1、江西建材规划设计与勘察1012023年1 月作者简介：凡玲龙（1990-），男，湖南常德人，硕士，工程师，主要研究方向为水文地质、工程地质与地质灾害等基于 GIS技术的地质灾害风险评价探讨凡玲龙中国建筑材料工业地质勘查中心广东总队，广东 广州 510080摘 要：文中以某实际工程为例，对 GIS技术条件下的地质灾害风险评价进行分析，包括本次所研究的区域概况、GIS技术概述、GIS技术条件下的地质灾害风险评价指标选取及其地质灾害风险评价，希望为相关工程地质灾害评价质量的提升与 GIS技术的应用提供科学参考。关键词：地质灾害；风险评价；GIS技术；评价指标；评价结果中图分类号：P208;P694文
2、献标志码：A文章编号：1006-2890（2023）01-00101-03Discussion on Geological Hazard Risk Assessment Based on GIS TechnologyFan LinglongGuangdong Corps of China Construction Materials Industry Geological Survey Center,Guangzhou,Guangdong 510080Abstract:This paper takes an actual project as an example to analyze the
3、 geological hazard risk assessment under the condition of GIS technology.It includes the regional overview,GIS technology overview,selection of geological hazard risk assessment indicators and geological hazard risk assessment under the conditions of GIS technology.It is hoped that this analysis can
4、 provide scientific reference for the improvement of the evaluation quality of relevant engineering geological hazards and the application of GIS technology in it.Key words:Geological hazard;Risk assessment;GIS technology;Evaluation indicators;Evaluation results1 区域概况本文研究的区域地理坐标是北纬31 5032 00，东经104 1
5、5 104 18，总面积245km2，总人口约为4000人，近50年气温平均值为15.6，降雨量充沛，年平均值1459.1mm，年降雨量最大值2430mm，日降雨量最大值94mm，时降雨量最大值30mm。此区域的主要地理特征是密集石英脉分布带以及强烈劈理密集带，主要的剪切节理是平行节理，一些地段中有脆性断面发育，断裂带和两侧充填的石英脉体构造相同，具有旋转变形和剪切皱褶，发育 S-C组构。区域内的岩性属于志留系茂县群，主要为遇水容易软化的千枚岩，且岩体较为破碎，整体稳定性不佳。为及时防控该区域的地质灾害，本文研究特以GIS技术为基础，对其地质灾害风险作出评价。2 GIS技术概述GIS技术又称作
6、地理信息系统技术，是一种由多个学科交叉组成的先进技术。此项技术以地理空间为基础，通过对地理模型的分析，将多种动态地理信息和空间地理信息提供给用户。此项技术的基本功能是实现表格数据到地理图形的直接转换，并以地图的形式直观地呈现给用户，为各种地理数据分析和地理状态评估提供具有科学性的参考依据1。目前，GIS技术已经在农业、林业、土地资源、生态环境、环境资源、灾害预警等领域中得到了广泛应用，尤其以 GIS技术为基础的地质灾害风险评价，更是受到了相关学者和工作人员的广泛关注。3 GIS技术条件下的地质灾害风险评价指标选取通过调查分析实际情况可知，在本次研究的区域内，地质灾害的危险性评价主要应包括区域内
7、的地形坡度、相对高差、工程岩组、河流作用、坡向以及坡面曲率。基于此，本次分析中，特将 GIS技术作为基础，为该区域构建了一个地质灾害风险评价体系，以下是该体系中的主要风险评价指标选取情况。3.1 坡度评价指标在地质灾害的成因中，坡度是一项非常重要的影响因素，坡度越大，土体自身的抗滑能力越小。当坡度达到岩土体的休止角时，休止角上部松散土体在切向上的力将会超过其摩擦力，从而出现失稳现象。本次评价中，依据实际勘查结果，通过高程值在评价体系中生成了一个坡度图层，并以此为基础重新对坡度进行分类，同时用不同颜色在图层内标注出3 种危险度等级：015斜坡稳定性好，不易发生地质灾害；1545斜坡稳定性较差，较
8、易发生地质灾害；45以上斜坡稳定性差，易发生地质灾害。3.2 相对高差指标流域高程越大，坡度稳定性越低，区域内也很容易出现泥石流、滑坡、坍塌等地质灾害。经以往的相关研究发现，高差越大，随着位势能的增加，岩土体自身势能也会增加2。因此，通过高差可以充分反映地质灾害发生的危害程度，而高差值的增加则可以让潜在移动面具有更多的层数，从而增大滑坡灾害的发生概率。针对相对高差危险度，具体研究中，可按照3 种等级进行划分：010m高度斜坡稳定性较好，不易发生地质灾害；1020m高度斜坡稳定性较差，较易发生地质灾害；20m以上斜坡稳定性差，易发生地质灾害。3.3 工程岩组指标江西建材规划设计与勘察102202
9、3年1 月斜坡自身的稳定性直接受土体特征影响。因此，在对工程岩组进行评价时，要充分考虑岩土体的结构特点、具体类型及其力学性质。根据目前的工程岩组危险性评价指标，坚硬岩体工程性质较好，对斜坡稳定性影响小；软弱岩体的工程性质较差，对斜坡稳定性影响中等；松散岩体的工程性质差，对斜坡稳定性影响大。本次研究区域内的工程岩组具有较薄的第四纪松散覆盖层，主要工程岩组是第三、第四以及第五组千枚岩，这些岩体均为坚硬岩体，所以工程岩组具有较低的危险度。3.4 河流作用评价指标河流会对区域内的斜坡起到浸润和冲刷作用，因此，河流是区域内滑坡甚至崩塌等地质灾害的主要影响因素。区域地质灾害中的河流危险性可按5 个等级进行
10、划分：与河流距离1000m以上的斜坡，受浸润和冲刷作用较轻微，稳定性影响小；与河流距离2001000m的斜坡，受浸润和冲刷作用适中，稳定性影响中等；与河流距离0200m的斜坡，受浸润和冲刷作用强烈，稳定性影响大。进一步研究发现，在河流下切作用下，斜坡可能出现临空面，从而导致悬崖、绝壁，而当斜坡原有的应力状态被破坏之后，原有的平衡也将被打破，并伴有应力释放，从而使悬崖、绝壁和原有的开挖相之间产生平行卸载裂隙，经不断延伸和扩大，逐渐变为贯通裂隙，最终引发崩塌。河流附近为主要的水体聚集区域，在此类区域内，岩石和土壤中的含水量通常较高，进一步加大了土体被破坏的可能性3。基于此，本文特地将区域内的河流作
11、为依据，按照上述危险等级重新对该区域的地质灾害危险等级进行了分类，并形成了对应的分布图。3.5 坡向评价指标一个区域的坡向对崩塌、滑坡等地质灾害的形成都具有关键的影响作用。同时，区域内斜坡的具体坡向也会在不同程度上影响到坡体上部的水热比以及气候等条件，从而使斜坡体在自然地理要素方面产生一定程度的差异性。而此种差异性也将直接导致滑坡分布规律性产生差异。基于上述原因，在对本次所研究的区域进行地质灾害危险性评价的过程中，特采用DEM（数字化高程建模）的方式对区域内的坡向图进行提取。3.6 坡面曲率评价指标所谓坡面曲率，就是一个区域的地形曲面在每一个截面方向的形状，坡面半径可实现一个区域局部具体地形结
12、构的真实反映。而在不同的地形条件下，坡面曲率也会对区域内的土壤分布情况产生不同影响，进而影响到区域内的地质灾害发生概率。在具体的坡面曲率评价中，我们可按照5 个风险等级对其进行划分，其中，坡面曲率在015 的分级为0 级，属于无危险度；坡面曲率在1530的分级为1级，属于低危险度；坡面曲率在3045的分级为2级，属于中危险度；坡面曲率在4560的分级为3级，属于较高危险度；坡面曲率在60以上的分级为4级，属于高危险度。对于地面曲率处于水平方向上的分量，我们称其为平面曲率，它所反映的是这一点等高线所具有的弯曲度；对于地面曲率处于垂直方向上的分量，我们称其为剖面曲率，它所反映的是地面高程相对于水平
13、面变化的一个二阶导数。坡面曲率属于地面坡度在坡降最大方向上度量出的地面高程变化率，这个结果可以反映出这一点实际的坡度陡缓情况。将坡面曲率作为基础，可对一个区域地表曲面在垂直方向的弯曲变化率加以量化，从而科学反映其地面地形具体的变化程度。因为地形起伏情况会对区域内的滑坡体具体形态产生直接影响，所以在对一个区域的滑坡类地质灾害进行风险评价时，我们应该将坡面曲率作为重点评价对象。根据已有的资料和现场实地勘察发现，本次所研究的区域具有较高的高程变化率，因此其剖面曲率也对地质灾害具有较大的影响作用4。经进一步的测量与勘查发现，该区域内的坡面曲率在3045 之间，属于中危险度。4 GIS技术条件下的地质灾
14、害风险评价地质灾害的发生具有很强的不确定性，而不同承灾体在各种地质灾害中所能达到的抵抗程度也不尽相同。基于此，在对一个区域内的地质灾害风险评价指标体系进行选取时，应将区域内不同的承灾体作为依据，将不同因素用作评价要素，对区域内的地质灾害易损性做出科学评价。在此过程中，我们需要对承灾体实际特征进行充分分析，这样才可以实现评价指标的针对性选取。通常情况下，对于一个区域而言，地质灾害的承灾体影响因素有三种：（1）社会易损性，（2）资源易损性，（3）物质易损性。基于此，我们可从两个方向对区域内的地质灾害风险性进行评价，危险性评价和易损性评价。4.1 地质灾害危险性评价本次研究主要通过逻辑回归法对该区域
15、内的各种滑坡灾害因素权重值加以确定，借助 Logistic回归模型进行自变量与因变量的回归计算，根据计算结果进行建模，再通过地质灾害事件的最终发生概率形式来导出评价结果。Logistic回归分析主要是对分组数据的概率实施 log函数变换，从而实现线性回归模型的科学获取，这个线性模型相当于广义上的线性模型。该区域内已经发生的滑坡地质灾害概率和未发生的滑坡地质灾害概率，可通过以下公式表示：（1）（2）式中，P代表区域内的滑坡灾害发生概率，单位是%；e为常数；代表滑坡灾害影响因素；n代表影响因素数量；Q代表滑坡稳定概率，单位是%。通过上述计算公式可知，在该区域内，滑坡地质灾害的发生与未发生概率与各种
16、影响因素之间具有线性关系，将 P与 Q的比值按照发生比（odds）定义，即：（3）其自然对数为：（4）计算出的结果即回归模型中的回归系数。经上述公式计算出的 P值是该区域内地质灾害的发生概率，这样便可科学评价出该区域内各种地质灾害的风险性。4.2 地质灾害易发性评价将上述地质灾害发生概率用作区域地质灾害概率的参考指数，通过 GIS软件中的空间分析功能对上述所有因子图层进行归一化处理，然后将每一个因子图层中的数据矩阵导出，并将其保存到GIS软件中，再通过MATLAB或SPSS统计软件进行结果数据的逻辑回归分析计算，从而实现回归值的科学获取。回归值代表的是单一的某个评价指标发生变化后P与Q两者的比值，是区域内地质灾害危险性评价过程中的危险性权重值。对区域内的所有地质灾害影响因素进行权重赋值，便可在 GIS软件中对该区域地质灾害风险区域做出初步规划。对于区域内的风险分区程度，本次主要按照上述六个评价指标叠加，从而实现因子权重的获取。表1 是本次地质灾害风险性评价中的因子权重配对比较情况。江西建材规划设计与勘察1032023年1 月表1 地质灾害风险性评价中的因子权重配对比较因子坡度相对高差工
