袁湘秦,趙法鎖,陳新建,程曉輝,姚翔龍
(長安大學(xué) 地質(zhì)工程與測繪學(xué)院,陜西 西安 710069)
陜西省綏德縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃
袁湘秦,趙法鎖,陳新建,程曉輝,姚翔龍
(長安大學(xué) 地質(zhì)工程與測繪學(xué)院,陜西 西安 710069)
在陜西省綏德縣地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查的基礎(chǔ)上,選取災(zāi)害點(diǎn)密度、坡度、坡高、坡型、巖土類型、降雨量以及人類工程活動(dòng)等因素建立了評價(jià)指標(biāo)體系,采用基于GIS的信息量分析模型對綏德縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性進(jìn)行了區(qū)劃,將研究區(qū)劃分為高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)和低易發(fā)區(qū),其中高易發(fā)區(qū)面積326.04 km2,占總面積的17.4%;中易發(fā)區(qū)面積1,349.8 km2,占總面積的71.9%;低易發(fā)區(qū)面積202.16 km2,占總面積的10.7%。通過對綏德縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃,以期為該縣防災(zāi)減災(zāi)提供技術(shù)支持。
信息量分析模型;地質(zhì)災(zāi)害;易發(fā)性;區(qū)劃;陜西綏德
地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)是指具備地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的地質(zhì)環(huán)境條件,容易或者可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域[1]。地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)是指地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性大小的預(yù)測。研究地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性,能夠?yàn)殚_展地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性和風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)研究提供基礎(chǔ)資料,并對區(qū)域國土資源規(guī)劃、減災(zāi)防災(zāi)提供基礎(chǔ)依據(jù)[2]。
綏德縣地處陜北黃土高原腹地,屬陜北黃土高原丘陵溝壑區(qū),地形破碎、梁峁起伏、河谷深切,地質(zhì)環(huán)境條件較差,滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害時(shí)有發(fā)生,且分布廣、危害較嚴(yán)重,是陜西省地質(zhì)災(zāi)害較為發(fā)育的縣(市)之一。歷史上有數(shù)量較多的、不同規(guī)模的各種地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生,造成不同程度的人員傷亡、損壞廠礦建筑和居民房屋,給人民生命財(cái)產(chǎn)造成了較大損失,已經(jīng)成為制約綏德縣經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要因素。對綏德縣進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃,能為當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)災(zāi)害的防治與管理提供基礎(chǔ)依據(jù),具有重要的實(shí)踐意義,也是很有必要的。目前,常用的地質(zhì)災(zāi)害評價(jià)模型有層析分析法、綜合指數(shù)模型、邏輯回歸模型、信息量模型、專家評判法等[3-10]。其中,信息量分析模型比較適合高山峽谷區(qū),操作方便,可信度高,可以快速評價(jià)和制圖[2-4]。因此,本文在綏德縣地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查的基礎(chǔ)上,采用基于GIS的信息量分析模型對綏德縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性進(jìn)行區(qū)劃,以期為該地區(qū)防災(zāi)減災(zāi)提供技術(shù)支持。
綏德縣位于陜西省北部,榆林市東南部,無定河下游,北部與米脂縣、佳縣毗鄰,南部與清澗縣接壤,西側(cè)與子洲縣相鄰,東側(cè)與吳堡縣相接。地理坐標(biāo): 110°03′~110°41′ E, 37°16′~37°46′ N之間,東西長56.0 km,南北寬51.6 km,總面積1 878 km2(其中,土地面積1 853 km2,水域面積25 km2)??h域地勢東北高西南低,區(qū)內(nèi)地貌類型主要為河谷階地區(qū)、土石峁區(qū)和黃土梁峁區(qū)。地屬溫帶大陸性半干旱氣候,多年平均降雨量為468 mm,年最大降雨量747.5 mm(1964年),最小降雨量235.0 mm(1965年)。降雨多集中于7-9月,占多年平均降雨量61%。區(qū)內(nèi)出露地層以三疊系、新近系和第四系為主。出露巖性有馬蘭黃土、離石黃土、砂巖、泥巖及紅粘土,其中馬蘭黃土質(zhì)地疏松、多大孔隙,垂直節(jié)理發(fā)育[11],是本區(qū)的易滑地層。區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造簡單,無大型褶皺、斷裂,主要發(fā)育兩條斷層,郝家橋斷層和霍家溝斷層,同呈東西向展布。新生代第四紀(jì)以來,本區(qū)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以振蕩性間歇性緩慢上升為主,外營力作用較強(qiáng)烈,以剝蝕、侵蝕為主,堆積為輔,地震活動(dòng)較弱。
2.1 地質(zhì)災(zāi)害類型
通過實(shí)地調(diào)查各類點(diǎn)963處,查明綏德縣地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)132處,地質(zhì)災(zāi)害主要類型為滑坡、崩塌和泥石流,見表1。其中滑坡48處,占地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)36.4%,崩塌80處,占地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)60.6%,泥石流4處,占地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)3%。48處滑坡都屬于小型黃土滑坡,滑動(dòng)面位于黃土體內(nèi)部,埋深較淺,屬于淺層滑坡。崩塌以黃土崩塌為主,有76處,巖質(zhì)崩塌較少,僅4處,分布于黃河沿線。滑坡和崩塌是綏德縣危害最為嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害類型。
表1 綏德縣地質(zhì)災(zāi)害類型統(tǒng)計(jì)
2.2 地質(zhì)災(zāi)害分布特征
綏德縣地質(zhì)災(zāi)害分布呈現(xiàn)以下特征。
(1)空間分布特征:地質(zhì)災(zāi)害主要分布在黃土梁峁區(qū)和河谷階地區(qū),該區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件相對較差。
(2)地域分布特征:地質(zhì)災(zāi)害主要分布在交通便利、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人類工程活動(dòng)強(qiáng)烈、人口密度高的鄉(xiāng)鎮(zhèn)。該區(qū)人類工程活動(dòng)相對強(qiáng)烈,對地質(zhì)環(huán)境不利改造相對強(qiáng)烈,人類活動(dòng)誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害相對較多。
(3)時(shí)間分布特征:地質(zhì)災(zāi)害在每年的7-9月,每年的凍融期以及人類工程活動(dòng)集中的時(shí)間段發(fā)生的頻率較高。
(4)地層巖性分布特征:地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)育于黃土中,48處滑坡都為黃土層內(nèi)滑坡,80處崩塌中,76處為黃土崩塌,僅4處巖質(zhì)崩塌。
3.1 信息量分析模型
3.1.1 信息量法原理
信息量法認(rèn)為某一事件發(fā)生的概率受眾多因素的影響,各種影響因素所起作用的大小和性質(zhì)不同,但對于該事件的發(fā)生,總能找到一組“最佳因素”,將“最佳因素”的實(shí)測值轉(zhuǎn)化為影響事件發(fā)生的信息量值,用信息量值的大小來評價(jià)事件發(fā)生的概率,該值越大,說明事件發(fā)生的概率越大[12]。
3.1.2 信息量法計(jì)算過程[13]
(1)在眾多影響因素中,提取“最佳因素”組合,以此建立評價(jià)指標(biāo)體系。
(2)確定指標(biāo)體系中各指標(biāo)的權(quán)重。
(3)采用標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化、均勻化等數(shù)值變換方法對評價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理。
(4)計(jì)算“最佳因素”組合中單一因素(指標(biāo))xi提供事件發(fā)生(A)的信息量I(xi/A):
(1)
式中:S為已知樣本總單元數(shù);N為已知樣本中變形破壞的單元總數(shù);Si為有xi的單元個(gè)數(shù);Ni為有指標(biāo)xi的變形破壞單元個(gè)數(shù)。
(5)計(jì)算“最佳因素”組合情況下,提供事件發(fā)生的信息量Ii,即:
(2)
(6)根據(jù)信息量值Ii的大小,給單元確定穩(wěn)定性等級。單元信息量值越大事件越容易發(fā)生。
(7)經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析(主觀判斷或聚類分析)找出突變點(diǎn)作為分界點(diǎn),確定評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),將區(qū)域分成不同等級。
3.2 評價(jià)指標(biāo)的建立
地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)是指對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性大小的預(yù)測。影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的因素很多,各影響因素對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的影響程度不同,但在特定的地質(zhì)環(huán)境條件中,總能找到一組“最佳組合因素”,以此建立評價(jià)指標(biāo)體系,能夠客觀地評價(jià)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率的大小[12]。本次評價(jià)在已有的資料基礎(chǔ)上,結(jié)合這次地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查所取得的成果,并借鑒前人研究成果,選取了災(zāi)害點(diǎn)密度、坡高、坡度、坡型、巖土體類型、降雨量和人類工程活動(dòng)等7個(gè)評價(jià)指標(biāo)(圖1),建立了地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)指標(biāo)體系。
圖1 綏德縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性性評價(jià)指標(biāo)
3.3 評價(jià)指標(biāo)權(quán)重確立
指標(biāo)權(quán)重反映了指標(biāo)對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的影響程度大小,權(quán)重越大,表明該指標(biāo)對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)
生的影響程度越大,反之,則影響程度越小。權(quán)重取值的精度,決定了評價(jià)結(jié)果的可用性。本文參考前人研究成果,并結(jié)合綏德縣當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)環(huán)境條件,采用貢獻(xiàn)率法確定各指標(biāo)的權(quán)重,見表2。
表2 地質(zhì)災(zāi)害因子指標(biāo)權(quán)重表
3.4 評價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)歸一化
建立的評價(jià)指標(biāo)體系中,其中災(zāi)點(diǎn)密度、坡高、坡度、坡型和降雨量為定量指標(biāo),采用直線型閾值法進(jìn)行數(shù)據(jù)歸一化;巖土體類型和人類工 程活動(dòng)為定性指標(biāo),根據(jù)這些因素與地質(zhì)災(zāi)害的影響的關(guān)系進(jìn)行歸一化賦值[14]。
(1)災(zāi)害點(diǎn)密度
災(zāi)點(diǎn)密度代表單元區(qū)域里面地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育程度,計(jì)算每個(gè)評價(jià)單元里的災(zāi)害點(diǎn)密度,定義災(zāi)點(diǎn)密度最大值歸一化賦值1,災(zāi)點(diǎn)密度最小值歸一化取0,然后采用直線型閾值法對其他單元的災(zāi)害點(diǎn)密度進(jìn)行0~1數(shù)據(jù)歸一化。
(2)坡高
坡體內(nèi)的應(yīng)力隨坡高的增加逐漸增大,斜坡的穩(wěn)定性降低,本次詳細(xì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)滑坡和崩塌等地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)生在高度50~100 m。定義斜坡高度大于50 m,歸一化取值1,斜坡高度0時(shí),歸一化取值為0,斜坡高度0~50 m時(shí),采用直線型閾值法對其進(jìn)行0~1數(shù)據(jù)歸一化。
(3)坡度
坡度影響斜坡的應(yīng)力分布、地表水的徑流以及斜坡上松散堆積物的厚度,坡度的增加,導(dǎo)致斜坡穩(wěn)定性降低。本次詳細(xì)調(diào)查發(fā)現(xiàn),斜坡坡度25°~55°時(shí),地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度高,向兩側(cè)逐漸減小。定義斜坡坡度40°時(shí),歸一化取值1,斜坡坡度小于25°和斜坡坡度90°時(shí),歸一化取值0,其余坡度采用直線型閾值法對其進(jìn)行0~1數(shù)據(jù)歸一化。
(4)坡型
根據(jù)GIS自帶坡型曲率計(jì)算功能,計(jì)算各單元內(nèi)的曲率值,定義曲率最大值歸一化為1,定義曲率最小值歸一化取0,其余曲率歸一化取值采用直線型閾值法計(jì)算。
(5)巖土體類型
根據(jù)《1: 50,000地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查信息化成果技術(shù)要求》[14],對巖土體類型這一定性指標(biāo),采用巖土類型對地質(zhì)災(zāi)害影響關(guān)系直接歸一化賦值。本區(qū)地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)生與黃土層內(nèi),少數(shù)崩塌發(fā)生與黃河沿線的砂巖內(nèi)。定義Q3黃土歸一化為0.9,Q2黃土歸一化取值為0.5,砂巖歸一化取值為0.2。
(6)降雨
降雨對斜坡體進(jìn)行沖刷,雨水補(bǔ)給斜坡體,軟化斜坡土體,是誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的主要因素,隨著降雨量的增加,地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的次數(shù)逐漸增多。本次調(diào)查發(fā)現(xiàn),降雨強(qiáng)度對地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度有較大的影響,當(dāng)年平均降雨量大于650 mm時(shí),地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度為高,歸一化取值為1,當(dāng)年平均降雨量小于250 mm時(shí),地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度極低,歸一化取值為0。年平均降雨量250~650 mm時(shí)采用直線型閾值法進(jìn)行0~1的線性歸一化。
(7)人類工程活動(dòng)
經(jīng)調(diào)查綏德縣境內(nèi)現(xiàn)階段人類工程活動(dòng)主要為城鎮(zhèn)化建設(shè)、新農(nóng)村建設(shè)和交通線路建設(shè)而進(jìn)行的削坡開挖行為。城鎮(zhèn)化建設(shè)和新農(nóng)村建設(shè)1.5 km范圍內(nèi),歸一化取值為1。主要交通線路200 m范圍內(nèi),歸一化取值為1。其他區(qū)域賦值為0。
3.5 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)結(jié)果
在評價(jià)指標(biāo)分析和數(shù)據(jù)歸一化的基礎(chǔ)上,采用ArcGIS軟件,利用ArcGIS的空間疊加和統(tǒng)計(jì)功能,將各指標(biāo)值按照權(quán)重分配結(jié)果進(jìn)行信息疊加計(jì)算,得到綏德縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度評價(jià)結(jié)果,采用突變點(diǎn)法,找出易發(fā)程度分區(qū)界限值,給出地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分級標(biāo)準(zhǔn)(表3),對綏德縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性進(jìn)行區(qū)劃,將綏德縣劃分為地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)和低易發(fā)區(qū),在定量計(jì)算分級分區(qū)的基礎(chǔ)上,綜合考慮各種因素,以符合綏德實(shí)際狀態(tài)的原則,人工勾畫出綏德縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)表(表4)和地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)圖(圖2)。
表3 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度區(qū)劃評價(jià)分區(qū)表
(1)從表4和圖2可以看出,地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)(A)主要分布在無定河和黃河沿線,進(jìn)一步劃分為2個(gè)亞區(qū),無定河地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)(A1)和黃河地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)(A2),總面積326.04 km2,占全縣總面積的17.4%,區(qū)內(nèi)災(zāi)害點(diǎn)46處,災(zāi)害點(diǎn)密度0.141處/km2。
(2)地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū)(B)主要分布在黃土梁峁區(qū),總面積1 349.8 km2,占全縣總面積的73.6%。根據(jù)地質(zhì)環(huán)境條件及人類工程活動(dòng)差異,進(jìn)一步劃分為5個(gè)亞區(qū):四十里鋪鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害中危險(xiǎn)區(qū)(B1),包括大理河兩側(cè);張家砭鄉(xiāng)地質(zhì)災(zāi)害中危險(xiǎn)區(qū)(B2);田莊-薛家灣鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害中危險(xiǎn)區(qū)(B3);白家鹼-義合鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害中危險(xiǎn)區(qū)(B4);薛家河-中角鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害中危險(xiǎn)區(qū)(B5)。區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)密度0.022處/km2。
(3)地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)(C)總面積202.16 km2,占全縣總面積的10.7%。按其所處的地理位置及地質(zhì)環(huán)境條件的差異,可將其劃分為3個(gè)亞區(qū),四十里鋪鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)(C1),包括四十里鋪鎮(zhèn)西北祁家溝、付家溝的上游地段,總面積66.58 km2,占全縣總面積的3.55%;張家砭鄉(xiāng)地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)(C2),包括綏德縣西部張家砭鄉(xiāng)東南部,郝家橋溝的平緩地段,面積48.28 km2,占全縣總面積的2.60%。吉鎮(zhèn)鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)(C3),面積97.30 km2,占全縣總面積的5.18%。區(qū)內(nèi)處于黃土梁峁的中上部,坡體較完整、坡度較小(一般小于20°),植被較發(fā)育,人口密度不大,人類工程活動(dòng)較弱,地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的頻率相對低。區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)密度0.009處/km2。
表4 綏德縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)表
圖2 綏德縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)圖
(1)綏德縣主要有滑坡、崩塌和泥石流三種地質(zhì)災(zāi)害,其中滑坡48處,崩塌80處,泥石流4處?;潞捅浪墙椀驴h危害最為嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害。
(2)綏德縣地質(zhì)災(zāi)害分布具有明顯的空間、地域、時(shí)間和巖性分布特征。空間特征主要分布黃土梁峁區(qū)和河谷階地區(qū)。地域特征主要分布在交通便利、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人類工程活動(dòng)強(qiáng)烈、人口密度高的鄉(xiāng)鎮(zhèn)。時(shí)間特征多集中于每年的7-9月,每年的凍融期以及人類工程活動(dòng)集中的時(shí)間段。巖性特征主要發(fā)育于馬蘭黃土、離石黃土中。
(3)綏德縣地質(zhì)災(zāi)害受斜坡形態(tài)、巖土類型、降雨和人類工程活動(dòng)影響,選取災(zāi)害點(diǎn)密度、坡高、坡度、坡型、巖土體類型、降雨量和人類工程活動(dòng)等作為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)指標(biāo)是合適的。
(4)采用基于GIS的信息量分析模型,將綏德縣劃分了地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)和低易發(fā)區(qū),其中高易發(fā)區(qū)面積326.04 km2,占全縣總面積的17.4%;中易發(fā)區(qū)面積1 349.8 km2,占全縣總面積的73.6%;低易發(fā)區(qū)面積202.16 km2,占全縣總面積的10.7%。
通過對綏德縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)劃分,能夠?yàn)楫?dāng)?shù)卣畤临Y源規(guī)劃、減災(zāi)防災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。
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Zoning of Geological Hazards’ Susceptibility Evaluation in Suide County of Shaanxi Province
YUAN Xiangqin, ZHAO Fasuo, CHEN Xinjian, CHENG Xiaohui and YAO Xianglong
(SchoolofGeologicalEngineeringandGeomatics,Chang’anUniversity,Xi’an710054,China)
BasedoninvestigationofgeohazardsinSuideCounty,densityofgeohazards,slopeheight,gradient,slopetype,typeofrockandearthmass,rainywaterandhumanactivitiesarechosenas7evaluationindextoestablishsusceptibilityevaluationindexsystem.Thestudyareaisfinallydividedinto3levelsofthehigh-gradeareabyusingtheinformationcontentmethodontheGISplatform.Accordingtotheresults,thehigh-gradeareacovers326.04km2,accountingfor17.4%ofthetotalarea;themedium-gradeareacovers1 349.8km2,accountingfor71.9%ofthewholeareaandthelow-gradeareais202.16km2,accountingfor10.7%.Ithopestoprovidesometechnologysupporttopreventandreducegeohazardsbyzoningofgeologicalhazards’susceptibilityevaluationinSuideCounty.
theinformationcontentmethod;zoningofgeologicalhazards’susceptibilityevaluation;SuideCountyofShaanxiprovince
10.3969/j.issn.1000-811X.2017.01.020.]
2016-06-07
2016-08-03
陜西省地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目(2014SDD0005)
袁湘秦(1989-),男,湖南省冷水江人,博士研究生,主要從事地質(zhì)災(zāi)害機(jī)理與防治研究. E-mail:253136313@qq.com
X43;P694
A
1000-811X(2017)01-0117-05
10.3969/j.issn.1000-811X.2017.01.020
袁湘秦,趙法鎖,陳新建,等. 陜西省綏德縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃 [J]. 災(zāi)害學(xué),2017,32(1):117-120,125. [YUAN Xiangqin, ZHAO Fasuo, CHEN Xinjian,et al. Zoning of geological hazards’ susceptibility evaluation in suide county of Shaanxi province[J]. Journal of Catastrophology,2017,32(1):117-120,125.