GIS支持下的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險分析

1、收稿日期:20020210基金項目:國家自然科學(xué)基金項目(40072084 ; 國土資源部環(huán)境司資助項目“全國地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃”部分研究成果.作者簡介:朱良峰(1978, 男, 安徽太和人, 中國地質(zhì)大學(xué)信息工程學(xué)院博士研究生, 主要從事地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測及地理信息系統(tǒng)應(yīng)用的研究. 文章編號:10015485(2002 05004204GIS 支持下的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險分析朱良峰1, 殷坤龍1, 張梁2, 李閩2(1. 中國地質(zhì)大學(xué)信息工程學(xué)院, 湖北武漢430074;2. 中國國土資源經(jīng)濟(jì)研究院, 北京101149摘要:為減輕地質(zhì)災(zāi)害對人類生命財產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)活動等造成的損失, 研究開發(fā)出了基于商業(yè)GIS 軟

2、件的區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險分析系統(tǒng)(RiskAnly 。介紹了該系統(tǒng)的設(shè)計思路、基本結(jié)構(gòu)和工作流程, 并利用此系統(tǒng)對全國范圍的滑坡災(zāi)害進(jìn)行了危險性分析、區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)易損性分析和最終的風(fēng)險評估, 同時給出了全國歷史滑坡分布密度圖、滑坡危險性等級分布區(qū)劃圖等。關(guān)鍵詞:地質(zhì)災(zāi)害; 地理信息系統(tǒng); 風(fēng)險分析; 滑坡中圖分類號:TU452文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A1地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險的概念與構(gòu)成對地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險這一概念, 有著多種不同的理解。在聯(lián)合國教科文組織的一項研Varnes (1984年 義, , 、模式1。:在一定的區(qū)域時間限度內(nèi), 特定的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象對生命、財產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)活動等可能造成的損失。它可表示為R =f (H ,

3、E , V 。(1 不失一般性, 式(1 可進(jìn)一步表示為R =H E V ,(2 式中:R (Risk 為地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險, 指特定的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象可能造成的損失; H (Hazard 為一定區(qū)域范圍內(nèi)某種潛在的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象在一定的時間內(nèi)發(fā)生的概率, 即地質(zhì)災(zāi)害的危險性; E (Element 為給定區(qū)域內(nèi)受特定地質(zhì)災(zāi)害威脅的對象, 包括人口、財產(chǎn)、基礎(chǔ)設(shè)施、經(jīng)濟(jì)活動等; V (Vulnerability 為特定的地質(zhì)災(zāi)害以一定的強(qiáng)度發(fā)生而對受威脅對象所造成的損失程度, 即受威脅對象的易損性, 它用01來表示(0表示無損失,1表示完全損失 ?？梢钥闯? 地質(zhì)災(zāi)害的危險性(H 和受威脅對象(E 的易

4、損性(V 共同決定了地質(zhì)災(zāi)害的損失大小, 是控制地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(R 的基本條件, 對這兩者的分析評價稱作地質(zhì)災(zāi)害危險性評價和社會經(jīng)濟(jì)易損性評價, 其具體內(nèi)容如圖1。圖1地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險的構(gòu)成Fig. 1The composition of geo hazard risk由于實際情況的復(fù)雜性, 在地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估中很難對H , E , V 等進(jìn)行精確的定量表達(dá)(有時候這樣做也是不必要的 。在這種情況下, 可以采用“等級”的概念, 先對地質(zhì)災(zāi)害的危險性、區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)易損性進(jìn)行分級, 然后再采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行最終的風(fēng)險評估。2基于GIS 技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險分析系統(tǒng)在地質(zhì)災(zāi)害研究領(lǐng)域, GIS 技術(shù)的應(yīng)用已

5、從最第19卷第5期長江科學(xué)院院報Vol. 19No. 52002年10月Journal of Yangtze River Scientific R esearch Institute Oct. 2002初的數(shù)據(jù)管理、多源數(shù)據(jù)采集數(shù)字化輸入和繪圖輸出, 到數(shù)字高程模型、數(shù)字地面模型的使用、GIS 結(jié)合災(zāi)害評價模型的擴(kuò)展分析、GIS 與決策支持系統(tǒng)的集成、GIS 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用等, 逐步發(fā)展并深入應(yīng)用2。GIS 不僅可以像傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)那樣管理數(shù)字和文字(屬性 信息, 而且還可以管理空間(圖形 信息; 它可以使用各種空間分析的方法, 對多種不同的信息進(jìn)行綜合分析, 尋找空間實體間的相互關(guān)

6、系, 分析和處理一定區(qū)域內(nèi)分布的現(xiàn)象和過程。GIS 具有強(qiáng)大的空間建模功能, 能夠構(gòu)建各種具有專業(yè)性、綜合性、集成性的地學(xué)分析模型來完成具體的實際工作, 解決以前只有靠地學(xué)專家才能解決的問題3。GIS 基礎(chǔ)軟件平臺提供了一些基本的空間分析工具, 如區(qū)域疊加分析、緩沖分析、矢量柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、屬性數(shù)據(jù)查詢檢索、數(shù)字高程模型、數(shù)字地面模擬分析等。但僅僅直接利用這些基本的工具進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險分析顯然是不現(xiàn)實的, 這就需要結(jié)合具體的實際情況在基礎(chǔ)GIS 平臺上開發(fā)出與各種專業(yè)地學(xué)模型相結(jié)合的分析模塊, 如將信息量模型、專家打分模型、基礎(chǔ)GIS 平臺結(jié)合, 中。圖2地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險分析系統(tǒng)(RiskAnly

7、 工作流程圖Fig. 2The flow chart of RiskAnly經(jīng)過研究GIS 軟件的RiskAnly 。該系統(tǒng)以優(yōu)秀的國產(chǎn)GIS 軟件MAP GIS 6. 0為基礎(chǔ)平臺進(jìn)行開發(fā), 結(jié)合多種專業(yè)地學(xué)分析模型, 可實現(xiàn)對多種不同類型的地質(zhì)災(zāi)害(如滑坡、泥石流、巖溶塌陷等 進(jìn)行危險性分析、易損性分析和最終的風(fēng)險評估。系統(tǒng)以實際工作分析需要為導(dǎo)向進(jìn)行設(shè)計, 根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害的基本屬性, 結(jié)合GIS 軟件的特點, 采用模塊化程序設(shè)計思想, 其主要工作流程如圖2所示?；贕IS 技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險分析系統(tǒng)(RiskAnly 較好地實現(xiàn)了GIS 技術(shù)與地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險分析模型的結(jié)合, 能夠充分利用GI

8、S 的圖形編輯、屬性管理、空間分析、數(shù)字高程模型等功能優(yōu)勢, 快捷方便地實現(xiàn)一般分析方法與手段難以解決的問題。它可以根據(jù)變化了的情況與資料, 適時地進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險分析, 進(jìn)一步縮減風(fēng)險分析的模糊性與不確定性, 具有較強(qiáng)的準(zhǔn)確性與客觀性, 而這正是常規(guī)的分析手段所難以比擬的。3應(yīng)用實例3. 1中國滑坡災(zāi)害危險性分析3. 1. 1歷史危險性分析我國是一個滑坡災(zāi)害嚴(yán)重的國家。根據(jù)搜集到的歷史記錄資料, 、活動規(guī), 作出歷史滑坡圖3(特高密度區(qū); 高; 低密度區(qū); 基本無活動區(qū) , 基本上反映了我國歷史滑坡在區(qū)域分布上的特征 。圖3中國歷史滑坡分布密度圖Fig. 3Distribution of h

9、istorical landslide hazard of China in density zonation3. 1. 2滑坡災(zāi)害的主要影響因素分析滑坡災(zāi)害的產(chǎn)生受制于工程地質(zhì)巖土體組合、地形地貌、地質(zhì)斷裂構(gòu)造、大氣降水分布、地震烈度等級、人類工程活動影響等諸多因素, 對滑坡災(zāi)害進(jìn)行危險性分析也應(yīng)從這幾個因素入手, 根據(jù)各因素對滑坡災(zāi)害產(chǎn)生影響的特點及后續(xù)分析的需要, 分別作出各個因素的分區(qū)圖(各因素分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)見表1 。34第5期朱良峰等GIS 支持下的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險分析表1滑坡災(zāi)害主要影響因素分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)Table 1Z onation standard of landslide affectin

10、g factors因素類別因素分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)背景因素工程地質(zhì)巖組侵入巖類; 噴出巖類; 碎屑巖類; 碳酸巖鹽類; 片狀、板狀變質(zhì)巖類; 塊狀變質(zhì)巖類; 濕陷性黃土類; 松散土類地形起伏程度緩起伏地區(qū); 低起伏地區(qū); 中起伏地區(qū); 山地起伏地區(qū); 高山起伏地區(qū)山地類型平原; 丘陵; 低山; 低中山; 高中山; 高山; 最高山地質(zhì)斷裂構(gòu)造斷裂構(gòu)造影響區(qū); 非斷裂構(gòu)造影響區(qū)地震烈度9度區(qū); 8度區(qū); 7度區(qū); 6度區(qū); 6度區(qū)誘發(fā)因素大氣降水2000mm人類工程活動影響強(qiáng)度影響; 較強(qiáng)度影響; 中度影響; 輕度影響; 微度影響; 平原、內(nèi)陸盆地、沙漠或戈壁注:大氣降水為地區(qū)多年平均降水量。3. 1. 3危

11、險性評價及區(qū)劃圖信息量模型是進(jìn)行區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害危險性分析的有效方法4, 分析功能, 3, 最害危險性等級分布區(qū)劃圖(圖4 。圖中將滑坡災(zāi)害的危險性進(jìn)行了4個等級的劃分:極高危險性; 高危險性; 中等危險性; 低危險性 。圖4中國滑坡危險性等級分布區(qū)劃圖Fig. 4Z onation map of risk grade oflandslide hazard of China3. 2社會經(jīng)濟(jì)易損性分析在進(jìn)行區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)易損性分析時, 作者以歷史上滑坡災(zāi)害所造成的人員傷亡和社會經(jīng)濟(jì)損失情況為基礎(chǔ), 綜合考慮各地區(qū)人口、基礎(chǔ)設(shè)施、建筑物、人類經(jīng)濟(jì)活動和社會結(jié)構(gòu)等的分布與發(fā)展變化情況及抗災(zāi)能力, 進(jìn)行區(qū)域

12、人口易損性和土地易損性分析, 在此基礎(chǔ)上作出全國易損性等級分布區(qū)劃圖(圖5 。圖中將易損性分為4個等級:極高易損性; 高易損性; 中等易損性; 低易損性 。Fig. 5Z onation map of socioeconomicvulnerability of China3. 3滑坡災(zāi)害風(fēng)險分析直接利用公式(2 進(jìn)行全國范圍的災(zāi)害風(fēng)險計算顯然是不現(xiàn)實的, 這需要根據(jù)“等級”的概念進(jìn)行風(fēng)險分級。根據(jù)各區(qū)的滑坡災(zāi)害危險性等級、易損性等級的組合特征, 將滑坡災(zāi)害風(fēng)險劃分為4個等級:高風(fēng)險區(qū); 中風(fēng)險區(qū); 低風(fēng)險區(qū); 極低風(fēng)險區(qū)。各區(qū)具體分布情況如圖6, 各個等級區(qū)域的面積百分比為6. 75%23.

13、81%40. 85%28. 59%。經(jīng)過檢驗, 風(fēng)險分析的結(jié)果較為符合實際情況 。圖6中國滑坡災(zāi)害風(fēng)險等級分布區(qū)劃圖Fig. 6Z onation map of landslide risk of China44長江科學(xué)院院報2002 年4結(jié)語GIS 在地質(zhì)災(zāi)害研究中的應(yīng)用潛力正在不斷地拓展, GIS 技術(shù)為地質(zhì)災(zāi)害在不同模型條件下的風(fēng)險評估提供了有效的技術(shù)支持。無論是從國內(nèi)還是從世界范圍來看, 地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險分析都是一個剛剛起步的課題, 其中所蘊涵的重大理論意義和實際應(yīng)用價值會逐漸得到社會認(rèn)同。隨著新一輪國土資源規(guī)劃的展開和西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施, 對大范圍區(qū)域性的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行風(fēng)險評估勢在必行

14、?；贕IS 技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險分析不僅方法上可行, 而且技術(shù)上先進(jìn), 代表著地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險分析的發(fā)展方向。當(dāng)然, 無論是地質(zhì)災(zāi)害的危險性分析模型, 還是區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)易損性分析模型, 都有待于實踐中的進(jìn)一步研究與發(fā)展, 這顯然是應(yīng)該隨著人類對地質(zhì)災(zāi)害本質(zhì)屬性認(rèn)識的逐漸深化而不斷發(fā)展的。參考文獻(xiàn):1殷坤龍, 朱良峰. 滑坡災(zāi)害空間區(qū)劃與GIS 應(yīng)用研究J.地學(xué)前緣,2001,8(2 :279-28302沈芳, 黃潤秋, 苗放, 等. 地理信息系統(tǒng)與地質(zhì)環(huán)境評價J.地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù),2000,11(1 :6-10.3郭仁忠. 空間分析(第2版 M .武漢:武漢測繪科技大學(xué)出版社,2000.4朱良峰

15、, 殷坤龍. 基于GIS 技術(shù)的區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害信息分析系統(tǒng)研究J.中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報,2001,12(3 :79-83.(編輯:李春燕Risk Analysis System of G eo ZHU Liang feng 1, YIN Kun 1G 2I (1. Engineering Faculty , 430074, China ;2. China Research Economy , Beijing 101149, China Abstract :For of lifes , assets , etc. ,caused by geo hazard ,the goe hazard ris

16、k analy 2sis system ( GIS software was developed. The train of thought on system design , the struc 2ture and working of the system are introduced. This system has been used for risk analysis , socioeco 2nomic vulverability analysis in zonation and risk assessment in country wide landslides , meanwh

17、ile , the distribu 2tion map of historical landslides , zonation map of risk grade of landslides and so on are given. K ey w ords :geo hazard ; GIS ; risk analysis ; landslide長江科學(xué)院院報征訂啟事全國中文核心期刊全國水利系統(tǒng)優(yōu)秀科技期刊長江科學(xué)院院報是經(jīng)國家科委批準(zhǔn), 水利部主管、長江科學(xué)院主辦的國內(nèi)外公開發(fā)行的應(yīng)用科學(xué)型學(xué)術(shù)性期刊。主要報道長江流域大中型水利水電工程(如三峽工程、葛洲壩工程、南水北調(diào)工程等 的重要科研成果和實踐經(jīng)驗總結(jié), 以及新理論、新技術(shù)的應(yīng)用, 還適當(dāng)刊登其他流域大中型水利水電工程的科研成果和國外有關(guān)科學(xué)技術(shù)的新成就和發(fā)展動向。主要欄目有:水工水力學(xué)、河流泥沙及河道整治、材料結(jié)構(gòu)、巖石力學(xué)、土工及地基滲流、爆破及振動、大壩安全監(jiān)測、測試儀器、計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用、設(shè)備研制等?？矬w現(xiàn)了理論研究與實際工程緊密結(jié)合的特點, 專業(yè)面廣, 實用性強(qiáng)。本刊為雙月刊, 逢雙月1日出版, 大16開,64頁, 每冊定價:6.00元, 全年定價36元。本刊國內(nèi)統(tǒng)一刊號CN42-1171/TV , 郵