基于ArcGIS的地质灾害危险性评价实例和研究1前言本研究以山西省垣曲县为例,在DTM数据的基础上,结合遥感分析,采用ArcGIS制图和空间分析的方法,选取评价因子,定量化地对该地区进行地质灾害危险程度评价,为该地区的地质灾害的监测与防治提供依据,为经济.发展规划提供基础数据。山西省垣曲县地处黄土高原南部,北、东、西三面环山,属中条山支脉。特殊的自然地理环境和地质构造背景,导致该地区存在或者发育独特环境地质问题。垣曲县位于黄河北岸的盆地与中低山区,地形地貌复杂。河流切割强烈,地层岩性较差,年降雨量大,地质环境条件复杂,人类工程活动频繁,特别是长期大规模的中条山多金属矿产资源的开采,致使局部的地质环境发生改变,引发了一系列的地质灾害发生,主要的地质灾害类型有滑坡、崩塌、地裂缝、地面塌陷。另外,山西省垣曲县在黄河流域因小浪底水位的变幅和引发了大面积的地面沉降等,使垣曲县成为山西省运城地区地质灾害[1]较为严重的地区之一。2研究区概况2.1地理地质条件垣曲县位于山西省南部运城市东北部,周围毗连一省八县,北与沁水、绛县接壤,东邻阳城、河南济源,南同河南渑池、新安隔河相望,西接平陆、夏县、闻喜三县。境内交通便利,有侯马-焦作,运城-济源等交通干线经过本县,县城与各乡镇公路畅通。垣曲县全县辖5镇6乡,193个居民委员会,1539个自然2村,总人口21万人,人口密度127人/km。境内河流均属黄河水系,其河流、河谷及支沟比较发育,呈树枝状展布。从西到东依次为五福涧河、板涧河、亳清河、沇西河和西阳河五大水系。垣曲县地势西北高、东南低,境内北部高峻,南部低缓,西、北、东三面环山,南临黄河,中部为垣曲山间盆地,呈北宽南窄的葫芦形展布,最高海拔2358米(舜王坪),为晋南最高峰,最低海拔176.7米(马蹄窝)。垣曲县地貌划分为侵蚀构造中低山地貌(Ⅰ)、剥蚀堆积盆地地貌(Ⅱ)和堆积地貌(Ⅲ)。作者简介:段继清(1966—),女,山西文水人,高级工程师,本科,毕业于河北地质学院,研究方向:地质灾害。(邮箱)djqwq@段继清(山西省地质调查院水工环中心,山西太原030006)摘要:应用ArcGIS技术,在DTM数据的基础上,结合遥感分析,以地形坡度、坡高、坡形、河流水系、断层密度、地层岩性、灾害点密度、降雨量和人类工程活动共9个评价因子建立评价指标体系,采用指数加22权法对垣曲县地质灾害危险性进行分区,研究结果为低危险区684.1km,中危险618.3km,高危险区2317.6km,高危险区主要分布在河流、断裂附近和人类活动强烈区域。通过实例探索研究,地质灾害危险性评价由定性评价上升到定量评价。关键词:地质灾害;危险性评价;评价指标;ArcGIS;垣曲县中图分类号:P618文献标识码:A文章编号:1672-7487(2021)02-71-4基于ArcGIS的地质灾害危险性评价实例和研究图1垣曲县交通位置图地质灾害危险性价指示体系地质灾害易发性承灾体的重要程度地质灾害地质环境条件地质灾害诱发因素灾点密度坡度指标坡高指标坡型指标岩土类型断层密度河流水系省降雨指示工程活动图5地质灾害危险性评价指标体系区内出露地层从早到晚依次为新太古界、古元古界、中元古界、古生界和新生界。新太古界主要为变质基性、变质酸性火山岩沉积建造,为一套岛弧火山岩系,本次称冷口岩组,呈构造片体或包体产出。古元古界包括绛县群、中条群、宋家山群以及中条群之上的担山石群。绛县群原岩为泥质、半泥质岩石和变质基性-酸性火山岩;中条群、宋家山群总体为一套中级-低级变质的碎屑岩、泥质岩及碳酸盐岩;担山石群为一套粗碎屑岩沉积。中元古界包括熊耳群、汝阳群,呈角度不整合覆盖于早前寒武纪结晶基底上,主要为海(陆)相火山岩及滨海相碎屑岩、泥质岩建造。下古生界寒武系-奥陶系,主要为一套碳酸盐岩建造;上古生界石炭-二叠系为一套海陆交互相含煤岩系-河湖相沉积。中生界三叠系-白垩系为一套海陆交互相沉积。新生界为风积和河湖相松散堆积物。垣曲县位于华北板块山西地块南缘与豫皖地块接壤地带。总体构造轮廓清楚,受古元古代、中生代两期构造控制,构造线NE-NNE向,局部为NW向,不同时代的构造形迹具有各自的地质构造特征。本区主要的人类工程活动有采矿工程活动、交通设施建设、水利工程建设及住宅建设。2.2地质灾害本次地质灾害危险性评价共选取了研究区内详细调查地质灾害现存隐患点103处。其中,崩塌9处,占总数的10.5%;滑坡18处,占总数的17.1%;地面沉陷3处,占总数的2.9%;泥石流6处,占总数的5.7%;地面塌陷7处,占总数的6.7%;不稳定斜坡60处,占总数的57.1%(如图4)。3地质灾害危险性评价3.1技术路线在垣曲县1∶5万比例尺数字地形图和地质灾害详细调查数据的基础上,通过DTM+遥感影像、1∶1万地形图、1∶5万地质图、气象资料、地质灾害详调资料,进行数据处理,选取评价因子,建立评价模型和评价指标体系,应用ArcGIS的空间分析自动实现评价单元的划分,进行叠加[2]分析,最后得到研究区地质灾害危险性评价结果。3.2评价指标体系以垣曲县1∶5万DEM数据、地质构造、地层岩性、水文地质和地质灾害详细调查数据为基础,结合本地区的自然地理和地质环境条件综合分析,选取以下的基本评价指标:地形坡度、坡高、坡形、河流水系、断层密度、地层岩性、灾害点密度、年降雨量和人类工程活动共9个指标,在ArcGIS下,分别做出全区的各个指标量化分级图,并对图4地质灾害统计图图2垣曲县地貌图图3垣曲县构造纲要图分级图进行归一化处理,然后生成的各个数字矩阵作为评判的基础数据,采用目标分析方法建立山西省垣曲县地质灾害危险程度评价的4层结构的指标体系如图5。3.3评价模型1)采用指数加权法评价模型在DEM数据的基础上,先确定选取的各评价因子的单因素的指标值,再采用层次分析法求得各评价因子的权重系数,从而得到各评价因子对评判目标的贡献值,最后根据各因子的综合指数F,进行叠加分析对研究区进行等级划[3]分。采用的指数加权法公式为:式中:F为综合指数,是各评价因子对评判目标的总贡献值;Q为第i个评价因子单因素的指标值;iW为第i个评价因子的权重值;in为评价因子选取的数量,n=92)确定单因子指标值Qi各评价因子的单因素指标值是通过计算各评价因子对灾害点的敏感性来确定的。先对各评价因子的进行矢量化,形成矢量图层,再建立灾害点的空间位置图层,对灾害点和各评价因子属性的相对组合的频率分析,是以计算评价2因子各属性所对应区域内每100km灾害点的数量来分析,[4]其计算公式为:F=N/S(2)mnmnmn式中:F为评价因子m的属性n的灾害点出现的相对频率mn2(因子敏感性)个/100km;N为评价因子m的属性n所对应的灾害点个数;mn2S为评价因子m的属性n所对应的区域面积km。mn由式(2)计算各评价因子各属性的敏感性,在单因子进行归一化处理的基础上,通过计算得到各评价因子的单因子指标值Q。i3)确定评价因子的权重Wi采用层次分析法分析法确定各评价因子权重,首先对各因子之间的关系进行分析,对于同一层各因子的重要性进行相比较,按1-9对重要性程度进行赋值,构建判断矩阵,根据基于重要度比较矩阵,利用方根法求得权重;其次,得出的各因子权重,进行判断矩阵的一致性检验;其中,一致性检验是采用一致性比例C.R.(consistencyratio)并进行判断的,当C.R.<0.1时,认为判断矩阵可满足一致性,所获得的权重值合理;当C.R.>0.1时,判断矩阵不符合一致性要求,要对该判断矩阵进行重新分析并修正计算,直到C.R.<0.1为止。通过计算得到垣曲县各评价因子权重见表1。3.4叠加分析由于各评价因子量纲不同,在进行叠加分析之前,需通过线性函数转换法对各评价因子单因子指标值进行归一化处理。然后基于DEM进行水文分析,借助计算机自动实现评价单元的划分,本次采用以幼年期沟谷中的三级支流干沟、冲沟等共划分出3896个单元,以分水线和河谷所限汇水区域的评价单元,是地质灾害发生的基本地形地貌单元,充分考虑地质灾害形成的地质环境条件。在全区3896个评价单元中依据各评价因子的单因素指标值及权重,应用确定的各评价因子的图层进行叠加分析得到综合指数,量化的综合指数将研究区划分为低危险、中危险和高危险3个分区。垣曲县地质灾害危险性评价结果(图6)以及各分区面积统计结果见表2。4总结与探索1)GIS与地灾调查全面深度的融合已成为信息化的发展方向,为评价提供了多数据的综合计算,由定性上升到定量评价。2)本次根据水文学方法,本次采用以幼年期沟谷中的三级支流干沟、冲沟等划分的单元比采用栅格单元的快速分区面积(km2)占总面积比例(%)低危险中危险高危险合计684.1618.3317.6162042.2338.1719.60100表2各分区面积统计表图6垣曲县地质灾害危险性区划表1垣曲县评价因子权重系数表灾害点密度坡度坡高坡形断层密度河流水系降雨指标工程活动0.3840.1250.040.0260.0160.0210.0170.0730.291地层岩性剖分的优点是评价单元与地形、地貌、地质环境条件等信息有机联系更充分。3)根据垣曲县的地质特点环境条件及地质灾害点信息,选取了地形坡度、坡高、坡形、河流水系、断层密度、地层岩性、灾害点密度、年降雨量和人类工程活动共9个评价因子建立评价指标体系。此外,因为不同地质灾害类型的主要致灾因子的贡献不等,故需对各区域进行更加详实的数据收集和分析才能更科学合理地选取评价因子,也是进一步研究的方向。4)本次采用的层次分析法在确定因子权重时,构建判断矩阵,并进行判断矩阵的一致性检验,在一定程度上反映出各评价因子的具体贡献率,是一种在分析基础上较为合理可行的分析方法。5)根据地质灾害危险性评价结果,垣曲县低危险区22684.1km,占42.23%;中危险区618.3km,占38.17%;高危2险区317.6km,占19.60%。参考文献:[1]乔彦肖,马中社.吕凤军.汶川地震地质灾害发育特点及动因机制分析[J].中国地质,2021,36(3):736-741.[2]占辽芳,廖野翔,彭颖霞,等.GIS技术在地质灾害研究中的应用[J].测绘与空间地理信息,2021,34(1):168-170.[3]汪洁,李丽,等.地质灾害危险性评价因子与权重分析研究[J].城市与减灾,2021(5)40-43.[4]唐川.金沙江流域(云南境内)山地灾害危险性评价[J].山地学报,2021,22(4):451-460.入稳定陆块发展阶段,岩浆活动十分微弱,区域变质作用完全不存在,沉积成因矿床系列组合是区内唯一的选择。而中、新生代,本区处于陆内造山发展阶段,岩浆活动和相关构造盆地中的火山-沉积作用是主要的成岩成矿作用,这一阶段以岩浆成因矿床系列组合为主,沉积成因次之。通过对区内已知矿床(点)地质特征分析,新太古界变质花岗质、片麻岩,燕山期石英斑岩、闪长岩、二长闪长岩等是区内热液型金、多金属矿的主要含矿建造,北东东向和北北西向断裂构造为主要控矿构造,蚀变主要为白云母化、绢云母化、高岭土化、绿泥石化、碳酸盐化等。4找矿标志分析找矿标志是指那些直接和间接指示矿产存在或可能存在的现象和线索。发现和研究找矿标志,可以帮助我们有效而迅速地缩小找矿靶区,找到矿床赋存的有利位置,发现矿体,为合理选择和运用找矿方法提供依据。4.1直接找矿标志1)方铅矿、闪锌矿、孔雀石、黄铜矿、斑铜矿、黄铁矿、褐铁矿、赤铁矿、磁黄铁矿是寻找铅锌、铜矿的直接找矿标志。2)矿体在地表及近地表易于形成各种氧化物。如铜矿体形成的孔雀石,为寻找铜铅锌矿的直接找矿标志。4.2间接找矿标志1)地层标志:新太古界阳高岩组是寻找沉积变质型铁矿、古元古界黄土窑岩组变质地层是寻找石墨矿的有利层位。2)围岩蚀变标志:与金、银及多金属矿产有关的围岩蚀变较为发育,从已知的矿床(点)来看,以中-