陜西省志丹縣地質災害風險調查評價研究

田垚，周少偉，阮征，畢麗莎，鄒莉菲

摘要：為將潛在風險指標考慮到區域地質災害風險評價體系中，更好地研判區域地質災害形勢，以陜西省延安市志丹縣為研究區，在地質災害隱患早期識別和詳細調查的基礎上，總結分析了研究區地質災害的分布特征和形成條件；基于高精度DEM數據，對研究區具備孕災條件的區域劃分了柵格單元，并開展大比例尺（1∶50 000～1∶10 000）調查，查明了孕災地質環境條件和危險區范圍內的承災體。通過統計分析，確定了研究區地質災害發育的主要影響因子，采用信息量模型，實現了所有柵格單元的地質災害易發性評價，再疊加區域內主要誘發因素，進行地質災害危險性評價，進而開展地質災害易損性和風險性評價。結果表明：研究區的地質災害極高風險區、高風險區、中風險區、低風險區面積分別占調查區總面積的0.32%、9.42%、69.38%、20.87%，并通過典型隱患點實地核查，驗證了評價結果的可靠性。研究成果掌握了研究區地質災害風險底數，明確了地質災害風險分布區域和發育特征，可為進一步實施地質災害風險區劃提供基礎依據，有利于提高地方地質災害綜合防治能力。

關鍵詞：地質災害； 風險評價； 柵格單元； 縣域； 陜北地區

中圖法分類號：P694文獻標志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.09.006

文章編號：1006-0081（2023）09-0035-10

0引言

陜北地區黃土高原溝壑縱橫，地形地貌變化起伏大，崩塌等突發性地質災害頻繁發生，是陜西省地質災害重點防范區［1］。開展地質災害風險評價有助于及時迅速判斷出地區地質災害局勢，采取相應風險管理措施，減少地質災害導致的損失［2-3］。為此，中國開展了不同比例尺和基本單元的地質災害調查分析［4］，如在陜北地區依次開展了1∶100 000、1∶50 000地質災害詳細調查等。然而，以往研究多以歷史災害等基礎調查數據進行地質災害區劃或調查，區域地質災害風險評價體系中未充分考慮潛在風險指標，與中國新形勢下防災減災工作的新要求存在一定差距［5］。

基于ArcGIS空間分析技術及高精度基礎數據進行區域地質災害風險評價，可較好地分析和評價區域地質災害發生的可能性及災害損失［6-7］。本文以陜西省延安市志丹縣為研究區，基于高精度光學遙感數據進行地質災害隱患早期識別，對研究區具備孕災條件的區域劃分柵格單元，識別可能的地質災害隱患；通過構建并完善地質災害風險評價體系，利用ArcGIS技術，從研究區地質災害易發性、危險性、易損性和風險性等4個方面進行綜合分析，確定了研究區地質災害風險等級。本次評價明確了研究區內地質災害風險分布區域和發育特征，為進一步實施地質災害風險區劃、提高綜合防治能力提供基礎依據。

1地質環境條件及地質災害概況

1.1地質環境條件

研究區位于延安市西北部，西部與吳起縣相連，東部與安塞縣接壤，北部毗鄰榆林市靖邊縣，南部與甘泉、富縣交界，西南部鄰接甘肅省合水縣、華池縣。研究區處于黃河中游，黃土高原中部，地理坐標108°11′56″～109°03′48″E，36°21′33″～37°11′49″N［8］，南北長約92.2 km，東西寬約76.8 km，總面積3 794 km2。研究區整體地勢由西北向東南緩傾，境內有洛河、周河、杏子河共3條河流，依地勢由西北向東南貫穿全域，構成土石山區、黃土丘陵溝壑區和河谷階地區地貌［9］。根據成因，可分為剝蝕-侵蝕地貌、堆積-侵蝕地貌和河流地貌。研究區屬暖溫帶溫涼氣候區，具有典型的大陸性季風氣候特征。多年平均降水量535.93 mm，降水量年際變化大，年最大降水量805.7 mm（2013年），最小降水量僅316 mm（1999年），兩者相差2.5倍。年內降水量分配不均勻，且多集中在6～9月。

研究區主要出露中-新生代地層，包括白堊系、新近系及第四系地層。白堊系主要為河湖相砂巖、泥巖地層［10］，是一套干燥性紅綠相間的砂巖、泥頁巖層，在區內廣泛分布，呈現西部厚、東部薄的分布規律；新近系和第四系主要為風成黏土與黃土，其中新近系分布面積廣、不連續，零星出露于洛河、周河、杏子河等3條干流的一、二級支溝谷壁或溝腦位置；第四系以黃土為主，全區皆有分布，其不整合于前第四系地層之上，受古地理環境控制，沉積厚度變化較大。中、上更新統黃土是溝谷邊坡的主要組成物質，其透水性較強，遇水易崩解，易發生崩塌、滑坡等地質災害［11］。

研究區地處華北陸塊鄂爾多斯地塊中東部陜北盆地，屬于巖石圈厚度最大（＞200 km）的區域之一。在構造上屬于以延安地區為中心的陜北單斜翹曲構造［12］，呈東高西低的大斜坡，為陜甘寧拗陷向斜構造的二級構造隆起［11］。本區的新構造運動主要是地殼間歇性的緩慢抬升，以面狀風化剝蝕、河谷持續下切為主要特征，并伴隨洛河、周河、杏子河及其支流的強烈下切，在河流兩側形成1～2級侵蝕堆積階地，河谷兩側有大片基巖出露。在地貌結構上，表現為梁、峁和河、溝、壑相間分布，形成如今溝壑縱橫、河谷深切、梁峁起伏、溝坡陡峻的地貌特征，具備滑坡、崩塌等地質災害發生的地形地貌條件［13］。

1.2地質災害發育特征

基于高分辨率光學遙感數據和合成孔徑雷達干涉測量（InSAR）技術［14］，對研究區地質災害隱患進行了早期識別，共解譯地質災害隱患點21處，經現場勘察驗證，結合變形程度和威脅對象，最終確認地質災害隱患點10處。在此基礎上，開展了大比例尺（1∶50 000～1∶10 000）地質災害隱患點和孕災地質環境條件詳細調查。結果表明：受其地質環境條件、水文氣候等自然條件以及近年來切坡建窯和修路等人類活動的影響，研究區內地質災害較發育，截至2021年底，共計確認地質災害隱患點52處（含解譯確認的10處地質災害隱患點），其中滑坡33處、崩塌19處，如圖1所示。研究區地質災害的分布與地貌關系密切，并與降雨條件高度相關，具有小規模、集中發育的特點；滑坡以牽引式的蠕變階段滑坡為主，崩塌則以滑移式土質崩塌居多。52處地質災害隱患點共威脅220戶861人、1 214間房屋，潛在經濟損失8 885.5萬元。

2地質災害風險評價體系構建

地質災害風險性評價是評價在某一區域和時間段內，各類承災體由于地質災害所造成損失的可能性［15］，其在地質災害易發性、危險性和易損性評價的基礎上，通過定性與定量相結合的方法，實現地質災害風險性評價，并且依據矩陣分析法，將地質災害風險劃分為極高、高、中、低共4個等級［16］。地質災害風險評價思路如圖2所示。

2.1評價單元劃分

依據《地質災害風險調查評價技術要求（1∶50 000）（試行）》（以下簡稱“技術要求”）［19］，以柵格單元作為基本評價單元，基于研究區地理底圖和精度25 m的DEM數據，根據地質環境條件，按照地形地貌、地層巖性、地質構造等將研究區域劃分為6 070 875個25 m×25 m的柵格單元（圖3），并進行了圈定編號，進而提取出地質災害定量評價的指標。

2.2地質災害易發性評價方法

地質災害易發性是指在某一區域內，由孕災地質條件控制的地質災害發生的可能性，是充分考慮各種地質環境因素的疊加作用后，評價某特定地質環境中發生地質災害的可能性，以期在研究區突顯出可能不安全的“危險區段”。目前采用的易發性評價方式多包括層次分析法、邏輯回歸模型、模糊綜合評判法、人工神經網絡模型、信息量模型、支持向量機、GIS技術分析等［17-18］。本文選取信息量模型反映特定地質環境條件下致災因素及其細分區間的組合［19］，其中對應某種因素特定狀態下的地質災害信息量可用式（1）確定：

IAj=lnNj/NSj/S（j=1，2，3，…，n）（1）

式中：IAj為因素A在j狀態下發生地質災害的信息量；Nj為因素A在j狀態（或區間）下地質災害分布的單元數；N為研究區已知有地質災害隱患點分布的單元總數；Sj為因素A在j狀態（或區間）分布的柵格單元數；S為研究區柵格單元總數［20］。

對于多因素產生疊加作用，且各種因素存在多種狀態的柵格單元，各狀態因素的疊加作用下地質災害發生的總信息量可用式（2）確定：

I=∑ni=1lnNi/N′Si/S（2）

式中：I為某斜坡單元地質災害發生的總信息量；Ni為特定因素在i狀態（或區間）條件下的地質災害面積（或隱患點數）；Si為特定因素在i狀態（或區間）條件下的柵格單元數；N′為研究區地質災害總面積或總地質災害隱患點數［21］。

2.3地質災害危險性評價方法

地質災害易發性僅考慮了影響地質災害發育的靜態因素，未考慮在特定時間段誘發地質災害形成的因素［22］。地質災害危險性是指以地質災害易發性評價為基礎，疊加區域內主要誘發因素致災概率圖層，如降雨、地震等因素，對某區域在特定時間內發生一定規模及類型的地質災害可能性進行評價［23］。

2.4地質災害易損性評價方法

地質災害易損性是指承災體可能遭受地質災害破壞的嚴重程度［15］，主要評價承災體的價值。依據技術要求，在評估人員及基礎設施的易損性后，選擇合適權重并重新確定承災體易損性，進而確定調查區易損性。易損性評價因子包括建筑物易損性、地質災害點及隱患的威脅人口易損性、交通設施易損性及其他重要設施易損性，對建筑物、人員、道路及其他重要設施易損性賦值見表1。

2.5地質災害風險性評價方法

地質災害風險性評價是在地質災害易發性、危險性、易損性評價的基礎上，通過定性與定量相結合的方法，依據矩陣分析法，確定地質災害風險等級。具體劃分為極高、高、中和低4個等級［16］。

3研究區地質災害風險評價

3.1數據來源

研究區地質災害風險評價基礎數據主要包括地形地貌、地質、植被覆蓋度、土地利用、社會發展等。其中，1∶50 000數字化地形圖、1∶50 000地質圖、土地利用現狀、社會發展等數據通過收集獲得；精度優于30 m的DEM、精度優于1 m的遙感影像通過實測獲得；地質災害、斜坡結構、植被覆蓋度、孕災地質環境、承災體房屋和人員信息等通過野外調查及勘查并結合第3次國土調查數據確定。

3.2地質災害易發性評價

根據研究區地質災害的孕災地質條件、發育特征和分布規律，以地質災害形成的條件分析為基礎，選取斜坡坡度、坡向、坡高、坡型、地貌單元類型、工程地質巖組等6個影響因子形成區內地質災害易發性分區的評價指標，在柵格單元內求取各因素平均值作為易發性評價因子指標，將6個影響因子圖層依次和地質災害隱患分布圖使用ArcGIS進行空間分析［24］，得到不同因子的分布密度，并由式（2）計算得到各影響因子圖層對地質災害隱患影響的信息量值（表2）。

根據信息量值將6個影響因子重新生成6張信息量圖，并進行空間疊加分析，最終生成以總信息量值作為評價指標的地質災害易發性指數圖［25］（圖4）。

利用ArcGIS中自然斷點法（Natural Break Method）將研究區地質災害易發性分為極高、高、中、低4個等級，如圖5所示。

根據研究區地質災害發育現狀，高易發區和極高易發區有地質災害隱患點43個，占全部隱患點數量的82.70%，表明上述評價方法和結果較為合理。

3.3地質災害危險性評價

通過總結分析研究區地質災害的形成機理，將地質災害危險性定義為在降雨的誘發作用下，地質災害的發生概率。降雨量與地質災害隱患點分布關系如圖6所示。

結合地質災害發育情況，采取信息量模型方法完成計算評價，年均降雨量信息量值見表3。重新生成一張因子致災概率即信息量圖層，與地質災害易發性完成空間疊加分析，生成以總信息量值為評價指標的地質災害危險性指數圖［25］（圖7）。

利用ArcGIS中自然斷點法將研究區地質災害危險性分為極高、高、中、低4個等級，如圖8所示。

根據研究區地質災害發育現狀，高危險區和極高危險區有地質災害隱患點42個，占全部隱患點數量的80.77%，表明上述評價方法和結果較為合理。

3.4地質災害易損性評價

根據研究區地質災害發生的特點，本次易損性評價參照技術要求，對建筑物、人員、道路及其他重要設施易損性賦值見表4。

3.4.1建筑物易損性

在實際調查的基礎上，根據三調城鎮村用地情況，選擇對建筑物面積歸一化處理的方法，取歸一化值作為調查區內的基礎易損性［15］（圖9）。

3.4.2人員易損性

根據調查獲取地質災害點及隱患的威脅人口數量，選擇核密度算法，進行重分類，依照表4進行易損性賦值，獲得人員易損性［15］（圖10）。

3.4.3交通設施及其他生活設施

根據研究區第3次全國國土調查成果，采用省級道路（0.5）、城市道路（0.3）、農村道路（0.2）及采礦用地（1.0）作為設施承災體參與易損性評價，按照不同設施類型和等級，依照表4進行研究區設施易損性賦值，如圖11所示。

3.4.4綜合易損性評價

選擇不同類型承災體易損性進行疊加［15］，利用ArcGIS中自然斷點法將研究區易損性分為易損性極高、高、中和低4個級別，如圖12所示。

3.5地質災害風險性評價

綜合考慮地質災害危險性和易損性評價結果，根據技術要求中的地質災害危險性和易損性等級劃分（表5），把地質災害風險性分為4個級別：極高、高、中和低，得到研究區地質災害風險性評價（圖13）。

根據評價結果，研究區的地質災害極高風險區面積達12.21 km2，占調查區總面積的0.32%，共發育地質災害隱患點11處，占隱患點總數的21.15%，災害點密度為0.900 9個/km2；地質災害高風險區的面積達357.62 km2，占調查區總面積的9.42%，共發育地質災害隱患點22處，占總隱患點數的42.31%，災害點密度為0.061 5個/km2；地質災害中風險區的面積達2 632.11 km2，占調查區總面積的69.38%，共發育地質災害隱患點17處，占總隱患點數的32.69%，災害點密度為0.006 5個/km2；地質災害低風險區的面積達到792.06 km2，占調查區總面積的20.88%，共發育地質災害隱患點2處，占總隱患點數的3.85%，災害點密度為0.002 5個/km2，如表6所示。

4結果驗證與討論

為檢驗本次評價結果的可靠性，選取1處高風險隱患點和1處中風險隱患點進行實地驗證。

（1） 高風險隱患點。圖14，15為滑坡隱患點，地貌類型為黃土峁地貌，剖面形態整體呈凹形，地勢北高南低，上部陡峭，下部較緩，滑坡后緣呈圈椅狀，滑壁高約30 m，斜坡結構為土質斜坡，坡度40°～45°，平均坡度約30°。前緣北側臨空面高差達33 m，臨空坡度約60°～70°，在地貌上具備滑坡的必要條件?；瑒用娴牟煌课挥胁町?，后緣滑壁底部的沖溝中可見清晰滑面，處于紅土中，傾角為30°～40°，與坡向一致，滑動面擦痕明顯可見，上部土體中發育類似破劈理狀的平行裂縫，縫間可見黃土填充物，裂縫與滑面相交的銳角指向滑動方向；中下部滑動面處在下部基巖上方，滑體下部為碎石土，表面可見擦痕［26］。該隱患點共有居民18戶141人、房屋219間，威脅財產1 121萬元，綜合風險等級評價為高風險合理。

（2） 中風險隱患點。圖16，17為崩塌隱患點，地貌類型為黃土梁峁溝壑區，呈上緩下陡狀，斜坡結構為土質斜坡，邊坡坡體陡峭，整體坡度約65°～75°，體積約0.89萬m3，屬小型黃土崩塌。坡體下部可見修建窯洞形成的人工邊坡，整個山梁東南段可見新近開挖痕跡，形成5級人工陡坎。坡體整體風化程度較高，所處斜坡植被稀疏，僅有少許雜草，坡面植被覆蓋率15%。北側坡體裂隙發育明顯，可見松散殘坡積土。坡頂東側有一處寬約0.4 m、長約4 m、走向320°的裂縫。邊坡坡腳處窯洞由于年久失修，其頂部可見裂縫較多，并出現洞前垮塌現象，使坡體支撐點的強度減弱，進而發生塑性屈服破壞，對坡體整體穩定性影響較大。該隱患點共有居民8戶32人、房屋24間，威脅財產122萬元，綜合風險等級評價為中風險合理。

根據評價結果，研究區地質災害在空間上呈現出相對集中和條帶狀分布的特征，并形成極高、高、中和低易發區。其中，在黃土丘陵溝壑區相對集中分布，在河流溝谷兩側沿水系呈線性分布；溝谷發育期、坡體地質結構、坡體形態等對崩塌、滑坡等地質災害的形成具有控制作用，地下水和植被對崩塌、滑坡等地質災害的形成有一定影響，而人類工程活動和降水的疊加作用對崩塌、滑坡等地質災害的形成具有決定作用［27］。

5結論

（1） 研究區地質災害隱患點多面廣，共發育地質災害隱患點52處，其中滑坡33處、崩塌19處?；乱誀恳降娜浠冃螢橹?，崩塌則以滑移式土質崩塌居多，研究區地質災害的分布與地形地貌關系密切，多發生在黃土丘陵溝壑區。

（2） 研究區地質災害高風險隱患點2處，占地質災害隱患總數的3.85%；中風險隱患點3處，占地質災害隱患總數的5.77%，以中小型滑坡為主，危害性以中、高等級為主，活動性主要為中級；低風險隱患點47處，占地質災害隱患總數的90.38%，在洛河、周河及其支流流域均有分布，多分布于黃土丘陵地貌，規模以小中型為主，危害性與活動性均以低等級為主。

（3） 評價結果及實地驗證表明本次調查評價方法和結果較合理，掌握了研究區內地質災害風險底數，明確了地質災害風險分布區域和發育特征?？茖W認識區內地質災害致災規律，分析地質災害孕災條件及成災模式，進一步開展地質災害風險防控區劃，為做好地質災害防治工作、有效減輕地質災害風險提供了依據，有利于提升地方的地質災害綜合防治能力，更好地服務于研究區國土空間用途管制、規劃控制以及經濟社會高質量發展。

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（編輯：江燾，高小雲）

Research on investigation and evaluation of geo-hazards risk in?Zhidan County，Shaanxi Province

TIAN Yao，ZHOU Shaowei，RUAN Zheng，BI Lisha，ZOU Lifei

（Shaanxi Geological Science and Technology Center，Xian 710054，China）

Abstract： In order to combine risk factors in evaluation system of geo-hazards risk for certain regions and to better study and judge the regional geological disaster situation，taking Zhidan County in Yanan City，Shaanxi Province as the study area，based on the early identification and detailed investigation of geological hazards，this paper summarized and analyzed the distribution characteristics and formation conditions of geological hazards in the study area.Based on the high-precision DEM data，the grid units were divided and a large-scale （1∶50 000～1∶10 000） survey was carried out to find out the disaster pregnant geological environmental conditions and the disaster bearing body within the dangerous area.The main influencing factors of geological disaster development in the study area were determined through statistical analysis.The information volume model method was used to evaluate the geological hazards susceptibility of all grid units，and the geological hazards risk was conducted by stacking the main inducing factors in the area.On this basis，the vulnerability and risk of geological hazards were evaluated.The results showed that：areas of extremely high risk，high risk，medium risk and low risk of geological disasters in the study area accounted for 0.32%，9.42%，69.38% and 20.87% of the total area of the survey area，respectively.The reliability of the evaluation results was verified by the field verification of the typical geological hazards potentials.The risk base number of geological hazards in the study area was mastered，and the risk distribution area and development characteristics of geological disasters were defined.This provides a basis for further implementation of geological disaster risk regionalization and is conducive to improving local comprehensive prevention and control ability of geological disasters.

Key words： geological hazards； risk evaluation； grid unit； county territory； Northern Shaanxi area