200 | 130.5 | 4.6 | 104375 | 0.4 | 0.81 | 32500 | 3.9 | -0.19 | |
200-500 | 359.9 | 12.8 | 86875 | 8.6 | -0.39 | 203125 | 24.0 | 0.63 | |
>500 | 2192.8 | 77.9 | 758125 | 75.3 | -0.03 | 565625 | 66.9 | -0.15 | |
斜坡结构 | 顺向坡 | 530.9 | 18.9 | 254375 | 25.3 | 029 | 80000 | 9.5 | -0.69 |
斜向坡 | 926.7 | 32.9 | 358750 | 35.7 | 0.08 | 225625 | 26.7 | -0.21 | |
横向坡 | 955.3 | 33.9 | 302500 | 30.1 | -0.12 | 278750 | 33.0 | -0.03 | |
逆向坡 | 402.7 | 14.3 | 90625 | 9.0 | -0.46 | 260625 | 30.8 | 0.77 | |
工程岩组 | 软硬相间 | 929.4 | 33.0 | 412500 | 41.0 | 022 | 176250 | 20.9 | -0.46 |
软质 | 171.9 | 6.1 | 455000 | 45.2 | 2.00 | 0 | 0.0 | 0.0 | |
硬质 | 1714.3 | 60.9 | 138750 | 13.8 | -1.49 | 668750 | 79.1 | 0.26 | |
地表水 | 0-50 | 86.8 | 3.1 | 43125 | 4.3 | .33 | 5625 | .7 | -1.53 |
50-100 | 83.6 | 3.0 | 98125 | 9.8 | 1.19 | 14375 | 1.7 | -0.56 | |
100-150 | 81.7 | 2.9 | 97500 | 9.7 | 121 | 36875 | 4.4 | 0.41 | |
150-200 | 79.9 | 2.8 | 102500 | 10.2 | 1.28 | 78125 | 9.3 | 1.18 | |
>200 | 2483.6 | 88.2 | 665000 | 66.1 | -0.29 | 710000 | B4.0 | -0.05 |
在此基础上,根据不同地质灾害类型,将7种因素的地质灾害信息进行叠加,得出滑坡、崩塌灾害的易发性程度;利用自然断点法,结合全县范围内已有的地质灾害数据,对全县范围内的滑坡、崩塌进行易发性评估,获得易发性的滑坡、崩塌危险性评估结果;根据“就高原则”,进行崩塌、滑坡易发性的评估,进行区域地质灾害的易发性评估(图1-a)[3]。
4.2 地质灾害危险性评价
基于易发程度评估,采用网格(25米*25米)的信息量模型方法,通过对平塘县公路建设项目地质灾害信息的估算,将其与地质灾害易发信息相结合,按照自然断点法,结合50年一遇降雨强度等因素,对成果进行等级划分,获得平塘县地质灾害风险评估结果(图1- b)[4]。
4.3 地质灾害易损性评价
本项目以“三调”数据中的“城镇居民点”、“农村居民点”点为单位,求取各点的人口数量,并结合各点的人口脆弱性,提出了一种基于人口脆弱性的综合评估方法。单位价值量的计算决定了各单位资产的脆弱性。在此基础上,通过对居民脆弱性和财产脆弱性的加权累加,获得了区域性脆弱性评估的结果(图1- c)[5]。
4.4 地质灾害风险性评价及分区
以研究区域为例,以当地相关法律法规为依据,根据地质灾害风险评估结果,以“区内相近,区内不同”为依据,建立相应的风险区划表(表2、图1 -d)。鉴于极端高风险的单位数量很少,而且分布很广,因此,此次的合并不按高度高风险的地区进行分类。全市划定高风险区4个,中风险区9个,低风险区2个[6]。
表2:研究区域地址灾害风险性评价分区表
风险性分析 | 面积 | 崩塌发育情况 | 滑坡发育情况 | |||
面积(km2) | 占比(%) | 数量 | 密度(个/100km2) | 数量 | 密度(个/100km2) | |
高风险 | 43.6 | 1.55 | 10 | 22.94 | 11 | 2523 |
中风险 | 492.9 | 17.51 | 26 | 527 | 49 | 9.94 |
低风险 | 2279.1 | 80.94 | 47 | 2.06 | 24 | 1.05 |
总计 | 2815.6 | 100 | 83 | 295 | 84 | 298 |
图1:研究区域地质灾害风险性评价分区结果图
5 应用前景
5.1防灾减灾重点方向与重点防治区域
在基于GIS的岩溶山区典型县域地质灾害风险评价分区研究中,防灾减灾的重点方向与重点防治区域显得尤为关键。研究揭示,岩溶山区的地质灾害风险呈现出明显的空间分布特征,某些区域由于地质构造、地形地貌及气候条件的综合作用,成为地质灾害的高发区。
防灾减灾的重点方向应聚焦于这些高风险区域,通过加强地质灾害监测预警系统建设,提高预警的准确性和时效性。同时,应加大地质灾害防治工程的投入,如修建护坡、挡墙等工程措施,以增强山体的稳定性,减少灾害发生的可能性。
重点防治区域主要包括地质灾害易发且人口密集、经济活动频繁的地区。这些区域一旦发生灾害,将造成巨大的人员伤亡和财产损失。因此,应将这些区域作为防灾减灾的优先对象,制定针对性的防治措施和应急预案,确保在灾害发生时能够迅速有效地进行应对,最大限度地减轻灾害损失。
5.2地质灾害风险预警与应急响应策略
在岩溶山区典型县域地质灾害风险评价的基础上,地质灾害风险预警与应急响应策略的制定显得尤为重要。地质灾害的发生往往具有突发性和破坏性,因此,建立一套高效、准确的预警与应急响应机制是减轻灾害损失的关键。
地质灾害风险预警系统应整合多源数据,包括地质、气象、水文等信息,利用GIS技术进行实时分析和处理。通过模型模拟和预测,对可能发生地质灾害的区域进行提前预警,为相关部门和群众提供足够的时间窗口采取防范措施。预警信息应通过多种渠道广泛传播,确保信息覆盖到每一个可能受影响的角落。
在应急响应方面,应建立一套快速、有序的应急响应流程。一旦发生地质灾害,应立即启动应急预案,组织专业救援力量迅速赶赴现场,开展搜救、救治和安置工作。同时,要加强与相关部门的协同作战,确保救援物资和设备的及时调配和供应。
此外,还应注重灾后恢复与重建工作。在灾害发生后,要迅速对受灾区域进行评估,制定科学的恢复与重建计划。在重建过程中,要充分考虑地质灾害风险,采取必要的工程措施来增强区域的抗灾能力。
为了提高地质灾害风险预警与应急响应的效率,还应加强公众的地质灾害防范意识教育。通过宣传、培训等方式,提高公众对地质灾害的认识和防范能力,使他们在灾害发生时能够冷静应对,采取有效措施保护自己和家人的安全。
6 结论与建议
(1)研究区域地质灾害易发性评估、危险性评估和脆弱性评估,将其分为高风险区4个、中风险区9个、低风险区2个。全县高风险区、中风险区和低风险区分别为22.94、5.27、2.06、4.06;全县高风险区、中风险区、低风险区分别为25.23、9.94、1.05。对研究区的危险性进行了风险评估,得出了“风险越大,隐患越大”的结论,说明了该风险评估的结论是可信的。
(2)综合考虑区域规划、国民经济等因素,以危险性评估、危险性评估、脆弱性评估及风险评估为依据,对平塘县的地质灾害危险性区划进行区划,其成果与国家现有规范相一致,方便地方政府及相关部门采用,风险评估结果更贴近“地气”,更具实际意义。
(3) 研究成果显示,将 GIS与信息模型相结合,应用于区域地质灾害危险性区划是可行的、适宜的,并可为今后的防灾减灾工作提供决策依据。该风险评估是一次有意义的尝试,但由于其技术还不够完善,至今还没有一套适合我国国情和实际应用的系统。这一评估结果与现实中的某些地方可能会有偏差,需要根据具体的情况进行综合运用。
参考文献
[1] 汪莹鹤,孙红林,万军伟,等.湘西武陵山区张吉怀铁路重大工程地质问题及工程对策[J/OL].工程地质学报,1-15[2024-12-25].
[2]王琦,胡亚净,宋伟利,等.岩溶山区危岩稳定性分析及危害性预测——以贵州松桃县长冲危岩体为例[J].中国地质灾害与防治学报,2023,34(01):75-84.
[3]孟凡涛,杨元丽,邹凤钗.西南岩溶山区矿山地质灾害与生态治理探讨——以贵州省为例[J].地质灾害与环境保护,2022,33(03):102-107.
[4]党杰,董吉,何松标,等.机载LiDAR与地面三维激光扫描在贵州水城独家寨崩塌地质灾害风险调查中的应用[J].中国地质灾害与防治学报,2022,33(04):106-113.
[5]魏巍.岩溶山区某地崩塌发育特征及形成机制浅析[J].西部探矿工程,2022,34(02):10-12.
[6]陈磊,李斌,彭程,等.岩溶山区滑坡监测预警云平台设计与实现[J].长江科学院院报,2022,39(06):138-144.
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