刘春玲 司维兵 姚翔龙 刘海洋 祁生文
（1.中国自然资源航空物探遥感中心 北京 100083；
2.山东省第一地质矿产勘查院 济南 250109；
3.中国长江三峡集团有限公司科学技术研究院 北京 101100；
4.中国科学院地质与地球物理研究所页岩气与地质工程重点实验室 北京 100029；
5.中国科学院大学 北京 100049）
21 世纪，人类生命安全被提到了空前高度，地质灾害风险已经成为国际前沿话题。地质灾害风险评价是对风险区遭受地质灾害的可能性和后果进行定量分析与评价，以及采取相应措施来降低风险可能性的一门集自然属性和社会属性并重的交叉学科（齐信等，2012）。自20 世纪70 年代，欧美等一些国家率先开始了地质灾害风险的相关研究工作，Fell et al.（2005）在国际滑坡大会上提出了滑坡风险评估和管理的框架，规范了滑坡风险评估的相关术语，给出了关于单体滑坡风险评估的详细方法，在此基础上，提出了滑坡易发性、危险性和风险性评价的导则（Fell et al.，2008）。
国内的研究起步较晚，但在理论和实践方面也取得了一定的成果，并且建立了独特的行业规范，尤其是21 世纪初期经历的几次强震使得地质灾害风险评价研究发展迅速（罗路广等，2020）。自1999 年以来，我国进行了地质灾害普查、1∶50 000 精度地质灾害调查以及1∶50 000地质灾害风险普查等工作，对于大部分重要城镇及工程区基本完成摸底工作（刘传正等，2020）。
目前，由于地理信息系统（GIS）空间分析技术的快速发展，基于GIS 应用层次分析（王哲和易发成，2009）、逻辑回归（Dai et al.，2001）、信息量（Yan et al.，1987）等方法可以构建易发性、危险性及易损性评价，实现对研究区快速、高效地大面积、区域性地质灾害风险评价（刘春玲等，2021①刘春玲，童立强等.2021.西藏自治区那曲市班戈县1∶50 000 地质灾害风险调查评价成果报告（内部资料）.）。
总的来讲，以往的地质灾害风险评价研究取得了很大进展，特别是基于物理驱动的单体地质灾害风险评价取得的进展比较大。目前，地质灾害风险评价研究进一步向精细化发展。但是区域风险评价研究进展缓慢，表现在两个方面，一是区域地质灾害风险评价都是单灾种的地质灾害风险，尚未见到同时考虑不同灾种的地质灾害综合风险评价；
二是由于地质灾害危险性难以评价和量化，特别是地质灾害发生的概率在时空尺度上难以估计，加之承灾体数据难以调查和获取，成为区域地质灾害风险评估的瓶颈，区域风险评价的质量和精度一直不高。
藏北高原地区自然条件恶劣，高寒缺氧，山峰多为冰川所覆盖，大部分地区人迹罕至，研究程度极低（刘春玲等，2016，2022）；
基础地质资料及地质灾害研究成果相对匮乏，难以满足地方政府减灾防灾和应急管理的需求。本文以西藏自治区那曲市班戈县为研究区，对藏北高原进行地质灾害风险评价。基于多源高分遥感数据，在对研究区进行精细解译的基础上，研究团队对现场展开地质调查验证，基本查明了各灾种地质灾害发育的类型、特征及分布，同时对地质灾害的致灾对象进行了调查，构建了班戈县地质灾害风险信息量评价模型，分析了其易损性，在此基础上，完成了全区地质灾害综合风险评价。研究成果可以为班戈县地方政府地质灾害的防治规划制定与风险管理提供科学依据，也为藏北高原类似地区开展地质灾害风险评价提供了范例。
1.1 研究区概况
班戈县地处西藏西北部，位于藏北高原的纳木错、色林错两大著名湖泊之间。东部与那曲县、安多县相邻，北接尼玛县双湖特别区，西部与申扎县相接，南部与拉萨市当雄县、尼木县和日喀则地区南木林县接壤。其地理坐标范围为东经：89°00′00″～91°16′52″、北纬：29°56′38″～32°14′27″，总面积约28 383 km2。
班戈县总体属湖盆地带及中高山地貌，部分为高山地貌（图1a）。构造上处于冈底斯—念青唐古拉板片北缘，班公错—怒江结合带中段明显变宽的部位，区内构造较为发育，主要的断裂有白拉—觉翁断裂带、马前—蓬错断裂、爬错—机部断裂。
图1 西藏自治区班戈县地势图（a）和地质图（b）Fig.1 Topography map（a）and geological map（b）of Bangor County
本区出露地层岩性分布见图1b，主要有：
1）泥盆系达尔东组薄层灰岩、朗玛组灰质白云岩、查果罗玛组灰岩；
2）石炭系旁多群中性火山岩、火山角砾碎屑岩，含砾砂岩、含砾板岩和板岩夹少量灰岩，永珠群页岩、粉砂岩，斯所组砂岩、含砾砂岩；
3）二叠系乌鲁龙组灰岩夹板岩，下拉组生物碎屑灰岩；
4）三叠系查曲浦群灰岩、凝灰质砂岩夹硅质灰岩、安山岩，上部为安山质角砾岩、凝灰岩、安山岩，确哈拉群石英砂岩、长石石英砂岩、硅质灰岩、砂板岩夹灰岩、板岩，麦隆岗群页岩、泥岩与灰岩互层，波里拉组灰岩、泥质灰岩、生物碎屑灰岩；
5）侏罗系木嘎岗日群的变质砂板岩夹结晶灰岩，拉贡塘组砂质板岩、粉砂岩，达雄群碎屑岩，佣钦错群碳酸盐岩夹砂岩，沙木罗组石英砂岩，曲松波群页岩、砂质页岩、砂岩、灰岩，则弄群含砾砂岩、砂岩、页岩、夹安山岩、玄武岩和凝灰岩；
6） 白垩系郎山组泥质灰岩、灰岩、钙质砂岩，捷嘎组灰岩、火山岩—碎屑岩，塔克那组砂岩、泥岩、夹泥灰岩及灰岩，竞柱山组砂岩、砾岩，江巴组熔结集块岩、熔结角砾岩、熔结凝灰岩夹安山岩、灰岩、砂岩，林子宗群凝灰岩、安山岩、流纹斑岩、火山集块岩、流纹岩、粗面岩；
7）古近系牛堡组砾岩、砂砾岩，泥页岩夹泥灰岩、油页岩，丁青湖组泥岩、页岩夹砂岩、油页岩及少许凝灰岩，日贡拉组含火山碎屑岩、火山岩；
8）新近系乌郁群下段以中酸性火山岩、安山岩、流纹岩、凝灰岩、火山角砾岩夹砂、砾岩，局部含油页岩；
上段为含煤碎屑岩夹凝灰质砂岩及油页岩。
同时本区发育第四系松散堆积层。调查区内岩浆侵入活动较强烈，分布广泛，从南北呈带状分布，主要为：基性、超基性、中酸性侵入岩。
1.2 数据源及其预处理
研究区数据源主要为2021 年最新获取的国产高分一号卫星（以下简称GF-1）数据，同时收集了2021 年重点区的高分二号卫星（以下简称GF-2）数据用以辅助遥感解译工作。为满足本次研究的数据使用要求，笔者对GF-1、GF-2 数据的全色及多光谱波段进行融合，融合后分辨率达到2 m 和0.8 m，影像的几何校正、配准、融合等预处理工作均利用ERDAS 软件完成。
1.3 地质灾害的发育特征
地质灾害有广义和狭义两种理解。广义地质灾害是指在自然或者人为因素的作用下形成的，对人类生命财产、环境造成破坏和损失的地质作用（现象），常见的地质灾害可划分为30 多种类型（潘懋和李铁锋，2002）。狭义的地质灾害主要是根据2003 年11 月19 日国务院颁发的《地质灾害防治条例》（中华人民共和国国务院令第394 号）规定，特指危害人民生命和财产安全的崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝、地面沉降等6 种与地质作用有关的灾害。本文采用的是狭义地质灾害概念。
根据调查研究，研究区地质灾害的主要类型有崩、滑、流3 种类型，偶见地面塌陷、冻土冻融灾害。由于强烈的寒冻风化作用，植被稀疏，藏北高原的地质灾害总体表现为规模不大，滑坡不发育，斜坡破坏以崩塌为主，形成大小不等的倒石堆，为泥石流提供了丰富的物源，地域特征十分明显。
1.4 地质灾害的空间分布特征
地质灾害分布是其控制与影响因素及其形成机理的综合体现。本区构造线主要呈NWW-SEE向发育，东北部和南部局部地段呈NE 或者NNE 向发育，控制了地貌分布特征。地貌总体表现为高原高山—极高山地貌特征，最高6 378 m，最低4 524 m，高差近2 000 m。研究区构造、地貌特征控制了地质灾害的总体分布特征。
班戈县共发育54 处地质灾害（图2），其中崩滑灾害13 处，主要分布在班戈县普保镇及工作区东部的北拉镇、尼玛乡、青龙乡及德庆镇；
泥石流37处，主要分布在调查区中部及北部，尼玛乡—青龙乡—保吉乡一线以北的区域。这些区域均是大高差的高山和中低山地貌，同时构造发育，岩体破碎。
图2 西藏自治区班戈县地质灾害分布图Fig.2 Geohazards distribution map of Bangor County
另外地面塌陷3 处，主要分布在班戈县德庆镇与保吉乡交界处；
冻土冻融1 处，分布在新吉乡北部。区内的泥石流、崩塌最为发育，占全县灾害总数量的90.7%。
截止目前，地质灾害易发性评价方法已经发展了很多，比如层次分析、逻辑回归、信息量、确定性分析、频率比法、数值分析及概率分析等方法以及一些混合的方法。信息量法是由信息论发展而来的一种预测评价方法。最早由我国学者晏同珍等（1988）引入地质灾害易发性评价领域，由于其物理意义明确，概念清晰，得以广泛应用。
2.1 地质灾害易发性的信息量模型
信息量主要是通过熵的减少表征事物发生的可能性，应用于地质灾害易发性评价的基本思想是通过已经发生的地质灾害所计算的指标信息量值，进而转化为对整个区域内的地质灾害易发性的评价（殷坤龙，2004），计算方法如下：
式（1）中，xi为评价因子x的第i个区间；
N为调查区斜坡灾害或泥石流灾害栅格单元数量（或者灾害数量），S为调查区总面积；
Ni为分布在评价因子xi区间内的栅格单元数量（或者灾害数量），Si为xi区间对应的面积。
评价单元内影响因子总的信息量值由各因子的信息量叠加而成：
式（2）中，n为评价因子总数，I总为评价单元总信息量，其余符号意义同上。
各评价单元的总信息量I表示在多种因素共同作用下地质灾害易发性的综合指标，其值越大表示该单元内发生地质灾害的概率越大。如果信息量值I为0，则表示该单元地质灾害易发性处于全区平均水平，为地质灾害中等易发区；
如果I为正，则表示该单元地质灾害易发性高于全区平均水平，地质灾害易发性较高；
如果I为负，则表示该单元地质灾害易发性低于全区平均水平，地质灾害易发性较低。具体操作时，利用等间距原则或者自然间断法原则进行划分。
2.2 评价单元
地质灾害发育的严重程度受到诸多因素的作用，在局部区域又表现出明显的差异性和复杂性。因此，在对调查区进行易发性评价时首先考虑确定的就是评价单元。本文在进行调查区地质灾害易发性评价时选取了规则栅格单元作为评价单元，根据前人的研究，栅格的分辨率30 m×30 m 可以满足县域的风险评价要求（吴树仁等，2009；
祁生文等，2023）。
2.3 评价因子
对于易发性评价来说，指标体系的构建是相当重要的步骤。根据前人的研究（Qi et al.，2010；
Zou et al.，2022），本文选取坡度、坡向、河流距离、断层距离、岩组5 个评价因子作为崩滑易发性评价指标。对于泥石流的易发性评价而言，根据张书豪等（2018）的研究，本文选取指标包括：流域平均坡度、流域平均Melton 比率（表征流域地貌发育阶段指标）、流域平均延伸率、流域平均高程、流域平均高差率共5 个评价因子。其中流域平均坡度是以地形数字高程（Digital Elevation Model，DEM）计算得到的坡度栅格为基础，求取每个子流域内坡度的平均值，反映流域内各个位置地势的平均水平。Melton 比率是反映一个流域地势的指标，由Melton（1965，1966）提出，是流域高差与流域面积平方根的比值，该指标能体现物质在流域中运动势能大小，反映泥石流搬运物质的能力。流域平均延伸率是指流域面积的等价圆直径与流域长轴作比值，该指标是由Schumm（1956）提出，越接近于1 则流域形状越接近于圆形，反之，流域形状则越长且窄，接近圆形的流域通常比形状长而窄的流域在出水口的峰值流量更大，因此对泥石流的易发性有重要影响。流域平均高程是指流域单元内所有高程栅格的平均值，根据研究该因子会影响松散物质的储量。流域平均高差率是流域高差与流域长轴长度之比值，该值越大，则地势越陡，反之则越平缓。
在此基础上，根据研究区的特点以及西藏自治区地质灾害风险调查评价实施细则（自然资源部中国地质调查局，2021②自然资源部中国地质调查局.2021.西藏自治区地质灾害风险调查评价实施细则（1∶50 000）（试行）.），对上述10 个评价因子进行分级，并根据公式（1）计算信息量值，结果见表1。
表1 易发性评价因子分级及信息量值Table 1 Classification of susceptibility evaluation factors and information size
对以上各因子进行叠加分析，归一化后在自然间断法的基础上，通过人工调整将易发性评价结果分为3 级：高易发、中易发、低易发分区。计算分析后得到本文研究区的崩滑灾害以及泥石流灾害易发性评价图（图3a、图3b）。在此基础上，对崩滑灾害和泥石流灾害易发性总信息量进行相加，得到地质灾害总信息量值，从而得到地质灾害综合易发性评价结果（图3c）。评价结果显示，高易发面积为514.08 km2，中易发面积为5 899.16 km2，低易发面积为22 083.69 km2，分别占研究区总面积的1.80%、20.70%、77.49%。地质灾害易发性评价过程中， 常用工作特征曲线（Receiver Operating Characteristic Curve，ROCC）对评价结果进行检验，通过计算曲线下面积（Area Under Curve，AUC）值来评价结果的准确性（Chung and Fabbri，1999）。本文采用ArcGIS 软件，将基于信息量法的地质灾害易发性模型预测结果与研究区内的地质灾害情况随机采样并绘制ROC 曲线，当ROC 曲线下方的面积越接近于1，则说明越符合真实情况。根据验证结果，得到ROC 曲线以下面积为0.849，易发性预测结果较为合理。
图3 班戈县地质灾害综合易发性评价图a.崩滑灾害易发性图；
b.泥石流灾害易发性图；
c.地质灾害综合易发性图Fig.3 Comprehensive geohazard susceptibility map of Bangor County
地质灾害危险性评价是指在地质灾害易发性基础上，考虑外在易于诱发地质灾害的各种因素对地质灾害发生的影响，进一步刻画和预测地质灾害影响的范围及发生的概率。许多学者认为，降雨是地质灾害的直接诱发因素（刘艳辉和苏永超，2019）。根据脚注②，本文地质灾害危险性评价结果是在综合地质灾害易发性总信息量值的基础上叠加降雨的信息量值获取的，将“月均降雨量”与地质灾害易发性评价因子体系一起组成危险性评价因子体系。
研究表明，班戈县年均降雨量在一个相对稳定的区间内波动。本文以班戈县2010～2019 年月均降雨量作为降雨指标（图4），叠加地质灾害易发性，进行分析得到地质灾害危险性评价结果（图5），划分为3 级：低危险、中危险、高危险。高危险面积为394.97 km2，中危险面积为4 218.47 km2，低危险面积为23 883.57 km2，分别占研究区总面积的1.39%、14.80%、83.81%。
图4 班戈县月均降雨量等值线图（2010～2019 年）Fig.4 Average monthly rainfall contour of Bangor County（2010～2019）
图5 班戈县地质灾害危险性评价图Fig.5 Geohazards assessment in Bangor County
易损性是在危险范围内承灾体受到地质灾害破坏时，对承灾体所可能产生的损伤、破坏程度的评估（Zhang et al.，2020）。在充分分析研究区地质灾害及承灾体特征的基础上，本文选取人口、建筑物、交通设施等3 个评价因子，组成地质灾害易损性评价指标体系，见表2，其信息量值参考脚注②进行取值。人口易损性是指地质灾害发生后可能造成的人员伤亡大小，以人口密度作为人口易损性的评价指标（罗路广等，2020）。建筑物为人口分布的基础载体，同时又具有自身的经济价值，本文采用对建筑物面积归一化处理的方法，取归一化值作为调查区内的基础易损性。交通设施按表2 不同设施类型和等级直接进行赋值。利用ArcGIS 模糊叠加功能将以上各个易损性因子图层利用栅格计算器叠加，得到综合易损性评价图（图6）。研究表明，班戈县地广人稀，99%以上的地区为不易损区，其中高易损面积为2.67 km2，中易损面积为12.48 km2，低易损面积为8.01 km2，不易损面积为28 479.53 km2。
表2 易损性评价因子分级及信息量值（信息量值参考脚注②）Table 2 Vulnerability evaluation factor classification and information value（information value after ②）
本文地质灾害的风险性为地质灾害危险性和易损性叠加结果，地质灾害风险等级划分标准见表3。在ArcGIS 里运用模糊叠加功能编写函数语句，得到班戈县崩滑灾害风险性评价分区图（图7）。
表3 地质灾害风险等级划分标准（据脚注②）Table 3 Standard for classification of geohazards risk（after ②）
图7 班戈县地质灾害风险性评价图Fig.7 Geohazards risk evaluation in Bangor County
统计结果表明：高风险面积为2.18 km2，中风险面积为410.84 km2，低风险面积为28 084.00 km2，分别占研究区总面积的0.01%、1.44%、98.55%。高风险区主要分布在普保镇一带，中风险区主要分布在门当乡—普保镇—青龙乡—尼玛乡一线，另外保吉乡、北拉镇及佳琼乡东北部也有小部分展布；
除中、高风险区外，班戈县99%的区域均为低风险区。总体来看，班戈县地质灾害风险程度不高。
本文以西藏自治区那曲市班戈县为研究对象，利用多源高分遥感数据，较为系统地进行了全县地质灾害较高精度、1∶50 000 比例尺的风险评价，从地质灾害易发性、危险性、易损性和风险性等4 个方面对地质灾害风险等级进行区划，主要结论如下：
（1） 基于GIS 平台采用信息量模型，选取坡度、坡向、河流距离、断层距离、岩组、流域平均坡度、流域平均Melton 比率、流域平均延伸率、流域平均高程、流域平均高差率共10 个评价因子，分别建立了崩滑坡灾害、泥石流灾害易发性评价模型，将研究区划分为低易发区（22 083.69 km2，77.49%）、中易发区（5 899.16 km2，20.70%）、高易发区（514.08 km2，1.80%）。
（2）本文研究了降雨诱发条件下的地质灾害危险性，以班戈县2010～2019 年月均降雨量作为降雨指标，叠加易发性评价结果，将研究区划分为低危险区（23 883.57 km2，83.81%）、中度危险区（4 218.47 km2，14.80%）、高度危险区（394.97 km2，1.39%）。
（3） 本文选取人口、建筑物、交通设施共3个地质灾害易损性评价因子，对班戈县地质灾害易损性进行评价。由于班戈县人口密度较小，交通设施等级较低，99%以上的地区为不易损区。
（4）研究表明，班戈县地质灾害风险程度不高，无极高风险区，高风险面积为2.18 km2，中风险面积为410.84 km2，低风险面积为28 084.00 km2，分别占研究区总面积的0.01%、1.44%、98.55%。中、高风险区主要集中分布城镇周边。
以上结论将会支撑班戈县地方政府地质灾害的防治规划与风险管理，研究成果也为类似地区开展地质灾害风险评价提供了范例，提升藏北高原地质灾害防治水平。
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