基于信息量法的廣西南寧市武鳴區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)

董凱 王永卿 蒲秀勇 梁凱麗

摘要 武鳴區(qū)位于廣西壯族自治區(qū)中南部，地質(zhì)環(huán)境條件較復(fù)雜，人類工程活動(dòng)強(qiáng)烈，地質(zhì)災(zāi)害較發(fā)育。為精準(zhǔn)識別地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)律，為政府決策和國土空間規(guī)劃提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。以武鳴區(qū)為研究區(qū)域，選取高程、坡度、坡向、地層巖性、降雨、距斷裂距離、距河流距離、距道路距離為評價(jià)因子，運(yùn)用信息量法進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)。結(jié)果表明：地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)生在中部的丘陵、臺(tái)地地區(qū)，形成災(zāi)害的內(nèi)因條件主要是地勢地貌與工程地質(zhì)巖組，而外在引發(fā)因素主要是降雨多、強(qiáng)度大以及人類活動(dòng)頻繁；不易發(fā)分區(qū)、低易發(fā)分區(qū)、中易發(fā)分區(qū)、高易發(fā)分區(qū)面積分別占全區(qū)面積比重19.89%、37.48%、28.72%、13.90%，結(jié)果可為武鳴區(qū)地質(zhì)災(zāi)害避讓搬遷和防治提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞 地質(zhì)災(zāi)害；信息量法；易發(fā)性分區(qū)；武鳴區(qū)

中圖分類號：P694 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）09–0-04

地質(zhì)災(zāi)害是指在自然界中發(fā)生地形地貌改變，對自然造成一定破壞，以及對人類生命財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生重大影響的現(xiàn)象[1]。受氣候變化、地震頻發(fā)和人類活動(dòng)的影響，我國地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)、多發(fā)，由此造成的重大經(jīng)濟(jì)損失事件時(shí)有發(fā)生，地質(zhì)災(zāi)害防治形勢依然嚴(yán)峻，防災(zāi)減災(zāi)成為學(xué)者們研究的重要內(nèi)

容[2-3]。從目前研究來看，地質(zhì)災(zāi)害評價(jià)內(nèi)容的復(fù)雜性使得如何將定性評價(jià)轉(zhuǎn)為定量評價(jià)成為一個(gè)需要深入研究的內(nèi)容。同時(shí)隨著計(jì)算機(jī)和相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，如何更好地模擬出地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育條件和集成各種技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害評估是當(dāng)下的難點(diǎn)[4-5]。采用“3S”技術(shù)和各學(xué)科理論，利用科學(xué)計(jì)算機(jī)，構(gòu)建災(zāi)害評價(jià)模型，界定地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級，建立區(qū)域?yàn)?zāi)害預(yù)警、預(yù)報(bào)和管理系統(tǒng)，是國內(nèi)外專家學(xué)者當(dāng)前重點(diǎn)研究的內(nèi)容[6-8]。

武鳴區(qū)位于廣西壯族自治區(qū)中南部，全縣地勢海拔由東北向西南傾斜。東部、北部為大明山，南部為高峰山脈。武鳴區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害有崩塌、滑坡、地面塌陷、泥石流、不穩(wěn)定斜坡等類型。地質(zhì)災(zāi)害對人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)及安全造成的損失日益增加，嚴(yán)重影響了該縣社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。基于此，通過充分搜集武鳴區(qū)自然地理、氣象水文和基礎(chǔ)地質(zhì)情況等方面的資料，實(shí)地考察了武鳴區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的基本情況，分析了該區(qū)多年來不同類型地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育特征、形成條件和危害情況，詳細(xì)分析了武鳴區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征及形成機(jī)理，選取評判因子，構(gòu)建武鳴區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)劃評價(jià)指標(biāo)體系，利用信息量法對武鳴區(qū)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行危險(xiǎn)性區(qū)劃，提出了地質(zhì)災(zāi)害防治措施及建議。

1 研究區(qū)概況

南寧市武鳴區(qū)屬中國廣西壯族自治區(qū)，位于南寧市的北部，東與邕寧區(qū)、賓陽縣、上林縣交界，西與隆安縣、平果市毗連，北接馬山縣，城區(qū)距南寧市區(qū)37 km。武鳴地形由東向西傾斜，東部、南部、北部地勢較高，中部及西部低相對較低，主要地貌類型有：溶蝕—堆積地貌、構(gòu)造—溶蝕地貌、構(gòu)造—侵蝕地貌、侵蝕—堆積地貌。區(qū)內(nèi)共有河流138條，其流域面積50 km2以上的河流有20條。武鳴區(qū)地處亞熱帶季風(fēng)區(qū)，雨量充沛，降雨量自東北往西南逐漸遞減，大明山是多雨區(qū)，年平均降雨量為1 726 mm，西南部的里建、雙橋、甘圩等地為少雨區(qū)，年平均降雨量為1 100 mm，武鳴區(qū)內(nèi)降雨量多集中在4—9月，常形成暴雨等氣象災(zāi)害，誘發(fā)山洪及滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害。

近年來，人類工程活動(dòng)越來越活躍，對武鳴區(qū)地質(zhì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞。地質(zhì)災(zāi)害類型包括崩塌、滑坡、地面塌陷、地裂縫、斜坡、泥石流等類型。截至2020年底，研究區(qū)域范圍內(nèi)現(xiàn)有地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)共98處，其中，崩塌54處，占55.10%；滑坡17處，占17.35%、地面塌陷13處，占13.27%（表1）。1958—2021年，因地質(zhì)災(zāi)害造成了10人死亡，5人受傷，部分房屋被毀壞，直接經(jīng)濟(jì)損失202.7萬元。近年來，幾乎每年都有1～2次的極端降雨情況出現(xiàn)，每當(dāng)汛期來臨，極易誘發(fā)滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害，嚴(yán)重威脅著學(xué)校、民房、公共設(shè)施及廣大人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，對當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的建設(shè)和社會(huì)的安定造成了一定的危害和影響。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究方法

信息量法是評價(jià)易發(fā)性程度的一種常見方法，主要觀點(diǎn)認(rèn)為易發(fā)性受評價(jià)因素質(zhì)量和數(shù)量的影響。該方法是先計(jì)算單個(gè)影響因子的信息量，然后統(tǒng)計(jì)整個(gè)區(qū)域所有影響因子的信息量總值，最后根據(jù)信息量總值進(jìn)行重新分類。該方法的步驟如下：

（1）計(jì)算影響因子xi對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生（Y）所貢獻(xiàn)的信息量值：

I（xi，Y ）=（1）

式（1）中，Y表示地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)性；xi表示地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性影響因子；S表示研究區(qū)域的總面積；Si表示研究區(qū)域包含評價(jià)因子xi的面積；Ni表示研究區(qū)域已發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害包含評價(jià)因子xi的災(zāi)害點(diǎn)數(shù)量；N表示研究區(qū)域已經(jīng)發(fā)生的所有災(zāi)害點(diǎn)的個(gè)數(shù)。

（2）計(jì)算區(qū)域范圍內(nèi)所有評價(jià)因子的總信息量值[9]：

Ii =I（xi，Y ）=In （2）

（3）地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)?？傂畔⒘磕軌蚍从嘲l(fā)生災(zāi)害的概率，所以運(yùn)用GIS軟件對總信息量值的進(jìn)行重分類，并進(jìn)行易發(fā)性評價(jià)分區(qū)。

2.2 數(shù)據(jù)來源

所需的數(shù)字高程模型DEM、地層巖性數(shù)據(jù)、降雨數(shù)據(jù)、斷層、河流、道路分布數(shù)據(jù)、區(qū)位圖來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心，地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)來源于廣西地質(zhì)環(huán)境檢測總站。對原始數(shù)據(jù)做以下預(yù)處理：首先，將所有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)文件格式轉(zhuǎn)換為.Shp格式（數(shù)字高程模型除外）；其次，為了避免數(shù)據(jù)在不同坐標(biāo)系下偏移，將所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一坐標(biāo)系；再次，用行政界線對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行裁剪；最后，進(jìn)行拓?fù)錂z查、重分類、柵格疊加、模糊處理等。

3 結(jié)果與分析

3.1 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性影響因素

（1）高程。運(yùn)用ArcGIS軟件將已有的DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分析，運(yùn)用重分類方法分為5個(gè)類型（圖1）。武鳴區(qū)的高程值為122～1 712 m，主要在0～500 m之間，地形較為平坦，主要為平原與臺(tái)地區(qū)。其中，高程100～200 m之間，面積約占全區(qū)57.28%，統(tǒng)計(jì)災(zāi)害點(diǎn)61次，災(zāi)害點(diǎn)約占總數(shù)的62.24%；高程200～500 m之間，面積約占全區(qū)32.20%，統(tǒng)計(jì)災(zāi)害點(diǎn)30次，災(zāi)害點(diǎn)約占總數(shù)的30.61%；高程500～1 000 m僅有4處災(zāi)害點(diǎn)，而高程在1 000 m以上區(qū)域沒有災(zāi)害點(diǎn)分布，可見武鳴區(qū)地質(zhì)災(zāi)害主要集中分布在高程100～200 m之間的地區(qū)。

（2）坡度。運(yùn)用表面分析中的坡度分析功能提取坡度，并運(yùn)用重分類方法分為7個(gè)類型（圖2A）[10]。武鳴區(qū)的斜坡坡度主要分布在[0°，10°）、[10°，20°）之間，面積分別占全區(qū)64.22%和20.89%，并且災(zāi)害點(diǎn)主要分布在這2個(gè)坡度范圍內(nèi)，統(tǒng)計(jì)地質(zhì)災(zāi)害次數(shù)分別為69次和19次，占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的70.41%和19.39%。根據(jù)面積分布和災(zāi)害點(diǎn)分布來看，＜20°斜坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密度最大。

（3）坡向。在已有的DEM數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，運(yùn)用ArcGIS軟件中的坡向分析功能提取坡向，并重分類為[0°，45°）和[315°，360°）為陰坡、[45°，135°）為半陰坡、[135°，225°）為陽坡、[225°，315°）為半陽坡，得到武鳴區(qū)坡向分析圖（圖2B）。根據(jù)分析結(jié)果可知，陰坡和半陰坡分布的災(zāi)害點(diǎn)總體上比陽坡和半陽坡的數(shù)量多，坡向會(huì)影響蒸發(fā)量、太陽輻射強(qiáng)度、植物和環(huán)境生態(tài)的變化。由于陰坡日照時(shí)間短，植被覆蓋條件弱，導(dǎo)致斜坡穩(wěn)定性降低，容易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。

（4）地層巖性。武鳴區(qū)地層巖性主要包括碳酸鹽、碎屑巖、黏性土、特殊土、巖漿巖。其中，碳酸鹽和碎屑巖易風(fēng)化，容易誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，共孕有72個(gè)災(zāi)害點(diǎn)，占總數(shù)的73.47%。

（5）斷層。斷層是影響巖石穩(wěn)定性的重要因素之一[11-12]。運(yùn)用ArcGIS建立緩沖區(qū)以統(tǒng)計(jì)距斷層不同距離對應(yīng)災(zāi)害點(diǎn)的數(shù)量與面積發(fā)現(xiàn)，距斷層4 000 m以內(nèi)共有65處災(zāi)害點(diǎn)，占總數(shù)的66.32%。

（6）降雨量。降雨是誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的一個(gè)重要因素。武鳴區(qū)多年平均降雨量分布圖，依據(jù)實(shí)際情況將其分為4個(gè)等級（圖6）。降雨量在2 000～2 500 mm范圍內(nèi)分布的災(zāi)害點(diǎn)較多，共有68個(gè)，占總數(shù)的69.38%。

（7）距河流距離。武鳴區(qū)河網(wǎng)發(fā)育，河流及小型支流較多，通過ARCGIS構(gòu)建河流緩沖區(qū)，發(fā)現(xiàn)距河流1 500 m以內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)34個(gè)，約占總數(shù)的34.69%，其余7種分類占比較為均勻。

（8）距道路距離。運(yùn)用ArcGIS建立緩沖區(qū)，以統(tǒng)計(jì)距道路不同距離對應(yīng)災(zāi)害點(diǎn)的數(shù)量與面積，發(fā)現(xiàn)距道路200 m以內(nèi)為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)，共存在地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)62處，占總數(shù)63.26%。由此可知，道路建設(shè)容易誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，地質(zhì)災(zāi)害沿道路呈帶狀分布。

（9）土地利用類型。武鳴區(qū)土地利用類型主要為耕地和林地，面積占97.83%，2種土地類別中發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害94處，其余4處地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布在建設(shè)用地中。

（10）植被覆蓋指數(shù)。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)：廣西植被覆蓋指數(shù)主要集中在0.4～1.0，其中，[0.6，0.8）之間為地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)，共51處災(zāi)害點(diǎn)，占總數(shù)的52.04%。

3.2 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)結(jié)果

根據(jù)信息量法的計(jì)算公式，運(yùn)用ArcGIS軟件得到每個(gè)評價(jià)因子的信息量值（表2）。將各個(gè)評價(jià)因子所對應(yīng)的信息量值相加得到武鳴區(qū)的總信息量值結(jié)果范圍在-0.485 6～0.986 7之間。將總信息量進(jìn)行重分類后劃分為高易發(fā)分區(qū)、中易發(fā)分區(qū)、低易發(fā)分區(qū)和不易發(fā)分區(qū)，得到武鳴區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)圖（圖3）。不易發(fā)分區(qū)、低易發(fā)分區(qū)、中易發(fā)分區(qū)、高易發(fā)分區(qū)面積分別為662.31、1 248.18、956.72、462.88 km2，分別占全區(qū)面積的19.89%、37.48%、28.72%、13.90%。

4 結(jié)論與建議

（1）在搜集資料的基礎(chǔ)上，通過總結(jié)分析武鳴區(qū)坡度、高程、坡向、巖性、斷層、道路、河流、降雨、NDVI、LUCC等主控因子，建立評價(jià)模型，采用ArcGIS進(jìn)行因子量化、分級，結(jié)合層次分析法、構(gòu)造判斷矩陣，計(jì)算各因子權(quán)重和評價(jià)單元加權(quán)信息量。

（2）根據(jù)信息量法的計(jì)算公式，將各個(gè)評價(jià)因子所對應(yīng)的信息量值相加得到武鳴區(qū)的總信息量值結(jié)果范圍為-0.485 6～0.986 7，將總信息量進(jìn)行重分類后劃分為高易發(fā)分區(qū)、中易發(fā)分區(qū)、低易發(fā)分區(qū)和不易發(fā)分區(qū)，其分別占全區(qū)面積的19.89%、37.48%、28.72%、13.90%。

（3）滑坡地質(zhì)災(zāi)害的空間預(yù)測是一個(gè)復(fù)雜的非線性過程，提高模型的精度對滑坡預(yù)測任務(wù)具有重要意義。探索評價(jià)因子的分布特點(diǎn)有助于理解滑坡發(fā)生的機(jī)制，后續(xù)需要建立更完善的滑坡評價(jià)因子體系，定量化表達(dá)評價(jià)因子的重要程度，以便探索更合理可靠的滑坡預(yù)測模型。

參考文獻(xiàn)

[1] 姬永濤，王鮮，郝業(yè)，等.基于斜坡單元的陜西省城鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查評價(jià)：以西安市蔣村街道為例[J].災(zāi)害學(xué)， 2022，37（4）：211-219.

[2] 張春山，張業(yè)成，馬寅生.黃河上游地區(qū)崩塌、滑坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域危險(xiǎn)性評價(jià)[J].地質(zhì)力學(xué)學(xué)報(bào)，2003（2）：143-153.

[3] 白光順，楊雪梅，朱杰勇，等.基于證據(jù)權(quán)法的昆明五華區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2022， 33（5）：128-138.

[4] 向喜瓊，黃潤秋.基于GIS的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)劃中的應(yīng)用[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)， 2000（3）：26-30.

[5] 吳樹仁，金逸民.石菊松滑坡預(yù)警判據(jù)初步研究—以三峽庫區(qū)為例[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，34（4）：596-600.

[6] 劉傳正，陳春利.中國地質(zhì)災(zāi)害成因分析[J].地質(zhì)論評，2020，66（5）：1334-1348.

[7] 樊芷吟，茍曉峰，秦明月，等.基于信息量模型與Logistic回歸模型耦合的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)， 2018，26（2）：340-347.

[8] 石菊松，張永雙，董誠，等.基于GIS技術(shù)的巴東新城區(qū)滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)劃[J].地球?qū)W報(bào)，2005，37（3）：275-282..

[9] 陳鵬宇，余宏明，劉勇，等.基于獨(dú)立信息數(shù)據(jù)波動(dòng)賦權(quán)的泥石流危險(xiǎn)度評價(jià)[J].巖土力學(xué)，2013，34（2）：449-454.

[10] 陳悅麗，陳德輝，李澤椿，等.基于Monte Carlo-SHALSTAB模型的滑坡危險(xiǎn)性評價(jià)：以福建省德化縣為例[J].災(zāi)害學(xué)，2015，30（4）：101-106.

[11] 鄧越，周廷剛，蔣衛(wèi)國.都江堰市地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性及潛在影響評估[J].災(zāi)害學(xué)，2016，31（2）：196-199，212.

[12] 劉希林，廟成，田春山.區(qū)域滑坡和泥石流災(zāi)害兩種危險(xiǎn)性評價(jià)方法的比較分析[J].防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào)，2017，37 （1）：71-78.

Evaluation of Geological Hazard Susceptibility based on Information Quantity Method in Wuming District， Guangxi

Dong Kai et al（School of Natural Resources and Surveying， Nanning Normal University， Nanning， Guangxi 530001）

Abstract Wuming District is located in the central southern part of Guangxi Zhuang Autonomous Region， with complex geological environment conditions， strong human engineering activities， and well-developed geological disasters. To accurately identify the development patterns of geological disasters and provide basic data for government decision-making and land spatial planning. Taking Wuming District as the research area， elevation， slope， aspect， stratigraphic lithology， rainfall， distance from faults， distance from rivers， and distance from roads are selected as evaluation factors， and the information content method is used to evaluate the susceptibility of geological disasters. The results show that geological disasters mainly occur in the hilly and plateau areas in the central region， and the internal conditions for the formation of disasters are mainly terrain and engineering geological rock formations， while the external triggering factors are mainly heavy rainfall， high intensity， and frequent human activities; The areas of non prone， low prone， medium prone， and high prone zones account for 19.89%， 37.48%， 28.72%， and 13.90% of the total area， respectively. The results can provide a basis for the avoidance， relocation， and prevention of geological disasters in Wuming District.

Key words Geological hazards; Information quantity method; Susceptibility zoning; Wuming District