利用三度空間分析法開展河南省地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度評(píng)價(jià)研究

戚 賞

河南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，河南鄭州 450008

利用三度空間分析法開展河南省地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度評(píng)價(jià)研究

戚 賞

河南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，河南鄭州 450008

河南省山地丘陵面積7.4萬平方公里，地質(zhì)條件和地理?xiàng)l件復(fù)雜，不同地區(qū)人類工程活動(dòng)的性質(zhì)和強(qiáng)度也各不相同，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度也差異甚大。本文采用地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育度、潛勢(shì)度、危險(xiǎn)度的概念，首次對(duì)河南省地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度開展了定量評(píng)價(jià)，為職能部門有效開展地質(zhì)災(zāi)害防治管理及相關(guān)研究人員開展全省地質(zhì)災(zāi)害研究提供參考。

河南省；地質(zhì)災(zāi)害；三度空間分析；易發(fā)程度；定量評(píng)價(jià)

引言

河南省山地丘陵面積7.4×104km2，地理、地質(zhì)及構(gòu)造條件復(fù)雜，為我國(guó)中部地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)的省份。隨著中原經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)的開展，人類工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)不斷增強(qiáng)，河南省地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻度和密度有增加的趨勢(shì)。

河南省已經(jīng)完成了全部山地丘陵區(qū)66個(gè)縣（市）地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃工作，并積累了相當(dāng)數(shù)量的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估、調(diào)查、巡查、監(jiān)測(cè)、勘查和治理資料，在此基礎(chǔ)上開展地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度評(píng)價(jià)研究，可以從整體上提高我省地質(zhì)災(zāi)害的防治工作水平，控制和減少地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，確保人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，更好地保障我省社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。

1 研究方法與手段

本次研究依托各縣市地質(zhì)災(zāi)害空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，完成了省級(jí)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)建設(shè)，據(jù)此開展地質(zhì)災(zāi)害分布規(guī)律研究，通過地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育度、潛勢(shì)度、危險(xiǎn)度三度空間指標(biāo)分析方法，以定量手段開展河南省地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)。

2 評(píng)價(jià)研究體系

地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度綜合評(píng)價(jià)體系是在單災(zāi)種評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上建立起來的，其前提是在地質(zhì)環(huán)境調(diào)查數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，利用全省地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫、圖形庫，建立地質(zhì)災(zāi)害與地質(zhì)環(huán)境圖層因子分析系統(tǒng)，完成各單元單災(zāi)種地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育度、潛勢(shì)度、危險(xiǎn)度的計(jì)算，而后開展單災(zāi)種地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)，最后通過疊合計(jì)算完成地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度綜合分區(qū)評(píng)價(jià)。

3 網(wǎng)格剖分

采用柵格處理方法，對(duì)河南省行政區(qū)范圍進(jìn)行單元網(wǎng)格剖分。以5km×5km作為一個(gè)單元，對(duì)河南省行政區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格剖分，全省共劃分為6680個(gè)單元格，以單元格為最小單位進(jìn)行信息提取及量化。

4 數(shù)學(xué)模型的建立

4.1 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育度

“發(fā)育度（F）”是一個(gè)描述地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀的概念，是代表區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害頻率（f）、面積（S）和體積（V）等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育因子特征的函數(shù)，公式為:

式中:Fi- 第i單元的災(zāi)害發(fā)育度；

Rfi- 第i單元的災(zāi)害頻數(shù)比；

Rsi- 第i單元的災(zāi)害面積模數(shù)比；

Rvi- 第i單元的災(zāi)害體積模數(shù)比；

r - 修正指數(shù)。

① 地質(zhì)災(zāi)害頻數(shù)比（Rfi）

計(jì)算公式為:

式中:

ρfi為第i單元災(zāi)害點(diǎn)數(shù)與單元面積的比值，跨單元的災(zāi)害點(diǎn)可重復(fù)統(tǒng)計(jì)；

ρf為河南省災(zāi)害總數(shù)與省面積的比值，取0.0358（表1）。

表1 河南省各災(zāi)種地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量與省行政區(qū)面積比值（ρf）計(jì)算表

② 地質(zhì)災(zāi)害面積模數(shù)比（Rsi）

地質(zhì)災(zāi)害面積模數(shù)比Rsi計(jì)算公式為:

式中:

ρsi為第i單元災(zāi)害體分布面積與單元面積的比值；

ρs為災(zāi)害點(diǎn)總面積與河南省總面積的比值，取0.04516，其計(jì)算源數(shù)據(jù)（各地質(zhì)災(zāi)害類型總面積）從河南省地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫中提取匯總（表2）。

表2 河南省各災(zāi)種地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育面積與總面積比值計(jì)算表

③ 地質(zhì)災(zāi)害體積模數(shù)比（Rvi）

地質(zhì)災(zāi)害體積模數(shù)比Rvi的計(jì)算公式為:

式中:ρvi為第i單元內(nèi)災(zāi)害點(diǎn)總體積（m3）與單元面積（25km2）的比值；

ρv為調(diào)查區(qū)內(nèi)災(zāi)害點(diǎn)總體積（m3）與調(diào)查區(qū)面積（167000km2）的比值，取22926.3（表3）。

表3 河南省各災(zāi)種地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)體積與行政區(qū)面積比值（Rvi）計(jì)算表

（公式1）適用于滑坡、崩塌、泥石流等三維空間展布的地質(zhì)災(zāi)害類型，對(duì)于地面塌陷、地面沉降、地裂縫災(zāi)害等二維災(zāi)害類型，其體積計(jì)算中，我們分別以各單元中塌陷陷坑（沉降區(qū)）平均深度（總沉降量）、地裂縫平均深度代替三維計(jì)算中的高度，以完成其體積計(jì)算。

④ 修正值（r）

因河南省縣（市）地質(zhì)調(diào)查原則之一是“以人為本”，無人居住山區(qū)可能有地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)遺漏，為客觀反映整個(gè)調(diào)查區(qū)內(nèi)災(zāi)害發(fā)育程度，根據(jù)河南省各地貌分區(qū)特點(diǎn)，對(duì)（公式1）采用修正指數(shù)r，一般取0～2.0，平原區(qū)取值為0，丘陵區(qū)取1.25，中低山區(qū)取1.75。

4.2 地質(zhì)災(zāi)害潛勢(shì)度

地質(zhì)災(zāi)害潛勢(shì)度是指某一地區(qū)在沒有任何降雨、地震和人類工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)等誘發(fā)因素影響下地質(zhì)環(huán)境孕育地質(zhì)災(zāi)害的潛在能力，公式為:

i=1，2，…m；j=1，2，…n；

式中:Qi - 第i單元的潛勢(shì)度指數(shù)。

i - 評(píng)價(jià)單元數(shù)

j - 評(píng)價(jià)因子數(shù)

ai- 第j評(píng)價(jià)因子在第i單元中的賦值

bj- 第j評(píng)價(jià)因子的權(quán)重

m - 最多評(píng)價(jià)單元數(shù)，取6680

n - 最多評(píng)價(jià)因子數(shù)，取10

潛勢(shì)度評(píng)價(jià)選取的地質(zhì)災(zāi)害基礎(chǔ)因子取值標(biāo)準(zhǔn)見（表3）。

表3 地質(zhì)災(zāi)害基礎(chǔ)因子取值表

4.3 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)度

以表征地質(zhì)環(huán)境脆弱程度的地質(zhì)災(zāi)害潛勢(shì)度計(jì)算為基礎(chǔ)，加入地質(zhì)災(zāi)害誘發(fā)因素，來完成“危險(xiǎn)度”指標(biāo)體系的建立。危險(xiǎn)度的判別因子選取原則是:既考慮地質(zhì)災(zāi)害形成的內(nèi)在基本因素（即潛勢(shì)度），又兼顧誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的外部因素，即誘發(fā)因子，根據(jù)河南省地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀，我們選取人工切坡、降雨、水利工程建設(shè)、礦山開采活動(dòng)、地震等因素為危險(xiǎn)度計(jì)算中的誘發(fā)因子（表4）。

表4 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)度各因子取值標(biāo)準(zhǔn)表

其計(jì)算公式為:

i=1，2，…，m；j=1，2，…，p

式中:wi ～ 第i單元危險(xiǎn)度指數(shù)；

p - 評(píng)價(jià)因子個(gè)數(shù)，按上表取值為7；

m - 評(píng)價(jià)區(qū)單元個(gè)數(shù)；

di- 第j評(píng)價(jià)因子在第i單元的取值；

kj- 第j評(píng)價(jià)因子的權(quán)重。

地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)度是在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育度計(jì)算基礎(chǔ)上，綜合考慮地質(zhì)環(huán)境條件與地質(zhì)災(zāi)害誘發(fā)因素計(jì)算所得，我們將其作為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

5 單災(zāi)種地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)評(píng)價(jià)方法

采用計(jì)算機(jī)程序計(jì)算各單元Wi值，我們將各單元單災(zāi)種地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度以定量方式劃分為高易發(fā)、中易發(fā)、低易發(fā)和不易發(fā)4個(gè)等級(jí)，各等級(jí)與單元地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)度（Wi）對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表5。

表5 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度與危險(xiǎn)度對(duì)應(yīng)關(guān)系表

以上計(jì)算是以單元格為單位確定其易發(fā)程度，在進(jìn)行區(qū)域單災(zāi)種易發(fā)程度分區(qū)時(shí)，為使分區(qū)邊界更貼近實(shí)際，我們分別使用4.00、2.50、0.75作為易發(fā)區(qū)邊界線，根據(jù)單元易發(fā)區(qū)的取值，相鄰單元之間的易發(fā)性分區(qū)界線采用內(nèi)插法確定，來消除圖面因單元格取值造成的鋸齒，最終完成區(qū)域單災(zāi)種易發(fā)程度分區(qū)。

6 綜合分區(qū)結(jié)果

根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度綜合評(píng)價(jià)體系開展河南省地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)，共確定地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)6處、中易發(fā)區(qū)4處、低易發(fā)區(qū)3處、非易發(fā)區(qū)2處（表6，圖1）。

表6 河南省地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度綜合分區(qū)表

圖1

[1] 羅元華，張梁，張業(yè)成.地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法.地質(zhì)出版社，1998年

[2] 肖和平，潘芳喜.地質(zhì)災(zāi)害與防御. 地震出版社，2000年

[3] 中國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院.全國(guó)地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃研究.地質(zhì)出版社，2008年

[4] 劉傳正.地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估基本問題.中國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，2004年

[5] 國(guó)土資源部地質(zhì)環(huán)境司.中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治.地質(zhì)出版社，2003年

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.17.001